Warmgewalzter Stahl: Eigenschaften und wichtige Anwendungen

Warmgewalzter Stahl ist eine weit verbreitete Stahlsorte, die durch das Warmwalzen hergestellt wird, bei dem der Stahl über seine Rekristallisationstemperatur erhitzt und dann in gewünschte Formen deformiert wird. Dieser Prozess führt zu einem Stahl, der formbar ist und in verschiedenen Formen und Größen verarbeitet werden kann. Warmgewalzter Stahl wird typischerweise als niedriglegierter Baustahl klassifiziert, der einen niedrigen Kohlenstoffanteil (gewöhnlich weniger als 0,25 %) enthält, was ihn duktil und leicht bearbeitbar macht. Die Hauptlegierungselemente im warmgewalzten Stahl sind Eisen (Fe), Kohlenstoff (C) und kleine Mengen von Mangan (Mn), Phosphor (P) und Schwefel (S).

Umfassender Überblick

Die Eigenschaften von warmgewalztem Stahl werden durch seine mechanischen Eigenschaften definiert, zu denen hohe Duktilität, gute Schweißeignung und moderate Festigkeit gehören. Der Warmwalzprozess verleiht auch eine raue Oberflächenbeschaffenheit, die für bestimmte Anwendungen von Vorteil sein kann, jedoch möglicherweise eine weitere Bearbeitung für ästhetische Zwecke erforderlich macht.

Vorteile von warmgewalztem Stahl:
- Kosteneffizient: Allgemein günstiger als kaltgewalzter Stahl aufgrund niedrigerer Bearbeitungskosten.
- Vielseitig: Geeignet für eine Vielzahl von Anwendungen, einschließlich Bauteilen, Automobilteilen und Maschinen.
- Gute Formbarkeit: Kann leicht in komplexe Geometrien geformt werden.

Einschränkungen von warmgewalztem Stahl:
- Oberflächenfinish: Die raue Oberfläche ist möglicherweise nicht für alle Anwendungen ohne zusätzliche Bearbeitung geeignet.
- Dimensionaltoleranzen: Warmgewalzter Stahl hat typischerweise lockerere Toleranzen im Vergleich zu kaltgewalztem Stahl, was die Präzision in Anwendungen beeinträchtigen kann.
- Niedrigere Festigkeit: Im Vergleich zu kaltgewalztem Stahl hat warmgewalzter Stahl in der Regel eine niedrigere Zugfestigkeit.

Historisch gesehen hat warmgewalzter Stahl eine bedeutende Rolle in der Entwicklung moderner Infrastruktur und Fertigung gespielt und ist ein grundlegendes Material im Bauwesen und in schweren Maschinen.

Alternative Namen, Standards und Äquivalente

Normungsorganisation	Bezeichnung/Grad	Land/Region des Ursprungs	Hinweise/Bemerkungen
UNS	G10100	USA	Nächste Entsprechung zu A36
AISI/SAE	A36	USA	Häufig verwendete Baustahlgruppe
ASTM	A992	USA	Verwendet für breite Flanschträger
EN	S235JR	Europa	Ähnliche Eigenschaften, oft im Bauwesen verwendet
DIN	S235	Deutschland	Vergleichbar mit A36, mit geringfügigen zusammensetzenden Unterschieden
JIS	SS400	Japan	Entspricht A36, weit verbreitet in Japan
GB	Q235	China	Ähnlich wie A36, häufig im chinesischen Bauwesen verwendet

Die Unterschiede zwischen diesen Graden können, obwohl oft geringfügig, die Leistung in spezifischen Anwendungen beeinflussen. Zum Beispiel ist A992 für eine bessere Leistung in strukturellen Anwendungen ausgelegt, da es eine höhere Streckgrenze im Vergleich zu A36 bietet.

Wichtige Eigenschaften

Chemische Zusammensetzung

Element (Symbol und Name)	Prozentbereich (%)
C (Kohlenstoff)	0,05 - 0,25
Mn (Mangan)	0,30 - 0,60
P (Phosphor)	≤ 0,04
S (Schwefel)	≤ 0,05
Fe (Eisen)	Rest

Die Hauptfunktion von Kohlenstoff im warmgewalzten Stahl ist die Verbesserung von Festigkeit und Härte. Mangan trägt zur verbesserten Zähigkeit und Verschleißfestigkeit bei, während Phosphor und Schwefel als Verunreinigungen gelten, die die Duktilität und Schweißeignung negativ beeinflussen können.

Mechanische Eigenschaften

Eigenschaft	Zustand/Temperatur	Prüftemperatur	Typischer Wert/Bereich (metrisch)	Typischer Wert/Bereich (imperial)	Referenzstandard für Prüfmethoden
Zugfestigkeit	Warmgewalzt	Raumtemperatur	400 - 550 MPa	58 - 80 ksi	ASTM E8
Streckgrenze (0,2% Abweichung)	Warmgewalzt	Raumtemperatur	250 - 350 MPa	36 - 51 ksi	ASTM E8
Dehnung	Warmgewalzt	Raumtemperatur	20 - 25%	20 - 25%	ASTM E8
Härte (Brinell)	Warmgewalzt	Raumtemperatur	120 - 180 HB	120 - 180 HB	ASTM E10
Schlagfestigkeit	Warmgewalzt	-20 °C	27 - 34 J	20 - 25 ft-lbf	ASTM E23

Die Kombination dieser mechanischen Eigenschaften macht warmgewalzten Stahl geeignet für Anwendungen, die gute Duktilität und moderate Festigkeit erfordern, wie z.B. für Träger, Rahmen und Automobilkomponenten.

Physikalische Eigenschaften

Eigenschaft	Zustand/Temperatur	Wert (metrisch)	Wert (imperial)
Dichte	Raumtemperatur	7850 kg/m³	490 lb/ft³
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
Elektrischer Widerstand	Raumtemperatur	0,0000017 Ω·m	0,0000017 Ω·ft

Die Dichte von warmgewalztem Stahl trägt zu seiner Gesamtfestigkeit und Haltbarkeit bei, während seine Wärmeleitfähigkeit für Anwendungen involving Wärmeübertragung wichtig ist. Die spezifische Wärmekapazität gibt an, wie viel Energie benötigt wird, um die Temperatur des Materials zu erhöhen, was in Prozessen mit thermischem Zyklus entscheidend ist.

Korrosionsbeständigkeit

Korrosives Element	Koncentration (%)	Temperatur (°C/°F)	Widerstandsklasse	Bemerkungen
Atmosphäre	-	-	Ausreichend	Empfänglich für Rost
Chloride	Niedrig	Umgebungsbedingungen	Schlecht	Risiko von Lochfraßkorrosion
Säuren	Verdünnt	Umgebungsbedingungen	Schlecht	Nicht empfohlen
Alkalien	Verdünnt	Umgebungsbedingungen	Ausreichend	Mittlere Widerstandfähigkeit

Warmgewalzter Stahl weist eine begrenzte Korrosionsbeständigkeit auf und ist anfällig für Rost in feuchten Umgebungen. Er ist besonders anfällig für Lochfraßkorrosion in Anwesenheit von Chloriden. Im Vergleich zu rostfreien Stählen wie AISI 304, die eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit bieten, ist warmgewalzter Stahl weniger geeignet für Anwendungen in korrosiven Umgebungen.

Hitzebeständigkeit

Eigenschaft/Grenze	Temperatur (°C)	Temperatur (°F)	Bemerkungen
Maximale Dauerbetriebstemperatur	400 °C	752 °F	Geeignet für Anwendungen bei moderaten Temperaturen
Maximale intermittierende Betriebstemperatur	500 °C	932 °F	Kurzzeitige Beanspruchung ohne Abbau
Skalierungstemperatur	600 °C	1112 °F	Beginnt signifikant zu oxidieren

Bei erhöhten Temperaturen kann warmgewalzter Stahl oxidieren, was zu Skalierung und einer Verringerung der mechanischen Eigenschaften führen kann. Es ist wichtig, diese Faktoren bei der Konstruktion von Komponenten zu berücksichtigen, die bei hohen Temperaturen betrieben werden.

Bearbeitungseigenschaften

Schweißeignung

Schweißverfahren	Empfohlenes Zusatzmetall (AWS-Klassifikation)	Typisches Schutzgas/Flussmittel	Bemerkungen
MIG	ER70S-6	Argon/CO2	Gut für allgemeine Anwendungen
TIG	ER70S-2	Argon	Liefern qualitativ hochwertige Schweißnähte
Elektrode	E7018	-	Geeignet für dickere Abschnitte

Warmgewalzter Stahl wird im Allgemeinen als schweißgeeignet angesehen, was ihn für verschiedene Schweißverfahren geeignet macht. Vorwärmen kann für dickere Abschnitte erforderlich sein, um Rissbildungen zu vermeiden. Eine Nachschweißwärmebehandlung kann die Eigenschaften der Schweißzone verbessern.

Zerspanbarkeit

Zerspanungsparameter	Warmgewalzter Stahl	AISI 1212	Hinweise/Tipps
Relativer Zerspanungsindex	60	100	Warmgewalzter Stahl ist weniger zerspanbar als AISI 1212
Typische Schnittgeschwindigkeit	30 m/min	50 m/min	Geschwindigkeiten basierend auf Werkzeugeinstellungen anpassen

Warmgewalzter Stahl hat eine moderate Zerspanbarkeit, und während er bearbeitet werden kann, kann er robuster Bearbeitungswerkzeuge und langsamere Schnittgeschwindigkeiten im Vergleich zu besser zerspanbaren Graden wie AISI 1212 benötigen.

Formbarkeit

Warmgewalzter Stahl zeigt eine ausgezeichnete Formbarkeit, was ihn für verschiedene Umformprozesse, einschließlich Biegen, Stanzen und Ziehen, geeignet macht. Er kann kalt bearbeitet werden, um gewünschte Formen zu erreichen, jedoch ist Vorsicht geboten, um übermäßige Arbeitshärtung zu vermeiden.

Wärmebehandlung

Behandlungsprozess	Temperaturbereich (°C/°F)	Typische Haltezeit	Kühlmethode	Primärer Zweck / Erwartetes Ergebnis
Glühen	600 - 700 °C / 1112 - 1292 °F	1 - 2 Stunden	Luft oder Wasser	Weichmachen, Verbesserung der Duktilität
Normalisieren	800 - 900 °C / 1472 - 1652 °F	1 - 2 Stunden	Luft	Verfeinerung der Kornstruktur
Härten	800 - 900 °C / 1472 - 1652 °F	30 Minuten	Öl oder Wasser	Härten, Festigkeitssteigerung

Wärmebehandlungsprozesse wie Glühen und Normalisieren können die Mikrostruktur von warmgewalztem Stahl erheblich verändern und seine mechanischen Eigenschaften verbessern. Das Glühen macht den Stahl weich, während das Normalisieren die Kornstruktur verfeinert, um die Festigkeit und Zähigkeit zu erhöhen.

Typische Anwendungen und Endverwendungen

Branche/Sektor	Beispiel spezifischer Anwendung	WesentlicheStahleigenschaften, die in dieser Anwendung genutzt werden	Grund für die Auswahl (kurz)
Bau	Träger	Hohe Festigkeit, gute Schweißeignung	Wesentlich für tragende Strukturen
Automobil	Chassis-Komponenten	Duktilität, Formbarkeit	Ermöglicht komplexe Formen und Festigkeit
Fertigung	Maschinenrahmen	Kosteneffizienz, moderate Festigkeit	Wirtschaftlich für die Massenproduktion

Weitere Anwendungen sind:
- Rohre und Rohre: Verwendet in Sanitär- und Struktur-anwendungen.
- Automobilteile: Wie Halterungen und Stützen.
- Schweres Gerät: Komponenten in Baumaschinen.

Warmgewalzter Stahl wird für diese Anwendungen aufgrund seines Gleichgewichts zwischen Festigkeit, Duktilität und Kosteneffizienz ausgewählt, was ihn zu einer vielseitigen Wahl in verschiedenen Industrien macht.

Wichtige Überlegungen, Auswahlkriterien und weitere Einblicke

Merkmal/Eigenschaft	Warmgewalzter Stahl	A36 Stahl	S235 Stahl	Kurz ans pro/kontra oder trade-off Hinweis
Wichtige mechanische Eigenschaft	Moderate Festigkeit	Moderate Festigkeit	Moderate Festigkeit	Ähnliche Eigenschaften in den Graden
Anfälligkeit für Korrosion	Ausreichend	Ausreichend	Ausreichend	Alle Grade haben ähnliche Korrosionsbeständigkeit
Schweißeignung	Gut	Gut	Gut	Geeignet für verschiedene Schweißverfahren
Zerspanbarkeit	Moderat	Moderat	Moderat	Alle Graden erfordern robuste Werkzeuge
Formbarkeit	Ausgezeichnet	Ausgezeichnet	Ausgezeichnet	Alle Grades sind für die Formung geeignet
Ungefähre relative Kosten	Niedrig	Niedrig	Niedrig	Kosteneffiziente Optionen verfügbar
Typische Verfügbarkeit	Hoch	Hoch	Hoch	Allgemein in verschiedenen Formen erhältlich

Bei der Auswahl von warmgewalztem Stahl sind Überlegungen wie Kosteneffizienz, Verfügbarkeit und die spezifischen mechanischen Eigenschaften erforderlich, die für die Anwendung benötigt werden. Obwohl warmgewalzter Stahl im Allgemeinen günstiger ist als kaltgewalzte Alternativen, kann sein Oberflächenfinish sowie die dimensionalen Toleranzen eine weitere Bearbeitung für bestimmte Anwendungen erforderlich machen. Darüber hinaus machen seine magnetischen Eigenschaften ihn für Anwendungen geeignet, in denen magnetische Interferenzen ein Anliegen sind.

Zusammenfassend ist warmgewalzter Stahl ein vielseitiges und weit verbreitetes Material in verschiedenen Industrien, das ein Gleichgewicht zwischen Festigkeit, Duktilität und Kosteneffizienz bietet. Das Verständnis seiner Eigenschaften und Einschränkungen ist entscheidend für die Auswahl der richtigen Grade für spezifische Anwendungen.