ST37 vs ST52 – Zusammensetzung, Wärmebehandlung, Eigenschaften und Anwendungen

Einführung

ST37 und ST52 sind traditionelle deutsche Baustahlgüten, die in der europäischen Praxis und in vielen industriellen Lieferketten weit verbreitet sind. Ingenieure, Einkaufsleiter und Fertigungsplaner stehen häufig vor der Wahl zwischen diesen beiden, wenn es darum geht, Kosten, Formbarkeit, Schweißbarkeit und erforderliche mechanische Eigenschaften für tragende und gefertigte Komponenten abzuwägen. Typische Entscheidungskontexte umfassen die Frage, ob niedrigere Kosten und hohe Duktilität für den allgemeinen Bau (was niedrigfestere Stähle begünstigt) oder die Reduzierung von Querschnitten und Gewicht durch die Spezifikation höherfester Stähle (was höherfeste Güten begünstigt) priorisiert werden sollen.

Der wesentliche praktische Unterschied zwischen ST37 und ST52 ist ihr Zielfestigkeitsniveau und die entsprechenden Legierungs-/Mikrolegierungsstrategien, die verwendet werden, um diese Festigkeit zu erreichen: ST52 wird produziert und verarbeitet, um eine höhere Streck- und Zugfestigkeit als ST37 zu erreichen, was wiederum Zähigkeit, Duktilität, Schweißbarkeit und Umformverhalten beeinflusst. Da beide nichtrostende Baustähle sind, werden sie häufig für Anwendungen wie Träger, Platten, Rohrleitungen und geschweißte Konstruktionen verglichen.

1. Normen und Bezeichnungen

• DIN (historisch): ST37 (häufig als St37-2 geschrieben) und ST52 (St52-3) stammen aus der älteren DIN 17100-Serie von Baustählen.
• EN-Äquivalente: ST37 ist weitgehend vergleichbar mit der EN 10025 Güte S235 (z.B. S235JR/S235J0), während ST52 eine höhere Festigkeitsklasse einnimmt und oft als vergleichbar mit höherfesten Baustählen angesehen wird (einige Überschneidungen bestehen mit EN S355 oder anderen höherfesten Stählen, abhängig von Untergüte und Verarbeitung).
• Andere Normen: ASTM/ASME verwenden eine andere Nomenklatur (z.B. A36 ~ S235 in einigen Kontexten), JIS und GB (chinesisch) verwenden ihre eigenen Gütesysteme; direkte Eins-zu-eins-Zuordnungen erfordern die Überprüfung von Eigenschaftskriterien und Chemie.
• Klassifizierung: Sowohl ST37 als auch ST52 sind einfache Kohlenstoff-/niedriglegierte Baustähle (nichtrostend). ST37 verhält sich wie ein konventioneller niedrigkohlenstoffhaltiger Baustahl; ST52 enthält häufig Mikrolegierungselemente (Nb, V, Ti) oder kontrollierte thermomechanische Verarbeitung, um höhere Festigkeiten ohne starke Abschreck- und Vergütungslegierungen zu erreichen.

2. Chemische Zusammensetzung und Legierungsstrategie

Die Chemie von ST37 und ST52 spiegelt das Leistungsziel wider: ST37 verwendet minimale Legierung, um Formbarkeit und Schweißbarkeit zu erhalten, während ST52 leicht höhere Legierung und/oder Mikrolegierung sowie kontrollierte Verarbeitung verwendet, um die Streckfestigkeit zu erhöhen.

Tabelle: Typische Zusammensetzungsbereiche (indikativ; konsultieren Sie die geltende Norm oder das Werkszertifikat für genaue Zahlen)

Element	ST37 (typisch, DIN 17100 / S235-ähnlich)	ST52 (typisch, DIN 17100 hochfest)
C (Gew%)	bis ~0.17–0.22 (niedrig)	bis ~0.20–0.25 (niedrig bis moderat)
Mn (Gew%)	~0.50–1.40	~0.60–1.60
Si (Gew%)	bis ~0.30–0.40	bis ~0.30–0.50
P (Gew%)	≤ ~0.035–0.045	≤ ~0.035–0.045
S (Gew%)	≤ ~0.035–0.045	≤ ~0.035–0.045
Cr (Gew%)	gewöhnlich Spur	gewöhnlich Spur (kein primärer Härter)
Ni (Gew%)	gewöhnlich Spur	gewöhnlich Spur
Mo (Gew%)	gewöhnlich Spur	mögliche Spur, falls erforderlich
V (Gew%)	typischerweise abwesend	mögliche Mikrolegierung (~0.01–0.10)
Nb (Gew%)	typischerweise abwesend	mögliche Mikrolegierung (~0.01–0.06)
Ti (Gew%)	typischerweise abwesend	mögliche Mikrolegierung (~0.01–0.05)
B (Gew%)	nicht typisch	selten verwendet
N (Gew%)	Spur	Spur

Hinweise: - Die oben genannten Werte sind indikative Bereiche; die DIN 17100-Serie erlaubte eine Reihe von Untergüten und Produktionswegen. Für den Einkauf immer die genaue Normenrevision, Untergüte angeben und Werksprüfzertifikate verlangen. - Die Festigkeit von ST52 wird typischerweise durch eine Kombination aus leicht höherem Kohlenstoff- und Mangangehalt sowie durch Mikrolegierung (Nb, V, Ti) und/oder thermomechanisches Walzen erreicht, anstatt durch starke Legierungszusätze wie Cr/Mo/Ni. - Legierungseffekte: C und Mn erhöhen die Festigkeit und Härte, reduzieren jedoch die Schweißbarkeit und Duktilität, wenn sie hoch sind. Mikrolegierung (Nb, V, Ti) fördert die Ausscheidungshärtung und eine feinere Ferrit-Perlit/Kristallgröße, was eine höhere Streckgrenze bei niedrigeren Kohlenstoffgehalten ermöglicht.

3. Mikrostruktur und Reaktion auf Wärmebehandlung

• Mikrostruktur von ST37: Der gewalzte ST37 zeigt typischerweise eine Ferrit-Perlit-Mikrostruktur mit groben Ferritkörnern im Vergleich zu mikrolegierten Stählen. Diese Mikrostruktur bietet gute Duktilität und Energieabsorption.
• Mikrostruktur von ST52: ST52 zeigt, abhängig von der Produktion, häufig eine feinkörnigere Ferrit-Perlit-Matrix mit möglichen Mikrolegierungsniederschlägen (NbC, VC, TiN), die das Kornwachstum hemmen und eine Ausscheidungshärtung bieten. Thermomechanisch kontrollierte Verarbeitung (TMCP) wird häufig verwendet, um die Kornstruktur zu verfeinern und die Streckgrenze zu erhöhen.
• Reaktion auf Wärmebehandlung:
• Normalisieren: Beide Güten reagieren auf das Normalisieren mit verfeinertem Korn und moderatem Festigkeitszuwachs; ST52 profitiert mehr von TMCP als von einfachem Normalisieren.
• Abschrecken & Anlassen: Nicht typisch für diese Stähle in standardmäßigen Struktur-Anwendungen; Abschreck- und Anlasszyklen erzeugen viel höhere Festigkeiten, werden jedoch nur verwendet, wenn sie spezifiziert sind und die Chemie für die Härtbarkeit geeignet ist.
• Thermomechanische Verarbeitung: ST52 wird häufig mit TMCP produziert, um hohe Streckgrenzen bei akzeptabler Zähigkeit und Schweißbarkeit zu erreichen; ST37 benötigt typischerweise kein TMCP.
• Praktische Implikation: ST52 kann höhere Festigkeiten erreichen, während es akzeptable Zähigkeit aufgrund von Mikrolegierung und Verarbeitung beibehält, während ST37 Zähigkeit und Duktilität aus der niedrigkohlenstoffhaltigen Chemie und der gröberen Mikrostruktur erhält.

4. Mechanische Eigenschaften

Tabelle: Typische Bereiche mechanischer Eigenschaften (gewalzt / Lieferantendaten; Werkszertifikate konsultieren)

Eigenschaft	ST37 (typisch)	ST52 (typisch)
Streckgrenze (Rp0.2, MPa)	≈ 235 (häufiges Minimum für S235-ähnliche Stähle)	höhere Klasse — häufig im Bereich von 355–520 MPa, abhängig von Untergüte und Verarbeitung
Zugfestigkeit (MPa)	≈ 360–510	≈ 500–700 (variiert mit Untergüte und Verarbeitung)
Dehnung (%)	≈ 20–30 (gute Duktilität)	≈ 10–20 (reduzierte Duktilität im Vergleich zu ST37)
Kerbschlagzähigkeit	Oft ≥ 27 J bei Raumtemperatur (JR) oder spezifizierter Temperatur	Kann so konstruiert werden, dass sie den Schlaganforderungen entspricht; geringere Duktilität kann die Zähigkeit reduzieren, es sei denn, TMCP/Mikrolegierung wird verwendet
Härte (HB)	Niedrig-moderat (einfach zu bearbeiten/umformen)	Höher (schwieriger zu bearbeiten/umformen)

Erklärung: - ST52 ist die stärkere Güte; sie erreicht höhere Streck- und Zugfestigkeit. Diese höhere Festigkeit geht häufig zulasten der Duktilität (geringere Dehnung), es sei denn, sorgfältige Verarbeitung und Mikrolegierung werden verwendet, um die Zähigkeit zu erhalten. - Die Kerbschlagzähigkeit hängt stark von der spezifizierten Untergüte und dem Lieferzustand (Temperatur, Vorhandensein von J- oder JR-Suffixen) ab. Beide Güten können produziert werden, um spezifische Schlagenergieanforderungen zu erfüllen, aber höherfeste Varianten erfordern häufig Aufmerksamkeit für die Kerbzähigkeit.

5. Schweißbarkeit

Die Schweißbarkeit wird hauptsächlich durch den Kohlenstoffgehalt, das Kohlenstoffäquivalent und das Vorhandensein von Mikrolegierungselementen beeinflusst, die die Härtbarkeit und die Anfälligkeit für Wasserstoffrissbildung beeinflussen.

Übliche Schweißbarkeitsindizes: - Das IIW-Kohlenstoffäquivalent: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Die Pcm-Formel (zur Beurteilung der Kaltverzugsempfindlichkeit): $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Qualitative Interpretation (keine numerischen Eingaben hier): - ST37: Niedriger Kohlenstoff und vereinfachte Chemie erzeugen niedrige Kohlenstoffäquivalente, was im Allgemeinen eine hervorragende Schweißbarkeit mit minimaler Vorwärmung und einfachen Füllmetallwahlmöglichkeiten ergibt. Das Risiko von wasserstoffunterstütztem Riss ist bei typischen Dicken gering. - ST52: Höhere Festigkeit und das potenzielle Vorhandensein von Mikrolegierungselementen erhöhen die effektive Härtbarkeit und erhöhen kohlenstoffäquivalentähnliche Indizes. Daher kann ST52 kontrollierte Vorwärmung, Interpass-Temperaturen und geeignete Füllmetallwahl erfordern, um harte, spröde wärmebehandelte Zonen und Kaltverzug bei dickeren Abschnitten zu vermeiden. - Praktische Anleitung: Für ST52 den Empfehlungen des Lieferanten zur Vorwärmung folgen, passende oder leicht überlegierte Füllstoffe verwenden, wo spezifiziert, Wasserstoffquellen kontrollieren und nach dem Schweißen eine Wärmebehandlung (PWHT) anwenden, wenn dies für kritische Anwendungen erforderlich ist.

6. Korrosion und Oberflächenschutz

• Sowohl ST37 als auch ST52 sind Kohlenstoff-/niedriglegierte Stähle; keiner ist rostfrei. Sie sind auf Oberflächenschutz für Korrosionsbeständigkeit angewiesen.
• Typische Schutzstrategien: Feuerverzinkung, Zinkmetallisierung, Epoxid-/Polyurethanbeschichtungen, opferanodenbeschichtungen oder Korrosionszulagen im Design.
• PREN (Pitting-Widerstandsäquivalentzahl) ist nur für rostfreie und duplexrostfreie Stähle relevant. Für ST37 und ST52 ist PREN nicht anwendbar: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
• Die Korrosionsleistung ist weitgehend unabhängig von den geringfügigen Zusammensetzungsunterschieden zwischen ST37 und ST52; beide benötigen Beschichtungen in exponierten Umgebungen. Die Oberflächenvorbereitung, das Beschichtungssystem und die Umgebung bestimmen die Lebensdauer mehr als die kleinen Legierungsunterschiede.

7. Verarbeitung, Bearbeitbarkeit und Umformbarkeit

• Schneiden und Bearbeiten:
• ST37: Einfacher zu bearbeiten und zu schneiden aufgrund der geringeren Härte; Werkzeuglebensdauer und Schneidkräfte sind geringer.
• ST52: Höhere Schneidkräfte und Werkzeugverschleiß aufgrund höherer Festigkeit und Härte; Bearbeitungsparameter müssen angepasst werden, und Werkzeuge müssen möglicherweise aufgerüstet werden.
• Biegen und Umformen:
• ST37: Bessere Umformbarkeit und größere Biegeradien sind für eine gegebene Dicke zulässig; geeignet für Kaltumformung und Walzprozesse.
• ST52: Reduzierte Duktilität bedeutet, dass engere Umformungen mehr Sorgfalt erfordern; Rückfederung ist höher und minimale Biegeradien sind größer, es sei denn, das Material wird speziell verarbeitet.
• Oberflächenveredelung:
• Beide akzeptieren Standardveredelungsverfahren (Schleifen, Strahlen, Lackieren). Die härteren Oberflächen von ST52 erfordern möglicherweise robustere Veredelungsmethoden.

8. Typische Anwendungen

Tabelle: Typische Verwendungen

ST37 (typische Anwendungen)	ST52 (typische Anwendungen)
Allgemeine Stahlbauarbeiten (Träger, Säulen), bei denen hohe Duktilität und Schweißbarkeit Priorität haben	Tragende Elemente, bei denen ein höheres Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht erforderlich ist (reduzierte Querschnittsdicke)
Fertigteile, Halterungen, leichte bis mittelschwere Strukturen	Rahmen für schwere Maschinen, Kräne, tragende Elemente mit hoher Belastung
Rohr und Rohr für nicht druckbelastete Anwendungen, geschweißte Abschnitte	Hochfeste Rohre, Druckkomponenten, wenn für Festigkeit spezifiziert (mit Schweißkontrollen)
Allgemeine Platten und Abschnitte für den Hochbau	Anwendungen, bei denen Gewichtsreduktion und höhere Streckgrenze erforderlich sind (Fahrzeugrahmen, Offshore-Bauteile, wenn entsprechend behandelt)

Auswahlbegründung: - Wählen Sie ST37, wenn Kosten, einfache Formung und Schweißbarkeit sowie hohe Duktilität/Zähigkeit die Hauptfaktoren sind. - Wählen Sie ST52, wenn das Design eine höhere Streckgrenze erfordert, um die Querschnittsdicke zu reduzieren oder um höhere statische Lasten zu tragen, vorausgesetzt, es werden Fertigungsrichtlinien für Schweißen und Umformen eingehalten.

9. Kosten und Verfügbarkeit

• Kosten: ST37 ist in der Regel kostengünstiger pro Tonne als ST52, da es weniger Mikrolegierungszusätze enthält und weniger Verarbeitung erfordert. ST52 hat oft einen Aufpreis aufgrund von Mikrolegierung und TMCP.
• Verfügbarkeit: Beide Güten sind in standardmäßigen Produktformen (Platte, Blech, warmgewalztes Coil, Strukturabschnitte) weit verbreitet. ST37-ähnliche Materialien (S235) sind vielleicht häufiger für einfache Baustähle, während ST52-Äquivalente für Anwendungen, die höhere Festigkeit erfordern, spezifiziert und vorrätig sein können; die Lieferzeiten für zertifizierte, hochfeste Untergüten können marginal länger sein.

10. Zusammenfassung und Empfehlung

Tabelle: Schneller Vergleich

Kriterium	ST37 (niedrigfester)	ST52 (hochfester)
Schweißbarkeit	Ausgezeichnet	Gut bis moderat (erfordert Kontrollen)
Festigkeit-Zähigkeit-Balance	Niedrigere Festigkeit, höhere Duktilität/Zähigkeit	Höhere Festigkeit, potenziell niedrigere Duktilität, es sei denn, TMCP/mikrolegiert
Kosten	Niedriger	Höher

Schlussfolgerung und Auswahlrichtlinien: - Wählen Sie ST37, wenn: - Die Anwendung Schweißbarkeit, einfache Formung und hohe Duktilität priorisiert (z.B. allgemeine Stahlbauarbeiten, einfache geschweißte Rahmen). - Kostenempfindlichkeit und reichliche Verfügbarkeit wichtig sind. - Kerbschlagzähigkeit bei Umgebungstemperaturen und einfache Fertigung ohne fortgeschrittene Verarbeitung erforderlich sind.

• Wählen Sie ST52, wenn:
• Das Design höhere Streck- und Zugfestigkeit erfordert, um die Querschnittsgrößen zu reduzieren oder höhere statische Lasten zu unterstützen.
• Gewichtsreduktion oder höhere Tragfähigkeit ein Designziel ist und das Projekt moderat höhere Materialkosten und Fertigungsrichtlinien akzeptieren kann.
• Der Käufer TMCP oder mikrolegierte Untergüten spezifiziert und geeignete Schweiß-/Fertigungsverfahren implementiert werden.

Letzte Anmerkung: ST37 und ST52 decken ein Spektrum von Chemie und Verarbeitungszuständen ab. Geben Sie immer die genaue Normenrevision, den Lieferzustand (z.B. normalisiert, TMCP) und die erforderlichen mechanischen und Schlagzähigkeitseigenschaften in den Beschaffungsunterlagen an. Fordern Sie Werksprüfzertifikate an und, wo anwendbar, Schweißverfahrensqualifikationen und Vorwärm-/PWHT-Anweisungen, um sicherzustellen, dass die Leistung im Betrieb mit dem Designziel übereinstimmt.