S355JR Stahl: Eigenschaften und wichtige Anwendungsübersicht

S355JR-Stahl ist eine europäische Baustahlgüte, die unter dem EN 10025 Standard fällt. Er wird als niedriglegierter Baustahl klassifiziert und hauptsächlich in Bau- und Ingenieuranwendungen verwendet. Die Zusammensetzung des Stahls umfasst eine ausgewogene Mischung aus Eisen, Kohlenstoff und anderen Legierungselementen, die zu seinen mechanischen Eigenschaften und seiner Gesamtleistung beitragen.

Umfassende Übersicht

S355JR zeichnet sich durch seine gute Schweißbarkeit, Zerspanbarkeit und hohe Festigkeit aus, was ihn zu einer beliebten Wahl für verschiedene bauliche Anwendungen macht. Die wichtigsten Legierungselemente in S355JR umfassen Kohlenstoff (C), Mangan (Mn) und Silizium (Si), die seine Festigkeit und Zähigkeit erhöhen. Der typische Kohlenstoffgehalt ist auf maximal 0,20% begrenzt, während der Mangangehalt zwischen 1,0% und 1,6% liegt. Diese Zusammensetzung ermöglicht es S355JR, eine Mindeststreckgrenze von 355 MPa zu erreichen, daher die Bezeichnung "S355".

Die Vorteile von S355JR-Stahl umfassen seine hervorragenden mechanischen Eigenschaften, die den Bau robuster Strukturen bei relativ geringem Gewicht ermöglichen. Seine gute Schweißbarkeit macht ihn für verschiedene Fertigungsprozesse geeignet, und er ist in unterschiedlichen Formen wie Platten, Profilen und Stangen weit verbreitet. Allerdings hat S355JR auch Einschränkungen, insbesondere in Bezug auf die Korrosionsbeständigkeit im Vergleich zu höherlegierten Stählen. Es wird nicht empfohlen, ihn in stark korrosiven Umgebungen ohne geeignete Schutzbeschichtungen zu verwenden.

Historisch gesehen war S355JR auf dem europäischen Markt von Bedeutung und diente als Standardmaterial für Bauprojekte, Brücken und schwere Maschinen. Seine Verbreitung und Zuverlässigkeit haben ihn zu einer bevorzugten Wahl für Ingenieure und Architekten gemacht.

Alternative Namen, Standards und Äquivalente

Standardorganisation	Bezeichnung/Güte	Land/Region des Ursprungs	Hinweise/Anmerkungen
UNS	K02001	USA	Nahezu äquivalent
ASTM	A572 Grade 50	USA	Ähnliche Eigenschaften, jedoch mit anderer chemischer Zusammensetzung
DIN	St 52-3	Deutschland	Geringe Zusammensetzungsunterschiede
JIS	SM490A	Japan	Vergleichbare Festigkeit, unterschiedliche Schlagzähigkeit
ISO	S355JR	International	Standardisiert gemäß EN 10025

Die obige Tabelle hebt verschiedene Standards und äquivalente Güten zu S355JR hervor. Während diese Güten als äquivalent angesehen werden können, können subtile Unterschiede in der chemischen Zusammensetzung und den mechanischen Eigenschaften ihre Leistung in bestimmten Anwendungen beeinflussen. Zum Beispiel hat ASTM A572 Grade 50 einen höheren Phosphorgehalt, der die Schweißbarkeit und Korrosionsbeständigkeit beeinträchtigen kann.

Wichtige Eigenschaften

Chemische Zusammensetzung

Element (Symbol und Name)	Prozentbereich (% )
C (Kohlenstoff)	0.12 - 0.20
Mn (Mangan)	1.0 - 1.6
Si (Silizium)	0.0 - 0.5
P (Phosphor)	≤ 0.045
S (Schwefel)	≤ 0.045
N (Stickstoff)	≤ 0.012

Die Hauptrolle der wesentlichen Legierungselemente in S355JR ist wie folgt:
- Kohlenstoff (C): Erhöht die Festigkeit und Härte, kann jedoch die Zähigkeit vermindern.
- Mangan (Mn): Verbessert die Härtbarkeit und die Zähigkeit, insbesondere in geschweißten Verbindungen.
- Silizium (Si): Wirkt als Entgasungsmittel während der Stahlherstellung und trägt zur Festigkeit bei.

Mechanische Eigenschaften

Eigenschaft	Zustand/Temperatur	Typischer Wert/Range (Metrisch - SI-Einheiten)	Typischer Wert/Range (Imperiale Einheiten)	Referenzstandard für Prüfmethode
Streckgrenze (0.2% Abgleich)	Normalisiert	355 MPa	51.5 ksi	EN 10002-1
Zugfestigkeit	Normalisiert	470 - 630 MPa	68 - 91 ksi	EN 10002-1
Dehnung	Normalisiert	≥ 21%	≥ 21%	EN 10002-1
Querschnittsverringerung	Normalisiert	≥ 25%	≥ 25%	EN 10002-1
Härte (Brinell)	Normalisiert	≤ 197 HB	≤ 197 HB	EN 10003-1
Schlagfestigkeit (Charpy-V-Kerbe)	-40°C	≥ 27 J	≥ 20 ft-lbf	EN ISO 148-1

Die mechanischen Eigenschaften von S355JR machen ihn geeignet für Anwendungen, die hohe Festigkeit und gute Zähigkeit erfordern. Seine Streckgrenze erlaubt den Bau tragender Strukturen, während seine Dehnungs- und Querschnittsverringerung gute Formbarkeit anzeigen, was ihn ideal für Schweiß- und Fertigungsprozesse macht.

Physikalische Eigenschaften

Eigenschaft	Zustand/Temperatur	Wert (Metrisch - SI-Einheiten)	Wert (Imperiale Einheiten)
Dichte	-	7850 kg/m³	490 lb/ft³
Schmelzpunkt	-	1420 - 1540 °C	2590 - 2800 °F
Wärmeleitfähigkeit	20 °C	50 W/(m·K)	34.5 BTU/(hr·ft·°F)
Spezifische Wärme	-	490 J/(kg·K)	0.12 BTU/(lb·°F)
Elektrischer Widerstand	-	0.0000017 Ω·m	0.0000017 Ω·ft
Wärmeausdehnungskoeffizient	20 - 100 °C	12 x 10⁻⁶ /K	6.67 x 10⁻⁶ /°F

Wichtige physikalische Eigenschaften wie Dichte und Wärmeleitfähigkeit sind entscheidend für Anwendungen, die strukturelle Komponenten betreffen. Die Dichte von S355JR ermöglicht leichte Konstruktionen, während seine Wärmeleitfähigkeit in Anwendungen vorteilhaft ist, in denen Wärmeabfuhr erforderlich ist.

Korrosionsbeständigkeit

Korrosives Medium	Konzentration (%)	Temperatur (°C)	Beständigkeitsbewertung	Hinweise
Atmosphärisch	-	20	Ausreichend	Risiko von Rostbildung ohne Schutz
Chloride	3-5	25	Schlecht	Empfindlich gegenüber Lochkorrosion
Säuren	10-20	20	Nicht empfohlen	Schnelle Zersetzung
Alkalien	5-10	20	Ausreichend	Mittlere Beständigkeit
Organische Stoffe	-	20	Gut	Allgemein beständig

S355JR weist eine moderate Korrosionsbeständigkeit auf, insbesondere unter atmosphärischen Bedingungen. Er ist jedoch anfällig für Lochkorrosion in Chloridumgebungen und sollte nicht unter säurehaltigen Bedingungen ohne Schutzbeschichtungen verwendet werden. Im Vergleich zu rostfreien Stählen wie S30400, die eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit bieten, erfordert S355JR in korrosiven Umgebungen mehr Wartung.

Hitzebeständigkeit

Eigenschaft/Grenze	Temperatur (°C)	Temperatur (°F)	Bemerkungen
Maximale kontinuierliche Betriebstemperatur	400	752	Geeignet für bauliche Anwendungen
Maximale intermittierende Betriebstemperatur	500	932	Nur kurzfristige Exposition
Skalierungstemperatur	600	1112	Risiko von Oxidation bei Überschreitung dieser Temperatur
Beginn der Berücksichtigung der Kriechfestigkeit	300	572	Kriechen kann bei erhöhten Temperaturen auftreten

Bei erhöhten Temperaturen behält S355JR bis zu etwa 400 °C (752 °F) seine strukturelle Integrität. Über dieser Temperatur steigt das Risiko von Oxidation und Skalierung, was die Festigkeit und Haltbarkeit des Materials beeinträchtigen kann. Es ist wichtig, diese Grenzen in Anwendungen zu berücksichtigen, die hochtemperaturige Umgebungen erfordern.

Fertigungseigenschaften

Schweißbarkeit

Schweißverfahren	Empfohlene Zusatzmetall (AWS-Klassifikation)	Typisches Schutzgas/Füllmittel	Hinweise
MIG	ER70S-6	Argon + CO2-Gemisch	Geeignet für dünne Abschnitte
TIG	ER70S-2	Argon	Geeignet für saubere Verbindungen
Stab (SMAW)	E7018	-	Vorwärmen für dicke Abschnitte erforderlich

S355JR ist bekannt für seine hervorragende Schweißbarkeit, was ihn für verschiedene Schweißverfahren geeignet macht. Vorwärmen kann für dickere Abschnitte erforderlich sein, um Risse zu vermeiden. Nach dem Schweißen kann eine Wärmebehandlung die mechanischen Eigenschaften der Schweißnähte weiter verbessern.

Zerspanbarkeit

Zerspanungsparameter	[S355JR]	[AISI 1212]	Hinweise/Tipps
Relativer Zerspanbarkeitsindex	60%	100%	Gute Zerspanbarkeit
Typische Schnittgeschwindigkeit (Drehen)	60 m/min	100 m/min	Verwenden Sie Hartmetallwerkzeuge für die besten Ergebnisse

S355JR weist eine gute Zerspanbarkeit auf, obwohl er nicht so leicht zu zerspanen ist wie einige höherlegierte Stähle. Die Verwendung geeigneter Werkzeuge und Schnittgeschwindigkeiten kann die Leistung während der Bearbeitungsoperationen optimieren.

Formbarkeit

S355JR zeigt eine gute Formbarkeit, was ihn für Kalt- und Warmformungsprozesse geeignet macht. Der Stahl kann gebogen und geformt werden, ohne signifikante Risiken von Rissen, wobei jedoch beim Biege-Radius Vorsicht geboten ist, um eine Verfestigung zu vermeiden.

Wärmebehandlung

Behandlungsprozess	Temperaturbereich (°C/°F)	Typische Haltezeit	Kühlmethode	Hauptzweck / Erwartetes Ergebnis
Normalisierung	900 - 950 / 1652 - 1742	1 - 2 Stunden	Luft	Feinstruktur des Gefüges verfeinern
Glühen	600 - 700 / 1112 - 1292	1 - 2 Stunden	Luft	Zähigkeit erhöhen
Abschrecken und Anlassen	850 - 900 / 1562 - 1652	1 - 2 Stunden	Öl/Wasser	Härte und Festigkeit erhöhen

Wärmebehandlungsprozesse wie Normalisieren und Glühen können die Mikrostruktur von S355JR erheblich verändern und seine mechanischen Eigenschaften verbessern. Die Normalisierung verfeinert die Gefügestruktur, während das Glühen die Zähigkeit erhöht und den Stahl leichter formbar macht.

Typische Anwendungen und Endverwendungen

Branche/Sektor	Beispiel für spezifische Anwendung	Wesentliche Stahleigenschaften, die in dieser Anwendung genutzt werden	Grund für die Auswahl (kurz)
Bauindustrie	Strukturelle Träger	Hohe Festigkeit, gute Schweißbarkeit	Unverzichtbar für tragende Strukturen
Automobilindustrie	Chassis-Komponenten	Zähigkeit, Duktilität	Erforderlich für Sicherheit und Leistung
Maschinenbau	Rahmen schwerer Geräte	Festigkeit, Zerspanbarkeit	Haltbarkeit in anspruchsvollen Umgebungen
Schiffbau	Rumpfstrukturen	Korrosionsbeständigkeit, Festigkeit	Unverzichtbar für maritime Anwendungen

• S355JR wird häufig im Bau von Brücken, Gebäuden und anderer Infrastruktur aufgrund seines hohen Festigkeits-Gewichts-Verhältnisses verwendet.
• In der Automobilindustrie wird er für Chassis-Komponenten eingesetzt, wo Festigkeit und Duktilität entscheidend für die Sicherheit sind.
• Rahmen schwerer Maschinen profitieren von der Haltbarkeit und Zerspanbarkeit von S355JR, was komplexe Formen und Designs ermöglicht.

Wichtige Überlegungen, Auswahlkriterien und weitere Einblicke

Merkmal/Eigenschaft	[S355JR]	[Alternativgrad 1]	[Alternativgrad 2]	Kurze Pro-/Contra- oder Kompromissnotiz
Streckgrenze	355 MPa	350 MPa	420 MPa	Höhere Streckgrenze in Alternativen
Korrosionsaspekt	Ausreichend	Ausgezeichnet	Gut	Alternativen bieten bessere Korrosionsbeständigkeit
Schweißbarkeit	Ausgezeichnet	Gut	Ausreichend	S355JR ist einfacher zu schweißen
Zerspanbarkeit	Gut	Ausgezeichnet	Ausreichend	Alternativen können besser bearbeitet werden
Formbarkeit	Gut	Ausreichend	Gut	S355JR bietet gute Formbarkeit
Ungefährer relativer Preis	Moderat	Höher	Moderat	Kosteneffektiv für konstruktive Verwendung
Typische Verfügbarkeit	Hoch	Moderat	Niedrig	S355JR ist weit verbreitet

Bei der Auswahl von S355JR für ein Projekt sind Überlegungen wie Wirtschaftlichkeit, Verfügbarkeit und spezifische mechanische Eigenschaften entscheidend. Während Alternativen möglicherweise überlegene Korrosionsbeständigkeit oder Festigkeit bieten, bleibt S355JR aufgrund seiner ausgewogenen Eigenschaften und weit verbreiteten Verfügbarkeit eine zuverlässige Wahl für viele bauliche Anwendungen.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass S355JR-Stahl ein vielseitiges und weit verbreitetes Konstruktionsmaterial ist, das eine Kombination aus Festigkeit, Schweißbarkeit und Zerspanbarkeit bietet, was ihn für eine Vielzahl von Ingenieuranwendungen geeignet macht. Seine Eigenschaften müssen im Kontext der spezifischen Projektanforderungen sorgfältig abgewogen werden, um optimale Leistung und Langlebigkeit zu gewährleisten.