SUP6 vs SUP7 – Zusammensetzung, Wärmebehandlung, Eigenschaften und Anwendungen

Einführung

Ingenieure, Beschaffungsmanager und Fertigungsplaner stehen oft vor der Wahl zwischen eng verwandten Stahlgüten, wenn sie Stärke, Zähigkeit, Schweißbarkeit, Kosten und Verarbeitbarkeit abwägen. SUP6 und SUP7 sind zwei solcher Güten, die für strukturelle und technische Komponenten gewählt werden, bei denen ein optimiertes Gleichgewicht zwischen mechanischer Leistung und Kosten erforderlich ist. Das Auswahldilemma konzentriert sich typischerweise darauf, ob man eine leicht höhere Festigkeit und Härtbarkeit (mit potenziellen Auswirkungen auf Schweißbarkeit und Formbarkeit) priorisieren oder eine einfachere Fertigung und niedrigere Verarbeitungskosten bevorzugen sollte.

Der wesentliche Unterschied zwischen SUP6 und SUP7 liegt in ihrer Legierungs- und Zusammensetzungsanpassung: SUP7 stellt eine evolutionäre Anpassung in der Chemie und Mikrolegierung dar, um eine verbesserte Härtbarkeit und Zähigkeit zu liefern, ohne große Einbußen bei Schweißbarkeit oder Kosten. Da diese Güten für ähnliche Endverwendungen eingesetzt werden, vergleichen Designer sie hauptsächlich anhand der Zusammensetzungsstrategie und des resultierenden mechanischen und verarbeitungstechnischen Verhaltens.

1. Normen und Bezeichnungen

• Normen, die für jede SUP-Serie oder proprietäre Bezeichnung konsultiert werden sollten: ASTM/ASME, EN (europäisch), JIS (japanisch), GB (chinesisch) und relevante Datenblätter der Mühle oder proprietäre Datenblätter. Überprüfen Sie immer die genauen chemischen und mechanischen Anforderungen aus dem Mühlenzertifikat oder der angegebenen Norm.
• Materialklassifizierung: Sowohl SUP6 als auch SUP7 sind nichtrostende Kohlenstoff-/Legierungsstähle, die für strukturelle oder technische Anwendungen und nicht für Werkzeugstähle oder rostfreie Güten vorgesehen sind. Sie werden typischerweise unter den mittelkohlenstoffhaltigen oder niedriglegierten Baustählen mit Mikrolegierungsoptionen klassifiziert — nicht als HSLA im höchsten Festigkeitsbereich, noch als rostfreie oder hochlegierte Werkzeugstähle.

2. Chemische Zusammensetzung und Legierungsstrategie

Die folgende Tabelle fasst die Zusammenschwerpunkt für jede Güte in qualitativen Begriffen zusammen. Exakte Werte hängen von der ausstellenden Norm oder Mühle ab.

Wie sich die Legierung auf die Leistung auswirkt - Kohlenstoff und Mangan setzen hauptsächlich die Basisfestigkeit und Härtbarkeit; höherer C erhöht die Festigkeit, verringert jedoch die Schweißbarkeit und Duktilität. - Mikrolegierungselemente (V, Nb, Ti) verfeinern die Kornstruktur, verbessern die Zähigkeit und stärken durch Ausscheidung — was höhere Festigkeiten bei niedrigeren Kohlenstoffgehalten ermöglicht. - Kleine Zusätze von Mo, Cr oder Ni können die Härtbarkeit und Anlassempfindlichkeit erhöhen, was höhere Durchdicken-Eigenschaften für größere Querschnitte ermöglicht. - Schwefel und Blei (in zerspanbaren Varianten) verbessern die Zerspanbarkeit, verringern jedoch die Zähigkeit und Schweißbarkeit; diese werden in der Regel in Güten, die für kritische strukturelle Anwendungen vorgesehen sind, vermieden.

3. Mikrostruktur und Wärmebehandlungsreaktion

Typische Mikrostrukturen - In normalisierten oder normalisierten und vergüteten Zuständen zeigen beide Güten typischerweise eine Ferrit-Perlit-Matrix für niedrigere Zugklassen oder feinkörnige Bainit/Ferrit mit kontrollierten Ausscheidungen, wenn sie für höhere Festigkeit verarbeitet werden. - Mikrolegierte SUP7-Varianten neigen dazu, eine feinere vor-austenitische Korngröße und eine gleichmäßigere Verteilung von Ausscheidungen (V, Nb-Karbonitride) zu entwickeln, was die Zähigkeit verbessert und die Streckgrenze erhöht, ohne übermäßigen Kohlenstoff.

Reaktion auf Wärmebehandlung - Normalisieren: Produziert eine einheitliche Ferrit-Perlit-Mikrostruktur; nützlich für verbesserte Zähigkeit und dimensionsstabilität. SUP7 erreicht oft eine leicht höhere Festigkeit nach dem Normalisieren aufgrund verbesserter Härtbarkeit und feinerer Kornstruktur. - Härten und Anlassen (Q&T): Ermöglicht signifikant höhere Zug- und Streckgrenzen. Die Zusammensetzungsanpassung von SUP7 (kleine Mo/Cr/Ni oder Mikrolegierungszusätze) führt typischerweise zu besserer Anlassempfindlichkeit und einer zäheren vergüteten Martensit/Bainit-Struktur bei äquivalenten Anlasstemperaturen. - Thermo-mechanische Verarbeitung (kontrolliertes Walzen): Beide Güten reagieren positiv; Mikrolegierungszusätze in SUP7 ermöglichen eine stärkere, durch Verformung induzierte Ausscheidungsreaktion und feinere Umwandlungsprodukte, die vorteilhaft für Platten- und Stabprodukte sind, die hohe Zähigkeit erfordern.

4. Mechanische Eigenschaften

Exakte Eigenschaften hängen von der Spezifikation, der Wärmebehandlung und der Querschnittsgröße ab. Die folgende Tabelle gibt einen qualitativen Vergleich.

Interpretation - SUP7 wird häufig so konstruiert, dass es eine stärkere und zähere Reaktion für eine gegebene Geometrie oder Wärmebehandlung bietet, indem es Mikrolegierungschemie und kleine Legierungszusätze nutzt. SUP6 betont eine ausgewogene Duktilität und einfache Fertigung, was es attraktiv macht, wenn extreme Festigkeit nicht erforderlich ist. - Wenn beide identische Q&T-Zeitpläne erhalten, erreicht SUP7 im Allgemeinen eine höhere Festigkeit und behält die Zähigkeit besser bei, aufgrund optimierter Legierung und Ausscheidungsverhalten.

5. Schweißbarkeit

Die Schweißbarkeit hängt stark von der Kohlenstoffäquivalenz, der Legierung und der Querschnittsdicke ab. Zwei gängige empirische Formeln zur Schätzung der Schweißbarkeit sind:

$$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$

und

$$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Qualitative Interpretation - Niedrigere $CE_{IIW}$ und $P_{cm}$ Werte deuten auf eine einfachere Schweißbarkeit und ein geringeres Risiko von Kaltverzügen hin; jedoch sind dies Annäherungen und müssen mit geeigneten Vorwärm-, Interpass-Temperaturen und Auswahl des Füllmetalls kombiniert werden. - SUP6, mit seiner ausgewogenen und im Allgemeinen niedrigeren Legierung, bietet normalerweise eine bessere Schweißbarkeit in dickeren Querschnitten als eine zusammensetzungsbedingt erhöhte SUP7. - Die bescheidenen Erhöhungen der Härtbarkeit von SUP7 (über Mn, Mo, Mikrolegierungen) können die Kohlenstoffäquivalenz erhöhen und Vorwärm- oder Anlasstechniken für dickere Querschnitte oder eingeschnürte Verbindungen erforderlich machen; jedoch hält eine sorgfältige Kontrolle des Kohlenstoffs und geeignete Schweißverfahren SUP7 oft für die meisten strukturellen Anwendungen schweißbar. - Mikrolegierungselemente (V, Nb) in kleinen Mengen verschlechtern die Schweißbarkeit nicht drastisch, beeinflussen jedoch das Abkühlverhalten; eine Qualifizierung des Schweißverfahrens wird empfohlen.

6. Korrosion und Oberflächenschutz

• Sowohl SUP6 als auch SUP7 sind nichtrostende Kohlenstoff-/Legierungsstähle; die Korrosionsbeständigkeit ist typisch für unlegierte Kohlenstoffstähle.
• Schutzstrategien: Feuerverzinkung, Zink- oder organische Beschichtungen (Lack, Pulverbeschichtung) und korrosionsbeständige Verkleidungen sind gängige Praktiken, um Komponenten aus diesen Güten zu schützen, wenn sie der Atmosphäre oder aggressiven Umgebungen ausgesetzt sind.
• PREN (Pitting Resistance Equivalent Number) ist nicht anwendbar auf nichtrostende Güten; zur Referenz, wenn rostfreie Vergleiche benötigt werden: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
• Verwenden Sie Korrosionsschutz, der den Betriebsbedingungen (Salznebel, Feuchtigkeit, chemische Exposition) angemessen ist. Die Legierung in SUP7, die für Festigkeit ausgelegt ist, bietet keine signifikanten Gewinne in der Korrosionsbeständigkeit.

7. Verarbeitung, Zerspanbarkeit und Formbarkeit

• Zerspanbarkeit: Güten mit niedrigerer Festigkeit und spezifischen zerspanbaren Zusätzen lassen sich leichter bearbeiten. SUP6-Varianten, die für die allgemeine Fertigung vorgesehen sind, sind typischerweise einfacher zu bearbeiten als SUP7-Varianten, die für höhere Festigkeit optimiert sind; SUP7 kann langsamere Vorschübe oder robustere Werkzeuge erfordern.
• Formbarkeit: Niedrigfeste, niedrighärte Stähle lassen sich mit weniger Rückfederung und Rissrisiko formen und biegen. SUP6 zeigt im Allgemeinen eine bessere Kaltformbarkeit. Die höhere Streckgrenze von SUP7 verringert die Formbarkeit; warmes Formen oder größere Biegeradien können für enge Radien erforderlich sein.
• Oberflächenveredelung: Beide reagieren gut auf Standardveredelungsoperationen; SUP7 kann etwas zähere Späne erzeugen und erfordert eine Kühlmittelkontrolle, um eine Verfestigung an der Werkzeugoberfläche zu vermeiden.
• Logistik der Wärmebehandlung: SUP7 kann eine genauere Kontrolle der Härte-/Anlasstermine erfordern, um die Zielwerte zu erreichen; die Beschaffung sollte sicherstellen, dass die Mühle klare Wärmebehandlungsunterlagen bereitstellt.

8. Typische Anwendungen

Auswahlbegründung - Wählen Sie SUP6, wenn Fertigungsgeschwindigkeit, Formen und Zerspanungswirtschaftlichkeit die Hauptanliegen sind und die Lasten moderat sind. - Wählen Sie SUP7, wenn höhere Festigkeit, bessere Zähigkeit in dickeren Querschnitten oder überlegene Anlassempfindlichkeit erforderlich sind und eine leicht höhere Verarbeitungsgeschwindigkeit (Schweißen/Vorwärmen; Werkzeug) akzeptabel ist.

9. Kosten und Verfügbarkeit

• Kosten: SUP7-Varianten kosten typischerweise etwas mehr pro Tonne als SUP6 aufgrund zusätzlicher Legierungssteuerung, Mikrolegierungselementen und potenziell rigoroserer Verarbeitung/Inspektion. Der Unterschied hängt von den Rohstofflegierungspreisen und der Nachfrage nach Wärmebehandlung ab.
• Verfügbarkeit: Beide Güten werden häufig in Stab-, Platten- und Walzquerschnitten von großen Stahlherstellern produziert; jedoch kann die Verfügbarkeit spezifischer Wärmebehandlungsbedingungen und eng zusammengesetzter Varianten (z. B. mikrolegiertes SUP7) begrenzter sein und Vorlaufzeiten erfordern. Bestätigen Sie immer die Vorlaufzeiten der Mühle und prüfen Sie, ob Artikel auf Lager oder auf Bestellung gefertigt werden.

10. Zusammenfassung und Empfehlung

Empfehlung - Wählen Sie SUP6, wenn Sie einen kostengünstigen, leicht zu verarbeitenden Stahl mit guter Duktilität und einfacher Schweiß-/Formbarkeit benötigen — Beispiele sind geschweißte Rahmen, mittellastige Wellen und Teile, bei denen die Produktivität beim Zerspanen/Formen entscheidend ist. - Wählen Sie SUP7, wenn die Anwendung höhere Festigkeit, verbesserte Durchdicken-Zähigkeit oder bessere Anlassempfindlichkeit erfordert — Beispiele sind größere Querschnittstrukturmitglieder, gehärtete und vergütete Komponenten und Teile, bei denen die Vorteile der Mikrolegierung (Kornverfeinerung, Ausscheidungsstärkung) die Leistung im Einsatz verbessern.

Schlussbemerkung: Geben Sie immer die genauen chemischen und mechanischen Anforderungen, den Zustand der Wärmebehandlung und das Schweißverfahren in den Beschaffungsunterlagen an. Überprüfen Sie die Mühlenzertifikate und fordern Sie für kritische Anwendungen repräsentative Prüfberichte an, die Zug-, Schlag- und Härteprüfungen abdecken, um sicherzustellen, dass die ausgewählte Güte den Entwurfsabsichten entspricht.