Metalle
Teil von Metalle für Konstruktionen: Auswahl und Verarbeitung
Metalle für Konstruktionen im Vergleich: Normen, Streckgrenzen von Baustahl, Korrosion
Baustahl, Edelstahl und Aluminium im Vergleich: Normtitel (DIN EN 10025, 1993-1-4, 1999-1-1), fy-Werte 235 bis 460 N/mm² für Baustahl und Korrosionsverhalten.
Baustahl, nichtrostender Stahl (Edelstahl) und Aluminium lassen sich nicht über eine einzige Kennzahl vergleichen. Der Vergleich bleibt bei drei belegten Punkten: den Normen mit ihren Titeln, den tabellierten Streckgrenzen fy der Baustähle und dem Korrosionsverhalten. Ein Festigkeits- oder Dichtevergleich aller drei Werkstoffe folgt daraus nicht.
Das Wichtigste in Kürze
Für alle drei Werkstoffe sind der Normenbezug und das Verhalten der Schutzschicht belegt. Streckgrenzenwerte liegen hier nur für Baustahl vor.
- BaustahlLieferung nach DIN EN 10025, Bemessung nach DIN EN 1993-1-1 (Eurocode 3), Tabellenwerte fy von 235 bis 460 N/mm².
- Nichtrostender StahlMassenanteil Chrom mindestens 10,5 %, Bemessung nach DIN EN 1993-1-4.
- AluminiumBemessung nach DIN EN 1999-1-1 (Eurocode 9), isolierende Oxid-Passivschicht.
- Korrosionsbeständigkeit hängt immer von der Umgebung ab.
Vergleichstabelle: Normenbezug und Schutzschicht
Die Tabelle enthält nur Kriterien, für die zu jedem Werkstoff eine belegte Aussage existiert. Eine Gesamtrangfolge ergibt sich daraus nicht.
| Kriterium | Baustahl | nichtrostender Stahl | Aluminium |
|---|---|---|---|
| Bemessungsnorm | DIN EN 1993-1-1 (Eurocode 3, Teil 1-1) | DIN EN 1993-1-4 (Eurocode 3, Teil 1-4) | DIN EN 1999-1-1 (Eurocode 9, Teil 1-1) |
| Schutzschicht | Rost bildet auf unlegierten Stählen keine vergleichbaren schützenden Schichten | Schützende Passivschicht durch hohen Chromgehalt, elektrisch leitfähig | Passivierend, Aluminiumoxide sind annähernd ideale elektrische Isolatoren |
| Typische Schwachstelle | Fehlende Schutzwirkung der Rostschicht | Lochkorrosion, Spaltkorrosion, interkristalline Korrosion bei gestörter Passivschicht | Kupferhaltige 2xxx- und 7xxx-Legierungen gelten als sehr korrosionsanfällig |
Diese Kriterien gehören bei der Auswahl und Verarbeitung getrennt in die Unterlagen. Wer Metalle gegen andere Werkstoffklassen abwägt, findet die Gegenüberstellung im Vergleich der Werkstoffklassen.
Normen für Baustahl: DIN EN 10025 und Eurocode 3
DIN EN 10025-1:2005-02 trägt den Titel "Warmgewalzte Erzeugnisse aus Baustählen, Teil 1: Allgemeine technische Lieferbedingungen". Die zugrunde liegende europäische Fassung ist EN 10025-1:2004. Teil 1 betrifft also die Lieferbedingungen, nicht die Bemessung.
Nach EN 10025 werden Stahlprodukte nach der festgelegten Mindeststreckgrenze bei Umgebungstemperatur in Güten eingeteilt. Nach festgelegten Anforderungen an die Schlagenergie folgen Qualitätsgruppen. Die spezifischen Anforderungen, etwa die Einteilung der Hauptgüteklassen nach EN 10020 (2000), stehen in den Teilen 2 bis 6 von EN 10025.
Für die Bemessung steht Eurocode 3. Teil 1-1 heißt "Bemessung und Konstruktion von Stahlbauten, Teil 1-1: Allgemeine Bemessungsregeln und Regeln für den Hochbau". Angewendet wird DIN EN 1993-1-1:2010-12 mit DIN EN 1993-1-1/A1:2014-07 in Verbindung mit DIN EN 1993-1-1/NA:2015-08.
Wie sich Normenbezug, Nachweise und Einkauf trennen lassen, zeigt der Beitrag zur Werkstoffauswahl nach DIN. Für Kälte und Schweißbarkeit gibt es einen eigenen Beitrag zu Baustahl, Kälte und Schweißen.
Eurocode-Teile für nichtrostenden Stahl und Aluminium
Nichtrostender Stahl wird im Eurocode 3 mit einem eigenen Teil behandelt. Aluminium hat mit Eurocode 9 eine eigene Normenreihe. Beide Bezeichnungen gehören vollständig in die Berechnungsunterlagen.
DIN EN 1993-1-4 heißt "Eurocode 3: Bemessung und Konstruktion von Stahlbauten, Teil 1-4: Allgemeine Bemessungsregeln, Ergänzende Regeln zur Anwendung von nichtrostenden Stählen". Die angegebene deutsche Fassung ist EN 1993-1-4:2006+A1:2015. Eine Kategorisierung nichtrostender Stähle hinsichtlich der Korrosionsbeständigkeit steht in DIN EN 1993-1-4:2015 Anhang A.
DIN EN 1999-1-1 heißt "Eurocode 9: Bemessung und Konstruktion von Aluminiumtragwerken, Teil 1-1: Allgemeine Bemessungsregeln". Die zugehörige Fassung ist EN 1999-1-1:2007+A1:2009+A2:2013. Ein Vermerk wie "Stahlbau" reicht für ein Aluminiumtragwerk also nicht. Die gültige Ausgabe sollte vor der Rechnung geprüft werden.
Streckgrenzen von Baustahl: Tabellenwerte fy
Der Brandenburger Bautechnik-Tipp 19/07 bezieht sich auf DIN EN 1993-1-1 mit Nationalem Anhang und führt die Streckgrenzen fy für Baustahl mit 235, 275, 355, 420 und 460 N/mm² auf.
Größe / Tabellenwerte
- Streckgrenze fy [N/mm²]
- 235, 275, 355, 420, 460
Die Streckgrenze fy des Bauteils ergibt sich aus dem gewählten Material. Der Rechenwert wird deshalb nicht frei gewählt. Er folgt aus dem konkret bestellten Baustahl und seiner Güte nach EN 10025. Die Zuordnung zur Stahlgüte liest man im gültigen Normtext ab und notiert sie neben der Berechnung.
Beispielrechnung: Auslastung der Streckgrenze
Rein illustratives Rechenbeispiel: Angenommen wird eine Spannung von 200 N/mm². Dieser Wert ist frei gewählt. Er wird durch jeden der fünf fy-Werte aus der Tabelle oben geteilt.
| Streckgrenze fy [N/mm²] | Rechnung (Beispiel) | Anteil an fy (gerundet) |
|---|---|---|
| 235 | 200 / 235 | 85,1 % |
| 275 | 200 / 275 | 72,7 % |
| 355 | 200 / 355 | 56,3 % |
| 420 | 200 / 420 | 47,6 % |
| 460 | 200 / 460 | 43,5 % |
Das Beispiel zeigt, wie stark derselbe Spannungswert je nach Tabellenwert fy ausgelastet wird. Es gilt nur für Baustahl und ist kein Bemessungsnachweis. Ein Teilsicherheitsbeiwert, Stabilität und Anschlüsse fehlen darin. Annahmen und bestätigte Werkstoffangaben sollten getrennt notiert werden, etwa mit einer Checkliste für Konstrukteure.
Passivschichten und Korrosionsverhalten
Korrosionsbeständigkeit ist keine reine Werkstoffeigenschaft, sondern hängt von den Umgebungsbedingungen ab. Die Umgebung wird daher vor dem Werkstoffvergleich beschrieben.
Baustahl
Rost bildet auf unlegierten Stählen keine vergleichbaren schützenden Schichten. Anders als bei passivierenden Werkstoffen schützt die Oberfläche sich also nicht selbst. Ein Korrosionsschutz muss deshalb für die konkrete Umgebung eigens geplant werden.
Nichtrostender Stahl
Nichtrostende Stähle sind nach DIN EN 10020:2000 "Stähle mit einem Massenanteil Chrom von mindestens 10,5 % und höchstens 1,2 % Kohlenstoff". Durch den hohen Chromgehalt bilden sie eine schützende Passivschicht aus. Bei gegebener Umgebung hängt die Beständigkeit von Zusammensetzung, Gefügeaufbau und Oberflächenzustand ab.
Wird die Passivschichtbildung gestört, kann es zu Lochkorrosion, Spaltkorrosion und interkristalliner Korrosion kommen. Die Bezeichnung "nichtrostend" ersetzt also keine Bewertung der Umgebung. Typische Planungsfehler sammelt der Beitrag zur Korrosionsvermeidung bei Metallen.
Aluminium
Aluminium und nichtrostender Stahl sind beide passivierende Werkstoffe. Die Passivschichten nichtrostender Stähle sind elektrisch leitfähig, Aluminiumoxide dagegen annähernd ideale elektrische Isolatoren. Bei Aluminiumlegierungen verschlechtern Legierungselemente die Isolator-Wirkung der Passivschicht und sind für die Beständigkeit nicht förderlich.
Besonders kritisch ist Kupfer als Legierungselement bei den sogenannten 2xxx- und 7xxx-Legierungen. Sie gelten als sehr korrosionsanfällig. Für ein Aluminiumbauteil reicht die Angabe "Aluminium" daher nicht. Die Legierungsgruppe gehört in die Werkstoffbezeichnung, bevor das Korrosionsverhalten bewertet wird.
Häufige Fragen
Welche Norm gilt für die Bemessung von Aluminiumtragwerken?
DIN EN 1999-1-1, Eurocode 9, Teil 1-1 mit allgemeinen Bemessungsregeln. Die genannte Fassung ist EN 1999-1-1:2007+A1:2009+A2:2013.
Ab wann gilt ein Stahl als nichtrostend?
Nach DIN EN 10020:2000 ab einem Massenanteil Chrom von mindestens 10,5 % bei höchstens 1,2 % Kohlenstoff. Die Beständigkeit im Bauteil hängt trotzdem von Umgebung, Zusammensetzung, Gefüge und Oberfläche ab.
Welche Streckgrenzen werden für Baustahl tabelliert?
Die Werte fy betragen 235, 275, 355, 420 und 460 N/mm². Welcher Wert gilt, ergibt sich aus dem gewählten Material und dessen Güte nach EN 10025.
