S355J2: Technische Daten Stahl

01Stahl S355: Einführung und allgemeine Eigenschaften

Der Stahl S355 ist einer der am weitesten verbreiteten und vielseitigsten Baustähle der europäischen Industrie; EN 10025-2 normt ihn als unlegierten Stahl für tragende Anwendungen bei Raumtemperatur. Diese Eisenlegierung verbindet Festigkeit, Schweißeignung und Verarbeitbarkeit in ausgezeichneter Weise und ist damit erste Wahl für Stahltragwerke, den schweren Stahlbau und Maschinenbauteile, die eine zuverlässige Konstruktion und eine einfache Weiterverarbeitung verlangen.

Der S355 verdankt seine Bezeichnung der Mindeststreckgrenze von 355 MPa nach der Einteilung der EN 10025-2, die die mechanischen Eigenschaften in Abhängigkeit von der Dicke des Werkstoffs festlegt. Der Kennbuchstabe „S“ bezeichnet Stähle für den Stahlbau (structural steels), die Zahl „355“ gibt die Mindeststreckgrenze für Dicken bis 16 mm an. Diese europäische Normung sorgt für einheitliche technische Vorgaben und erleichtert die Tragwerksplanung nach den Eurocodes.

Die Eigenschaften des S355 ergeben sich aus einer ausgewogenen chemischen Zusammensetzung, die auf einen kontrollierten Kohlenstoffgehalt und auf Mangan setzt, um das Verhältnis von Festigkeit und Schweißeignung zu optimieren. Die begrenzten Gehalte an Begleitelementen wie Phosphor und Schwefel sichern eine gute Verformbarkeit und Kaltzähigkeit.

Diese Zusammensetzung verleiht dem Werkstoff stabile und vorhersagbare mechanische Eigenschaften, die für die Bemessung von Tragwerken nach genormten Rechenverfahren unerlässlich sind.

Das breite Spektrum der Anwendungen des S355 reicht von Stahlbauten im Hoch- und Industriebau über Brücken und Gebäudetragwerke bis zum Schiffbau und zu Bauteilen für Erdbaumaschinen. Wie vielseitig dieser Stahl ist, zeigt sich daran, dass er als üblicher Werkstoff für Stahlbauprofile (IPE, HE, UPN), für Bleche in Schweißkonstruktionen und für Maschinenbauteile verwendet wird, die gute Festigkeitswerte ohne aufwendige Wärmebehandlungen verlangen.

1.1Unterschiede zwischen S355 und herkömmlichen Stählen

Die Unterschiede des S355 gegenüber herkömmlichen Stählen zeigen sich vor allem in der höheren metallurgischen Qualität und in der strengen Normung der mechanischen Eigenschaften. Gegenüber Kohlenstoffstählen geringerer Festigkeitsklasse wie dem S235 liegt die Streckgrenze des S355 um etwa 50 % höher (355 MPa gegenüber 235 MPa), sodass sich die Querschnitte verkleinern lassen - mit entsprechenden Vorteilen bei Gewicht und Werkstoffkosten.

Die Schweißeignung des Stahls S355 wird durch ein niedriges Kohlenstoffäquivalent begünstigt. Für das CEV gilt jedoch kein einheitlicher Grenzwert: er hängt nach Tabelle 6 der EN 10025-2 von Gütegruppe (JR/J0/J2), Erzeugnisform und Dicke ab und ist daher am konkreten Erzeugnis oder an den Grenzwerten zu prüfen, die der Hersteller für die Lieferung erklärt, sofern diese normkonform sind.

Gegenüber legierten Spezialstählen bleibt der S355 dank seiner einfachen chemischen Zusammensetzung kostengünstig und erreicht dennoch mechanische Werte, die für die meisten tragenden Anwendungen ausreichen. Die Normung nach EN 10025-2 sichert eine gleichmäßige Verfügbarkeit und eine gleichbleibende Qualität bei den verschiedenen europäischen Herstellern.

1.2Vorteile des S355 für industrielle Anwendungen

Zu den Vorteilen des S355 in industriellen Anwendungen zählt das gute Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht: Tragwerke lassen sich damit optimieren, die Werkstoffkosten sinken und die Montage wird einfacher. Mit einer Streckgrenze von 355 MPa bei den üblichen Dicken fallen die Konstruktionen leichter aus als mit Stählen geringerer Festigkeitsklasse, was sich deutlich auf Fundamente, Transport und Montagekosten auswirkt.

Die ausgezeichnete Verarbeitbarkeit des S355 erleichtert das Schneiden, Bohren, Biegen und Kaltumformen, ohne dass vorher eine Wärmebehandlung nötig ist. Die begrenzte Härte (≤200 HB, Richtwert) sichert gute Ergebnisse mit üblichen Werkzeugen und mindert den Werkzeugverschleiß gegenüber härteren Stählen, was die spanende Bearbeitung wirtschaftlicher macht. Die für den Stahl S355 genannte Härte ist als typischer Richtwert aus der Lieferung des Herstellers zu verstehen und nicht als Anforderung der EN 10025-2, die für die betrachtete Güte und Dicke nur Anforderungen an Zugversuch und Kerbschlagarbeit festlegt.

Die Beständigkeit des S355 gegen atmosphärische Korrosion entspricht dem üblichen Niveau unlegierter Stähle, lässt sich aber durch Schutzanstriche oder Verzinken verbessern. Wo die Korrosionsbeständigkeit keine kritische Anforderung ist, bleiben die Kosten des Korrosionsschutzes damit deutlich unter denen nichtrostender Stähle.

1.3Normen und Prüfbescheinigungen für den S355

Die Normen für den S355 folgen in erster Linie der europäischen Norm EN 10025-2:2019, die die technischen Lieferbedingungen für unlegierte Baustähle festlegt. Die Norm regelt Anforderungen an chemische Zusammensetzung, mechanische Eigenschaften, Maße und Toleranzen sowie die Prüf- und Qualitätssicherungsverfahren, mit denen Konformität und Rückverfolgbarkeit des Werkstoffs sichergestellt werden.

Nach der Kerbschlagzähigkeit unterscheidet EN 10025-2 die Gütegruppen S355JR (Kerbschlagbiegeversuch bei +20 °C mit KV≥27 J), S355J0 (Kerbschlagbiegeversuch bei 0 °C mit KV≥27 J) und S355J2 (Kerbschlagbiegeversuch bei -20 °C mit KV≥27 J). So lässt sich die Gütegruppe nach den vorgesehenen Betriebsbedingungen und nach den Anforderungen an die Zähigkeit bei tiefen Temperaturen wählen.

Als Qualitätsnachweise für den S355 dienen Prüfbescheinigungen nach EN 10204, in der Regel die Werksbescheinigung 2.1 für Standardanwendungen oder das Abnahmeprüfzeugnis 3.1 für kritische tragende Einsätze. Die Bestellspezifikation kann zusätzliche Anforderungen in Dickenrichtung enthalten (Z-Güten nach EN 10164), wenn bei kritischen Schweißkonstruktionen der Widerstand gegen Terrassenbruch für die Tragsicherheit entscheidend ist.

02Chemische Zusammensetzung des Stahls S355: Legierungselemente und normative Vorgaben

Die chemische Zusammensetzung des S355 ist in EN 10025-2 streng festgelegt, damit die angegebenen mechanischen Eigenschaften und die ausgezeichnete Schweißeignung dieses Baustahls gesichert sind. Die Zusammensetzung setzt auf die Grundelemente Kohlenstoff und Mangan und hält die Gehalte an Begleitelementen niedrig, um Verarbeitbarkeit und Tragverhalten zu optimieren.

Die chemischen Grenzwerte des Stahls S355 hängen nach EN 10025-2 von der Gütegruppe (JR/J0/J2), von der Erzeugnisform und von der Dicke ab. Ein einheitlicher Satz von Höchstwerten für alle Gütegruppen und Erzeugnisformen ist deshalb nicht zulässig: einzelne Güten - z. B. der S355J2 - haben engere Grenzwerte für P und S und teils einen niedrigeren Höchstgehalt an C als der S355JR.

Anwendungsbeispiel (informativ): Für Bleche aus S355JR werden häufig C ≤ 0,24; Mn ≤ 1,60; Si ≤ 0,55; P ≤ 0,035; S ≤ 0,035; N ≤ 0,012 erklärt, während für Bleche aus S355J2 die Grenzwerte für P und S in der Regel bei ≤ 0,025 liegen, teils mit C ≤ 0,22. Maßgebend sind in jedem Fall die Grenzwerte in der Bestellspezifikation und im Abnahmeprüfzeugnis 3.1 nach EN 10204 des Lieferanten.

Das Kohlenstoffäquivalent ist mit der Beziehung CEV = C + Mn/6 + (Cr+Mo+V)/5 + (Ni+Cu)/15 zu berechnen und mit den Grenzwerten nach Gütegruppe und Dicke in Tabelle 6 der EN 10025-2 zu vergleichen - oder mit den Liefergrenzwerten des Herstellers, wenn diese enger sind.

Das Kohlenstoffäquivalent des S355 (CEV) wird nach der Formel CEV = C + Mn/6 + (Cr+Mo+V)/5 + (Ni+Cu)/15 berechnet und liegt bei ≤0,45 % für Dicken bis 30 mm (0,47 % für 30-40 mm, siehe Tabelle 6 der EN 10025-2); damit ist die Schweißeignung ausgezeichnet, und für die meisten Anwendungen ist kein Vorwärmen nötig. Dieser Kennwert ist entscheidend, um die Anfälligkeit für wasserstoffinduzierte Risse beim Schweißen zu beurteilen und die passenden Schweißanweisungen festzulegen. Für die Anwendung der Formel und der Grenzwerte wird auf EN 10025-1/-2 verwiesen.

Zu beachten ist, dass die chemischen Grenzwerte des Stahls S355 je nach Gütegruppe JR/J0/J2 und je nach Erzeugnisform unterschiedlich ausfallen. Für den S355JR (Bleche) gelten beispielsweise in der Regel C ≤ 0,24; Mn ≤ 1,60; Si ≤ 0,55; P ≤ 0,035; S ≤ 0,035; N ≤ 0,012, während P und S beim S355J2 meist auf ≤ 0,025 begrenzt sind - nach EN 10025-2 und nach den Herstellerdatenblättern.

2.1Internationaler Werkstoffvergleich für den S355

Die Gegenüberstellung mit ASTM A572 Grade 50, BS 4360 (Grade 50B/50C) und UNI 7070 (Fe510) ist als historisch gewachsene handelsübliche Vergleichbarkeit zu verstehen und nicht als normative Gleichwertigkeit 1:1. Prüfverfahren, chemische Grenzwerte und Anforderungen an die Kerbschlagarbeit können abweichen; ob ein Werkstoff den anderen ersetzen kann, ist technisch und vertraglich für das jeweilige Projekt zu prüfen.

Die Bezeichnungen nach ISO 630 verwenden die Reihe „E“ und sind nicht ohne Weiteres Synonyme der EN-Reihe „S“. Wer ISO-Güten als Alternative zum S355 einsetzen will, muss die Anforderungen (chemische Zusammensetzung, mechanische Eigenschaften, Kerbschlagzähigkeit) und die Erzeugnisform vollständig vergleichen.

Die geringen Unterschiede zwischen den internationalen Entsprechungen betreffen vor allem die Prüfverfahren und die Anforderungen an die Kerbschlagarbeit, während die grundlegenden mechanischen Eigenschaften und die chemische Zusammensetzung weitgehend übereinstimmen; für die meisten üblichen tragenden Anwendungen sind die Werkstoffe daher austauschbar. Ausdrücklich festzuhalten ist, dass diese Zuordnungen aus der Handelspraxis stammen und keine normative Grundlage haben.

03Mechanische Eigenschaften des Stahls S355: Kennwerte und Tragverhalten

Die mechanischen Eigenschaften des S355 sind in EN 10025-2 in Abhängigkeit von der Werkstoffdicke festgelegt; das Tragverhalten ist damit vorhersagbar und für eine Bemessung nach genormten Verfahren geeignet. Für Tragwerksplaner und Konstrukteure im Stahl- und Industriebau ist es unerlässlich, die mechanischen Eigenschaften des S355 im Einzelnen zu kennen.

3.1Mechanische Eigenschaften des S355 im geglühten Zustand

Die mechanischen Eigenschaften des S355 im geglühten Zustand entsprechen nicht dem üblichen Lieferzustand dieses Baustahls, der nach EN 10025-2 in der Regel warmgewalzt geliefert wird. Wird jedoch aus Gründen der Zerspanbarkeit ein weicherer Zustand gefordert, so ergibt ein Glühen bei 650-700 °C mit anschließender langsamer Abkühlung ein ferritisch-perlitisches Gefüge mit kugeligen Carbiden und verminderter Härte.

Im geglühten Zustand erreicht der S355 eine auf etwa 450-500 MPa verminderte Zugfestigkeit bei einer Streckgrenze von etwa 250-280 MPa - Werte unterhalb des üblichen Zustands, dafür mit deutlich besserer Verformbarkeit. Die Bruchdehnung kann 26-30 % erreichen, was anspruchsvolle Kaltumformungen mit hohen Umformgraden erleichtert.

Die Härte des S355 liegt im geglühten Zustand in der Regel bei 130-160 HB und sichert damit eine ausgezeichnete Zerspanbarkeit beim Drehen, Fräsen und Bohren mit üblichen Werkzeugen. Für den S355 wird dieser Zustand nur selten genutzt; üblich ist der warmgewalzte Zustand, der für tragende Anwendungen das beste Verhältnis von mechanischen Eigenschaften und Kosten bietet.

3.2Festigkeit des S355 im vergüteten Zustand

Der S355 im vergüteten Zustand ist für diesen Baustahl keine übliche Behandlung, denn das Vergüten (Härten und Anlassen) dient vor allem dazu, die mechanischen Eigenschaften legierter Stähle zu verbessern. Für besondere Anwendungen mit hohen Festigkeitsanforderungen lässt sich der S355 jedoch vergüten, mit an seine chemische Zusammensetzung angepassten Parametern.

Beim Vergüten des S355 - Härten von 850-880 °C in Wasser und anschließendes Anlassen bei 550-600 °C - lässt sich die Zugfestigkeit auf 650-750 MPa steigern, bei weiterhin guter Zähigkeit. Die Streckgrenze kann 450-550 MPa erreichen und liegt damit über den Werten des üblichen Zustands; die höheren Prozesskosten müssen jedoch durch die geforderte Leistung gerechtfertigt sein.

Nach dem Vergüten kann die Verformbarkeit zurückgehen, mit einer Bruchdehnung von 18-22 % und einer Brucheinschnürung von 40-50 %; für die meisten Maschinenbauanwendungen, die hohe Festigkeit mit einer für dynamische Beanspruchung ausreichenden Zähigkeit verbinden, sind die Werte dennoch geeignet.

3.3Härte des S355 nach der Wärmebehandlung

Im üblichen warmgewalzten Zustand erreicht die Härte des S355 in der Regel bis etwa 200 HB (Richtwert des Herstellers; EN 10025-2 schreibt keine Härteanforderung vor) und sichert damit eine gute Zerspanbarkeit. Diese begrenzte Härte erlaubt Schneiden, Bohren und spanende Bearbeitung mit üblichen Werkzeugen, für die meisten Anwendungen ohne vorbereitende Behandlungen.

Nach dem Normalglühen des S355 bei 880-920 °C mit Abkühlung an Luft kann die Härte je nach Abkühlgeschwindigkeit und Querschnittsdicke auf 180-220 HB steigen. Diese Behandlung wird eingesetzt, um das Gefüge nach einer Warmumformung zu vereinheitlichen oder um die Zähigkeit bei kritischen Anwendungen zu verbessern, bei denen die metallurgische Qualität optimiert werden muss.

Die Härte des S355 nach dem Härten von 850-880 °C kann je nach Abschreckmittel 300-450 HV erreichen; diese Behandlung senkt jedoch die Zähigkeit drastisch und erhöht die Sprödbruchneigung. Ein anschließendes Anlassen bei 400-600 °C wiegt Härte und Zähigkeit nach den jeweiligen Anforderungen gegeneinander ab, auch wenn diese Behandlungen für den S355 nicht üblich sind.

3.4Kerbschlagzähigkeit und Zähigkeit des S355

Die Kerbschlagzähigkeit des S355 ist in EN 10025-2 über den Kerbschlagbiegeversuch nach Charpy (V-Kerbe) mit unterschiedlichen Prüftemperaturen für die Gütegruppen JR (+20 °C), J0 (0 °C) und J2 (-20 °C) festgelegt. Die Mindestkerbschlagarbeit beträgt für alle Güten 27 J und sichert damit eine für tragende Anwendungen in unterschiedlichen Klimazonen ausreichende Zähigkeit.

Die Zähigkeit des S355J2 bei -20 °C mit einer Kerbschlagarbeit von mindestens 27 J sichert auch bei tiefen Temperaturen ein nicht sprödes Verhalten - eine wesentliche Eigenschaft für Tragwerke unter rauen Klimabedingungen und für kritische Anwendungen, bei denen ein Sprödbruch ausgeschlossen werden muss. Besonders wichtig ist das für Brücken, Offshore-Konstruktionen und Industrieanlagen in Regionen mit strengen Wintern.

Die Rissausbreitung im S355 hängt von der metallurgischen Qualität und von nichtmetallischen Einschlüssen ab. Die strenge Begrenzung der chemischen Zusammensetzung nach EN 10025-2 sichert eine gleichmäßige und vorhersagbare Zähigkeit - ein grundlegender Kennwert, wenn kritische Anwendungen eine Bemessung nach der Bruchmechanik verlangen.

3.5Ermüdung und dynamisches Verhalten des S355

Das Ermüdungsverhalten des S355 unter zyklischer Beanspruchung regeln die Eurocodes für Tragwerke (EN 1993-1-9), die Wöhlerlinien für die verschiedenen Kerbfälle und Beanspruchungsbedingungen angeben. Die Schwingfestigkeit bei hohen Lastwechselzahlen hängt maßgeblich von der Qualität der Schweißnähte und von vorhandenen Spannungskonzentrationen ab.

Die Schwingfestigkeit des S355 weist für den Grundwerkstoff eine Dauerfestigkeit (bei 2×10⁶ Lastwechseln) von etwa 160-180 MPa bei Wechselbeanspruchung auf (Einzelheiten in EN 1993-1-9); in Verbindung mit Schweißnähten oder kritischen geometrischen Details fällt dieser Wert deutlich ab. Der Ermüdungsnachweis muss daher nicht nur die Eigenschaften des Grundwerkstoffs, sondern auch die Konstruktionsdetails und die Ausführungsqualität der Schweißverbindungen berücksichtigen.

Das dynamische Verhalten des S355 unter Schlagbeanspruchung beruht darauf, dass der Werkstoff vor dem Bruch Energie durch plastische Verformung aufnimmt - eine Eigenschaft, die der Kerbschlagbiegeversuch nach Charpy quantifiziert. Das für warmgewalzten Stahl typische ferritisch-perlitische Gefüge sorgt für ein gutes Verhältnis von Festigkeit und Zähigkeit bei tragenden Anwendungen unter veränderlicher Beanspruchung.

04Physikalische Eigenschaften des Stahls S355: thermische Eigenschaften und Kennwerte für das Tragwerk

Die physikalischen Eigenschaften des S355 sind grundlegende Kennwerte für die Tragwerksplanung und für die Beurteilung des thermomechanischen Verhaltens von Bauteilen. Sie gehen in die Berechnung von Wärmedehnung, Wärmeleitung und Eigengewicht der Tragwerke ein und ebenso in Finite-Elemente-Berechnungen, die thermische und mechanische Beanspruchung gekoppelt betrachten.

Die Dichte des S355 wird mit 7,85 g/cm³ angesetzt, dem für Kohlenstoffstähle typischen Wert, der die einfache chemische Zusammensetzung ohne schwere Legierungselemente widerspiegelt. Dieser Kennwert ist grundlegend für die Berechnung des Eigengewichts von Stahltragwerken und für die Ermittlung der ständigen Einwirkungen in der Tragwerksplanung nach den Eurocodes.

Der Elastizitätsmodul des S355 ist in EN 1993-1-1 für alle Baustähle mit 210 GPa angegeben und dient der Berechnung der elastischen Verformungen und dem Stabilitätsnachweis von Tragwerken. Der Schubmodul beträgt 81 GPa und wird für den Nachweis der Torsionsstabilität und für die Berechnung torsionsbeanspruchter Bauteile benötigt.

Zu den thermischen Eigenschaften des S355 gehört eine Schmelztemperatur von etwa 1520-1540 °C, wie sie für unlegierte Kohlenstoffstähle typisch ist. Die Wärmeleitfähigkeit fällt von 53,3 W/(m·K) bei 20 °C auf 34 W/(m·K) bei 600 °C und beträgt oberhalb von 800 °C 27,3 W/(m·K) - Kennwerte, die für thermische Berechnungen und für die Bemessung von Tragwerken unter großen Temperaturunterschieden oder im Brandschutz maßgebend sind.

Der lineare Wärmeausdehnungskoeffizient des S355 ist in EN 1993-1-1 mit 12 × 10⁻⁶/K angegeben und muss bei Tragwerken berücksichtigt werden, die Temperaturschwankungen ausgesetzt sind, damit keine übermäßigen Zwangsspannungen entstehen. Besonders kritisch ist dieser Kennwert bei Brücken, weitgespannten Dächern und Industriebauten, wo Temperaturänderungen erhebliche Kräfte hervorrufen können, wenn Dehnfugen sie nicht ausreichend aufnehmen.

Die spezifische Wärmekapazität des S355 von 440 J/(kg·K) bei 20 °C ist ein wichtiger Wert für Brandschutznachweise und für die Modellierung des thermischen Verhaltens von Stahltragwerken im Brandfall. Der spezifische elektrische Widerstand von etwa 0,20 Ω·mm²/m entspricht den für Kohlenstoffstähle üblichen elektrischen Eigenschaften und ist dort von Belang, wo Streuströme auftreten oder ein kathodischer Korrosionsschutz geplant wird.

05Wärmebehandlungen des Stahls S355: Verfahren und optimale Parameter

Wärmebehandlungen des S355 sind für diesen Baustahl in der Regel nicht erforderlich: Er wird warmgewalzt geliefert und erreicht damit für die meisten Anwendungen bereits die günstigsten mechanischen Eigenschaften. Bestimmte Behandlungen können jedoch eingesetzt werden, wenn das Gefüge vereinheitlicht, die Zerspanbarkeit verbessert oder die Eigenschaften für besondere Anwendungen im Maschinenbau optimiert werden sollen.

5.1Härten des S355: Temperaturen und Verfahren

Das Härten des S355 ist für diesen Baustahl keine übliche Behandlung, weil der relativ niedrige Kohlenstoffgehalt (≤0,22 %) die Aufhärtbarkeit begrenzt. Für besondere Anwendungen, die eine örtlich höhere Härte verlangen, lassen sich jedoch Verfahren des Randschichthärtens mit an die chemische Zusammensetzung angepassten Parametern einsetzen.

Die Härtetemperatur für den S355 liegt im Bereich 850-880 °C, also im Austenitgebiet dieser chemischen Zusammensetzung. Ein Abschrecken in Wasser oder in Polymerlösungen kann martensitische Gefüge mit 300-450 HV erzeugen, birgt aber eine hohe Riss- und Sprödbruchgefahr, die den praktischen Einsatz an tragenden Bauteilen einschränkt.

Als Abschreckmittel für das Härten des S355 kommen vor allem Wasser für die höchste Abkühlgeschwindigkeit, Polymerlösungen zur Begrenzung des Verzugs bei komplexen Geometrien und Öl zur Minderung der Eigenspannungen in Betracht. Örtlich begrenzt lässt sich mit induktivem Randschichthärten die Oberfläche an Kontaktflächen härten, bei zähem Kern - für den S355 ist das allerdings selten.

5.2Spannungsarmglühen des S355: optimale Parameter

Das Spannungsarmglühen des S355 dient vor allem dazu, Eigenspannungen nach starker spanender Bearbeitung oder nach aufwendigen Schweißarbeiten abzubauen, und nicht dazu, die mechanischen Eigenschaften zu verbessern, wie es bei legierten Stählen der Fall ist. Die Temperaturen werden so gewählt, dass die in EN 10025-2 festgelegten mechanischen Eigenschaften erhalten bleiben und das Tragverhalten nicht leidet.

Die Temperaturen für das Spannungsarmglühen des S355 liegen in der Regel im Bereich 580-650 °C, wenn die Eigenspannungen vollständig abgebaut und die ursprünglichen mechanischen Eigenschaften erhalten werden sollen. Niedrigere Temperaturen (400-500 °C) kommen für einen teilweisen Abbau in Betracht, wenn die ursprünglichen mechanischen Eigenschaften streng gehalten werden müssen; höhere Temperaturen bergen die Gefahr, dass die Festigkeit sinkt.

Die Haltedauer beim Spannungsarmglühen des S355 liegt bei Standarddicken (≤40 mm) zwischen 1-2 Stunden und sichert die vollständige Durchwärmung des Querschnitts. Abgekühlt wird langsam im Ofen oder an ruhender Luft, damit keine Temperaturschocks auftreten, die neue Eigenspannungen erzeugen und die Wirkung des Spannungsarmglühens zunichtemachen würden.

5.3Normalglühen des S355: Bedingungen und Anwendungen

Das Normalglühen des S355 ist die Wärmebehandlung, die bei diesem Stahl am häufigsten zum Einsatz kommt: wenn das Gefüge nach ungleichmäßiger Warmumformung vereinheitlicht werden muss oder wenn kritische Anwendungen eine höhere Zähigkeit verlangen. Das Verfahren besteht aus dem Erwärmen in das Austenitgebiet und einer anschließenden Abkühlung an Luft, die ein feines und gleichmäßiges ferritisch-perlitisches Gefüge ergibt.

Die Temperaturen für das Normalglühen des S355 liegen je nach chemischer Zusammensetzung und Querschnittsdicke zwischen 880-920 °C. Aufgeheizt wird mit begrenzter Geschwindigkeit (50-100 °C/h), damit keine zu großen Temperaturunterschiede im Bauteil entstehen, die Spannungen und Verzug hervorrufen würden - bei Bauteilen mit komplexer Geometrie und bei dünnen Querschnitten besonders wichtig.

Die Abkühlung nach dem Normalglühen des S355 erfolgt an ruhender Luft, um mittlere Abkühlgeschwindigkeiten zu erreichen, die ein feines ferritisch-perlitisches Gefüge mit gutem Verhältnis von Festigkeit und Zähigkeit begünstigen. Bei großen Querschnitten (>80 mm) kann eine beschleunigte Luftkühlung nötig sein, damit kein grobes Gefüge entsteht, das die mechanischen Eigenschaften beeinträchtigen würde.

5.4Qualitätsprüfung der Wärmebehandlungen des S355

Die Qualitätsprüfung der Wärmebehandlungen des S355 umfasst die systematische Kontrolle der mechanischen und der metallografischen Eigenschaften, damit die ursprünglichen Vorgaben der EN 10025-2 oder die für besondere Anwendungen zusätzlich festgelegten Anforderungen eingehalten sind. Geprüft wird mit genormten mechanischen Prüfungen und mit Gefügeuntersuchungen an repräsentativen Proben.

Die Prüfung der mechanischen Eigenschaften des S355 nach der Behandlung umfasst Zugversuche nach ISO 6892-1, Kerbschlagbiegeversuche (Charpy-V) nach ISO 148-1 und Härtemessungen HB nach ISO 6506-1. Die Werte müssen innerhalb der in EN 10025-2 für die jeweilige Güte (S355JR, J0 oder J2) festgelegten Grenzen bleiben; nur so ist belegt, dass die Wärmebehandlung das Tragverhalten des Werkstoffs nicht beeinträchtigt hat.

Die metallografische Prüfung des S355 nach der Wärmebehandlung beurteilt die Gleichmäßigkeit des Gefüges, die Ferritkorngröße und die Verteilung des Perlits im Lichtmikroskop und, wo nötig, im Rasterelektronenmikroskop. Das Fehlen unerwünschter Gefügebestandteile (Bainit, Martensit) ist nachzuweisen, um die Wirksamkeit der Behandlung und die Eignung für übliche tragende Anwendungen zu bestätigen.

5.5Häufige Fehler bei den Wärmebehandlungen des S355 und ihre Behebung

Zu den häufigen Fehlern bei den Wärmebehandlungen des S355 gehören vor allem Verzug, Oberflächenoxidation und gelegentliche örtliche Abweichungen der mechanischen Eigenschaften, die auf ungleichmäßiges Aufheizen oder Abkühlen zurückgehen. Diese Probleme früh zu erkennen und zu beheben ist entscheidend, um die Qualität des behandelten Werkstoffs zu halten.

Der Verzug durch die Wärmebehandlung des S355 lässt sich durch geeignete Auflagen beim Aufheizen, durch strenge Kontrolle der Aufheiz- und Abkühlgeschwindigkeit und gegebenenfalls durch den Einsatz von Warmpressen, die die Geometrie während der Phasenumwandlungen halten, klein halten. Bei komplexen Geometrien ist häufig die Konstruktion eigener Vorrichtungen nötig, die das Bauteil während der Behandlung abstützen.

Die Oberflächenoxidation des S355 während der Wärmebehandlung lässt sich durch Schutzgasatmosphären (Stickstoff, Argon) oder durch temporäre Schutzschichten beherrschen, die nach der Behandlung entfernt werden. Starke Verzunderung kann ein chemisches Beizen oder ein Strahlen erfordern, um die Oberfläche wieder in den Zustand zu bringen, den die weitere Bearbeitung oder die Beschichtung verlangt.

06Industrielle Anwendungen des Stahls S355: Branchen und strategische Einsatzfelder

Die Anwendungen des S355 beherrschen den Stahl- und Industriebau: Tragfähigkeit, ausgezeichnete Schweißeignung und niedrige Kosten machen ihn dort für ein breites Spektrum tragender Anwendungen zur ersten Wahl. Tragwerksplaner und Konstrukteure im Hoch- und Industriebau greifen in erster Linie auf ihn zurück.

6.1Anwendungen des S355 im Fahrzeugbau

Die Anwendungen des S355 im Fahrzeugbau sind gegenüber anderen, darauf ausgelegten Stählen begrenzt und betreffen vor allem tragende Rahmenteile und Karosserieteile, die Festigkeit mit einfacher Verarbeitung und guter Schweißeignung verbinden müssen. Die Fahrzeugindustrie setzt zur Gewichtsoptimierung in der Regel auf hochfeste Stähle (AHSS); der S355 kommt dort zum Einsatz, wo Kosten und Verarbeitbarkeit im Vordergrund stehen.

Rahmen für Nutzfahrzeuge aus S355 profitieren von der guten Schweißeignung und vom ausgezeichneten Verhältnis von Festigkeit und Kosten, wenn das Gewicht nicht das maßgebende Bemessungskriterium ist. Die Streckgrenze von 355 MPa sichert auch bei hohen Nutzlasten die nötige Tragsicherheit und hält die Herstellkosten gegenüber aufwendigeren Stählen wettbewerbsfähig.

Zu den Anwendungen des S355 in der Fahrzeugindustrie gehören außerdem Motorträger, tragende Querträger und Bauteile der Bodengruppe von Nutzfahrzeugen, wo Robustheit und Reparaturfreundlichkeit wichtiger sind als die Gewichtsoptimierung. Die übliche Korrosionsbeständigkeit lässt sich durch Oberflächenbehandlungen (Verzinken, Beschichten) so weit anheben, dass die Lebensdauer im Fahrzeugeinsatz ausreicht.

6.2Der S355 im Werkzeugmaschinenbau

Der Werkzeugmaschinenbau verwendet den S355 für Gestelle, Betten und tragende Strukturen, die unter Bearbeitungslasten hohe Steifigkeit und Formstabilität verlangen. Die gute Schweißeignung erleichtert aufwendige Schweißkonstruktionen zu geringeren Kosten als der Guss und erhält dabei mechanische Eigenschaften, die für tragende Anwendungen ausreichen.

Maschinengestelle aus S355 nutzen den hohen Elastizitätsmodul (210 GPa), um die Verformung unter Last klein zu halten und die Bearbeitungsgenauigkeit zu sichern. Stahl dämpft zwar von sich aus schwächer als Gusseisen, doch erreichen geschweißte Gestelle aus S355 die geforderte dynamische Stabilität über eine auf Steifigkeit ausgelegte Konstruktion und, wo nötig, über Beton- oder Polymerfüllungen.

Tragende Strukturen von CNC-Bearbeitungszentren aus S355 profitieren von der guten Zerspanbarkeit bei der Herstellung von Führungen, Nuten und Passbohrungen. Die begrenzte Härte (≤200 HB, Richtwert) erlaubt Fräsen und Schleifen mit üblichen Werkzeugen und hält dabei die engen Toleranzen ein, die die Montage von Präzisionsbauteilen verlangt.

6.3Der S355 im Maschinenbau und im Bauwesen

Maschinenbau und Bauwesen sind das wichtigste Einsatzfeld des Baustahls S355: Stahlbau, Brücken, Industriebauten und Ingenieurbauwerke. Die Normung nach EN 10025-2 und die Übereinstimmung mit den Eurocodes machen ihn zur ersten Wahl für die Tragwerksplanung in Europa.

Stahlkonstruktionen aus S355 umfassen Industriebauten, Hallen, Tragkonstruktionen für Anlagen und Infrastrukturbauten, bei denen Tragfähigkeit und einfache Montage im Vordergrund stehen. Die Verfügbarkeit in genormten Profilen (IPE, HE, UPN, L, T) und als Blech erleichtert die modulare Planung und die Optimierung des Tragwerks nach genormten Verfahren.

Brücken und Viadukte aus S355 nutzen die Zähigkeit der Gütegruppen J0 und J2, um die Tragsicherheit auch bei tiefen Temperaturen zu gewährleisten - eine grundlegende Anforderung an Verkehrsbauwerke unter rauen Klimabedingungen. Die Schwingfestigkeit nach EN 1993-1-9 erlaubt es, Tragwerke unter zyklischen Verkehrslasten für geplante Nutzungsdauern von über 100 Jahren zu bemessen.

6.4Der S355 in spezialisierten Branchen

Zu den spezialisierten Branchen für den S355 gehören Anwendungen im Schiffbau, in der Erdöl-, Energie- und Bergbauindustrie, wo Robustheit, Schweißeignung und Verfügbarkeit am Markt schwerer wiegen als besonders hoch entwickelte mechanische Eigenschaften. Diese Branchen verlangen häufig zusätzliche Bescheinigungen und strenge Qualitätsprüfungen, damit die Zuverlässigkeit unter harten Betriebsbedingungen gesichert ist.

Die Schiffbauindustrie setzt den S355 für Rümpfe, Aufbauten und tragende Bauteile von Handelsschiffen ein, wobei der Schutz gegen Meerwasserkorrosion über kathodischen Korrosionsschutz und besondere Beschichtungen sichergestellt wird. Für kritische Anwendungen, bei denen der Widerstand gegen Terrassenbruch für die Sicherheit der Schifffahrt entscheidend ist, lassen sich Güten mit Eigenschaften in Dickenrichtung (Z-Güten) bestellen.

Zu den Anwendungen des S355 in der Energiewirtschaft gehören Tragkonstruktionen für Windenergieanlagen, Unterkonstruktionen für Solarmodule und Stahlbauten für Kraftwerke, bei denen Normung und niedrige Kosten die Umsetzung von Großprojekten erleichtern. Die Beständigkeit gegen dynamische Windlasten und die Wartungsfreundlichkeit sind im Energiesektor erhebliche Vorteile.

6.5Leistungsvergleich mit anderen Stählen

Der Vergleich des S355 mit anderen Baustählen zeigt die Vorteile, die seine Verbreitung im Stahlbau begründen. Gegenüber dem S235 liegt die Streckgrenze des S355 um 50 % höher, was das Tragwerk optimiert, Gewicht spart und erhebliche wirtschaftliche Vorteile bringt.

Die Werte der Vergleichstabelle oben sind Richtwerte: Die Zugfestigkeit von 510-680 MPa, die viele Quellen für den S355J2 angeben, schreibt EN 10025-2 nur bis 3 mm Dicke vor, während von 3 bis 100 mm - also im gesamten Bereich des Stabstahls und der Bleche, die wir liefern - eine Zugfestigkeit von 470-630 MPa gefordert ist. Auch die Streckgrenze nimmt mit der Dicke ab. Maßgebend sind die Werte der folgenden Tabelle.

Die letzte Zeile gilt nur für Flacherzeugnisse. EN 10025-2 dehnt die Lieferbedingungen allein für Bleche auf 400 mm aus, während sie für Langerzeugnisse - Stabstahl und Profile, also unser Lieferprogramm - bei 250 mm endet.

Gegenüber den hochfesten Stählen (S460, S690) bleibt der S355 deutlich kostengünstiger und weist gegenüber den vergüteten S690-Güten ein wesentlich niedrigeres Kohlenstoffäquivalent auf (0,45-0,49 % in EN 10025-2 gegenüber 0,65-0,83 % in EN 10025-6), was die Schweißverfahrensprüfung vereinfacht: Damit ist er für die meisten üblichen tragenden Anwendungen die bessere Wahl, sofern die Gewichtsoptimierung die Mehrkosten der Spezialstähle nicht rechtfertigt. Die hohe Verfügbarkeit am Markt und die eingeführte Normung sind weitere Vorteile für Planer und Stahlbauer.

07Häufige Fragen zum Stahl S355: technische Antworten für Fachleute

Die häufigen Fragen zum S355 spiegeln, was Tragwerksplaner, geprüfte Schweißer und Techniker im Stahlbau in der Praxis brauchen. Dieses Kapitel fasst die wiederkehrenden Fragen zusammen und beantwortet sie technisch genau auf der Grundlage europäischer Normen und offizieller Vorgaben, damit dieser Baustahl richtig eingesetzt wird.

7.1Was unterscheidet S355JR, S355J0 und S355J2?

Die Gütegruppen S355JR/J0/J2 unterscheiden sich in der garantierten Kerbschlagarbeit: 27 J bei +20 °C, 0 °C bzw. -20 °C. Bei einigen Erzeugnisformen hat die J2 zudem engere chemische Grenzwerte - in der Regel niedrigere Gehalte an P und S - und teils einen niedrigeren Höchstgehalt an C als die JR, nach den Erzeugnisspezifikationen des Herstellers und in Übereinstimmung mit EN 10025-2.

7.2Muss der S355 zum Schweißen vorgewärmt werden?

Die Schweißeignung des S355 ist dank des kontrollierten Kohlenstoffäquivalents ausgezeichnet (CEV ≤ 0,45 % für Dicken ≤30 mm und 0,47 % für 30-40 mm, siehe Tabelle 6 der EN 10025-2). Bei Dicken bis 30 mm und üblichen Schweißverbindungen ist mit wasserstoffarmen Elektroden unter normalen Umgebungsbedingungen (>5 °C) in der Regel kein Vorwärmen nötig. Bei Dicken über 30 mm, bei harten Umgebungsbedingungen (Temperaturen <0 °C, hohe Luftfeuchte) oder bei stark eingespannten Konstruktionen kann ein Vorwärmen auf 100-150 °C empfohlen sein, um Kaltrisse zu vermeiden.

Die richtige Vorwärmtemperatur ergibt sich nach EN 1011-2 aus CEV/CET, Dicke, diffusiblem Wasserstoff des Zusatzwerkstoffs, Wärmeeinbringen und Einspannung. Von festen Regeln, die allein auf der Dicke beruhen, ist abzuraten; die Temperatur sollte nach Verfahren A der Vorwärmkurven festgelegt werden, mit wasserstoffarmen Zusatzwerkstoffen und qualifizierten WPS/PQR.

7.3Welche internationalen Entsprechungen hat der S355?

Zu den internationalen Entsprechungen des S355 gehören ASTM A572 Grade 50 (USA), BS 4360 Grade 50B (Vereinigtes Königreich), ISO 630 E355 (international) und UNI 7070 Fe510C (Italien). Diese Zuordnungen sind historisch gewachsen und handelsüblich, nicht normativ; in geregelten Projekten ist es daher zwingend, die chemischen und mechanischen Anforderungen, die Kerbschlagarbeit und die Prüfverfahren vollständig zu vergleichen.

Die mechanischen Eigenschaften stimmen weitgehend überein, doch können sich die Anforderungen an die Kerbschlagarbeit und die Prüfverfahren leicht unterscheiden. Bei internationalen Projekten empfiehlt es sich, die besonderen Anforderungen des Bestimmungslandes und etwaige zusätzliche Bescheinigungen zu prüfen.

7.4Lässt sich der S355 bei hohen Temperaturen einsetzen?

Der S355 für Anwendungen bei hohen Temperaturen ist im Dauerbetrieb oberhalb von 200-250 °C nicht zu empfehlen, weil die mechanischen Eigenschaften mit steigender Temperatur deutlich abfallen. Für tragende Anwendungen bei höheren Temperaturen sind warmfeste Spezialstähle vorzuziehen (P235GH, P355GH nach EN 10028), die dank einer auf die Zeitstandfestigkeit ausgelegten chemischen Zusammensetzung bis 400-500 °C ausreichende mechanische Eigenschaften behalten.

7.5Wie wird das Kohlenstoffäquivalent des S355 berechnet?

Die Berechnung des Kohlenstoffäquivalents des S355 folgt nach EN 10025-2 der Formel CEV = C + Mn/6 + (Cr+Mo+V)/5 + (Ni+Cu)/15. Für eine typische Zusammensetzung des S355 (C=0,20 %, Mn=1,40 %, Si=0,30 %, übrige Elemente vernachlässigbar) ergibt sich ein CEV von etwa 0,43 % - ein Wert, der eine ausgezeichnete Schweißeignung sichert, sodass bei den meisten üblichen tragenden Anwendungen kein Vorwärmen nötig ist.

7.6Eignet sich der S355 für dickwandige Schweißkonstruktionen?

Der S355 für dickwandige Schweißkonstruktionen behält bis zu Dicken von 80-100 mm gute Eigenschaften, bei der fortschreitenden Abnahme der Streckgrenze, die EN 10025-2 mit zunehmender Dicke vorschreibt. Ab Dicken über 40 mm empfiehlt sich die Gütegruppe S355J2, um eine ausreichende Zähigkeit zu sichern; bei Dicken >80 mm können Spezialstähle mit einer auf große Querschnitte abgestimmten Zusammensetzung nötig sein (S355N, S355NL nach EN 10025-3).

08Das Lieferprogramm von Siderticino für Stahl S355: spezialisierte Lösungen

Das Lieferprogramm von Siderticino für Stahl S355 zeichnet sich durch ein vollständiges Produktspektrum und einen fachkundigen technischen Vertrieb aus und deckt damit die unterschiedlichen Anforderungen von Stahlbau, industriellem Anlagenbau und Tragwerksplanung ab. Nach dem bewährten Vorgehen bei Baustählen sichert Siderticino eine nach EN 10025-2 bescheinigte Qualität und die vollständige Rückverfolgbarkeit für Anwendungen, in denen die Zuverlässigkeit des Tragwerks nicht verhandelbar ist.