Metalle für Konstruktionen: Baustahl, Kälte und Schweißen

Das Wichtigste auf einen Blick

Zwei Prüfpunkte, die bei Baustahl die Sorte entscheiden

Von den zehn Prüfpunkten einer Materialauswahl entscheiden bei Baustahl vor allem zwei über die Sorte: die Zähigkeit bei Kälte und die Fügetechnik. Alle Punkte der Reihe nach führt die Checkliste für Konstrukteure auf.

Die Grafik zeigt alle zehn Prüfpunkte von der Funktion über die Fertigung bis zur Beschaffung. Jeder Punkt kann einen Werkstoff ausschließen. Festigkeit und Zähigkeit wirken zusammen, ein einzelner Spitzenwert genügt nicht. Hier folgen nur Kälte und Schweißen im Detail.

Zähigkeit bei Kälte: Kerbschlagarbeit lesen

Unterhalb der Übergangstemperatur kann Stahl spröde brechen. Die Kerbschlagarbeit nach DIN EN ISO 148-1 zeigt, ob ein Bauteil im Winter sicher bleibt. Verlangen Sie den Nachweis deshalb für die Temperatur, die das Bauteil im Einsatz erreicht.

Bei Baustählen nach DIN EN 10025-2 steckt diese Prüftemperatur im Kurzzeichen der Sorte. JR steht für 20 °C, J0 für 0 °C und J2 für -20 °C, der geforderte Mindestwert beträgt jeweils 27 J. Ein S355J2 belegt seine Zähigkeit also bei -20 °C, ein S235JR nur bei Raumtemperatur.

Die Einsatztemperatur selbst entscheidet mit. Bleiben die benötigten Werkstoffkennwerte im vorgesehenen Temperaturbereich erhalten? Das lässt sich nicht annehmen, es muss für die geplante Temperatur belegt sein. Bei Schwingungsbeanspruchung ist S355J2 meist die bessere Wahl als S235JR.

Schweißeignung prüfen

S235JR und S355J2 gehören zu den unlegierten Baustählen nach DIN EN 10025-2 und sind schweißgeeignet. Bei höher legierten Stählen wie 42CrMo4 ist dagegen Vorwärmen nötig.

Ob eine Schweißung gelingt, zeigen der Kohlenstoffäquivalentwert und eine Verfahrensprüfung. Der Wert fasst die Legierungselemente zusammen, die den Stahl beim Schweißen aufhärten: CE = C + Mn/6 + (Cr + Mo + V)/5 + (Ni + Cu)/15. Je höher er liegt, desto vorsichtiger ist zu schweißen. Höchstwerte je Sorte nennt DIN EN 10025-2.

Passen Zerspanung, Umformung und Wärmebehandlung zum Herstellungsplan? Diese Frage gehört vor die Bestellung, nicht danach. Fertigungsfragen im Zusammenhang behandelt der Beitrag zu Auswahl und Verarbeitung.

Welche Sorte passt zu welcher Situation?

Die Tabelle ordnet typische Situationen einer Ausgangssorte zu und nennt, was dafür zu belegen ist.

Beispiel: geschweißter Rahmen im Freien

Ein geschweißter Rahmen im Freien trägt wechselnde Lasten und friert im Winter durch. Das spricht für S355J2, denn bei Schwingungsbeanspruchung ist er meist die bessere Wahl als S235JR, und das Kurzzeichen J2 belegt die Zähigkeit bei -20 °C.

Danach folgen die Schritte aus dem Abschnitt zum Schweißen: Fügeverfahren festlegen, Kohlenstoffäquivalent ansehen, Verfahrensprüfung einplanen. Für ein tragendes Teil kommt das Abnahmeprüfzeugnis 3.1 hinzu. Wäre stattdessen ein Vergütungsstahl wie 42CrMo4 vorgesehen, müssten Vorwärmen und Wärmebehandlung zusätzlich in den Herstellungsplan.

Norm, Zeugnis und Korrosionsschutz

DIN EN 10025-2 beschreibt die technischen Lieferbedingungen für warmgewalzte Erzeugnisse aus unlegierten Baustählen. Zeugnisse regelt DIN EN 10204, das Abnahmeprüfzeugnis 3.1 wird bei tragenden Teilen verlangt. Eine Übersicht der Werkstoffklassen und Normen hilft bei der Einordnung.

Ist das Bauteil Feuchte, Salz oder anderen Medien ausgesetzt, gehört der Korrosionsschutz in die Rechnung. S235JR mit Korrosionsschutz lässt sich mit nichtrostendem Stahl nach DIN EN 10088 vergleichen. Verzinken oder Beschichten kann den Preisvorteil aufzehren, typische Fehler beschreibt der Beitrag zur Korrosionsvermeidung.

Beschaffung und Rückgewinnung

Dicke Bleche und Sonderprofile haben längere Lieferzeiten, deshalb gehört die Frage der Halbzeugform früh in die Planung. Ersatzwerkstoffe müssen dieselbe Norm erfüllen. Wie Normen, Nachweise und Beschaffung zusammenhängen, zeigt der Beitrag zur Werkstoffauswahl nach DIN.

Metallschrott ist ein Erlös, Preise im Vergleich nennt der Beitrag zu Stahl, Aluminium und Kupfer. Wie Metalle aus Gebäuden und Anlagen zurückgewonnen werden, beschreibt das Umweltbundesamt in seinem Beitrag Urban Mining. Altschrott aus Fahrzeugen, Maschinen und Gebäuden wird über den Metallhandel erfasst und recycelt.

Häufige Fragen

Woran erkenne ich die Prüftemperatur einer Stahlsorte?

Am Kurzzeichen: JR gilt für 20 °C, J0 für 0 °C, J2 für -20 °C. Für einen Einsatz im Freien lohnt sich der Blick auf diesen Teil des Sortennamens.

Wie lässt sich die Schweißeignung beurteilen?

Rechnen Sie das Kohlenstoffäquivalent aus und planen Sie eine Verfahrensprüfung ein. Bei 42CrMo4 kommt das Vorwärmen hinzu.

Wann genügt S235JR?

Bei geringen Lasten und trockener Umgebung, die Streckgrenze liegt bei 235 N/mm². Treten Schwingungen auf, ist S355J2 meist besser geeignet.

Was belegt die Kennwerte eines tragenden Teils?

Das Abnahmeprüfzeugnis 3.1 nach DIN EN 10204.

Wann lohnt sich nichtrostender Stahl?

Bei korrosiver Umgebung und hygienischen Anforderungen. Er ersetzt Verzinkung und Beschichtung, kostet pro Kilogramm aber mehr als Baustahl.