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Auswahl von Stahlgütegruppen

Der Auswahl der Stahlgütegruppen wird nicht immer ausreichend Rechnung getragen. Dabei sind Faktoren wie Zähigkeit, Prüftemperatur und auch die Werkstückdicke bei der Auswahl des Werkstoffes von grundsätzlicher Bedeutung für das gefertigte Bauteil. Bei Fehlern kann es zu erheblichen Schäden kommen.

Bis 30 mm bei -30°C: Bruchzähigkeit von Stählen und deren Eigenschaften in Dickenrichtung

Die Auswahl und Festlegung der Stahlsorte, auch im Hinblick auf deren Bruchzähigkeit und Eigenschaften in Dickenrichtung, ist ein vom Eurocode (EC3 → DIN EN 1993-1-10 und DIN EN 1993-1-10/NA) geforderter Teil einer Bauteilspezifikation. Gelegentlich wird in Spezifikationen aber auch in Tragwerksplanungen die häufig verwandte Stahlsorte S 235 JR verkürzt als S 235 bezeichnet. Ursache dieser Verkürzung ist offenbar die große Häufigkeit bei der Verwendung der Stahlsorte S 235 JR. Die teilweise notwendige Angabe der Eigenschaften in Dickenrichtung, die sogenannte Z-Güte, wird nicht immer bestimmt und angegeben.

Historische Schadensfälle und werkstoffkundliche Einflüsse

Mit dem Aufkommen geschweißter Schiffsrümpfe traten gehäuft Schadensfälle auf. Bekanntes Beispiel sind die Frachter der Liberty-Klasse, die unter standardisierten Bedingungen in den USA Ende der 1930er Jahre gebaute, vollverschweißte Schiffsrümpfe hatten. Das aufgetretene Phänomen, ein schlagartiges Versagen der Schweißverbindung, der sog. Sprödbruch, entstand dabei unter niedrigen Betriebstemperaturen und höheren Lasten (z.B. im kalten Wasser des Nordatlantiks bei entsprechender Beladung und Wellengang). Bald identifizierte man die Einflüsse von Werkstoffauswahl, Einsatztemperatur und dem Niveaus der Ausnutzung der Werkstoffe. Auch metallurgische Details der Herstellung und Verarbeitung der Werkstoffe spielen dabei eine Rolle.

Bestimmung der größten zulässigen Erzeugnisdicke

Im nationalen Anhang zum entsprechenden Teil des EC3 (Eurocode) sind die für Stahlsortenauswahl maßgeblichen Einsatztemperaturen für Stahl- und Verbundbrücken, außen liegende Bauteile von Stahltragwerken im Hochbau, Kranbahnen und bestimmten Bauteilen im Stahlwasserbau mit -30°C festgelegt.

In der Tabelle 2.1 DIN EN 1993-1-10 sind für festgelegte Stahlsorten deren blechdickenabhängige charakteristische Streckgrenzen sowie bei Bezugstemperaturen von 10°C bis -50°C die größten zulässigen Erzeugnisdicken festgelegt. So ergibt sich beispielsweise für einen Stahl der Sorte S 235 JR bei 75%er Ausnutzung der dickenabhängigen Streckgrenze (aus der DIN EN 10025) bei der Bezugstemperatur von -30°C die größte zulässige Erzeugnisdicke von 30 mm. Die Tabelle 2.1 gibt die Auswirkungen der genannten Einflüsse auf die Bruchzähigkeit der (geschweißten) Konstruktion wieder.

Eigenschaften in Dickenrichtung

Als Terrassenbruch bezeichnet man eine schweißbedingte terrassenförmige Gefügetrennung. Man findet sie meist bei mit Kehlnähten verschweißten Kreuz-, T- und Eckverbindungen oder entsprechenden, aber voll durchgeschweißten Verbindungen. Die DIN EN 1993-1-10 sieht zwei grundsätzliche Vorgehensweisen bezüglich der Vorbeugung von Terrassenbrüchen vor.

Zum einen ist die Auswahl einer Stahlsorte mit ausreichend großer Reserve gegenüber Terrassenbrüchen (Klasse 1 der Tabelle 3.1 der DIN EN 1993-1-10) vorgesehen. Dabei wird mit einem Ablaufschema (Tabelle 3.1 der DIN EN 1993-1-10) der erforderliche Z-Wert des Werkstoffes bestimmt. Die Terrassenbruchneigung darf vernachlässigt werden, wenn der erforderliche Z-Wert der geschweißten Verbindung kleiner oder gleich dem tatsächlichen Z-Wert des vorgesehen Werkstoffes ist.

Ersatzweise kann zum anderen eine geschweißte Verbindung aus Stahl- erzeugnissen – ohne besondere Nachweise einer Z-Güte - nach dem Verschweißen zur Feststellung von Terrassenbrüchen beispielsweise mit Ultraschall (UT) oder durch Durchstrahlung (RT) zerstörungsfrei geprüft werden. Dies entspricht der Klasse 2 der Tabelle 3.1 der DIN EN 1993-1-10. Die Verbindung ist akzeptiert, wenn keine unzulässigen Gefügetrennungen nachgewiesen werden.

Hier ergänzend einige Beispiele zu Möglichkeiten von Proben zur Ermittlung mechanischer bzw. technologischer Eigenschaften.

Kerbschlagprobe500x500
Eine vorbereitete und eine zerstörend geprüfte Kerbschlagprobe

Flachzugprobe500x500
Unten liegend: eine vorbereitete Flachzugprobe, darauf eine zerstörend geprüfte (gezogene) Flachzugprobe

Biegeprobe500x500
Zwei Biegeproben an einer Schweißnaht

Bildquelle: BVM

Autor:
Dipl.-Ing. Otto Herrmann
Technischer Berater im BVM
Telefon: +49 (0)201 / 89619-0

 

 

 


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letzte Änderung: 16.03.2017