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.

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