Kaltgewalzter Stahl: Eigenschaften und wichtige Anwendungen

Kaltgewalzter Stahl ist eine Art von Stahl, der einem Kaltwalzprozess unterzogen wurde, der die Reduzierung der Dicke des Stahls bei Raumtemperatur umfasst. Dieser Prozess verbessert die mechanischen Eigenschaften des Stahls, wodurch ein Produkt entsteht, das stärker und präziser in den Abmessungen ist im Vergleich zu warmgewalztem Stahl. Kaltgewalzter Stahl wird hauptsächlich als niedriglegierter Baustahl klassifiziert, obwohl er auch mittel- und hochlegierte Varianten je nach den verwendeten Legierungselementen umfassen kann.

Umfassender Überblick

Kaltgewalzter Stahl zeichnet sich durch seine glatte Oberfläche, engere Toleranzen und verbesserte mechanische Eigenschaften aus. Die primären Legierungselemente in kaltgewalztem Stahl sind typischerweise Kohlenstoff (C), Mangan (Mn), Phosphor (P) und Schwefel (S). Der Kohlenstoffgehalt liegt in der Regel zwischen 0,05% und 0,25%, was die Härte und Festigkeit des Stahls erheblich beeinflusst. Mangan wirkt als Entkohlenstoffer und verbessert die Härtbarkeit, während Phosphor und Schwefel die Bearbeitbarkeit verbessern können, aber auch zu Sprödigkeit führen können, wenn sie in übermäßigen Mengen vorhanden sind.

Die wesentlichen Eigenschaften von kaltgewalztem Stahl umfassen:

• Hohe Festigkeit: Der Kaltwalzprozess erhöht die Streckgrenze und Zugfestigkeit, wodurch er für Anwendungen geeignet ist, die hohe Festigkeits-Gewichts-Verhältnisse erfordern.
• Dimensionale Genauigkeit: Kaltgewalzter Stahl wird mit engeren Toleranzen produziert, was ihn ideal für Anwendungen macht, in denen Präzision entscheidend ist.
• Oberflächenfinish: Der Prozess führt zu einer glatten Oberfläche, die ästhetisch ansprechend ist und leicht lackiert oder beschichtet werden kann.

Vorteile:
- Verbesserte mechanische Eigenschaften im Vergleich zu warmgewalztem Stahl.
- Verbessertes Oberflächenfinish und dimensionale Genauigkeit.
- Vielseitige Anwendungen in verschiedenen Branchen.

Beschränkungen:
- Teurer als warmgewalzter Stahl aufgrund zusätzlicher Verarbeitung.
- Reduzierte Duktilität im Vergleich zu warmgewalzten Varianten, was ihn für bestimmte Umformprozesse weniger geeignet macht.

Kaltgewalzter Stahl nimmt aufgrund seiner Vielseitigkeit und hervorragenden Eigenschaften eine bedeutende Stellung auf dem Markt ein, weshalb er eine beliebte Wahl in der Automobil-, Bau- und Fertigungsindustrie ist.

Alternative Namen, Standards und Äquivalente

Standardorganisation	Bezeichnung/Stufe	Herstellerland/-region	Hinweise/Bemerkungen
UNS	G10080	USA	Nahezu äquivalent zu AISI 1008
AISI/SAE	1008	USA	Niederlegierter Stahl mit guter Schweißbarkeit
ASTM	A1008	USA	Norm für kaltgewalztes Stahl
EN	1.0330	Europa	Äquivalent zu AISI 1008
JIS	S10C	Japan	Ähnliche Eigenschaften, jedoch mit geringfügigen zusammensetzungstechnischen Unterschieden
ISO	ISO 3574	International	Norm für kaltgewalzene Stahlbleche niedriger Legierung

Die obige Tabelle hebt verschiedene Standards und Äquivalente für kaltgewalztes Stahl hervor. Es ist wichtig zu beachten, dass, während diese Stufen als äquivalent betrachtet werden können, subtile Unterschiede in der Zusammensetzung und Verarbeitung die Leistung in bestimmten Anwendungen beeinflussen können. Beispielsweise kann das Vorhandensein zusätzlicher Legierungselemente oder Variationen in den Verarbeitungsmethoden zu Unterschieden in den mechanischen Eigenschaften, Korrosionsbeständigkeit und Schweißbarkeit führen.

Schlüsseleigenschaften

Chemische Zusammensetzung

Element (Symbol und Name)	Prozentsatzbereich (%)
C (Kohlenstoff)	0,05 - 0,25
Mn (Mangan)	0,30 - 0,90
P (Phosphor)	≤ 0,04
S (Schwefel)	≤ 0,05
Fe (Eisen)	Rest

Die Hauptfunktion der wichtigen Legierungselemente in kaltgewalztem Stahl umfasst:
- Kohlenstoff: Erhöht Härte und Festigkeit; höherer Kohlenstoffgehalt führt zu höherer Festigkeit, jedoch zu reduzierter Duktilität.
- Mangan: Verbessert die Härtbarkeit und Festigkeit, verbessert Zähigkeit und hilft bei der Entgasung während der Stahlherstellung.
- Phosphor: Kann die Bearbeitbarkeit verbessern, jedoch zu Sprödigkeit führen, wenn in hohen Mengen vorhanden.
- Schwefel: Verbessert die Bearbeitbarkeit, kann jedoch die Duktilität und Zähigkeit negativ beeinflussen.

Mechanische Eigenschaften

Eigenschaft	Zustand/Temperatur	Testtemperatur	Typischer Wert/Bereich (metrisch)	Typischer Wert/Bereich (imperial)	Referenzstandard für Testmethode
Zugfestigkeit	Kaltgewalzt	Raumtemperatur	270 - 450 MPa	39 - 65 ksi	ASTM E8
Streckgrenze (0,2% Versatz)	Kaltgewalzt	Raumtemperatur	210 - 350 MPa	30 - 51 ksi	ASTM E8
Elongation	Kaltgewalzt	Raumtemperatur	20 - 40%	20 - 40%	ASTM E8
Härte (Rockwell B)	Kaltgewalzt	Raumtemperatur	60 - 80 HRB	60 - 80 HRB	ASTM E18
Schlagfestigkeit	Kaltgewalzt	-20 °C (-4 °F)	20 - 40 J	15 - 30 ft-lbf	ASTM E23

Die Kombination dieser mechanischen Eigenschaften macht kaltgewalzten Stahl für Anwendungen geeignet, die hohe Festigkeit und hervorragendes Oberflächenfinish erfordern. Seine hohe Zug- und Streckgrenze macht ihn ideal für Strukturbauteile, während seine Dehnungseigenschaften eine gewisse Formbarkeit ohne Bruch zulassen.

Physikalische Eigenschaften

Eigenschaft	Zustand/Temperatur	Wert (metrisch)	Wert (imperial)
Dichte	Raumtemperatur	7,85 g/cm³	0,284 lb/in³
Schmelzpunkt	-	1425 - 1540 °C	2600 - 2800 °F
Wärmeleitfähigkeit	Raumtemperatur	50 W/m·K	29 BTU·in/(hr·ft²·°F)
spezifische Wärmekapazität	Raumtemperatur	0,49 kJ/kg·K	0,12 BTU/lb·°F
Elektrischer Widerstand	Raumtemperatur	0,0000017 Ω·m	0,0000017 Ω·in

Wichtige physikalische Eigenschaften wie Dichte und Wärmeleitfähigkeit sind für Anwendungen, die Wärmebehandlung oder thermische Verarbeitung betreffen, von Bedeutung. Die Dichte des kaltgewalztes Stahls macht ihn für Anwendungen mit Gewichtsüberlegungen geeignet, während seine Wärmeleitfähigkeit seine Leistung in Wärmetauschern und anderen thermischen Anwendungen beeinflusst.

Korrosionsresistenz

Korridierendes Agens	Konzentration (%)	Temperatur (°C/°F)	Widerstandsbewertung	Hinweise
Atmosphärisch	Variiert	Umgebung	Ausreichend	Empfindlich gegenüber Rost
Chloride	Variiert	Umgebung	Schlecht	Risiko von Lochfraß
Säuren	Variiert	Umgebung	Schlecht	Nicht empfohlen
Alkalien	Variiert	Umgebung	Ausreichend	Moderat resistent

Kaltgewalzter Stahl zeigt eine moderate Korrosionsbeständigkeit, insbesondere unter atmosphärischen Bedingungen. Er ist jedoch anfällig für Rostbildung bei Feuchtigkeit und Chloriden, was zu Lochfraß führen kann. Im Vergleich zu Edelstahl hat kaltgewalzter Stahl eine deutlich geringere Korrosionsbeständigkeit, was ihn für Anwendungen in stark korrosiven Umgebungen weniger geeignet macht.

Hitzebeständigkeit

Eigenschaft/Grenzwert	Temperatur (°C)	Temperatur (°F)	Bemerkungen
Maximale kontinuierliche Betriebstemperatur	400 °C	752 °F	Darüber hinaus können die Eigenschaften abnehmen.
Maximale intermittierende Betriebstemperatur	500 °C	932 °F	Nur kurzfristige Exposition.
Skalierungstemperatur	600 °C	1112 °F	Risiko von Oxidation bei erhöhten Temperaturen.

Kaltgewalzter Stahl behält seine Festigkeit bei erhöhten Temperaturen von bis zu etwa 400 °C (752 °F). Über dieser Temperatur können die mechanischen Eigenschaften beginnen, sich zu verschlechtern, was zu verringerten Leistungen in strukturellen Anwendungen führt. Oxidation kann auch bei hohen Temperaturen auftreten, was Schutzbeschichtungen oder -behandlungen erforderlich macht.

Verarbeitungseigenschaften

Schweißbarkeit

Schweißverfahren	Empfohlener Zusatzwerkstoff (AWS-Klassifikation)	Typisches Schutzgas/Flussmittel	Hinweise
MIG	ER70S-6	Argon/CO2	Gut für dünne Bereiche
TIG	ER70S-2	Argon	Ausgezeichnete Kontrolle
Stab	E7018	Keine Angabe	Benötigt Vorwärmung

Kaltgewalzter Stahl wird im Allgemeinen als gut schweißbar angesehen, insbesondere mit MIG- und TIG-Verfahren. Vorwärmung kann für dickere Abschnitte erforderlich sein, um Rissbildung zu vermeiden. Die Nachwärmebehandlung kann die Eigenschaften des Schweißbereichs verbessern.

Bearbeitbarkeit

Bearbeitungsparameter	Kaltgewalzter Stahl	AISI 1212	Hinweise/Tipps
Relativer Bearbeitbarkeitsindex	70	100	Gut für Bearbeitungsoperationen
Typische Schnittgeschwindigkeit	30 m/min	50 m/min	Anpassung basierend auf Werkzeugen

Kaltgewalzter Stahl zeigt eine gute Bearbeitbarkeit, obwohl er nicht so leicht bearbeitet werden kann wie bestimmte legierte Stähle wie AISI 1212. Das richtige Werkzeug und die Schnittgeschwindigkeiten sind entscheidend, um die Bearbeitungsleistung zu optimieren.

Umformbarkeit

Kaltgewalzter Stahl kann mit verschiedenen Techniken geformt werden, einschließlich Biegen, Stanzen und Ziehen. Dennoch kann seine reduzierte Duktilität im Vergleich zu warmgewalztem Stahl ihn bei schweren Umformprozessen ohne Rissbildung einschränken. Der Mindestbiegeradius sollte sorgfältig betrachtet werden, um ein Versagen während der Umformung zu vermeiden.

Wärmebehandlung

Behandlungsprozess	Temperaturbereich (°C/°F)	Typische Haltezeit	Kühlmethode	Primärer Zweck / Erwünschtes Ergebnis
Glühen	600 - 700 °C / 1112 - 1292 °F	1 - 2 Stunden	Luft oder Wasser	Weichmachung, verbesserte Duktilität
Normalisieren	800 - 900 °C / 1472 - 1652 °F	1 - 2 Stunden	Luft	Verfeinerung der Kornstruktur
Härten	800 - 900 °C / 1472 - 1652 °F	1 Stunde	Wasser oder Öl	Härtung

Wärmebehandlungsprozesse wie Glühen und Normalisieren können die Mikrostruktur von kaltgewalztem Stahl erheblich verändern und seine mechanischen Eigenschaften verbessern. Glühen macht den Stahl weicher und verbessert die Duktilität, während das Normalisieren die Kornstruktur verfeinert und zu einer verbesserten Zähigkeit führt.

Typische Anwendungen und Endverwendungen

Branche/Sektor	Spezielles Anwendungsbeispiel	Wesentliche Stahleigenschaften, die in dieser Anwendung genutzt werden	Auswahlgrund (Kurz)
Automobil	Karosserieteile	Hohe Festigkeit, gutes Oberflächenfinish	Leicht und langlebig
Bau	Tragende Bauteile	Dimensionale Genauigkeit, Festigkeit	Präzision und Zuverlässigkeit
Fertigung	Maschinenteile	Gute Bearbeitbarkeit, Festigkeit	Leichtigkeit der Fertigung

Kaltgewalzter Stahl wird aufgrund seiner vorteilhaften Eigenschaften in verschiedenen Branchen weit verbreitet verwendet. Im Automobilsektor wird er für Karosserieteile aufgrund seiner Festigkeit und Oberflächenfinish bevorzugt. Im Bauwesen macht seine dimensionale Genauigkeit ihn ideal für tragende Bauteile. Darüber hinaus ist seine Bearbeitbarkeit im Maschinenbau von Vorteil.

Wichtige Überlegungen, Auswahlkriterien und weitere Einblicke

Merkmal/Eigenschaft	Kaltgewalzter Stahl	AISI 1018	Edelstahl 304	Kurze Pro/Contra- oder Trade-off-Notiz
Wichtige mechanische Eigenschaft	Hohe Festigkeit	Mittlere Festigkeit	Hohe Festigkeit	Kaltgewalzt bietet eine bessere Festigkeit als AISI 1018, aber weniger als Edelstahl.
Wichtiger Korrosionsaspekt	Ausreichende Beständigkeit	Ausreichende Beständigkeit	Exzellente Beständigkeit	Kaltgewalzt ist weniger korrosionsbeständig im Vergleich zu Edelstahl.
Schweißbarkeit	Gut	Gut	Moderat	Kaltgewalzt ist einfacher zu schweißen als Edelstahl.
Bearbeitbarkeit	Gut	Exzellent	Fair	Kaltgewalzt ist weniger bearbeitbar als AISI 1018.
Umformbarkeit	Moderat	Gut	Moderat	Kaltgewalzt ist weniger umformbar als AISI 1018.
Ungefährer relativer Preis	Moderat	Niedrig	Hoch	Kaltgewalzt ist teurer als AISI 1018, aber günstiger als Edelstahl.
Typische Verfügbarkeit	Hoch	Hoch	Moderat	Kaltgewalzt ist in verschiedenen Formen weit verbreitet erhältlich.

Bei der Auswahl von kaltgewalztem Stahl für eine bestimmte Anwendung sind Faktoren wie Kosten, Verfügbarkeit und mechanische Eigenschaften entscheidend. Während er hohe Festigkeit und gute Schweißbarkeit bietet, müssen seine Anfälligkeit für Korrosion und reduzierte Duktilität im Vergleich zu anderen Stufen berücksichtigt werden. Kaltgewalzter Stahl wird häufig für Anwendungen gewählt, in denen Präzision und Oberflächenfinish von größter Bedeutung sind, während alternative Stufen aufgrund ihrer überlegenen Korrosionsbeständigkeit oder Bearbeitbarkeit gewählt werden können.