Konstruktionsstahl

Konstruktionsstahl oder Baustahl stellt die größte Gruppe von Stahlsorten dar und wird unter anderem für den Bau von Schiffen, Gebäuden, Brücken, Baggern, landwirtschaftlichen Maschinen und Kränen verwendet.

Konstruktionsstahl ist ein niedrig legierter Stahl. Das bedeutet, dass der Anteil der Legierungselemente nicht mehr als 5% beträgt.

Im Allgemeinen erfüllt Konstruktionsstahl die folgenden Bedingungen:

  • Niedriger Kohlenstoffgehalt (max. 0,25%)
  • Relativ weiches Material
  • Gut verformbar
  • Gute Schweißbarkeit, ohne hart und spröde zu werden
  • Große Dehnbarkeit

Rostfreier Stahl ist wegen seines hohen Chromanteils (>10,5%) kein Konstruktionsstahl. Bei Werkzeugstahl beträgt der Legierungsanteil weniger als 5%. Trotzdem ist Werkzeugstahl auch kein Konstruktionsstahl, da der enthaltene Kohlenstoffanteil höher als 0,25% ist.

Klassifizierung von Baustählen

Die Bezeichnungen und Varianten von Bau- oder Konstruktionsstählen sind in der Norm EN 10025-2 bis 6 festgelegt. Die Klassifizierung dieser Norm bietet eine gute Unterteilung der verschiedenen Stahlsorten:

  • EN 10025-2: Unlegierte Baustähle
  • EN 10025-3: Normalgeglühte/normalisierend gewalzte Feinkornbaustähle
  • EN 10025-4: Thermomechanisch gewalzte, schweißgeeignete und Feinkornbaustähle
  • EN 10025-5: Witterungsbeständiger Baustahl
  • EN 10025-6: Baustähle mit hoher Streckgrenze im veredelten Zustand

Bezeichnung von Baustahl

Die Bezeichnung von Baustahlvarianten beginnt mit einem "S" (Structural Steel), gefolgt von einer Zahl, die die Streckgrenze (in MPa oder N/mm²) des Materials angibt. Ein häufig verwendeter Baustahl ist S355, der eine Streckgrenze von 355N/mm² hat.

Der Wert von 355N/mm² in diesem Beispiel gibt die Grenze an, ab der sich das Material nach der Belastung von elastischer Verformung zu plastischer Verformung verändert. Dieser Wert ist für Tragwerksplaner als Traglastwert bei statischen Berechnungen wichtig.

Die Bezeichnungen von Baustählen sind festgelegt und bestehen aus einer Kombination aus Zahlen und Buchstaben:

Als Beispiel: S355J2W+N

  • S: Baustahl
  • 355: Die Streckgrenze
  • J: Mindestkerbschlagarbeit (27J)
  • 2: Die Temperatur, bei der der Kerbschlagbiegeversuch durchgeführt wurde (2 entspricht -20°C)
  • W: Witterungsbeständiger Stahl
  • +N: Normalisierend gewalzt ist

Es gibt eine große Anzahl weiterer Abkürzungen, mit der weitere Eigenschaften angegeben werden können.

Mechanische Eigenschaften

Die mechanischen Werte von Baustahl bestimmen weitgehend, ob ein bestimmtes Material innerhalb seiner Anwendung in einer Konstruktion oder einem Werkstück verwendbar ist. Zu den wichtigsten mechanischen Eigenschaften gehören:

Sowohl die Streckgrenze als auch die Zugfestigkeit nehmen mit zunehmender Blechdicke ab. Die angegebene Zugfestigkeit gilt für Blechdicken bis zu 40 mm.

Achtung! Baustähle haben immer einen E-Modul von 210.000 N/mm² (210.000 MPa oder 210 Gpa).

Die mechanischen Werte einer begrenzten Anzahl von weit verbreiteten Baustahlvarianten:

Material Streckgrenze Zugfestigkeit Kerbschlagwert
S235JR ≥ 235 N/mm² 360 – 510 N/mm² ≥ 27J/20°C
S355J2+N ≥ 355 N/mm² 470 – 630 N/mm² ≥ 27J/-20°C
S420ML ≥ 420 N/mm² 520 – 680 N/mm² ≥ 27J/-50°C
S690QL1 ≥ 690 N/mm² 770 – 940 N/mm² ≥ 30J/-60°C

Oxidation von Baustahl

Das Eisen im Baustahl verbindet sich leicht mit Sauerstoff aus der Luft zu Eisenoxid. Im Volksmund wird dies als Rosten bezeichnet. Der größte Nachteil der Stahloxidation ist, dass sich die Oberfläche ausdehnt, wodurch sie aus dem Grundmaterial platzt und neue Öffnungen bildet, die dann weiterrosten. Dies steht im Gegensatz zur oberflächlichen Oxidation beispielsweise von rostfreiem Stahl, bei der die Chromoxide eine sauerstoffdichte Schicht bilden und das darunter liegende Material schützen.

Die Oxidation von Baustahl kann unter anderem dadurch verhindert werden, dass die Oberfläche mit einer sauerstoffdichten Schicht oder einem Metall versehen wird, das sich im Lauf der Zeit opfert, bevor der Stahl selbst zu oxidieren beginnt. Nachstehend sind die gebräuchlichsten Schutzmaßnahmen aufgeführt:

Lackierung

Stahlprodukte können leicht lackiert werden. Bei Verwendung im Außenbereich wird die Lackierung mit einer Grundierungs- und einer Deckschicht empfohlen. Der Lack kann als 1-Komponenten-Lack (1k) oder als 2-Komponenten-Lack (2k) ausgeführt werden, wobei letzterer oft härter und haltbarer ist. Ein großer Vorteil der Lackierung ist, dass sie in allen möglichen Farben erhältlich ist.

Pulverbeschichtung

Pulverbeschichtung ist möglich, da Stahl Elektrizität leitet. Bei der Pulverbeschichtung wird in einem elektrostatischen Verfahren eine Pulverschicht auf das Produkt aufgetragen, die dann im Ofen geschmolzen wird, um eine verschleißfeste und dichte Schicht zu bilden. Die Pulverbeschichtung kann in einer Vielzahl von Farben durchgeführt werden.

Galvanisches Verzinken

Beim galvanischen Verzinken, auch Galvanisieren genannt, wird über einen elektrolytischen Prozess eine dünne Zinkschicht aufgetragen. Über eine Anode wird Zink in ein Bad gegeben, das sich als sehr dünne Schicht (5 - 40µm) auf dem Produkt niederschlägt. Dieser Prozess findet bei einer Temperatur von max. 70°C statt. Dieses Verfahren kann als Voranstrich für Lack- oder Pulverbeschichtung dienen. Durch den Faraday-Effekt wird das Innere eines Hohlraumes nicht oder nur sehr eingeschränkt mit einer schützenden Oberfläche versehen.

Feuerverzinkung

Bei der Feuerverzinkung wird das Produkt in ein Bad aus flüssigem Zink getaucht und so mit einer Zinkschicht (30 - 200µm) überzogen. Dieser Prozess findet bei einer Temperatur von etwa 470°C statt. Im Gegensatz zu den vorgenannten Oberflächenbehandlungen schützt die Feuerverzinkung auch das Innere eines Produktes vor Oxidation.

Duplex

Wenn die Verzinkung mit einer Beschichtung (Lackierung oder Pulverbeschichtung) kombiniert wird, sprechen wir von einem Duplex-System. Der Schutzgrad erhöht sich um bis zu 250% im Vergleich zur Addition der einzelnen Behandlungen.

Siehe auch

Brinar

BRINAR ist ein verschleißfester Stahl welcher an mechanisch stark beanspruchten Stellen zum Einsatz kommt.

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Creusabro

CREUSABRO ist ein Hartstahl, der starken mechanischen Belastungen standhält. Hier finden Sie weitere Informationen!

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Duplexstahl

Duplexstahl ist enorm robust, hält Salzwasser stand, ist extrem fest und trotzdem sehr gut umformbar.

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