EH36-Stahl: Eigenschaften und wichtige Anwendungen im Schiffbau

EH36 Stahl ist eine hochfeste Stahlgüte, die hauptsächlich im Schiffbau und in maritimen Anwendungen eingesetzt wird. Als niedriglegierter Kohlenstoffstahl klassifiziert, gehört EH36 zu den höherfesten Güten des ASTM A131 Standards, der speziell für den Schiffbau entwickelt wurde. Die Hauptlegierungselemente in EH36 sind Kohlenstoff, Mangan und Silizium, die zu den mechanischen Eigenschaften und der Gesamtleistung in anspruchsvollen Umgebungen beitragen.

Umfassende Übersicht

EH36 Stahl ist bekannt für seine hervorragende Schweißbarkeit, hohe Festigkeit und Zähigkeit, was ihn geeignet für den Bau verschiedener maritimer Strukturen macht, einschließlich Schiffe, Offshore-Plattformen und andere maritime Fahrzeuge. Der niedrige Kohlenstoffgehalt des Stahls verbessert seine Verformbarkeit und Zähigkeit, während die Zugabe von Mangan die Härtbarkeit und Festigkeit verbessert.

Die bedeutendsten Eigenschaften von EH36 Stahl sind:

• Hohe Streckgrenze: EH36 weist eine Streckgrenze von etwa 355 MPa (51,5 ksi) auf, was ihn ideal für strukturelle Anwendungen macht, bei denen hohe Festigkeit entscheidend ist.
• Gute Zähigkeit: Der Stahl behält seine Zähigkeit sogar bei niedrigen Temperaturen, was für maritime Anwendungen, die rauen Bedingungen ausgesetzt sind, wichtig ist.
• Exzellente Schweißbarkeit: EH36 kann mit herkömmlichen Methoden geschweißt werden, was eine effiziente Fertigung komplexer Strukturen ermöglicht.

Vorteile und Einschränkungen

Vorteile:
- Hohe Festigkeit-zu-Gewicht-Verhältnis, was leichtere Strukturen ermöglicht, ohne die Integrität zu gefährden.
- Hervorragende Zähigkeit und Verformbarkeit, die sichergestellt, dass die Leistung unter extremen Bedingungen gegeben ist.
- Gute Schweißbarkeit, die den Bau komplexer Formen und Designs erleichtert.

Einschränkungen:
- Eingeschränkte Korrosionsbeständigkeit im Vergleich zu rostfreien Stählen, was in maritimen Umgebungen Schutzbeschichtungen erforderlich macht.
- Möglichkeit von sprödem Bruch bei sehr niedrigen Temperaturen, wenn er nicht ordnungsgemäß verarbeitet wird.

Historisch gesehen hat EH36 eine bedeutende Rolle in der Schiffbauindustrie gespielt, insbesondere im 20. Jahrhundert, da Marine- und Handelsfahrzeuge Materialien benötigten, die den Strapazen des Meeres standhalten konnten.

Alternative Namen, Standards und Äquivalente

Standardorganisation	Bezeichnung/Güte	Land/Region des Ursprungs	Hinweise/Anmerkungen
ASTM	EH36	USA	Standard für Schiffbau-Stahl
EN	S355G3	Europa	Nächstes Äquivalent mit geringfügigen Zusammensetzungsunterschieden
JIS	SM490A	Japan	Ähnliche Festigkeit, aber verschiedene Legierungselemente
DIN	StE 355	Deutschland	Vergleichbare Güte mit geringfügigen Variationen in den Eigenschaften
ISO	1461	International	Allgemeiner Standard für Baustähle

Die Unterschiede zwischen diesen äquivalenten Güten können die Auswahl basierend auf spezifischen Anwendungsanforderungen beeinflussen, wie z. B. Schweißbarkeit, Zähigkeit und Korrosionsbeständigkeit. Zum Beispiel, während S355G3 eine ähnliche Festigkeit bietet, kann seine chemische Zusammensetzung unterschiedliche Leistungen in spezifischen Umgebungen ergeben.

Wesentliche Eigenschaften

Chemische Zusammensetzung

Element (Symbol und Name)	Prozentbereich (%)
C (Kohlenstoff)	0,14 - 0,20
Mn (Mangan)	1,00 - 1,60
Si (Silizium)	0,10 - 0,50
P (Phosphor)	≤ 0,025
S (Schwefel)	≤ 0,010
Al (Aluminium)	0,015 - 0,060

Die Hauptrolle der Schlüssellegierungselemente in EH36 umfasst:
- Kohlenstoff: Erhöht Festigkeit und Härte, muss jedoch kontrolliert werden, um die Verformbarkeit zu erhalten.
- Mangan: Verbessert die Härtbarkeit und Zugfestigkeit, entscheidend für die strukturelle Integrität.
- Silizium: Wirkt als Entgasungsmittel während der Stahlherstellung und trägt zur Festigkeit bei.

Mechanische Eigenschaften

Eigenschaft	Zustand/Temperatur	Prüftemperatur	Typischer Wert/ Bereich (metrisch)	Typischer Wert/ Bereich (imperial)	Referenzstandard für Prüfmethoden
Streckgrenze (0,2% Offset)	Normalisiert	Raumtemperatur	355 MPa	51,5 ksi	ASTM E8
Zugfestigkeit	Normalisiert	Raumtemperatur	490 - 620 MPa	71 - 90 ksi	ASTM E8
Dehnung	Normalisiert	Raumtemperatur	20%	20%	ASTM E8
Flächenverringerung	Normalisiert	Raumtemperatur	40%	40%	ASTM E8
Härte (Brinell)	Normalisiert	Raumtemperatur	150 - 190 HB	150 - 190 HB	ASTM E10
Zähigkeitsfestigkeit (Charpy)	Normalisiert	-20°C (-4°F)	27 J	20 ft-lbf	ASTM E23

Die Kombination dieser mechanischen Eigenschaften macht EH36 Stahl geeignet für Anwendungen, die hohe Festigkeit und Zähigkeit erfordern, insbesondere in strukturellen Komponenten, die dynamischen Lasten und harten Umgebungsbedingungen ausgesetzt sind.

Physikalische Eigenschaften

Eigenschaft	Zustand/Temperatur	Wert (metrisch)	Wert (imperial)
Dichte	Raumtemperatur	7850 kg/m³	0,284 lb/in³
Schmelzpunkt	-	1425 - 1540 °C	2600 - 2800 °F
Wärmeleitfähigkeit	Raumtemperatur	50 W/m·K	34,5 BTU·in/h·ft²·°F
Speziellen Wärmekapazität	Raumtemperatur	500 J/kg·K	0,12 BTU/lb·°F
Elektrische Widerstand	Raumtemperatur	0,0000017 Ω·m	0,0000017 Ω·in
Erweiterungskoeffizient	Raumtemperatur	11,0 x 10⁻⁶/K	6,1 x 10⁻⁶/°F

Die praktische Relevanz der physikalischen Eigenschaften von EH36 umfasst:
- Dichte: Beeinflusst Gewichtswertungen für maritime Strukturen und beeinflusst das Design und die Stabilität.
- Wärmeleitfähigkeit: Wichtig für das Wärmemanagement in Schiffbau-Anwendungen, insbesondere in Maschinenräumen.
- Speziellen Wärmekapazität: Relevant für thermische Spannungsüberlegungen während Schweiß- und Fertigungsprozessen.

Korrosionsbeständigkeit

Korrosiver Agens	Konzentration (%)	Temperatur (°C/°F)	Widerstandsklasse	Hinweise
Meerwasser	-	25°C (77°F)	Ausreichend	Risiko von Lochfraßkorrosion
Chloride	3 - 5	30°C (86°F)	Schlecht	Anfällig für SCC
Schwefelsäure	10 - 20	20°C (68°F)	Schlecht	Nicht empfohlen
Alkalische Lösungen	5 - 10	25°C (77°F)	Ausreichend	Risiko von lokalisierter Korrosion

EH36 Stahl weist eine moderate Korrosionsbeständigkeit auf, insbesondere in maritimen Umgebungen. Er ist anfällig für Lochfraß und Spannungsrisskorrosion (SCC), wenn er Chloriden ausgesetzt ist, was schützende Beschichtungen für eine langfristige Haltbarkeit unerlässlich macht. Im Vergleich zu rostfreien Stählen, wie AISI 316, ist die Korrosionsbeständigkeit von EH36 deutlich geringer, was eine sorgfältige Überlegung in Anwendungen erfordert, in denen eine Exposition gegenüber korrosiven Agenzien zu erwarten ist.

Wärmebeständigkeit

Eigenschaft/Grenze	Temperatur (°C)	Temperatur (°F)	Bemerkungen
Maximaler kontinuierlicher Betrieb bei Temp.	400°C	752°F	Eignet sich für strukturelle Anwendungen
Maximaler intermittierender Betrieb bei Temp.	450°C	842°F	Nur kurzfristige Exposition
Skalierungstemperatur	600°C	1112°F	Risiko von Oxidation über dieser Temperatur
Kriechfestigkeitsüberlegungen	400°C	752°F	Beginnt bei erhöhten Temperaturen zu degradieren

Bei erhöhten Temperaturen behält EH36 Stahl seine strukturelle Integrität bis etwa 400°C (752°F). Darüber hinaus steigt das Risiko von Oxidation und Verlust der mechanischen Eigenschaften. Daher ist es wichtig, diese Grenzen bei der Konstruktion von Komponenten, die hohen thermischen Belastungen ausgesetzt sein können, zu berücksichtigen.

Verarbeitungseigenschaften

Schweißbarkeit

Schweißverfahren	Empfohlene Füllmetall (AWS-Klassifikation)	Typisches Schutzgas/Fluss	Hinweise
SMAW	E7018	Argon/CO2	Eignet sich für dicke Abschnitte
GMAW	ER70S-6	Argon/CO2	Gut für dünne Abschnitte
FCAW	E71T-1	CO2	Hohe Abschreibung

EH36 Stahl ist hochschweißbar und eignet sich für verschiedene Schweißverfahren, einschließlich des Schutzgas-Metallbogen-Schweißens (SMAW), des Gas-Metallbogen-Schweißens (GMAW) und des flux-kern Schweißens (FCAW). Vorwärmen kann erforderlich sein, um Rissbildung zu vermeiden, insbesondere bei dickeren Abschnitten. Eine Wärmebehandlung nach dem Schweißen kann die Zähigkeit verbessern und Restspannungen abbauen.

Bearbeitbarkeit

Bearbeitungsparameter	EH36 Stahl	AISI 1212	Hinweise/Tipps
Relativer Bearbeitungsindex	70	100	Mittlere Bearbeitbarkeit
Typische Schnittgeschwindigkeit	30 m/min	50 m/min	Anpassung basierend auf Werkzeug

EH36 Stahl hat eine moderate Bearbeitbarkeit, die mit entsprechenden Werkzeugen und Schnittbedingungen verbessert werden kann. Hochgeschwindigkeitsstahl (HSS) Werkzeuge werden häufig verwendet, und Kühlmittel wird empfohlen, um die Wärme während der Bearbeitung zu steuern.

Formbarkeit

EH36 Stahl zeigt eine gute Formbarkeit, die sowohl für Kalt- als auch Heißformverfahren geeignet ist. Kaltverformung kann Arbeitshärtung induzieren, die eine anschließende Wärmebehandlung erforderlich machen kann, um die Verformbarkeit wiederherzustellen. Der minimale Biegeradius sollte während der Fertigung berücksichtigt werden, um Rissbildung zu vermeiden.

Wärmebehandlung

Behandlungsprozess	Temperaturbereich (°C/°F)	Typische Haltezeit	Kühlmethode	Hauptzweck / Erwünschtes Ergebnis
Normalisieren	900 - 950 / 1652 - 1742	1 - 2 Stunden	Luft	Verfeinerung der Kornstruktur
Abschrecken	850 - 900 / 1562 - 1652	30 Minuten	Wasser/Öl	Steigerung der Härte
Anlassen	500 - 650 / 932 - 1202	1 Stunde	Luft	Reduzierung der Sprödigkeit

Wärmebehandlungsprozesse wie Normalisieren, Abschrecken und Anlassen sind entscheidend für die Optimierung der mechanischen Eigenschaften von EH36 Stahl. Normalisieren verfeinert die Kornstruktur, während Abschrecken die Härte erhöht. Anlassen ist entscheidend, um Sprödigkeit zu verringern und die Zähigkeit zu erhöhen, insbesondere für Komponenten, die dynamischen Lasten ausgesetzt sind.

Typische Anwendungen und Endverwendungen

Industrie/Sektor	Konkretes Anwendungsbeispiel	Wesentliche Stahleigenschaften, die in dieser Anwendung genutzt werden	Grund für die Auswahl
Schiffbau	Frachtsschiffe	Hohe Streckgrenze, Zähigkeit	Strukturelle Integrität unter dynamischen Lasten
Offshore	Ölbohrinseln	Korrosionsbeständigkeit, Schweißbarkeit	Haltbarkeit in rauen maritimen Umgebungen
Marine Engineering	U-Boote	Niedertemperaturzähigkeit, Festigkeit	Leistung unter extremen Bedingungen

Weitere Anwendungen umfassen:
- Brückenbau
- Schwere Maschinen
- Strukturelle Komponenten in Gebäuden

EH36 Stahl wird für diese Anwendungen aufgrund seiner hohen Festigkeit, Zähigkeit und Schweißbarkeit gewählt, die entscheidend für die Gewährleistung von Sicherheit und Zuverlässigkeit in anspruchsvollen Umgebungen sind.

Wichtige Überlegungen, Auswahlkriterien und weitere Einblicke

Merkmal/Eigenschaft	EH36 Stahl	S355J2	A572 Grade 50	Kurze Pro- und Contra- oder Abwägungsnotiz
Wesentliche mechanische Eigenschaft	Hohe Streckgrenze	Mittlere Streckgrenze	Hohe Streckgrenze	EH36 bietet überlegene Zähigkeit im Vergleich zu S355J2
Wesentliches Korrosionsaspekt	Ausreichend	Gut	Ausreichend	S355J2 hat eine bessere Korrosionsbeständigkeit
Schweißbarkeit	Exzellent	Gut	Gut	Alle Güten sind schweißbar, aber EH36 ist für dickere Abschnitte bevorzugt
Bearbeitbarkeit	Moderat	Gut	Gut	S355J2 hat eine bessere Bearbeitbarkeit
Formbarkeit	Gut	Gut	Gut	Alle Güten sind zur Formgebung geeignet
Ungefährer relativer Preis	Moderat	Moderat	Moderat	Preis variiert je nach Marktbedingungen
Typische Verfügbarkeit	Allgemein	Allgemein	Allgemein	Alle Güten sind weit verbreitet erhältlich

Bei der Auswahl von EH36 Stahl umfasst die Überlegung Kosten-Effektivität, Verfügbarkeit und spezifische Anwendungsanforderungen. Während EH36 hervorragende mechanische Eigenschaften bietet, kann seine Korrosionsbeständigkeit in bestimmten Umgebungen Schutzmaßnahmen erforderlich machen. Darüber hinaus macht seine Schweißbarkeit ihn zu einer bevorzugten Wahl für komplexe Strukturen, aber alternative Güten können abhängig von den spezifischen Projektanforderungen geeigneter sein.

Zusammenfassend ist EH36 Stahl ein vielseitiges und robustes Material, das ideal für maritime und strukturelle Anwendungen ist, mit einem Gleichgewicht aus Festigkeit, Zähigkeit und Schweißbarkeit, das den Anforderungen der Schiffbauindustrie gerecht wird.