St13 vs St14 – Zusammensetzung, Wärmebehandlung, Eigenschaften und Anwendungen

Einführung

St13 und St14 sind nahe Verwandte in der Familie der niedriglegierten Baustähle, die häufig für Bleche, Streifen und kaltgeformte Teile verwendet werden. Ingenieure, Einkaufsleiter und Fertigungsplaner wägen häufig die Kompromisse zwischen Kosten, Formbarkeit und Festigkeit ab, wenn sie zwischen diesen beiden Güten für gestanzte Komponenten, geschweißte Konstruktionen oder allgemeine Strukturpaneele wählen. Typische Entscheidungskontexte umfassen die Wahl einer Güte für das Tiefziehen im Vergleich zu einer, die für die grundlegende strukturelle Festigkeit optimiert ist, oder die Auswahl eines Materials, das eine einfache Verarbeitung mit der Fähigkeit zur Erreichung der erforderlichen mechanischen Eigenschaften nach der Bearbeitung in Einklang bringt.

Der wesentliche technische Unterschied zwischen den beiden besteht darin, dass eine Güte so entwickelt wurde, dass sie eine verbesserte Formbarkeit unter gängigen Kaltbearbeitungsoperationen bietet, während die andere die traditionellere niedriglegierte, allgemeine Option darstellt. Da ihre Chemien und Verarbeitungswege ähnlich sind, werden die beiden Güten häufig während der Materialauswahl für Fertigungsoperationen verglichen, bei denen Formverhalten, Schweißbarkeit und Kosten von Bedeutung sind.

1. Normen und Bezeichnungen

• Übliche Normen und Bezeichnungssysteme in der Industrie umfassen:
• ASTM / ASME (Vereinigte Staaten)
• EN (Europäisch)
• JIS (Japanische Industrie-Normen)
• GB (Chinesische nationale Normen)
• Nationale und proprietäre Werkspezifikationen
• Klassifizierung:
• St13 — Baustahl (niedriglegierter Baustahl/Stahlband)
• St14 — Baustahl (niedriglegierter Baustahl/Stahlband, verarbeitet für verbesserte Formbarkeit)
• Hinweis: Das Präfix "St" erscheint in bestimmten regionalen und lieferantenspezifischen Nomenklaturen für Baustähle. Die genaue Zuordnung zu ASTM/EN/JIS/GB-Katalognummern hängt von der ausstellenden Norm oder dem Werkszertifikat ab; Benutzer sollten immer die spezifische Normbezeichnung und das chemische/mechanische Zertifikat von den Lieferanten anfordern.

2. Chemische Zusammensetzung und Legierungsstrategie

• Anstatt genaue Prozentsätze zu zitieren (die je nach Norm und Werk variieren), fasst die folgende Tabelle die typische Legierungsstrategie und die relative Präsenz der Schlüsselelemente für jede Güte zusammen.

Erklärung: Beide Güten sind im Wesentlichen niedriglegierte Stähle. Die Legierungsstrategie für die auf Formbarkeit fokussierte Güte konzentriert sich auf eine engere Kontrolle von Kohlenstoff und interstitiellen Elementen, Anpassungen bei Mn und Si sowie sorgfältige Sauberkeitskontrolle, um eine Mikrostruktur und Oberflächenbeschaffenheit zu erzeugen, die das Kaltformen erleichtern. Mikrolegierung (Nb, Ti, V) ist kein bestimmendes Merkmal beider Güten, wird jedoch, wenn verwendet, eingeführt, um die Korngröße und Zähigkeit zu steuern, anstatt die Härtbarkeit zu erhöhen.

3. Mikrostruktur und Reaktion auf Wärmebehandlung

Typische Mikrostrukturen: - St13: Überwiegend Ferrit-Perlit-Mikrostruktur nach konventionellem Warmwalzen und Luftkühlen; relativ grobe Ferritkörner, abhängig von Walz- und Wickelpraktiken. - St14: Ähnliche Ferrit-Perlit-Basis, jedoch mit engerer Kontrolle der Abkühlung und in einigen Walzpraktiken thermomechanischer Verarbeitung, um die Kornstruktur zu verfeinern und eine gleichmäßigere, feine Ferritmatrix zu erzeugen, die die Duktilität verbessert.

Reaktionen auf Wärmebehandlung und Verarbeitung: - Glühen / Rekristallisationsglühen: Beide Güten reagieren auf das Glühen mit Weichwerden und erhöhter Duktilität. St14 profitiert sichtbarer von kontrollierten Glühzyklen, die Restspannungen reduzieren und die Ziehfähigkeit verbessern. - Normalisieren: Erhöht die Festigkeit moderat durch Verfeinerung der Korngröße; weniger häufig auf Blechgüten angewendet, kann jedoch für hochfeste Produktformen verwendet werden. - Härten nach dem Abschrecken: Nicht typisch für diese niedriglegierten Blechgüten; Härten und Anlassen ist ein Weg für hochfeste Stähle, aber für allgemeine St13/St14-Anwendungen nicht notwendig. - Thermo-mechanisches Walzen: Wo implementiert, kann es eine feinere Korngröße und verbesserte Formbarkeit für St14-Varianten ohne große Festigkeitsnachteile erzeugen.

Verarbeitungsentscheidungen (Wickeltemperatur, Reduktion pro Durchgang, Abkühlrate) sind ebenso einflussreich wie die nominale Chemie bei der Bestimmung der endgültigen Mikrostruktur und des Formverhaltens.

4. Mechanische Eigenschaften

• Anstatt fester Zahlen (die je nach Dicke, Temper und Norm variieren), ist der folgende Vergleich qualitativ und spiegelt das typische Verhalten in warmgewalzten oder kaltgewalzten + geglühten Produktformen wider.

Interpretation: St14 ist typischerweise darauf abgestimmt, höhere Duktilität und bessere Dehn-/Biegeleistung in Formoperationen zu bieten, oft erreicht durch engere Zusammensetzungskontrolle und optimierte Walzverarbeitung. Dies kann zu geringfügig reduzierten gelieferten Streck- und Zugwerten führen, ermöglicht jedoch eine größere Verformungsaufnahme während des Stanzens oder Tiefziehens. Wenn nach der Formgebung eine höhere Festigkeit erforderlich ist, sollte eine Umwandlung durch geeignete Verarbeitung oder Auswahl höherfester Varianten in Betracht gezogen werden.

5. Schweißbarkeit

Überlegungen zur Schweißbarkeit von niedriglegierten Stählen konzentrieren sich auf den Kohlenstoffgehalt, die Härtbarkeit und die Restlegierung. Typische qualitative Bewertung: - Sowohl St13 als auch St14 können aufgrund der niedrigen Kohlenstoffgehalte und minimalen Härtbarkeitslegierungen leicht durch gängige Schmelz- und Widerstandsmethoden geschweißt werden. - Wo Mikrolegierungen vorhanden sind oder höheres Mn verwendet wird, kann die wärmebeeinflusste Zone (HAZ) eine erhöhte Härtbarkeit aufweisen; Kontrollen des Schweißverfahrens können erforderlich sein. - Der Einsatz von Vorwärmung/Nachwärmung und die Kontrolle der Wärmezufuhr sollten auf der Bauteildicke und dem Fugenentwurf basieren, nicht einfach auf dem Güternamen.

Nützliche Schweißbarkeitsindizes (nur zur Interpretation): - Beispiel für den Kohlenstoffäquivalent anzeigen: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Ein weiterer Index: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$ Interpretation: Niedrigere Werte dieser Indizes sagen ein geringeres Risiko von HAZ-Härte und Kaltverzug voraus. Da beide Güten niedriglegiert und niedriglegiert sind, werden die berechneten Kohlenstoffäquivalentzahlen im Allgemeinen niedrig sein, was auf eine gute Schweißbarkeit hinweist. Wenn eine Prozessvariante von St14 Mikrolegierungen zur Verfeinerung der Körner verwendet, sollte das Schweißverfahren potenzielle lokale Härtung berücksichtigen.

6. Korrosion und Oberflächenschutz

• Weder St13 noch St14 sind rostfreie Stähle; ihre Korrosionsbeständigkeit unter atmosphärischen und feuchten Umgebungen ist ähnlich und moderat.
• Übliche Schutzstrategien:
• Feuerverzinkung oder Elektroverzinkung für Außen- oder leicht korrosive Umgebungen.
• Organische Beschichtungen: Grundierungen, Farben und Pulverbeschichtungen für dekorativen und Barriere-Schutz.
• Umwandlungsbeschichtungen (Phosphat) für Farbhaftung und temporären Schutz vor der Formgebung oder dem Schweißen.
• PREN (Pitting Resistance Equivalent Number) ist für diese nicht rostfreien Güten nicht anwendbar, aber zur Referenz wird PREN für rostfreie Stähle angegeben durch: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
• Hinweis: Der Oberflächenzustand und die Sauberkeit sind entscheidend für die Formbarkeit; einige Beschichtungsprozesse können die Formbarkeit verringern oder zu Rissen in den Beschichtungen während der Formgebung führen — wählen Sie Beschichtungen, die mit den beabsichtigten Formoperationen kompatibel sind.

7. Verarbeitung, Zerspanbarkeit und Formbarkeit

• Zerspanbarkeit: Beide Güten lassen sich gut bearbeiten; St14 kann in bestimmten kaltbearbeiteten Zuständen aufgrund der etwas niedrigeren Festigkeit im geglühten Zustand geringfügig einfacher zu schneiden sein. Schwefelzusätze, die die Zerspanbarkeit verbessern, sind typischerweise nicht Teil dieser Güten.
• Formen und Biegen:
• St14 ist auf verbesserte Formbarkeit (tieferes Ziehen, engere Biegeradien und bessere Dehnflanschleistung) zugeschnitten, dank engerer Kontrolle der interstitiellen Elemente und der Mikrostruktur.
• St13 eignet sich gut für allgemeine Formgebung, kann jedoch größere Biegeradien oder geringere Ziehtiefen für vergleichbare Zuverlässigkeit erfordern.
• Oberflächenfinish und Wickelhandling: St14-Varianten, die für die Formgebung vorgesehen sind, haben oft Walztemperaturen und Oberflächenbedingungen, die das Ritzen reduzieren und die gleichmäßige Schmierfähigkeit während des Stanzens erhöhen.

8. Typische Anwendungen

Auswahlbegründung: Wählen Sie die Güte, deren Formfähigkeit, erforderliche Nachbearbeitung und Kosten mit dem Produktdesign übereinstimmen. Wenn das Design eine starke plastische Verformung während der Herstellung erfordert, reduziert die auf Formbarkeit ausgerichtete Güte oft den Werkzeugverschleiß und den Ausschuss.

9. Kosten und Verfügbarkeit

• Relative Kosten: Beide Güten sind im Vergleich zu legierten oder hochfesten Stählen kostengünstig. Die auf Formbarkeit optimierte Güte kann aufgrund engerer Verarbeitung und Qualitätskontrolle einen kleinen Aufpreis haben.
• Verfügbarkeit: Weit verbreitet in Blech-, Coil- und Schnittlängen von regionalen Werken und Händlern. Spezifische Temper und Oberflächenfinish (z. B. extra tiefgezogen, extra tiefgezogen + Hautpass) können Vorlaufzeiten haben; der Einkauf sollte die erforderliche Temper, Oberflächenbeschaffenheit und Zertifikatsanforderungen angeben.

10. Zusammenfassung und Empfehlung

Wählen Sie St13, wenn: - Ihre Anwendung allgemeine Strukturbleche oder geschweißte Konstruktionen umfasst, bei denen die standardmäßige niedriglegierte Leistung ausreicht. - Kostenminimierung eine Priorität ist und die Formoperationen moderat in der Schwere sind. - Sie einen weit verbreiteten, allgemeinen Baustahl für Teile mit bescheidener Formkomplexität benötigen.

Wählen Sie St14, wenn: - Der Herstellungsprozess Tiefziehen, enge Biegungen, Umkanten oder andere hochbelastete Kaltformoperationen umfasst. - Niedrigere Ausschussraten und verbessertes Oberflächenverhalten während der Formgebung entscheidend für die Produktionseffizienz sind. - Sie millen-kontrollierte Temper und Oberflächenfinish bevorzugen, die für die Formgebung optimiert sind, selbst bei einem kleinen Kostenaufschlag.

Abschließende Anmerkung: Fordern Sie immer das Werksprüfzertifikat an und bestätigen Sie die genauen chemischen und mechanischen Bereiche, die Oberflächenbeschaffenheit und die Temper von den Lieferanten. Für kritische geschweißte oder stark geformte Komponenten sollten Prozessversuche mit der angegebenen Coil/Temper durchgeführt, die Schweißverfahrensspezifikationen bei Bedarf aktualisiert und Formversuche in Betracht gezogen werden, um die Leistung der Werkzeuge und die endgültigen Teileigenschaften zu validieren.