Gewerbliche Qualitätsstahl (CQ): Eigenschaften und wichtige Anwendungen

Kommerzielle Qualitätsstahl (CQ) ist eine Kategorie von kohlenstoffarmem Baustahl, der hauptsächlich in Anwendungen verwendet wird, die eine gute Verformbarkeit und Schweißbarkeit erfordern. Unter der breiteren Kategorie der Kohlenstoffstähle klassifiziert, enthält CQ-Stahl typischerweise einen Kohlenstoffgehalt von weniger als 0,25%, was ihn für Umformungs- und Schweißprozesse geeignet macht. Das primäre legierende Element im CQ-Stahl ist Kohlenstoff, der seine Festigkeit, Härte und Duktilität beeinflusst. Andere Elemente wie Mangan, Phosphor und Schwefel können in Spuren vorhanden sein, die die Eigenschaften des Stahls insgesamt beeinflussen.

Die wichtigsten Eigenschaften von CQ-Stahl sind seine hervorragende Formbarkeit, Schweißbarkeit und moderate Zugfestigkeit. Er wird häufig in Anwendungen eingesetzt, bei denen hohe Festigkeit keine primäre Anforderung ist, aber gute mechanische Eigenschaften und einfache Bearbeitbarkeit wesentlich sind.

Vorteile und Einschränkungen

Vorteile:
- Gute Duktilität: CQ-Stahl kann leicht in verschiedene Formen gebracht werden, ohne zu reißen.
- Schweißbarkeit: Er kann mit Standardtechniken geschweißt werden, was ihn für die Fertigung geeignet macht.
- Kosteneffektiv: Im Allgemeinen ist CQ-Stahl günstiger im Vergleich zu hochwertigeren Stählen.

Einschränkungen:
- Niedrigere Festigkeit: Im Vergleich zu höherem Kohlenstoff- oder legierten Stählen hat CQ-Stahl eine niedrigere Zug- und Streckgrenze.
- Korrosionsbeständigkeit: Er ist anfälliger für Korrosion als rostfreie Stähle oder andere legierte Klassen.
- Begrenzte Hochtemperatureigenschaften: CQ-Stahl könnte unter extremen Temperaturbedingungen nicht gut abschneiden.

Historisch gesehen war CQ-Stahl ein Grundpfeiler in der Fertigungs- und Bauindustrie, häufig verwendet für strukturelle Anwendungen, Automobilkomponenten und allgemeine Fertigung. Seine Marktposition bleibt stark aufgrund seiner Vielseitigkeit und Kosteneffektivität.

Alternative Namen, Standards und Äquivalente

Standardorganisation	Bezeichnung/Grad	Land/Region der Herkunft	Hinweise/Anmerkungen
UNS	G10100	USA	Nahezu äquivalent zu A36-Stahl
AISI/SAE	1010	USA	Kohlenstoffarmer Stahl, gut umformbar
ASTM	A36	USA	Strukturstahl mit ähnlichen Eigenschaften
EN	S235JR	Europa	Komparabel in Festigkeit und Anwendung
DIN	St37-2	Deutschland	Ähnliche mechanische Eigenschaften
JIS	SS400	Japan	Üblicher Strukturstahlgrad
GB	Q235	China	Äquivalent zu A36, weit verbreitet im Bauwesen
ISO	ISO 630	International	Allgemeiner Normalstahlstandard

Obwohl viele Grade als äquivalent zu CQ-Stahl angesehen werden, können subtile Unterschiede in der Zusammensetzung die Leistung beeinflussen. Zum Beispiel hat A36-Stahl eine etwas höhere Streckgrenze, was ihn besser für strukturelle Anwendungen geeignet macht, während CQ-Stahl eine bessere Duktilität bietet.

Wichtige Eigenschaften

Chemische Zusammensetzung

Element (Symbol und Name)	Prozentsatzbereich (%)
C (Kohlenstoff)	0,05 - 0,25
Mn (Mangan)	0,30 - 0,60
P (Phosphor)	≤ 0,04
S (Schwefel)	≤ 0,05
Si (Silizium)	≤ 0,40

Die Hauptfunktion von Kohlenstoff im CQ-Stahl besteht darin, die Festigkeit und Härte zu erhöhen. Mangan trägt zu einer verbesserten Härtbarkeit und Zugfestigkeit bei, während Phosphor und Schwefel kontrolliert werden, um Sprödigkeit zu minimieren und die Zerspanbarkeit zu verbessern.

Mechanische Eigenschaften

Eigenschaft	Zustand/Temperatur	Testtemperatur	Typischer Wert/Bereich (metrisch)	Typischer Wert/Bereich (imperial)	Referenzstandard für Prüfmethoden
Zugfestigkeit	Anlassen	Raumtemperatur	370 - 490 MPa	54 - 71 ksi	ASTM E8
Streckgrenze (0,2% Versatz)	Anlassen	Raumtemperatur	250 - 350 MPa	36 - 51 ksi	ASTM E8
E elongation	Anlassen	Raumtemperatur	20 - 30%	20 - 30%	ASTM E8
Härte (Brinell)	Anlassen	Raumtemperatur	120 - 160 HB	120 - 160 HB	ASTM E10
Kerbschlagzähigkeit	Charpy-V-Kerbe	-20 °C (-4 °F)	27 - 40 J	20 - 30 ft-lbf	ASTM E23

Die Kombination dieser mechanischen Eigenschaften macht CQ-Stahl geeignet für Anwendungen, die moderate Festigkeit und hervorragende Duktilität erfordern, wie zum Beispiel Karosserieteile und strukturelle Komponenten.

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 Wärme kapazität	Raumtemperatur	0,49 kJ/kg·K	0,12 BTU/lb·°F
Elektrische Widerstandsfähigkeit	Raumtemperatur	1,68 x 10^-8 Ω·m	1,68 x 10^-8 Ω·ft
Thermischer Ausdehnungskoeffizient	Raumtemperatur	11,0 x 10^-6/K	6,1 x 10^-6/°F

Die Dichte von CQ-Stahl macht ihn geeignet für Anwendungen, bei denen das Gewicht eine Rolle spielt, während seine Wärmeleitfähigkeit in Anwendungen, die Wärmetransfer betreffen, vorteilhaft ist.

Korrosionsbeständigkeit

Korrosive Substanz	Koncentration (%)	Temperatur (°C/°F)	Widerstandseinstufung	Hinweise
Atmosphärisch	Variiert	Umgebungstemperatur	Ausreichend	Anfällig für Rost
Chloride	Variiert	Umgebungstemperatur	Schlecht	Risikoeines Lochfraß
Säuren	Variiert	Umgebungstemperatur	Schlecht	Nicht empfohlen
Alkalien	Variiert	Umgebungstemperatur	Ausreichend	Mäßige Widerstandsfähigkeit

CQ-Stahl weist eine mäßige Korrosionsbeständigkeit auf, was ihn für Innenanwendungen geeignet macht, jedoch weniger ideal für Außen- oder maritimen Umgebungen. Er ist anfällig für Rost unter feuchten Bedingungen und kann in chloridhaltigen Umgebungen das Risiko von Lochfraß aufweisen. Im Vergleich zu rostfreien Stählen wie 304 oder 316 ist die Korrosionsbeständigkeit von CQ-Stahl signifikant geringer, was schützende Beschichtungen oder Behandlungen in korrosiven Umgebungen notwendig macht.

Hitzebeständigkeit

Eigenschaft/Grenze	Temperatur (°C)	Temperatur (°F)	Bemerkungen
Maximale kontinuierliche Betriebstemperatur	400 °C	752 °F	Geeignet für moderate Temperaturen
Maximale intermittierende Betriebstemperatur	500 °C	932 °F	Nur für kurzfristige Exposition
Skalierungstemperatur	600 °C	1112 °F	Risiko der Oxidation über dieser Temperatur

Bei erhöhten Temperaturen behält CQ-Stahl seine mechanischen Eigenschaften, könnte jedoch beginnen, Festigkeit und Duktilität zu verlieren. Oxidation kann bei Temperaturen über 600 °C auftreten, was in Hochtemperaturanwendungen eine sorgfältige Berücksichtigung erfordert.

Bearbeitungseigenschaften

Schweißbarkeit

Schweißprozess	Empfohlene Füllmetall (AWS-Klassifizierung)	Typisches Schutzgas/Flussmittel	Hinweise
MIG	ER70S-6	Argon + CO2	Gut für dünne Abschnitte
TIG	ER70S-2	Argon	Saubere Schweißnähte, niedrige Wärmeaufnahme
Stab	E7018	-	Für den Außeneinsatz geeignet

CQ-Stahl ist sehr schweißbar mit verschiedenen Verfahren, einschließlich MIG, TIG und Elektrode. Vorwärmen kann für dickere Abschnitte erforderlich sein, um Rissbildung zu verhindern. Eine Nachschweißwärmebehandlung kann die Eigenschaften verbessern, ist jedoch nicht immer erforderlich.

Zerspanbarkeit

Zerspanungsparameter	[CQ-Stahl]	AISI 1212	Hinweise/Tipps
Relativer Zerspanungsindex	70	100	CQ-Stahl ist mäßig zerspanbar
Typische Schnittgeschwindigkeit (Drehen)	30 m/min	50 m/min	Verwenden Sie scharfe Werkzeuge für beste Ergebnisse

CQ-Stahl bietet eine mäßige Zerspanbarkeit, was ihn für Zerspanungsoperationen geeignet macht. Es muss jedoch darauf geachtet werden, eine Verfestigung zu vermeiden.

Formbarkeit

CQ-Stahl eignet sich sowohl für kalte als auch für warme Umformprozesse. Sein niedriger Kohlenstoffgehalt ermöglicht erhebliche Verformungen ohne Rissbildung. Der minimale Biegeradius beträgt typischerweise das 1,5-fache der Materialdicke, sodass er in komplexe Formen umgeformt werden kann.

Wärmebehandlung

Behandlungsprozess	Temperaturbereich (°C/°F)	Typische Haltezeit	Kühlmethode	Primäre Funktion / Erwartetes Ergebnis
Anlassen	600 - 700 °C / 1112 - 1292 °F	1 - 2 Stunden	Luft	Verbesserung der Duktilität und Reduzierung der Härte
Normalisieren	850 - 900 °C / 1562 - 1652 °F	1 - 2 Stunden	Luft	Verfeinern der Kornstruktur
Härten	800 - 900 °C / 1472 - 1652 °F	30 Min	Wasser/Öl	Erhöhung der Härte

Bei der Wärmebehandlung unterliegt CQ-Stahl metallurgischen Umwandlungen, die seine Mikrostruktur und Eigenschaften erheblich verändern können. Zum Beispiel reduziert das Anlassen die Härte und verbessert die Duktilität, was die Bearbeitung erleichtert.

Typische Anwendungen und Endnutzung

Industrie/Sektor	Beispiel für eine spezifische Anwendung	Wichtige Stahl Eigenschaften, die in dieser Anwendung genutzt werden	Grund für die Auswahl (Kurz)
Automobil	Karosserieteile	Gute Formbarkeit, Schweißbarkeit	Kosteneffizient und einfach zu bearbeiten
Bau	Stützbalken	Moderate Festigkeit, Duktilität	Geeignet für den allgemeinen Bau
Fertigung	Maschinenrahmen	Gute Zerspanbarkeit, Schweißbarkeit	Einfach zu bearbeiten und zu fertigen
Haushaltsgeräte	Gehäuse von Geräten	Gute Korrosionsbeständigkeit (mit Beschichtungen)	Leicht und kosteneffizient

Weitere Anwendungen sind:
* - Landwirtschaftliche Geräte
* - Möbelherstellung
* - Allgemeine Fertigung und Reparaturarbeiten

CQ-Stahl wird für diese Anwendungen aufgrund seiner ausgewogenen Kombination aus Festigkeit, Duktilität und Kosteneffektivität ausgewählt, was ihn ideal für Teile macht, die gute mechanische Eigenschaften erfordern, ohne dass eine hohe Festigkeit notwendig ist.

Wichtige Überlegungen, Auswahlkriterien und weitere Einblicke

Merkmal/Eigenschaft	[CQ-Stahl]	[A36-Stahl]	[304-Edelstahl]	Kurze Pro-/Kontra- oder Kompromissanmerkung
Wichtige mechanische Eigenschaft	Moderat	Höher	Viel höher	CQ ist weniger stark, aber duktiler
Wichtiger Korrosionsaspekt	Ausreichend	Ausreichend	Ausgezeichnet	CQ ist anfälliger für Rost
Schweißbarkeit	Gut	Gut	Ausgezeichnet	Alle sind schweißbar, aber CQ ist einfacher
Zerspanbarkeit	Moderat	Moderat	Schlecht	CQ ist einfacher zu bearbeiten
Formbarkeit	Gut	Gut	Ausreichend	CQ kann in komplexe Formen gebracht werden
Ungefähre relative Kosten	Niedrig	Niedrig	Hoch	CQ ist kosteneffektiver
Typische Verfügbarkeit	Hoch	Hoch	Moderat	CQ ist weit verbreitet verfügbar

Bei der Auswahl von CQ-Stahl sollten Faktoren wie Kosteneffektivität, Verfügbarkeit und die spezifischen mechanischen Eigenschaften berücksichtigt werden, die für die Anwendung erforderlich sind. Obwohl er für viele Anwendungen gute Leistungen bietet, ist er möglicherweise nicht geeignet für Umgebungen, die eine hohe Korrosionsbeständigkeit oder extreme Festigkeit erfordern.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Kommerzielle Qualitätsstahl (CQ) ein vielseitiges Material ist, das aufgrund seiner vorteilhaften Eigenschaften und Kosteneffizienz in verschiedenen Branchen weit verbreitet ist. Das Verständnis seiner Eigenschaften, Vorteile und Einschränkungen ist entscheidend für informierte Materialauswahlentscheidungen in Ingenieur- und Fertigungsanwendungen.