S690 Stahl: Eigenschaften und wichtige Anwendungsübersicht

S690-Stahl, klassifiziert als hochfesten Baustahl, ist Teil der europäischen Norm EN 10025-6. Er zeichnet sich hauptsächlich durch seine hohe Festigkeit und ausgezeichnete Schweißbarkeit aus, was ihn für eine Vielzahl von anspruchsvollen Anwendungen im Bauwesen und Ingenieurwesen geeignet macht. Die wichtigsten Legierungselemente im S690-Stahl sind Kohlenstoff (C), Mangan (Mn) und Silizium (Si), mit kleinen Mengen anderer Elemente wie Chrom (Cr), Nickel (Ni) und Molybdän (Mo), die seine mechanischen Eigenschaften verbessern.

Umfassende Übersicht

S690-Stahl ist bekannt für seine hohe Streckgrenze, die typischerweise zwischen 690 MPa und 960 MPa liegt, was dünnere Querschnitte in strukturellen Anwendungen ermöglicht, ohne die Festigkeit zu beeinträchtigen. Diese Eigenschaft reduziert nicht nur das Gewicht von Konstruktionen, sondern führt auch zu Kosteneinsparungen bei Materialien und Transport. Der Stahl zeigt gute Zähigkeit und Duktilität, die für Anwendungen, die dynamischen Lasten ausgesetzt sind, entscheidend sind.

Vorteile von S690-Stahl:
- Hohe Festigkeits-Gewichts-Verhältnis: Ermöglicht das Design leichterer Strukturen.
- Ausgezeichnete Schweißbarkeit: Geeignet für verschiedene Schweißprozesse, erleichtert die Fertigung.
- Gute Zähigkeit: Bewahrt die Leistung in Niedertemperaturumgebungen.

Einschränkungen von S690-Stahl:
- Kosten: Höher als konventionelle Baustähle aufgrund der Legierungselemente.
- Brittle bei niedrigen Temperaturen: Erfordert sorgfältige Überlegungen in kalten Umgebungen.
- Begrenzte Korrosionsbeständigkeit: Möglicherweise sind Schutzbeschichtungen in aggressiven Umgebungen erforderlich.

S690-Stahl hat auf dem Markt erheblich an Bedeutung gewonnen, da er in schwerem Bauwesen, Bergbau und Offshoranwendungen gute Leistungen erbringt. Seine historische Bedeutung liegt in seiner Entwicklung, um den steigenden Anforderungen an stärkere und effizientere Materialien im modernen Ingenieurwesen gerecht zu werden.

Alternative Namen, Normen und Äquivalente

Normungsorganisation	Bezeichnung/Grad	Land/Region des Ursprungs	Hinweise/Bemerkungen
UNS	S690QL	USA	Nächster Äquivalent zu EN 10025-6
ASTM	A572 Grad 65	USA	Einige kompositorische Unterschiede
EN	S690QL	Europa	Wird häufig in strukturellen Anwendungen verwendet
DIN	1.8928	Deutschland	Äquivalent zu S690QL
JIS	SM490YB	Japan	Ähnliche Streckgrenze, aber andere Zusammensetzung
ISO	10025-6	International	Norm für hochfesten Baustahl

Die Unterschiede zwischen diesen Graden können die Leistung erheblich beeinflussen. Während S690QL und A572 Grad 65 ähnliche Streckgrenzen haben können, können sich ihre chemischen Zusammensetzungen und Zähigkeitsmerkmale unterscheiden, was ihre Eignung für spezifische Anwendungen beeinflusst.

Schlüssel-Eigenschaften

Chemische Zusammensetzung

Element (Symbol und Name)	Prozentsatzbereich (%)
C (Kohlenstoff)	0.10 - 0.20
Mn (Mangan)	1.20 - 1.60
Si (Silizium)	0.10 - 0.50
Cr (Chrom)	0.30 max
Ni (Nickel)	0.30 max
Mo (Molybdän)	0.10 - 0.15

Die Hauptlegierungselemente im S690-Stahl spielen entscheidende Rollen:
- Kohlenstoff (C): Erhöht die Festigkeit und Härte, kann jedoch die Duktilität verringern.
- Mangan (Mn): Verbessert die Härtbarkeit und Zähigkeit.
- Silizium (Si): Verbessert die Entgasung und erhöht die Festigkeit.

Mechanische Eigenschaften

Eigenschaft	Zustand/Temperatur	Testtemperatur	Typischer Wert/Bereich (metrisch)	Typischer Wert/Bereich (imperial)	Referenznorm für Prüfmethoden
Streckgrenze (0.2% Offset)	Abgeschreckt & vergütet	Raumtemperatur	690 - 960 MPa	100 - 139 ksi	ASTM E8
Zugfestigkeit	Abgeschreckt & vergütet	Raumtemperatur	770 - 1100 MPa	112 - 160 ksi	ASTM E8
Dehnung	Abgeschreckt & vergütet	Raumtemperatur	12 - 20%	12 - 20%	ASTM E8
Härte (Brinell)	Abgeschreckt & vergütet	Raumtemperatur	200 - 300 HB	200 - 300 HB	ASTM E10
Schlagfestigkeit (Charpy)	Abgeschreckt & vergütet	-20°C	27 J	20 ft-lbf	ASTM E23

Die Kombination aus hoher Streck- und Zugfestigkeit macht S690-Stahl geeignet für Anwendungen, die eine signifikante Tragfähigkeit erfordern und gleichzeitig die strukturelle Integrität bewahren. Seine Dehnung und Schlagfestigkeit gewährleisten, dass er dynamischen Lasten standhalten kann, ohne zu brechen.

Physikalische Eigenschaften

Eigenschaft	Zustand/Temperatur	Wert (metrisch)	Wert (imperial)
Dichte	-	7850 kg/m³	0.284 lb/in³
Schmelzpunkt	-	1425 - 1540 °C	2600 - 2800 °F
Wärmeleitfähigkeit	20 °C	50 W/m·K	34.5 BTU·in/h·ft²·°F
Spezifische Wärmekapazität	20 °C	460 J/kg·K	0.11 BTU/lb·°F
Wärmeausdehnungskoeffizient	20 - 100 °C	12 x 10⁻⁶ /K	6.67 x 10⁻⁶ /°F

Die Dichte des S690-Stahls trägt zu seinem Gewicht bei, was ein wichtiger Faktor im strukturellen Design ist. Die Wärmeleitfähigkeit und spezifische Wärmekapazität sind entscheidend für Anwendungen, die Wärmeübertragung betreffen, während der Wärmeausdehnungskoeffizient in Umgebungen mit Temperaturschwankungen berücksichtigt werden muss.

Korrosionsbeständigkeit

Korrosionsmittel	Konzentration (%)	Temperatur (°C)	Widerstandsbewertung	Hinweise
Chloride	3-5	20-60	Ausreichend	Risiko von Lochkorrosion
Schwefelsäure	10-20	20-40	Schlecht	Nicht empfohlen
Meerwasser	-	20-30	Ausreichend	Benötigt Schutzbeschichtung

S690-Stahl zeigt mäßige Korrosionsbeständigkeit, insbesondere in maritimen Umgebungen, in denen Chloride vorhanden sind. Allerdings ist er anfällig für Loch- und Spannungsrisskorrosion (SCC) in aggressiven Umgebungen, was Schutzmaßnahmen wie Beschichtungen oder kathodischen Schutz erforderlich macht.

Im Vergleich zu anderen hochfesten Stählen wie S355 und S460 bietet S690 eine überlegene Festigkeit, kann jedoch umfassendere Korrosionsschutzstrategien erfordern, da er eine geringere inhärente Widerstandsfähigkeit aufweist.

Hitzebeständigkeit

Eigenschaft/Grenze	Temperatur (°C)	Temperatur (°F)	Bemerkungen
Maximale kontinuierliche Betriebstemperatur	400	752	Geeignet für strukturelle Anwendungen
Maximale intermittierende Betriebstemperatur	500	932	Begrenzte Oxidationsbeständigkeit
Skalierungstemperatur	600	1112	Risiko von Skalierung bei erhöhten Temperaturen

Bei erhöhten Temperaturen behält S690-Stahl seine Festigkeit, kann jedoch Oxidation erfahren, die seine Leistung in Hochtemperaturanwendungen beeinträchtigen kann. Eine sorgfältige Berücksichtigung der Betriebsbedingungen ist erforderlich, um eine Degradierung zu vermeiden.

Fabrikations Eigenschaften

Schweißbarkeit

Schweißprozess	Empfohlene Zusatzwerkstoffe (AWS-Klassifizierung)	Typisches Schutzgas/Flussmittel	Hinweise
MIG	ER70S-6	Argon + CO2	Gut für dünne Abschnitte
TIG	ER70S-2	Argon	Geeignet für Präzisionsarbeiten
SMAW	E7018	-	Erfordert Vorwärmung

S690-Stahl ist hochschweißbar, was ihn für verschiedene Schweißprozesse geeignet macht. Eine Vorwärmung kann erforderlich sein, um Rissbildung zu vermeiden, insbesondere in dickeren Abschnitten. Eine Nachbehandlung kann die mechanischen Eigenschaften der Schweißnähte verbessern.

Zerspanbarkeit

Zerspanungsparameter	[S690-Stahl]	[AISI 1212]	Hinweise/Tipps
Relativer Zerspanungsindex	60	100	Benötigt Hochgeschwindigkeitswerkzeuge
Typische Schnittgeschwindigkeit (Drehen)	30 m/min	50 m/min	Verwenden Sie Hartmetallwerkzeuge für Effizienz

S690-Stahl stellt aufgrund seiner hohen Festigkeit Herausforderungen bei der Bearbeitung dar. Optimale Bedingungen und Werkzeuge sind entscheidend, um die gewünschten Oberflächenqualitäten und Toleranzen zu erreichen.

Formbarkeit

S690-Stahl kann kalt und warm geformt werden, aber seine hohe Streckgrenze erfordert sorgfältige Überlegungen zu Biegeradien und Verfestigungseffekten. Kaltverformung kann zu einer erhöhten Härte führen, während Warmverformung die Duktilität verbessern kann.

Wärmebehandlung

Behandlungsprozess	Temperaturbereich (°C)	Typische Haltezeit	Kühlmethode	Primärer Zweck / Erwünschtes Ergebnis
Abschrecken	850 - 900	30 min	Luft oder Öl	Erhöhte Härte und Festigkeit
Vergüten	500 - 700	1 - 2 Stunden	Luft	Verbesserte Zähigkeit und Duktilität

Die Wärmebehandlungsprozesse beeinflussen erheblich die Mikrostruktur des S690-Stahls und verbessern seine mechanischen Eigenschaften. Abschrecken erhöht die Härte, während das Vergüten die Sprödigkeit verringert und den Stahl duktiler macht.

Typische Anwendungen und Endverwendungen

Industrie/Sektor	Spezifisches Anwendungsbeispiel	Wichtigste Stahleigenschaften, die in dieser Anwendung genutzt werden	Grund für die Auswahl
Bau	Hochhäuser	Hohe Streckgrenze, Schweißbarkeit	Reduziert das strukturelle Gewicht
Bergbau	Baggerlöffel	Zähigkeit, Schlagfestigkeit	Kann schwere Lasten tragen
Offshore	Ölplattformen	Korrosionsbeständigkeit, Festigkeit	Hält rauen Umgebungen stand
Transport	Brücken	Hohe Festigkeits-Gewichts-Verhältnis	Erhöht die Tragfähigkeit

Weitere Anwendungen sind:
- Komponenten von schweren Maschinen
- Tragwerke für Industriegebäude
- Kranarme und Stützen

S690-Stahl wird für diese Anwendungen aufgrund seiner Fähigkeit ausgewählt, erhebliche Lasten zu tragen, während er die strukturelle Integrität bewahrt, was ihn ideal für anspruchsvolle Umgebungen macht.

Wichtige Überlegungen, Auswahlkriterien und weitere Einblicke

Merkmal/Eigenschaft	[S690-Stahl]	[S355-Stahl]	[S460-Stahl]	Kurze Pro-/Kontra- oder Trade-off-Bemerkung
Streckgrenze	690 MPa	355 MPa	460 MPa	Höhere Festigkeit in S690
Korrosionsaspekt	Ausreichend	Gut	Ausreichend	S355 bietet bessere Korrosionsbeständigkeit
Schweißbarkeit	Ausgezeichnet	Gut	Ausreichend	S690 lässt sich leichter schweißen
Zerspanbarkeit	Mäßig	Gut	Schlecht	S690 benötigt spezialisierte Werkzeuge
Ungefährer relativer Preis	Hoch	Mäßig	Hoch	Kostenüberlegungen für Projekte
Typische Verfügbarkeit	Mäßig	Hoch	Mäßig	S355 ist gängiger verfügbar

Bei der Auswahl von S690-Stahl müssen Faktoren wie Kosten, Verfügbarkeit und spezifische Anwendungsanforderungen berücksichtigt werden. Während er überlegene Festigkeit bietet, können seine höheren Kosten und potenziellen Herausforderungen bei der Bearbeitung und Korrosionsbeständigkeit die Entscheidung beeinflussen.

Zusammenfassend ist S690-Stahl ein vielseitiges und robustes Material, das in hochfesten Anwendungen brilliert und eine bevorzugte Wahl im modernen Ingenieurwesen und Bauwesen darstellt. Seine einzigartigen Eigenschaften und Fertigungsmerkmale bieten erhebliches Potenzial, obwohl eine sorgfältige Berücksichtigung seiner Einschränkungen für optimale Leistung erforderlich ist.