S460 Stahl: Eigenschaften und wichtige Anwendungsübersicht
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S460-Stahl ist eine Baustahlgüte, die unter die Kategorie der hochfesten, niedriglegierten (HSLA) Stähle fällt. Er zeichnet sich hauptsächlich durch seine hohe Streckgrenze aus, die ihn für eine Vielzahl von Bauanwendungen geeignet macht. Die Bezeichnung "S460" bedeutet, dass der Stahl eine minimale Streckgrenze von 460 MPa hat. Diese Stahlgüte wird häufig im Bauwesen, bei Brücken und in anderen strukturellen Anwendungen eingesetzt, bei denen hohe Festigkeit erforderlich ist.
Umfassende Übersicht
S460-Stahl wird als Baustahlgüte klassifiziert, die speziell für den Einsatz in Bau- und Ingenieuranwendungen entwickelt wurde. Die Hauptlegierungselemente umfassen Kohlenstoff (C), Mangan (Mn), Silizium (Si) und geringe Mengen anderer Elemente wie Phosphor (P) und Schwefel (S). Das Vorhandensein dieser Legierungselemente verbessert seine mechanischen Eigenschaften, insbesondere Festigkeit und Zähigkeit.
Die bedeutendsten Eigenschaften von S460-Stahl sind:
- Hohe Streckgrenze: Mit einer minimalen Streckgrenze von 460 MPa bietet S460-Stahl hervorragende Tragfähigkeiten.
- Gute Schweißbarkeit: Diese Stahlgüte ist so konzipiert, dass sie leicht geschweißt werden kann, was sie für verschiedene Fertigungsprozesse geeignet macht.
- Zähigkeit: S460-Stahl behält seine Zähigkeit bei niedrigen Temperaturen, was ihn für Anwendungen in kalten Umgebungen geeignet macht.
Vorteile und Einschränkungen
Vorteile:
- Hohe Festigkeits-zu-Gewicht-Verhältnis, was leichtere Strukturen ermöglicht.
- Hervorragende Schweißbarkeit, die Bau und Montage erleichtert.
- Gute Zähigkeit, die eine Leistung unter dynamischen Lastbedingungen sichert.
Einschränkungen:
- Höherer Preis im Vergleich zu niedriglegierten Stählen aufgrund der Legierungselemente.
- Begrenzte Korrosionsbeständigkeit im Vergleich zu rostfreien Stählen, was in bestimmten Umgebungen Schutzbeschichtungen erforderlich macht.
S460-Stahl nimmt eine bedeutende Stellung auf dem Markt ein und wird in Europa und anderen Regionen häufig für strukturelle Anwendungen verwendet. Seine historische Bedeutung liegt in seiner Entwicklung als Reaktion auf die Notwendigkeit, stärkere und effizientere Materialien im modernen Bauwesen zu schaffen.
Alternative Namen, Standards und Entsprechungen
| Normierungsorganisation | Bezeichnung/Grad | Land/Region der Herkunft | Hinweise/Anmerkungen |
|---|---|---|---|
| EN | S460NL | Europa | Niedertemperatur-Vorgeschnitten-Zähigkeit |
| ASTM | A572 Grad 50 | USA | Ähnliche Streckgrenze, aber unterschiedliche chemische Zusammensetzung |
| DIN | St 52.3 | Deutschland | Vergleichbare Eigenschaften, aber mit unterschiedlichen Legierungselementen |
| JIS | SM490 | Japan | Ähnliche Festigkeit, aber unterschiedliche Zähigkeitseigenschaften |
S460-Stahl hat mehrere Entsprechungen in verschiedenen Standards. Subtile Unterschiede in der chemischen Zusammensetzung und den mechanischen Eigenschaften können die Leistung in bestimmten Anwendungen beeinflussen. Beispielsweise hat ASTM A572 Grad 50 eine ähnliche Streckgrenze, könnte jedoch nicht so gut in Niedertemperaturanwendungen wie S460NL abschneiden.
Schlüssel Eigenschaften
Chemische Zusammensetzung
| Element (Symbol und Name) | Prozentsatzbereich (%) |
|---|---|
| C (Kohlenstoff) | 0.12 - 0.20 |
| Mn (Mangan) | 1.00 - 1.60 |
| Si (Silizium) | 0.10 - 0.50 |
| P (Phosphor) | ≤ 0.035 |
| S (Schwefel) | ≤ 0.025 |
Die Hauptlegierungselemente im S460-Stahl spielen entscheidende Rollen in seinen Eigenschaften:
- Kohlenstoff: Erhöht Festigkeit und Härte, kann aber die Duktilität verringern.
- Mangan: Verbessert die Härtbarkeit und Zähigkeit, insbesondere bei erhöhten Temperaturen.
- Silizium: Verbessert die Festigkeit und den Widerstand gegen Oxidation.
Mechanische Eigenschaften
| Eigenschaft | Zustand/Temperatur | Typischer Wert/Bereich (metrisch - SI-Einheiten) | Typischer Wert/Bereich (imperiale Einheiten) | Referenzstandard für Prüfverfahren |
|---|---|---|---|---|
| Zugfestigkeit | Abgehärtet & angelassen | 550 - 700 MPa | 80 - 102 ksi | ASTM E8 |
| Streckgrenze (0.2% Versatz) | Abgehärtet & angelassen | 460 MPa | 67 ksi | ASTM E8 |
| Elongation | Abgehärtet & angelassen | 20% | 20% | ASTM E8 |
| Flächenreduzierung | Abgehärtet & angelassen | 50% | 50% | ASTM E8 |
| Härte (Brinell) | Abgehärtet & angelassen | 170 - 210 HB | 170 - 210 HB | ASTM E10 |
| Schlagfestigkeit | -40°C | 27 J | 20 ft-lbf | ASTM E23 |
Die Kombination aus hoher Streckgrenze und guter Duktilität macht S460-Stahl geeignet für Anwendungen, die strukturelle Integrität unter dynamischen Lasten erfordern, wie z.B. Brücken und Hochhäuser.
Physikalische Eigenschaften
| Eigenschaft | Zustand/Temperatur | Wert (metrisch - SI-Einheiten) | Wert (imperiale Einheiten) |
|---|---|---|---|
| Dichte | - | 7850 kg/m³ | 490 lb/ft³ |
| Schmelzpunkt/Bereich | - | 1425 - 1540 °C | 2600 - 2800 °F |
| Wärmeleitfähigkeit | 20°C | 50 W/m·K | 34.5 BTU·in/(hr·ft²·°F) |
| Spezifische Wärme | - | 460 J/kg·K | 0.11 BTU/lb·°F |
| Elektrischer Widerstand | - | 0.0000017 Ω·m | 0.0000017 Ω·ft |
Wichtige physikalische Eigenschaften wie Dichte und Wärmeleitfähigkeit sind signifikant für Anwendungen, die Gewichtserwägungen und thermisches Management betreffen. Die hohe Dichte trägt zur Festigkeit des Materials bei, während die Wärmeleitfähigkeit für Anwendungen, die Wärmeübertragung erfordern, entscheidend ist.
Korrosionsbeständigkeit
| Korrosives Mittel | Konzentration (%) | Temperatur (°C/°F) | Beständigkeitsbewertung | Hinweise |
|---|---|---|---|---|
| Chloride | 3% | 25°C / 77°F | Ausreichend | Risiko von Lochkorrosion |
| Schwefelsäure | 10% | 20°C / 68°F | Schlecht | Nicht empfohlen |
| Atmosphärisch | - | Variabel | Gut | Benötigt Schutzbeschichtungen |
S460-Stahl zeigt eine moderate Korrosionsbeständigkeit, was ihn für viele Umgebungen geeignet macht, jedoch in aggressiven Bedingungen Schutzmaßnahmen erfordert. Er ist besonders anfällig für Lochkorrosion in chloridreichen Umgebungen. Im Vergleich zu rostfreien Stählen erfordert S460-Stahl mehr Wartung und Schutzbeschichtungen, um die Langlebigkeit zu sichern.
Hitzebeständigkeit
| Eigenschaft/Grenze | Temperatur (°C) | Temperatur (°F) | Anmerkungen |
|---|---|---|---|
| Maximale kontinuierliche Betriebstemperatur | 400°C | 752°F | Darüber können Eigenschaften abnehmen |
| Maximale intermittierende Betriebstemperatur | 500°C | 932°F | Nur kurzfristige Exposition |
| Skalierbare Temperatur | 600°C | 1112°F | Oxidationsrisiko |
Bei erhöhten Temperaturen behält S460-Stahl seine Festigkeit, kann jedoch beginnen, seine mechanischen Eigenschaften zu verlieren, wenn er über längere Zeiträume exponiert wird. Oxidation kann bei hohen Temperaturen auftreten, was Schutzmaßnahmen in Anwendungen mit hoher Wärme erfordert.
Bearbeitungseigenschaften
Schweißbarkeit
| Schweißverfahren | Empfohlene Füllmetall (AWS Klassifikation) | Typisches Schutzgas/Flussmittel | Hinweise |
|---|---|---|---|
| MIG | ER70S-6 | Argon + CO2 | Gut für dünne Abschnitte |
| TIG | ER70S-2 | Argon | Ausgezeichnet für Präzisionsarbeiten |
| SMAW | E7018 | - | Geeignet für dickere Abschnitte |
S460-Stahl ist bekannt für seine hervorragende Schweißbarkeit, was ihn für verschiedene Schweißverfahren geeignet macht. Das Vorwärmen kann für dickere Abschnitte erforderlich sein, um Rissbildung zu vermeiden. Eine Nachbehandlung der Schweißnähte kann die Zähigkeit der Schweißnähte erhöhen.
Zerspanbarkeit
| Zerspanungsparameter | [S460-Stahl] | AISI 1212 | Hinweise/Tipps |
|---|---|---|---|
| Relativer Zerspanungsindex | 60% | 100% | Moderate Zerspanbarkeit |
| Typische Schnittgeschwindigkeit (Drehen) | 40 m/min | 80 m/min | Verwenden Sie Hartmetallwerkzeuge für die besten Ergebnisse |
S460-Stahl hat eine moderate Zerspanbarkeit, die mit der richtigen Werkzeugauswahl und Schneidbedingungen verbessert werden kann. Hartmetallwerkzeuge werden für effektives Zerspanen empfohlen.
Formbarkeit
S460-Stahl zeigt eine gute Formbarkeit und erlaubt kalte und heiße Formprozesse. Es ist jedoch darauf zu achten, dass eine Verfestigung vermieden wird, die während des Biegens zu Rissen führen kann. Die empfohlenen Biegeradien sollten für optimale Ergebnisse eingehalten werden.
Wärmebehandlung
| Behandlungsprozess | Temperaturbereich (°C/°F) | Typische Haltezeit | Kühlmethode | Primäres Ziel / Erwünschtes Ergebnis |
|---|---|---|---|---|
| Normalisieren | 900 - 950 °C / 1652 - 1742 °F | 1 - 2 Stunden | Luft | Kornstruktur verfeinern |
| Härten | 850 - 900 °C / 1562 - 1652 °F | 30 Minuten | Wasser/Öl | Härte erhöhen |
| Anlassen | 500 - 600 °C / 932 - 1112 °F | 1 Stunde | Luft | Brittle verringern |
Wärmebehandlungsprozesse wie Normalisieren, Härten und Anlassen sind entscheidend für die Erreichung der gewünschten mechanischen Eigenschaften. Diese Behandlungen verfeinern die Mikrostruktur und verbessern Festigkeit und Zähigkeit.
Typische Anwendungen und Endverwendungen
| Industrie/Sektor | Beispiel für spezifische Anwendung | Wichtige Stahl-Eigenschaften, die in dieser Anwendung genutzt werden | Grund für die Auswahl (kurz) |
|---|---|---|---|
| Bauwesen | Hochhäuser | Hohe Streckgrenze, gute Schweißbarkeit | Strukturelle Integrität |
| Brücken | Stahlbrücken | Zähigkeit, Ermüdungsbeständigkeit | Tragfähigkeit |
| Schwere Maschinen | Geräterahmen | Hohe Festigkeits-zu-Gewicht-Verhältnis | Leicht, aber robust |
Weitere Anwendungen umfassen:
- Offshore-Strukturen
- Industriebauten
- Krane und Hebezeuge
S460-Stahl wird für diese Anwendungen aufgrund seiner hohen Festigkeit und Haltbarkeit gewählt, die für Sicherheit und Leistung in anspruchsvollen Umgebungen entscheidend sind.
Wichtige Überlegungen, Auswahlkriterien und weitere Einblicke
| Merkmal/Eigenschaft | S460-Stahl | S355-Stahl | S690-Stahl | Kurznotiz zu Pro/Con oder Trade-off |
|---|---|---|---|---|
| Schlüss mechanische Eigenschaft | Hohe Streckgrenze | Mittlere Streckgrenze | Sehr hohe Streckgrenze | S460 bietet ein Gleichgewicht zwischen Festigkeit und Duktilität |
| Schlüss Korrosionsaspekt | Ordentlich | Gut | Schlecht | S460 erfordert Beschichtungen in rauen Umgebungen |
| Schweißbarkeit | Ausgezeichnet | Gut | Moderat | S460 lässt sich einfacher schweißen als höhere Güten |
| Zerspanbarkeit | Moderat | Gut | Schlecht | S460 ist besser zerspanbar als S690 |
| Ungefälschte relative Kosten | Moderat | Niedrig | Hoch | S460 ist kosteneffektiv für hochfeste Anwendungen |
| Typische Verfügbarkeit | Hoch | Hoch | Moderat | S460 ist weit verbreitet auf dem Markt erhältlich |
Bei der Auswahl von S460-Stahl sind Überlegungen wie Kosten-Nutzen-Analyse, Verfügbarkeit und spezifische Anwendungsanforderungen wichtig. Das Gleichgewicht von Stärke, Schweißbarkeit und moderater Korrosionsbeständigkeit macht ihn zu einer beliebten Wahl im Stahlbau. Bei Anwendungen, die eine höhere Korrosionsbeständigkeit oder extreme Festigkeit erfordern, können Alternativen wie rostfreier Stahl oder höherlegierte Stähle besser geeignet sein.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass S460-Stahl ein vielseitiges und robustes Material ist, das den Anforderungen moderner Ingenieuranwendungen gerecht wird und eine zuverlässige Lösung für strukturelle Integrität und Leistung bietet.