Warmgewalzte MSH-Profile für den Maschinenbau. We ll be sending you copies from existing stocks until the revised version is available.

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1 Warmgewalzte MSH-Profile für den Maschinenbau GÜTENSERIEN: FORTERIOR, FINEXCELL Warmgewalzte MSH-Profile für den Maschinenbau Gütenserien: We ll be sending you copies from existing stocks until the revised version is available. FineXcell

2 Hochfeste MSH-Profile Quadratische und rechteckige MSH-Profile sind seit Jahrzehnten ein beliebtes Konstruktionselement in vielen Bereichen des Maschinenbaues. VALLOUREC & MANNESMANN TUBES antwortet mit innovativen Produktweiterentwicklungen auf die steigenden Materialanforderungen unserer Kunden im Maschinenbau Sektor. Die Besonderheit unserer warmgewalzten Hohlprofile ist seit jeher ihre herausragende Materialqualität, die nicht zuletzt auf die V & M TUBES spezifische Nahtlos-Produktion zurückzuführen ist. VALLOUREC & MANNESMANN TUBES ergänzt die derzeit auf dem Markt für warmgewalzte Hohlprofile verfügbare Produktpalette an genormten Güten um zwei technologisch anspruchsvolle Gütenserien, die es ermöglichen einmalige Streckgrenzen bis zu 890 MPa zu erreichen. 60 [ C] Kerbschlagarbeit S355NLH S355NH S355J2H Standard S420NLH S420NH V&M Spezial S460NLH S460NH 470 Die Serie bietet verbesserte Streckgrenzen im Bereich 370 MPa bis 650 MPa bei gleichzeitig guter Schweißeignung. Verglichen mit Standardgüten ermöglicht erhebliche Gewichtseinsparungen bei gleichbleibend hoher Traglast des Maschinenbauteils. Die FineXcell Serie umfasst unsere hochfesten Feinkorngüten mit einer nominalen Mindeststreckgrenze im Bereich von über 500 MPa bis 500 Streckgrenze FineXcell * V&M Vergütet FineXcell 690 FineXcell 770 FineXcell 890 *Die Streckgrenze im Auslieferungszustand beläuft sich auf 400 MPa. Eine Vergütung ermöglicht die Erzielung einer Streckgrenze von 650 MPa. 900 [MPa] hin zu bahnbrechenden 890 MPa. Die außergewöhnlich hohe Streckgrenze, die sehr guten Kerbschlagwerte bei extrem niedrigen Temperaturen und die exzellente Schweißbarkeit machen diese Gütenserie zu einer kostengünstigen, einzigartigen Lösung bei der Konstruktion hochanspruchsvoller Maschinenbauanwendungen, wie z. B. Krane und andere tragende Strukturen. 2

3 Know-how als Basis Walzzustand Normalisiert Vergütet 1 µm 20 µm 20 µm Vergrößerung :1 (Elektronenmikroskop) 5 Jahrzehnte Erfahrung in der Herstellung von warmgewalzten Hohlprofilen und fortwährende Verbesserung unserer Herstellungsprozesse. Die außergewöhnlich guten Materialeigenschaften von FineXcell basieren auf speziellem V & M TUBES Know-how: Sorgfältig kontrollierte chemische Zusammensetzungen und modernste Wärmebehandlungsmethoden beeinflussen die Gefügestruktur und Korngröße des Materials. Optimal ausgerichtete Aufwärmtemperaturen und Abkühlgeschwindigkeiten im Vergütungsprozess sowie speziell definierte Anteile an Schwefel, Phosphor und Kohlenstoff sind die Voraussetzung zur Erzielung eines homogenen feinkörnigen Materialgefüges, das die Kombination von drei wesentlichen, aber bisher schwer zu vereinbarende Materialeigenschaften ermöglicht: hohe Festigkeit, gute Kerbschlagzähigkeit, bei gleichzeitig sehr guter Schweißeignung (detaillierte Informationen siehe Seite 9). Die Herstellung von hochfesten MSH-Profilen erfolgt in folgenden Schritten: Zuerst wird ein Rundrohr wie auch bei den konventionellen Stählen gewalzt. Am Ende des Walzprozesses wird das Rundrohr zum quadratischen oder rechteckigen Hohlprofil warm umgeformt. Anschließend erfolgt eine Wasservergütung um die Werkstoffeigenschaften einzustellen. Alternativ können die Rundrohre zuerst gehärtet und aus der Anlasshitze heraus zum quadratischen oder rechteckigen Hohlprofil umgeformt werden. In beiden Fällen ist aber auf jeden Fall sichergestellt, dass die endgültige Formgebung oberhalb der Rekristallisierungstemperatur stattfindet. Durch die Einstellung der Vergütungsparameter, insbesondere der Anlasstemperatur, werden die geforderten mechanisch technologischen Werte erreicht. Das fertige MSH-Profil weist ein feinkörniges Gefüge auf mit gleichmäßigen Eigenschaften über den gesamten Querschnitt. Austenitisieren Abschrecken Anlassen Richten Visuelle Kontrolle Transportieren 3

4 Vorteile auf einen Blick S235JR S355J2H S460NH FineXcell 690 ImpactFit 50 FineXcell 890 ImpactFit 50 Höhere Zugfestigkeiten ermöglichen Ihnen die Tragfähigkeiten zu steigern ohne den Querschnitt oder die Wanddicke zu erhöhen. Durch höhere Zugfestigkeiten kann eine erhebliche Gewichtseinsparung erzielt werden. Bei gleichbleibendem Außendurchmesser und Wanddicke (hier 220 mm Kantenlänge, 16 mm Wanddicke) kann eine Leistungssteigerung der Tragfähigkeit um 333 % erzielt werden. 100 % 151 % 197 % 295 % 333 % Bei gleichbleibender Tragkraft kann die Wanddicke auf ein Viertel gesenkt und damit das Gewicht der Konstruktion erheblich reduziert werden. t = 20,0 mm t = 12,5 mm t = 8,8 mm t = 6,3 mm t = 5,0 mm 140 mm Bei gleichbleibender Tragfähigkeit kann der Querschnitt des Hohlprofils und damit das Gewicht der Konstruktion bis zu 75 % verringert werden. 100 % 65 % 50 % 30 % 25 % 4

5 Ökonomische Aspekte Durch die Verwendung von hochfesten FineXcell Güten lassen sich die gesamten Materialkosten aus unterschiedlichsten Gründen erheblich verringern. Höhere Streckgrenzen ermöglichen den Einsatz von geringeren Wanddicken, so dass der Stahlverbrauch bei der Verwendung von FineXcell 690 ImpactFit 50 anstelle eines S355 um die Hälfte reduziert wird. Darüber hinaus führen Gewichtseinsparungen zur Senkung der Kosten im Transport und im gesamten Produktionsprozess. Ideal für den Einsatz in Dauerfrostregionen FineXcell Güten bieten sehr gute Kerbschlagzähigkeiten im Tieftemperaturbereich bis zu 50 C. Exzellente Beständigkeit gegen Sprödbruch Gute Kerbschlagwerte im Tieftemperaturbereich führen zu einer ausgezeichneten Beständigkeit gegen Sprödbruch. Erhebliche Kosteneinsparungen bei Schweißarbeiten Aber nicht nur beim Grundwerkstoff selbst kann man wirtschaftliche Ressourcen einsparen: so ergibt sich beispielsweise beim Stumpfschweißen dieser Rohre ein auf weniger als ein Drittel reduziertes Schweißnahtvolumen (Bild 1). Höhere Festigkeiten der Grundwerkstoffe führen insbesondere bei Verbindungen im Stumpfstoß zu reduzierten Anbindungsquerschnitten, die wiederum ein entsprechendes Potential zur Verringerung der Fertigungskosten eröffnen. Neben den Faktoren Schweißzeit bzw. Personalkosten und Schweißstoffe (Zusatzwerkstoff, Gas etc.) betrifft dies auch die Möglichkeiten zur Optimierung der Nahtgestaltung und Nahtvorbereitung. d 355 = 1,9 x d 690 d 690 = 1 Nahtvolumen V entspricht dem Schweißnahtgewicht: V 355 = 3,7 x V 690 Weitere einzigartige Vorteile auf einen Blick Warmgewalzte Hohlprofile von V & M TUBES verfügen über engste Toleranzen und Sonderabmessungen, die nur bei V & M TUBES erhältlich sind. Mit den großen ebenen Anschlussflächen, die sich durch die für MSH-Profile typischen kleinen Kantenradien mit weniger als Ra 1,5 T ergeben bei extra-engen Kantenradien sogar weniger als Ra 1 T eignen sie sich in hervorragender Weise für kompakte und hochbeanspruchte Konstruktionen. Anders als bei kaltgefertigten Profilen bieten unsere MSH-Profile darüber hinaus eine unbegrenzte Schweißbarkeit bis in die Kantenradien. Gemäß EN , Tabelle 8.1 werden nahtlose kreisförmige, quadratische und rechteckige MSH-Profile in die höchste Kerbfallklasse (160) eingeordnet, während die geschweißten Hohlprofile in die Kerbfallklasse 140 bzw. 125 eingestuft werden. Nach EN ist der Kerbfall 160 der höchst mögliche, kein Kerbfall kann bei irgendeiner Anzahl an Spannungsschwingspielen eine höhere Ermüdungsfestigkeit erreichen. Bild 1: Optimierungspotential einer Schweißverbindung: Vergleich Nahtvolumen bei S355J2H und FineXcell 690 5

6 Ökologische Aspekte Neben den rein technischen Werten kommt heutzutage auch der ökologischen Bewertung einer Konstruktion ein hoher Stellenwert zu. Diese Bewertung bezieht sich nicht nur auf das Bauwesen, sondern bei allen Konstruktionen sollte darauf geachtet werden, dass der Verbrauch an nicht erneuerbaren Ressourcen und Energieträgern so gering wie möglich gehalten wird. Als eine maßgebliche Größe ökologischer Nachhaltigkeit wird die ökologische Qualität eines Produkts herangezogen. Die in einer sogenannten Ökobilanz ermittelten Werte für die MSH-Profile enthalten u. a. Angaben zum Treibhauspotential (Global Warming Potential GWP Stichwort CO 2 - Ausstoß), Ozonschichtabbaupotential (Ozone Depletion Potential ODP Stichwort Ozonloch), Ozonbildungspotential (Photochemical Ozone Creation Potential POCP Stichwort Kohlenwasserstoffe/Sommersmog), Versauerungspotential (Acidification Potential AP Stichwort Saurer Regen), Überdüngungspotential (Eutrophication Potential EP Stichwort Stickoxide) sowie zum Primärenergiebedarf aus erneuerbaren und nicht erneuerbaren Ressourcen. Diese Angaben werden von einem unabhängigen Gutachter überprüft und fließen anschließend in eine sogenannte Produktdeklaration (EPD) ein, die vom Institut Bauen und Umwelt e.v. veröffentlicht wird. Produkt Spezifikation Die technischen Lieferbedingungen stimmen mit EN (Materialprüfung) und EN (Toleranzen) überein. Chemische Zusammensetzung (Schmelzenanalyse) FineXcell 690 C % Si % Mn % P % S % Cr % Mo % Ni % N % V % Al % Cu % 2) Nb % Ti % 0,20 0,60 1,70 0,025 0,015 1,50 0,70 1,50 0,020 0,14 0,060 0,50 0,05 0,05 CEV % für 1) Je nach Wanddicke und Herstellbedingung können zur Erzielung der vorgeschriebenen Eigenschaften die Elemente B 0,0008 %, W 1,50 %, Wanddicken [mm] Zr 0,15 % bis zu diesen Höchstwerten zugesetzt werden. 16 > ) Bei Cu > 0,30 % muss Ni mindestens die Hälfte von Cu betragen. 0,63 0,65 FineXcell 890 C % Si % Mn % P % S % Cr % Mo % Ni % N % V % Al % Cu % 2) Nb % Ti % 0,18 0,50 1,50 0,020 0,010 0,90 0,50 0,40 0,020 0,08 0,050 0,35 0,06 0,05 CEV % für 1) Je nach Wanddicke und Herstellbedingung können zur Erzielung der vorgeschriebenen Eigenschaften die Elemente B 0,0008 %, W 1,50 %, Wanddicken [mm] Zr 0,15 % bis zu diesen Höchstwerten zugesetzt werden. 20 2) Bei Cu > 0,30 % muss Ni mindestens die Hälfte von Cu betragen. 0,70 Die neuen Gütenmarken von V & M TUBES erfüllen sämtliche Anforderungen der einschlägigen Standardgüten und übertreffen diese sogar in vielen Punkten. Die Übereinstimmung mit den anwendbaren Normen ist in den jeweiligen Werkstoffblättern, Bestellungen und Zeugnissen klar ausgewiesen. Genaue Angaben zu den mechanischen Eigenschaften und chemischen Zusammensetzungen unserer - und FineXcell - Güten enthalten die jeweils aktuellen Ausgaben der Werkstoffblätter. 6

7 Mechanische Eigenschaften (bei Raumtemperatur) FineXcell 690 Streckgrenze R eh min 3) [MPa] für Wanddicken [mm] Zugfestigkeit R m [MPa] für Wanddicken [mm] Bruchdehnung A min [%] für Wanddicken [mm] > längs quer bis FineXcell 890 Streckgrenze R eh min 3) [MPa] für Wanddicken [mm] Zugfestigkeit R m [MPa] für Wanddicken [mm] Bruchdehnung A min [%] für Wanddicken [mm] 16 > > längs 20 quer bis bis ) prägt sich die obere Streckgrenze nicht aus, so gelten die Werte für die 0,2%-Dehngrenze R p0,2 Kerbschlagarbeit FineXcell 690 Wanddicke [mm] 4) Mindest-Durchschnittswerte, nur ein Einzelwert darf den Mittelwert um 30 % unterschreiten. 5) Die Prüfung erfolgt im Regelfall an Längsproben bei der tiefsten aufgeführten Temperatur. Eine Prüfung an Querproben kann vereinbart werden. Zusätzlich kann die Prüfung bei einer höheren Temperatur vereinbart werden. Kerbschlagarbeit [J] Mittelwert aus 3 Charpy-V-Proben 4) bei einer Prüftemperatur in [ C] 5) längs quer längs quer längs quer längs quer FineXcell 890 Wanddicke [mm] Kerbschlagarbeit [J] Mittelwert aus 3 Charpy-V-Proben 4) bei einer Prüftemperatur in [ C] 5) längs quer längs quer längs quer längs quer

8 Prüfbescheinigungen Die hochfesten MSH-Profile werden, wie alle anderen MSH-Profile auch, mit einem zugehörigen Werkszeugnis geliefert, mit dem die Übereinstimmung des Materials mit der im Kundenauftrag stehenden Spezifikation bestätigt wird. Dieses Zeugnis ist in der Regel ein Abnahmeprüfzeugnis 3.1 nach EN Je nach Kundenwunsch kann aber auch ein Abnahmeprüfzeugnis 3.2 durch eine vom Kunden zu benennende Abnahmegesellschaft ausgestellt werden. In beiden Fällen enthält das Zeugnis die Ergebnisse der an der Lieferung selbst durchgeführten Prüfungen. Neben den standardmäßigen Prüfungen können je nach Kundenbedarf auch weitere Prüfungen vereinbart werden: Zusätzliche Angabe von Pcm Zugversuch in Querrichtung Zugversuch bei höheren Temperaturen Kerbschlagbiegeversuch in Querrichtung* Maximale Härtewerte* * Werte sind im Angebotsstadium zu vereinbaren 8

9 Schweißen Warmgefertigte MSH-Profile aus den Werkstoffen FineXcell 690 und FineXcell 890 sind nach dem Stand der Technik zur Verarbeitung hochfester Feinkornbaustähle mit allen gängigen Verfahren schweißgeeignet. Die sehr gute Schweißeignung der V & M-Güten resultiert aus einem niedrigen Kohlenstoffäquivalent, einer feinkörnigen Gefügestruktur und einem geringen Anteil Verunreinigung bzw. unerwünschter Eisenbegleitelemente. Diese Eigenschaften ermöglichen die Herstellung von Schweißverbindungen mit guten mechanischen Eigenschaften auch bei Anwendung hoher Streckenenergien, so dass auch mit hoch produktiven und wirtschaftlichen Schweißverfahren Schweißnähte mit guten Zähigkeiten rissfrei herzustellen sind. Grundlage für die schweißtechnische Verarbeitung einschließlich thermischer Trennverfahren sind, abhängig von der jeweiligen Anwendung die geltenden Normen und Vorschriften. Die Werkstoffe FineXcell 690 und FineXcell 890 weisen gegenüber Stählen mit niedrigeren Festigkeiten oder thermomechanisch gewalzten Stählen im Allgemeinen einen höheren Anteil Legierungselemente und ein höheres Kohlenstoffäquivalent auf. Diesem ist insbesondere durch die Auswahl einer geeigneten Vorwärmung Zwischenlagentemperatur bzw. durch den Werkstoff angepasste t 8/5-Zeiten Rechnung zu tragen. So kann je nach Konstruktion zur Vermeidung unzulässiger Härtespitzen auch beim Metallschutzgasschweißen (MSG-Schweißen) des Grundwerkstoffs FineXcell 690 mit 10 mm Wanddicke ein Vorwärmen auf ca. 150 C erforderlich sein. Da die Profile warm umgeformt werden ist ein Schweißen im Kantenbereich ohne Einschränkung möglich. Eine Charakterisierung der Verbindungseigenschaften erfolgt beispielhaft anhand zweier aneinander geschweißter Profile, Bild 2. Bild 2: Schliffbild der Schweißnaht zweier aneinander geschweißter MSH-Profile Es ist darauf hinzuweisen, dass im Wurzelgrund solcher oder ähnlicher Verbindungen mit erhöhten Härtewerten zu rechnen ist. Einer Nahtvorbereitung im Radienbereich ist besondere Beachtung entgegen zu bringen. Sofern keine mechanische Anarbeitung z. B. durch Fräsen zur Herstellung entsprechend eng tolerierter Geometrien vorgenommen wird und die Profilgeometrie im Lieferzustand als Nahtvorbereitung genutzt wird, ist die anforderungsgerechte Ausführung der Schweißnähte sorgfältig zu prüfen. Auf jeden Fall sollten die Profile gereinigt und von der anhaftenden Walzhaut befreit werden, z. B. durch Schleifen oder ein geeignetes Strahlverfahren. Detaillierte Informationen finden Sie in unserem Informationsblatt über Schweißbarkeit von MSH FineXcell -Güten. 9

10 MSH-Profile Erfolgreich im Einsatz In bestimmten lastkritischen Bereichen der Containerschiffe setzt HDW Gaarden auf die besonderen Eigenschaften von MSH-Profilen von V & M TUBES. Der Einsatz dieser nahtlosen Hohlprofile erfolgt vor allem dort, wo gewichtsoptimale Komponenten mit der besonderen Knick- und Beulsteifigkeit geschlossener Hohlprofile gefragt sind, insbesondere bei den Bordwandstützen für die oben auf dem Schiff aufgestapelten Container. Diese zur Optimierung des Ladevermögens auch oberhalb des Laderaums an Deck bis zur äußersten Kante bis zu siebenfach übereinander aufgestapelten Stapel verleihen diesen modernen Frachtschiffen das charakteristische Aussehen schwimmender Containergebirge. Die Anforderungen an diese Außenstützen sind enorm, denn sie werden durch die bis zu 20 Tonnen schweren Container nicht nur vertikal belastet, sondern müssen zusätzlich auch erhebliche Quer- und Seitenkräfte durch den Seegang sowie Windlasten aufnehmen. Daneben setzt HDW Gaarden auch in einem weiteren Bereich auf die hervorragenden Eigenschaften von MSH- Profilen, und zwar bei den Stützen zwischen den einzelnen Decks des Maschinenraums. Hier fangen diese vergleichsweise sehr schlanken Träger die erheblichen Lasten der massiven Nebenaggregate des Schiffs auf den einzelnen Zwischendecks auf. ELME (weltweit größter Hersteller von Containertraversen) setzt aus Überzeugung warmgefertigte Stahlbau-Hohlprofile von V & M TUBES ein vor allem aufgrund deren Maßhaltigkeit, deren geringer Toleranzen und der für Schweißund Schraubverbindungen vorteilhaften Eckradien. Landmaschinenhersteller setzen auf warmgewalzte hochfeste MSH-Profile, und das aus gutem Grund: Sie kommen dort zum Einsatz, wo im jahrelangen rauen Landwirtschaftsbetrieb erhöhte Anforderungen an das Material bestehen und wo Profile gebogen oder mit Laserausschnitten versehen sind, die eng an die Kanten geführt werden müssen. V & M TUBES Gesamt-Gütenportfolio für die Industrie und Bauwirtschaft: V & M TUBES bietet ein umfangreiches Portfolio an Normgüten aller internationalen Standards an. Dieses Angebot wird ergänzt durch sechs V & M TUBES eigene Gütenserien, die die auf V & M TUBES Know-how basierenden, eigenen Werkstoffentwicklungen zusammenfassen, und die Qualitätsanforderungen internationaler Standards weit übertreffen. Daraus ergeben sich eine Vielzahl von Anwendungsfällen sowohl im Maschinen-, Anlagen- und Fahrzeugbau, für Krane, Landmaschinen, den Bergbau, zahlreiche Offshore-Anwendungen und Zubehörteile für die Bereiche Öl & Gas, sowie in der Bauwirtschaft. Gütenportfolio des Verkaufsbereichs Industry Hochfeste Feinkorn-Güten V & M TUBES Normgüten V & M TUBES Gütenmarken Basis-Güten Multicert Serie EN 10297, EN E355, S355J2H, Grade B, C, Höherfeste Güten für Anwendungen im Maschinenbau Spirafort Serie EN Serie EN 10297, EN Spezielle Güten für Anwendungen im Maschinenbau Avadur Serie ASTM A 519 Legierte Vergütungsstähle 25CrMo4, 34CrMo4, 42CrMo4, Grade 4130, Grade 4140,... Unlegierte Vergütunsstähle C35E, C45E, C60E, 1045,... Einsatzstähle 16MnCr5, C10E, 20NiCrMo2-2, Offshore-Güten Oceanfit Serie API 5L, EN X52, X65, X80,... Rundrohre Drehteilrohre FineXcell Serie Stahl-Eisen- Werkstoffblätter S460NLH, P690QL1,... Quadratische und rechteckige Hohlprofile Die V & M TUBES Gütenmarken erfüllen beziehungsweise übertreffen in vielen Fällen die Anforderungen der entsprechenden Normgüten. Die jeweilige Übereinstimmung kennzeichnen wir in den Werkstoffdatenblättern, Aufträgen und Zeugnissen. Steigende technische Anforderungen 10

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12 V & M DEUTSCHLAND GmbH Industry Theodorstraße Düsseldorf Telefon Telefax structurals@vmtubes.de Technische Beratung Telefon Telefax structurals@vmtubes.de Vallourec Gruppe V & M D01B0031B-12D