S690QL Stahl: Eigenschaften und Hauptanwendungen
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STE 690 Stahl (S690QL) ist eine hochfeste Baustahlgüte, die nach dem EN 10025-6 Standard klassifiziert ist. Es handelt sich hauptsächlich um einen gehärteten und angelassenen Stahl, der für seine ausgezeichneten mechanischen Eigenschaften und Schweißbarkeit bekannt ist. Die Hauptlegierungselemente in S690QL umfassen Kohlenstoff, Mangan, Silizium und kleine Mengen an Chrom, Molybdän und Vanadium. Diese Elemente tragen erheblich zur Festigkeit, Zähigkeit und Gesamtleistung des Stahls in anspruchsvollen Anwendungen bei.
Umfassende Übersicht
S690QL zeichnet sich durch seine hohe Streckgrenze aus, die typischerweise etwa 690 MPa beträgt, was dünnere Querschnitte in Bauanwendungen ermöglicht, ohne die Festigkeit zu beeinträchtigen. Diese Eigenschaft ist besonders vorteilhaft in Branchen wie dem Bauwesen, wo die Gewichtsreduzierung zu Kosteneinsparungen bei Materialien und Transport führen kann. Der Stahl zeigt auch eine gute Impaktzähigkeit, was ihn für Anwendungen bei niedrigen Temperaturen geeignet macht.
Vorteile von S690QL:
- Hohe Festigkeit-Gewicht-Verhältnis: Ermöglicht das Design leichterer Strukturen.
- Gute Schweißbarkeit: Geeignet für verschiedene Schweißverfahren, was die Fertigung vereinfacht.
- Exzellente Zähigkeit: Beibehaltung der Leistung in Niedertemperaturumgebungen.
Einschränkungen von S690QL:
- Kosten: Höher als bei herkömmlichen Baustählen aufgrund der Legierungselemente und Verarbeitung.
- Brittleness bei niedrigen Temperaturen: Obwohl er gute Zähigkeit aufweist, ist Vorsicht bei extrem niedrigen Temperaturen geboten.
- Begrenzte Verfügbarkeit: Nicht so häufig auf Lager wie niedergradige Stähle.
S690QL hat sich historisch in Sektoren etabliert, die hochleistungsfähige Materialien erfordern, wie schwere Maschinen, Offshore-Strukturen und Hochhäuser, wegen seiner Fähigkeit, signifikante Lasten bei minimalem Materialeinsatz zu tragen.
Alternative Namen, Standards und Äquivalente
Standardorganisation | Bezeichnung/Grad | Land/Region der Herkunft | Hinweise/Anmerkungen |
---|---|---|---|
UNS | S690QL | International | Nächster Äquivalent zu ASTM A572 Grad 65 |
ASTM | A572 Grad 65 | USA | Geringe zusammensetzungsbedingte Unterschiede zu beachten |
EN | S690QL | Europa | Standard für hochfeste Baustähle |
DIN | 1.8928 | Deutschland | Äquivalente Bezeichnung in deutschen Normen |
JIS | - | Japan | Kein direkter Äquivalent, aber ähnliche Grade vorhanden |
Die Unterschiede zwischen S690QL und seinen Äquivalenten liegen oft in den spezifischen Legierungselementen und mechanischen Eigenschaften, die die Leistung in bestimmten Anwendungen beeinflussen können. Beispielsweise bietet ASTM A572 Grad 65 ähnliche Festigkeit, jedoch möglicherweise nicht dieselbe Zähigkeit bei niedrigen Temperaturen.
Schlüsselfunktionen
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 |
Cr (Chrom) | 0.20 - 0.50 |
Mo (Molybdän) | 0.10 - 0.30 |
V (Vanadium) | 0.02 - 0.10 |
P (Phosphor) | ≤ 0.025 |
S (Schwefel) | ≤ 0.015 |
Die Hauptlegierungselemente in S690QL spielen entscheidende Rollen:
- Kohlenstoff (C): Erhöht Festigkeit und Härte, kann aber die Zähigkeit verringern.
- Mangan (Mn): Verbessert die Härtbarkeit und Zähigkeit.
- Chrom (Cr): Verbessert die Korrosionsbeständigkeit und Festigkeit bei erhöhten Temperaturen.
Mechanische Eigenschaften
Eigenschaft | Zustand/Temp. | Prüftemperatur | Typischer Wert/Bereich (metrisch) | Typischer Wert/Bereich (imperial) | Referenzstandard für Prüfmethoden |
---|---|---|---|---|---|
Zugfestigkeit | Gehärtet & Gealtert | Raumtemp | 690 - 770 MPa | 100 - 112 ksi | ASTM E8 |
Streckgrenze (0.2% Offset) | Gehärtet & Gealtert | Raumtemp | ≥ 690 MPa | ≥ 100 ksi | ASTM E8 |
Dehnung | Gehärtet & Gealtert | Raumtemp | ≥ 20% | ≥ 20% | ASTM E8 |
Flächenreduktion | Gehärtet & Gealtert | Raumtemp | ≥ 50% | ≥ 50% | ASTM E8 |
Härte (Brinell) | Gehärtet & Gealtert | Raumtemp | 200 - 250 HB | 200 - 250 HB | ASTM E10 |
Schlagfestigkeit | Gehärtet & Gealtert | -40°C (-40°F) | ≥ 27 J | ≥ 20 ft-lbf | ASTM E23 |
Die Kombination aus hoher Zug- und Streckfestigkeit sowie guter Dehnung macht S690QL geeignet für Anwendungen, die hohe mechanische Belastung und strukturelle Integrität erfordern. Seine Schlagfestigkeit bei niedrigen Temperaturen gewährleistet Zuverlässigkeit in rauen Umgebungen.
Physikalische Eigenschaften
Eigenschaft | Zustand/Temperatur | Wert (metrisch) | Wert (imperial) |
---|---|---|---|
Dichte | Raumtemp | 7.85 g/cm³ | 0.284 lb/in³ |
Schmelzpunkt | - | 1420 - 1540 °C | 2590 - 2810 °F |
Wärmeleitfähigkeit | Raumtemp | 50 W/m·K | 34.5 BTU·in/(hr·ft²·°F) |
Spezifische Wärmefähigkeit | Raumtemp | 0.46 kJ/kg·K | 0.11 BTU/lb·°F |
Elektrischer Widerstand | Raumtemp | 0.0000017 Ω·m | 0.0000017 Ω·in |
Schlüsselfaktoren wie Dichte und Schmelzpunkt sind signifikant für Anwendungen, in denen Gewicht und thermische Leistung entscheidend sind. Die Wärmeleitfähigkeit zeigt, wie gut der Stahl Wärme abführen kann, was in Anwendungen mit hohen Temperaturen wesentlich ist.
Korrosionsbeständigkeit
Korrosives Mittel | Konzentration (%) | Temperatur (°C/°F) | Beständigkeitsbewertung | Hinweise |
---|---|---|---|---|
Atmosphärisch | - | - | Gut | Empfänglich für Rost |
Chloride | 3-5 | 20-60 °C (68-140 °F) | Fair | Risiko von Lochkorrosion |
Äuren | 10-20 | 20-60 °C (68-140 °F) | Schlecht | Nicht empfohlen |
Alkalien | 5-10 | 20-60 °C (68-140 °F) | Fair | Begrenzte Beständigkeit |
S690QL zeigt gute Beständigkeit gegen atmosphärische Korrosion, ist jedoch anfällig für Lochkorrosion in chloridhaltigen Umgebungen. Im Vergleich zu anderen hochfesten Stählen wie S355 bietet S690QL verbesserte Leistung in Bauanwendungen, benötigt jedoch möglicherweise Schutzbeschichtungen in aggressiven Umgebungen.
Hitzebeständigkeit
Eigenschaft/Grenzwert | Temperatur (°C) | Temperatur (°F) | Bemerkungen |
---|---|---|---|
Maximale Dauerbetriebstemperatur | 400 °C | 752 °F | Geeignet für Bauanwendungen |
Maximale intermittierende Betriebstemperatur | 500 °C | 932 °F | Nur kurzfristige Exposition |
Skalierungstemperatur | 600 °C | 1112 °F | Risiko der Oxidation über dieser Temperatur |
Berücksichtigungen zur Kriechfestigkeit | 400 °C | 752 °F | Beginnt bei dieser Temperatur zu degradieren |
S690QL behält seine mechanischen Eigenschaften bis zu etwa 400 °C, was es geeignet für Anwendungen macht, die erhöhte Temperaturen erfordern. Es muss jedoch darauf geachtet werden, längere Expositionen über der Skallierungstemperatur zu vermeiden, da dies zu Oxidation und Materialintegritätsverlust führen kann.
Fertigungseigenschaften
Schweißbarkeit
Schweißprozess | Empfohlene Füllmetall (AWS-Klassifikation) | Typisches Schutzgas/-flusmittel | Bemerkungen |
---|---|---|---|
MIG | ER70S-6 | Argon + CO2 | Gut für dünne Sektionen |
TIG | ER70S-2 | Argon | Ausgezeichnet für Präzisionsarbeiten |
SMAW | E7018 | - | Erfordert Vorwärmung |
S690QL ist sehr schweißbar, jedoch wird Vorwärmung empfohlen, um Rissbildung zu vermeiden. Eine Wärmebehandlung nach dem Schweißen kann die Zähigkeit der Schweißnähte, insbesondere in kritischen Anwendungen, verbessern.
Bearbeitbarkeit
Bearbeitungsparameter | S690QL | AISI 1212 | Hinweise/Tipps |
---|---|---|---|
Relativer Bearbeitungsindex | 60% | 100% | Erfordert Hochgeschwindigkeitswerkzeuge |
Typische Schnittgeschwindigkeit | 20 m/min | 40 m/min | An Werkzeug anpassen |
S690QL hat eine moderate Bearbeitbarkeit, die eine sorgfältige Auswahl der Schneidwerkzeuge und Geschwindigkeiten erfordert, um optimale Ergebnisse zu erzielen. Der Einsatz von Hartmetallwerkzeugen wird für effektives Bearbeiten empfohlen.
Formbarkeit
S690QL weist aufgrund seiner hohen Festigkeit eine begrenzte Formbarkeit auf. Kaltes Formen ist möglich, erfordert jedoch möglicherweise erheblichen Kraftaufwand, während heißes Formen bei erhöhten Temperaturen durchgeführt werden kann, um die Zähigkeit zu verbessern. Der minimale Biegeradius sollte während der Verarbeitung berücksichtigt werden, um Rissbildung zu vermeiden.
Wärmebehandlung
Behandlungsprozess | Temperaturbereich (°C/°F) | Typische Haltezeit | Kühlmethode | Primäres Ziel / Erwartetes Ergebnis |
---|---|---|---|---|
Härten | 850-900 °C / 1562-1652 °F | 30-60 Minuten | Wasser/Öl | Härtung |
Anlassen | 500-600 °C / 932-1112 °F | 1-2 Stunden | Luft | Verbesserung der Zähigkeit |
Wärmebehandlungsprozesse wie Härten und Anlassen verbessern die mechanischen Eigenschaften von S690QL erheblich. Der Härtungsprozess erhöht die Härte, während das Anlassen die Sprödigkeit verringert und ein ausgewogenes Material für strukturelle Anwendungen schafft.
Typische Anwendungen und Endverwendungen
Branche/Sektor | Beispiel für spezifische Anwendung | Schlüsselfunktionen des Stahls in dieser Anwendung | Grund für die Auswahl (Kurzfassung) |
---|---|---|---|
Bauwesen | Hochhäuser | Hohe Festigkeit, gute Schweißbarkeit | Reduziert das Materialgewicht |
Schwere Maschinen | Bagger | Zähigkeit, Schlagfestigkeit | Hält schweren Lasten stand |
Offshore-Strukturen | Ölplattformen | Korrosionsbeständigkeit, Festigkeit | Hält rauen Umgebungen stand |
Transport | Brücken | Hohe Streckgrenze, geringes Gewicht | Erhöht die strukturelle Effizienz |
Weitere Anwendungen umfassen:
- Bergbau-Ausrüstung
- Druckbehälter
- Schiffbau
S690QL wird für diese Anwendungen aufgrund seiner Fähigkeit, extremen Bedingungen standzuhalten und gleichzeitig die strukturelle Integrität zu bewahren, ausgewählt, was es ideal für kritische tragende Komponenten macht.
Wichtige Überlegungen, Auswahlkriterien und weitere Einblicke
Merkmal/Eigenschaft | S690QL | S355 | S700MC | Kurze Pro-/Kontra- oder Trade-off-Notiz |
---|---|---|---|---|
Schlüsselfunktion mechanisch | Hohe Festigkeit | Mittlere Festigkeit | Sehr hohe Festigkeit | S690QL bietet ein Gleichgewicht zwischen Festigkeit und Zähigkeit |
Schlüsselaspekt Korrosion | Fair | Gut | Fair | S690QL benötigt möglicherweise Beschichtungen in aggressiven Umgebungen |
Schweißbarkeit | Gut | Ausgezeichnet | Moderat | S690QL benötigt Vorwärmung für optimale Schweißnähte |
Bearbeitbarkeit | Moderat | Gut | Schlecht | S690QL erfordert sorgfältige Bearbeitungstechniken |
Formbarkeit | Begrenzt | Gut | Moderat | S690QL ist aufgrund der hohen Festigkeit weniger formbar |
Ungefähre relative Kosten | Hoch | Moderat | Hoch | Kostenüberlegungen können die Auswahl beeinflussen |
Typische Verfügbarkeit | Begrenzt | Weit verbreitet | Begrenzt | Verfügbarkeit kann Projektzeitpläne beeinflussen |
Bei der Auswahl von S690QL sind Überlegungen wie Kosten-Nutzen-Relation im Verhältnis zu den Leistungsanforderungen, die Verfügbarkeit auf dem Markt und spezifische Anwendungsbedürfnisse zu beachten. Seine hohe Festigkeit und Zähigkeit machen ihn für anspruchsvolle Umgebungen geeignet, aber potenzielle Käufer sollten diese Vorteile gegen die höheren Kosten und die begrenzte Verfügbarkeit im Vergleich zu niedergradigen Stählen abwägen.
Zusammenfassend ist S690QL ein vielseitiger hochfester Stahl, der in strukturellen Anwendungen, die Haltbarkeit und Zuverlässigkeit erfordern, überzeugt. Seine einzigartigen Eigenschaften machen ihn zur bevorzugten Wahl in Industrien, in denen Leistung entscheidend ist, trotz einiger Einschränkungen bei den Kosten und der Verfügbarkeit.