Baustahl - Eigenschaften, Arten und Anwendungen

Wie wählt man Stahl für die richtigen Strukturelemente aus?

Bei der Auswahl des richtigen Materials für Strukturelemente sollten festgelegte Verfahren befolgt werden. Die Auswahl des Stahls sollte in folgenden Schritten erfolgen:

• analyse der Betriebsbedingungen und Eigenschaftsanforderungen des Bauteils
• bestimmung der Verteilung der erforderlichen Eigenschaften auf der Oberfläche des Bauteils und in seinem Kern
• bewertung der Art und Weise, wie das Bauteil hergestellt wird
• bestimmung der Stahlgruppe und der Stahlsorte.

Erforderlichenfalls sollten auch Überlegungen zum Wärmebehandlungsverfahren angestellt werden, z. B. Abschreckverfahren, Wahl des Kühlmediums, Temperaturbereich, Bestimmung der Kohlenstoffkonzentration im Stahl und Wahl der Anlaßparameter.

Bei der Auswahl von Stählen für Konstruktionen sollten stets Normen und Tabellen herangezogen werden. Diese Materialien enthalten alle wichtigen Informationen und gewährleisten eine korrekte Konstruktion.

Legierter Baustahl?

Legierte Baustähle werden am häufigsten in der Bauindustrie und für Maschinen- und Anlagenteile verwendet, die bei oder über Raumtemperatur bis zu 300 °C in einer korrosionsarmen Umgebung arbeiten. Dank ihrer Legierungselemente sind legierte Stähle für Bauteile ausgelegt, die hohen statischen und dynamischen Belastungen ausgesetzt sind. Das grundlegende Kriterium für die Auswahl der Stähle sind ihre mechanischen Eigenschaften, insbesondere ihre Streck- und Festigkeitsgrenzen. Ist in der Konstruktion keine plastische Verformung zulässig, wird die Streckgrenze zum Auswahlkriterium. Wenn die Struktur einer Ermüdungsbelastung ausgesetzt ist, nimmt der Konstrukteur die Ermüdungsgrenze als Kriterium. Ein weiteres Kriterium für die Stahlauswahl sind die mit bruchmechanischen Methoden ermittelten Eigenschaften sowie die Verschleißfestigkeit.

Chemische Zusammensetzung

Die chemische Zusammensetzung bestimmt in hohem Maße die Eigenschaften von Stahl. Der Gehalt an einzelnen Elementen beeinflusst in hohem Maße die Härtbarkeit des Stahls, die das grundlegende Kriterium für die Auswahl von Stahl für Strukturbauteile ist. Von besonderer Bedeutung sind hier Mn, Cr, Si, Ni oder Mo. Karbidbildende Elemente, d.h. Cr, V, Mo oder W, spielen eine wichtige Rolle, da sie zur Bildung von Karbiden beitragen und damit die Härte und Verschleißfestigkeit erhöhen, die Ausbildung feinkörniger Gefüge beeinflussen und damit die mechanisch-technologischen Eigenschaften verbessern. Die günstigsten Eigenschaften von Baustahl werden nach einer Wärmebehandlung, in der Regel durch Vergüten, erreicht.

Unlegierte Baustähle

Unlegierte Baustähle werden sehr häufig in der Bauindustrie und in allgemeinen Anwendungen für leicht belastete Bauteile verwendet. Diese Bauteile werden oft durch Schweißen, Verschrauben oder Nieten miteinander verbunden. Typischerweise werden diese Stähle in warmgeformtem Zustand geliefert, in Form von Lang- und Flachprodukten nach dem Warmwalzen, unter anderem in Form von dicken oder dünnen Blechen, Stäben, Profilen oder Bändern. Die mechanischen Eigenschaften dieser Stähle hängen von der chemischen Zusammensetzung und auch von der Dicke des Stahlerzeugnisses ab. Diese Stähle enthalten chemische Grundelemente wie Kohlenstoff, Mangan, manchmal Silizium sowie P, S und N. Der wichtigste Wert für die Bestimmung der mechanischen Eigenschaften ist die in MPa angegebene Mindeststreckgrenze, deren Wert hinter dem Buchstaben "S" zur Bezeichnung des Baustahls angegeben wird, z. B. S235, S355.

In der Bauindustrie werden häufig unlegierte Baustähle in Form von runden, quadratischen und rechteckigen Hohlprofilen mit Wanddicken bis zu 65 mm verwendet, sowohl nahtlos als auch geschweißt.