SUP7 vs SUP9 – Zusammensetzung, Wärmebehandlung, Eigenschaften und Anwendungen

Einführung

Ingenieure, Beschaffungsmanager und Fertigungsplaner stehen häufig vor der Wahl zwischen eng verwandten Stahlgüten für strukturelle, druckhaltende oder verschleißbelastete Komponenten. Typische Entscheidungskontexte umfassen das Abwägen von Festigkeit gegen Duktilität, Schweißbarkeit gegen Härtbarkeit und Lebenszykluskosten (Material plus Fertigung und Schutz) gegen die Leistung im Einsatz.

SUP7 und SUP9 sind benachbarte Güten in derselben Familie und werden häufig verglichen, da sie ähnliche Anwendungsbereiche anvisieren, jedoch mit unterschiedlichen Legierungs- und Verarbeitungsakzenten. Der Hauptunterschied in der Praxis besteht darin, dass SUP9 als das leistungsstärkere (aufgewertete) Mitglied des Paares positioniert ist – entworfen, um erhöhte Festigkeit und Härtbarkeit durch zusätzliche Legierungs- oder Verarbeitungsoptionen zu liefern – während SUP7 die Basisleistung mit besserer inhärenter Verarbeitbarkeit und niedrigeren Kosten betont. Diese gerichtete Beziehung erklärt, warum Designer beide Güten bewerten, wenn sie Material für Teile auswählen, die einen optimierten Kompromiss zwischen mechanischer Leistung und Herstellbarkeit erfordern.

1. Standards und Bezeichnungen

• Allgemein referenzierte Systeme: JIS (Japanische Industrie-Normen), GB (Chinesische Nationale Normen), EN (Europäische) und ASTM/ASME (Amerikanische). Die Namenskonvention der SUP-Serie wird häufig in ostasiatischen Normen und Lieferantenkatalogen gesehen.
• Materialkategorie: Sowohl SUP7 als auch SUP9 sind nichtrostende, niedriglegierte/mikrolegierte Kohlenstoffstähle (keine Werkzeugstähle oder rostfreien Stähle). Sie sind typischerweise für strukturelle und Druckanwendungen ausgelegt und können je nach Lieferant und Endverwendung in normalisierten, vergüteten oder thermomechanisch gewalzten Zuständen geliefert werden.

2. Chemische Zusammensetzung und Legierungsstrategie

Das SUP7–SUP9-Paar unterscheidet sich hauptsächlich durch inkrementelle Legierungs- und Mikrolegierungszusätze, die darauf abzielen, Festigkeit, Härtbarkeit und Zähigkeit zu verändern. Die folgende Tabelle verwendet qualitative Beschreibungen (Vorhanden/Nachweislich/Nicht typisch), um eine falsche Darstellung spezifischer Massenanteile zu vermeiden; tatsächliche Zusammensetzungen sollten aus der geltenden Norm oder dem Lieferantendatenblatt für Design oder Beschaffung entnommen werden.

Element	SUP7 (typische Rolle)	SUP9 (typische Rolle)
C (Kohlenstoff)	Niedrig bis moderat; Basisverstärkung und Härtbarkeit	Moderat; leicht höher zur Unterstützung höherer Festigkeit/Härtbarkeit
Mn (Mangan)	Vorhanden; Entgasung, Festigkeit, Zähigkeit	Vorhanden; oft ähnlich oder leicht höher zur Unterstützung der Härtbarkeit
Si (Silizium)	In kleinen Mengen zur Entgasung vorhanden	In kleinen Mengen vorhanden
P (Phosphor)	Kontrollierte Verunreinigung (niedrig gehalten)	Kontrollierte Verunreinigung (niedrig gehalten)
S (Schwefel)	Kontrolliert; kann in niedrigen ppm vorhanden sein	Kontrolliert; niedrig gehalten für mechanische Eigenschaften
Cr (Chrom)	Kann in Spuren/niedrigen Mengen für Festigkeit/Härtung vorhanden sein	Oft in höheren Mengen als SUP7 vorhanden, um Härtbarkeit und Vergütungsbeständigkeit zu erhöhen
Ni (Nickel)	Nicht dominant; in vielen Varianten spurenweise oder abwesend	Kann in einigen SUP9-Varianten zur Verbesserung der Zähigkeit vorhanden sein
Mo (Molybdän)	Typischerweise keine primäre Zugabe; spurenweise in einigen Varianten	Häufig in SUP9 verwendet, um Härtbarkeit und Hochtemperaturfestigkeit zu verbessern
V (Vanadium)	Mikrolegierung (Spuren) möglich zur Kornverfeinerung	Mikrolegierung wahrscheinlicher oder in leicht höheren Mengen zur Verfeinerung des Korns und Erhöhung der Festigkeit
Nb (Niob)	Spurenmikrolegierung möglich	Kann in SUP9-Mikrolegierungsvarianten vorhanden sein
Ti (Titan)	Spuren als Stabilisator in einigen Stählen	Spuren in einigen Varianten
B (Bor)	Nicht typisch, kann aber in spurenweise in höherlegierten Varianten verwendet werden	Spurenbor möglich in SUP9-Varianten zur Verbesserung der Härtbarkeit
N (Stickstoff)	Kontrolliert; beeinflusst die Nitridebildung und Zähigkeit	Kontrolliert; Zusammensetzungssteuerung wichtig für Zähigkeit und Mikrolegierungsniederschlag

Wie sich die Legierung auf wichtige Eigenschaften auswirkt: - Festigkeit und Vergütungsbeständigkeit: Elemente wie Cr, Mo, Ni, V und Nb erhöhen die Festigkeit und die Vergütungsbeständigkeit bei erhöhten Temperaturen. SUP9 hat typischerweise mehr von diesen Beiträgen. - Härtbarkeit: Cr, Mo und kleine Zusätze wie B erhöhen die Härtbarkeit, sodass dickere Abschnitte eine höhere Abschreckhärte erreichen können. SUP9 ist typischerweise für höhere Härtbarkeit ausgelegt. - Zähigkeit und Kornkontrolle: Mikrolegierungselemente (V, Nb, Ti) und engere Zusammensetzungssteuerung ermöglichen feinere Ferrit/Perlit- oder vergütete Martensit-Mikrostrukturen für verbesserte Zähigkeit. - Korrosionsbeständigkeit: Keine der Güten ist rostfrei; die Korrosionsleistung hängt von Beschichtungen und der Umgebung ab, nicht von der inhärenten Legierung (außer für Cr/Ni-Zugaben, die marginal helfen).

3. Mikrostruktur und Reaktion auf Wärmebehandlung

Typische Mikrostrukturen bei Lieferung: - SUP7: Oft normalisiert oder normalisiert und vergütet geliefert; die Mikrostruktur tendiert je nach Kohlenstoffgehalt und Wärmebehandlung zu Ferrit–Perlit oder vergütetem Bainit/Martensit. - SUP9: Entwickelt, um höhere Anteile von Bainit oder vergütetem Martensit nach Abschrecken und Vergüten zu erreichen; auch in thermomechanisch kontrollierten gewalzten Zuständen erhältlich, um feinkörnige bainitische Strukturen zu erzielen.

Auswirkungen der Verarbeitung: - Normalisieren: Beide Güten verfeinern die Korngröße und homogenisieren die Struktur; Normalisieren verbessert die Zähigkeit und Gleichmäßigkeit, führt jedoch zu geringerer Festigkeit als Abschrecken und Vergüten. - Abschrecken und Vergüten: SUP9 profitiert mehr von Q&T, da seine Legierung die Härtbarkeit und Vergütungsbeständigkeit erhöht, was eine höhere vergütete Festigkeit bei einer bestimmten Abschreckschwere ermöglicht. SUP7 kann Q&T sein, ist jedoch typischerweise auf niedrigere Vergütungsbereiche beschränkt, um die Zähigkeit auszugleichen. - Thermomechanische Verarbeitung (TMCP): Bei Anwendung kann TMCP in beiden Güten feinkörnige Mikrostrukturen erzeugen; SUP9-Varianten können optimiert werden, um starke, zähe Mikrostrukturen zu erzeugen, ohne extreme Wärmebehandlungen zu erfordern.

Mikrostrukturelle Konsequenzen: - Erhöhte Legierungs- und Mikrolegierungszusätze in SUP9 fördern härtere, stärkere Phasen (vergüteter Martensit oder Bainit) bei praktischen Abschnittdicken, während SUP7 zu duktilerem Ferrit–Perlit tendiert, es sei denn, es wird stark wärmebehandelt.

4. Mechanische Eigenschaften

Da Zusammensetzung und Verarbeitung die Eigenschaften stark beeinflussen, bietet die folgende Tabelle qualitative vergleichende Beschreibungen anstelle absoluter Zahlen. Für das Design verwenden Sie die Testdaten des Lieferanten oder der normzertifizierten Tests.

Eigenschaft	SUP7	SUP9
Zugfestigkeit	Moderat	Höher (für erhöhte Zugfestigkeit ausgelegt)
Streckgrenze	Moderat	Höher (erhöhte Streckgrenze aufgrund von Legierung/Mikrolegierungen)
Elongation (Duktilität)	Höher (duktiler in äquivalentem Zustand)	Niedriger im Vergleich zu SUP7 bei äquivalentem Festigkeitsniveau, aber akzeptabel, wenn richtig vergütet
Schlagzähigkeit	Gut, insbesondere wenn normalisiert	Vergleichbar oder besser, wenn richtig wärmebehandelt; kann TMCP/Q&T erfordern, um ähnliche Zähigkeit bei niedrigen Temperaturen zu erreichen
Härte	Niedriger bis moderat	Höhere Fähigkeit nach Q&T; größeres Härtepotential nach Abschrecken

Interpretation: SUP9 ist so ausgelegt, dass es höhere Festigkeit und Härtbarkeit bietet; jedoch führt das Erreichen hoher Festigkeit typischerweise zu einer Verringerung der Duktilität, es sei denn, es wird eine Minderung durch kontrollierte Mikrostruktur (TMCP, Mikrolegierung) angewendet. SUP7 begünstigt die Verarbeitbarkeit und Duktilität unter Basisbedingungen.

5. Schweißbarkeit

Die Schweißbarkeit hängt vom Kohlenstoffäquivalent und der Anwesenheit von härtenden Legierungen ab. Nützliche prädiktive Formeln (keine numerische Substitution hier) umfassen:

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

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: - SUP7: Niedrigerer Kohlenstoff und einfachere Legierung führen typischerweise zu niedrigeren $CE_{IIW}$- und $P_{cm}$-Werten, was auf eine einfachere Schweißbarkeit mit niedrigerer Vorwärmung und geringerer Rissanfälligkeit hinweist. - SUP9: Zusätzliche Cr, Mo und Mikrolegierung erhöhen die Härtbarkeit und neigen daher dazu, $CE_{IIW}$ und $P_{cm}$ zu erhöhen; dies erhöht das Risiko der Martensitbildung im HAZ und erhöht die Anfälligkeit für Kaltverriss, es sei denn, es werden geeignete Vorwärm-/Nachschweißwärmebehandlungen (PWHT), kontrollierte Zwischenpass-Temperaturen und Verbrauchsmaterialübereinstimmungen verwendet. - Praktische Anleitung: Für SUP9 erwarten Sie, dass Sie kontrollierte Schweißverfahren (Vorwärmung, Zwischenpass-Temperaturkontrollen und möglicherweise PWHT) für dickere Abschnitte oder stark restriktive Verbindungen planen. Für SUP7 ist die Standard-Schweißpraxis oft ausreichend für viele Anwendungen.

6. Korrosion und Oberflächenschutz

• Weder SUP7 noch SUP9 sind rostfrei. Ihre Korrosionsbeständigkeit in atmosphärischen oder wässrigen Umgebungen ist ähnlich und wird hauptsächlich durch Oberflächenschutz und Umgebung kontrolliert.
• Typische Schutzmaßnahmen: Feuerverzinkung, Galvanisierung, organische Beschichtungen (Farben, Epoxid), Metallisierung oder kathodischer Schutz für begrabene/eingetauchte Anwendungen.
• Rostfreie Indizes wie PREN gelten nicht für diese niedriglegierten Kohlenstoffstähle; die PREN-Formel ist nur für rostfreie Legierungen relevant:

$$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$

• Kleine Mengen von Cr/Ni/Mo in SUP9-Varianten verbessern marginal die Widerstandsfähigkeit gegen lokale Korrosion im Vergleich zu SUP7, aber keine der Güten sollte für Korrosionsbeständigkeit ausgewählt werden, wo rostfreie Stähle erforderlich sind.

7. Verarbeitung, Bearbeitbarkeit und Formbarkeit

• Bearbeitbarkeit: Niedrigere Festigkeits-, niedrigere Härtebedingungen von SUP7 sind im Allgemeinen einfacher zu bearbeiten und führen zu geringerer Werkzeugabnutzung. SUP9 in einem höheren Festigkeits- oder vergüteten Zustand kann die Bearbeitbarkeit verringern und die Schnittkräfte sowie Bedenken hinsichtlich der Werkzeuglebensdauer erhöhen.
• Formbarkeit und Biegung: SUP7 bietet bessere Formbarkeit und Biegbarkeit unter äquivalenten metallurgischen Bedingungen. SUP9, wenn für höhere Festigkeit spezifiziert, kann größere Biegeradien, geringere Dehnung während der Formgebung oder Zwischenanlassschritte erfordern, um Rissbildung zu vermeiden.
• Oberflächenveredelung: Beide Güten reagieren gut auf gängige Veredelungsoperationen (Strahlreinigung, Schleifen, Bearbeiten). Das Schleifen/hart Bearbeiten von SUP9 im Hochfestigkeitszustand erzeugt höhere Temperaturen und Abnutzung.
• Verarbeitungsplanung: Wählen Sie Form- und Bearbeitungszugaben basierend auf dem Vergütungszustand; für SUP9 sollten Sie in Betracht ziehen, normalisierte oder vergütete Zustände zu spezifizieren, die das Gleichgewicht zwischen der gelieferten Festigkeit und der Verarbeitungspraktikabilität optimieren.

8. Typische Anwendungen

SUP7 — Typische Anwendungen	SUP9 — Typische Anwendungen
Allgemeine Strukturkomponenten, bei denen Standardfestigkeit und gute Schweißbarkeit/Formbarkeit erforderlich sind (Träger, Halterungen, Platten)	Schwerere strukturelle Elemente und Komponenten, die höhere Festigkeit oder bessere Härtbarkeit erfordern (dickere Abschnitte, Wellen, Druckteile)
Fertigteile, bei denen Kosten und einfache Fertigung Priorität haben	Teile, die höheren Lasten, Ermüdung oder Verschleiß ausgesetzt sind, wo erhöhte Festigkeit erforderlich ist
Rohrleitungen oder Druckanwendungen, bei denen moderate Festigkeit und hohe Duktilität erforderlich sind (je nach Spezifikation)	Teile, die für Abschrecken und Vergüten oder TMCP ausgelegt sind, um höhere Festigkeit bei gleicher Geometrie zu erreichen

Auswahlbegründung: - Wählen Sie SUP7, wenn Verarbeitungs-effizienz, niedrigere Kosten und Duktilität Priorität haben und wenn die Festigkeitsanforderungen moderat sind. - Wählen Sie SUP9, wenn das Design höhere Festigkeit und/oder verbesserte Durchhärtbarkeit erfordert und wenn geeignete Schweiß- und Wärmebehandlungspraktiken angewendet werden können.

9. Kosten und Verfügbarkeit

• Relativer Preis: SUP7 ist typischerweise die kostengünstigere Option aufgrund einfacherer Legierung und breiterer Verfügbarkeit in Standardformen. SUP9, mit zusätzlichen Legierungs- und Verarbeitungsoptionen (Q&T, TMCP), tendiert dazu, teurer zu sein.
• Verfügbarkeit nach Produktform: SUP7 ist normalerweise in Platten-, Blech- und Standardstangenformaten weit verbreitet erhältlich. Die Verfügbarkeit von SUP9 hängt von Markt- und Werkskapazitäten ab; spezialisierte vergütete oder mikrolegierte Varianten können auf Bestellung und in ausgewählten Produktbereichen erhältlich sein.
• Beschaffungsüberlegungen: Berücksichtigen Sie nicht nur die Materialkosten, sondern auch die Fertigung, Wärmebehandlung, Schweißverfahrenqualifizierung und Inspektion, wenn Sie die Lebenszykluskosten zwischen den Güten vergleichen.

10. Zusammenfassung und Empfehlung

Zusammenfassungstabelle (qualitativ):

Attribut	SUP7	SUP9
Schweißbarkeit	Besser (niedriger CE/Pcm)	Erfordert mehr Kontrolle (höheres CE/Pcm-Potenzial)
Festigkeits-Zähigkeits-Balance	Gute Duktilität bei moderater Festigkeit	Höheres Festigkeitspotenzial; Zähigkeit hängt von der Verarbeitung ab
Kosten	Niedriger (Material- und typische Verarbeitungskosten)	Höher (Legierungs- und Wärmebehandlungskosten)

Empfehlung: - Wählen Sie SUP7, wenn: Sie einen kosteneffektiven, leicht zu verarbeitenden Stahl mit guter Duktilität und akzeptabler Festigkeit für allgemeine strukturelle oder Druckanwendungen benötigen, bei denen extreme Härtbarkeit oder erhöhte Festigkeit nicht erforderlich sind. - Wählen Sie SUP9, wenn: Ihr Design höhere Zug- oder Streckfestigkeit, verbesserte Härtbarkeit für dickere Abschnitte oder erhöhte Vergütungsbeständigkeit erfordert und Sie strengere Schweißkontrollen, potenzielle PWHT und einen leicht höheren Materialpreis akzeptieren können.

Letzte Anmerkung: SUP7 und SUP9 decken eine Familie von Produktvarianten und Verarbeitungswegen ab. Konsultieren Sie immer die relevante Norm, das Werkszertifikat und das Lieferantendatenblatt für die genaue chemische Zusammensetzung, zertifizierte mechanische Testergebnisse und empfohlene Schweiß-/Wärmebehandlungspraktiken vor der endgültigen Materialauswahl oder -qualifizierung.