Vergütete MSH-Profile NEU für besondere Anwendungen Hochfeste MSH-Profile für den Maschinenbau
Know-how als Basis Quadratische und rechteckige MSH-Profile sind seit Jahrzehnten ein beliebtes Konstruktionselement in vielen Bereichen des Maschinenbaus. Dank ihrer großen ebenen Anschlussflächen, die sich durch die für MSH-Profile typischen besonders kleinen Eckrundungen ergeben, eignen sie sich in hervorragender Weise für kompakte und hochbeanspruchte Konstruktionen. Mit der Entwicklung von MSH-Profilen aus hochfesten Stählen kann nun in eine völlig neue Dimension vorgestoßen werden. Überall dort, wo bislang die Grenzen der Belastbarkeit erreicht waren, oder aufgrund von Eigengewichtsbeschränkungen keine tragfähigeren Konstruktionen möglich waren, sind nun deutlich weitergehende Lösungen machbar. Unter hochfesten Stählen verstehen wir Stähle mit einer nominellen Mindeststreckgrenze oberhalb von 500 MPa bis etwa 900 MPa. 2
sind, wie bereits erwähnt, vornehmlich für den Einsatz im Maschinenbau vorgesehen. Für den- Bereich Offshore-Konstruktionen haben wir ebenfalls Sondergüten entwickelt, die von den normalfesten bis zu den hochfesten Stählen reichen. Es handelt sich hier um die Stähle mit den Bezeichnungen SG 355 L Offshore bis SG 770 L Offshore. Diese Stähle zeichnen sich neben ihrer guten Schweißbarkeit auch durch besonders hohe Kerbschlagwerte im Tieftemperaturbereich aus (bis zu 60 J bei -40 C). Hochfeste MSH-Profile Die neuen von V & M TUBES entwickelten hochfesten Sondergüten sind: SG 69 Q und SG 89 Q mit gewährleisteten nominellen Mindeststreckgrenzen von 690 MPa bzw. 890 MPa. Ihre auf die speziellen Erfordernisse des Maschinenbaus abgestimmten Eigenschaften erhalten die Profile durch eine Wasservergütung. Neben ihrer hohen Streckgrenze zeichnen sie sich durch hohe Kerbschlagwerte bei niedrigen Temperaturen und eine hervorragende Schweißbarkeit aus. So sind durch den Einsatz von MSH-Profilen aus hochfesten Stahlgüten verbesserte mechanische Eigenschaften bei geringerem Materialeinsatz möglich. Sondergüten für weitere Bereiche Die in dieser Druckschrift vorgestellten Güten Für den Bereich Stahlbau sind ebenfalls entsprechende höher- und hochfeste Güten entwickelt worden. Für ihren Einsatz müssen jedoch zuerst die normgerechten Voraussetzungen geschaffen werden: Für die Berechnungsseite ist dies bereits in EN 1993-1-12 geschehen, für die technischen Lieferbedingungen ist die entsprechende Erweiterung von EN 10 210-1 auf den Weg gebracht worden. In dieser Norm werden dann auch die definitiven mechanischen und technologischen Eigenschaften festgelegt. MSH-Güten früherer Standard heutiger Standard höherfeste Güten hochfeste Güten SG 55 Q* SG 69 Q SG 77 Q* SG 89 Q Kerbschlagzähigkeit St 44-3 / S 275 J2H 355 NLH 355 NH S 355 J2H 420 NLH 460 NLH S 420 NH S 460 NH Entwicklungstrend St 37-2 / S 235 JRH SG 40 SG 45 SG 50 Streckgrenze * auf Anfrage 3
Vergütung Austenitisieren Abschrecken Anlassen Richten Visuelle Kontrolle Transportieren 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 Rohr zum Quadrat oder Rechteck warm umgeformt. Anschließend erfolgt eine Wasservergütung um die Werkstoffeigenschaften einzustellen. Alternativ können die Rundrohre zuerst gehärtet und aus der Anlasshitze heraus zum Quadrat oder Rechteck 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 mechanischtechnologischen Werte erreicht. Das fertige MSH-Profil weist ein feinkörniges Gefüge auf mit gleichmäßigen Eigenschaften über den gesamten Querschnitt. 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 10 204. 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. Optionen Neben den standardmäßigen Prüfungen können je nach Kundenbedarf auch weitere Prüfungen vereinbart werden: Zusätzliche Angabe von P cm Zugversuch in Querrichtung Zugversuch bei höheren Temperaturen (Werte sind im Angebotsstadium zu vereinbaren) Kerbschlagbiegeversuch in Querrichtung Maximale Härtewerte (Werte sind im Angebotsstadium zu vereinbaren) 4
Technische Spezifikationen Die quadratischen und rechteckigen MSH-Profile aus den hochfesten Stahlgüten SG 69 Q und SG 89 Q werden nach den V & M-Werkstoffblättern WBL 287/2 und WBL 287/4 geliefert. Als technische Lieferbedingungen werden die EN 10 210-1 (Materialprüfungen) und die EN 10 210-2 (Toleranzen) herangezogen. Chemische Zusammensetzung (Schmelzenanalyse 1) ) S 235 JR 100 % S 355 J2H 151% S 460 NH 197% Leistungssteigerung auf fast das Vierfache: Das Kriterium der Zugfestigkeit verdeutlicht den Unterschied zwischen SG 69 Q 295% den unvergüteten und hochfesten Stahlgüten, hier errechnet am Beispiel eines quadratischen Profils von 220 mm Seitenlänge und 16 mm Wanddicke. SG 89 Q 380% SG 69 Q WBL 287/2 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 % 1) Je nach Wanddicke und Herstellbedingung können zur Erzielung der vorgeschriebenen Eigenschaften die Elemente B 0,0008 %, W 1,50 %, Zr 0,15 % bis zu diesen Höchstwerten zugesetzt werden. 16 > 16 20 0,63 0,65 2) Bei Cu > 0,30 % muss Ni mindestens die Hälfte von Cu betragen. SG 89 Q WBL 287/4 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 % 1) Je nach Wanddicke und Herstellbedingung können zur Erzielung der vorgeschriebenen Eigenschaften die Elemente B 0,0008 %, W 1,50 %, Zr 0,15 % bis zu diesen Höchstwerten zugesetzt werden. 20 0,70 2) Bei Cu > 0,30 % muss Ni mindestens die Hälfte von Cu betragen. Mechanische Eigenschaften (bei Raumtemperatur) SG 69 Q WBL 287/2 3) Streckgrenze R eh min [MPa] Zugfestigkeit R m [MPa] Bruchdehnung A min [%] L 0 =5,65 S 0 20 16 > 16 20 20 690 650 700 bis 960 14 12 SG 89 Q WBL 287/4 3) Streckgrenze R eh min [MPa] Zugfestigkeit R m [MPa] Bruchdehnung A min [%] L 0 =5,65 S 0 20 16 > 16 20 16 > 16 20 890 850 960 bis 1110 920 bis 1070 14 12 3) prägt sich die obere Streckgrenze nicht aus, so gelten die Werte für die 0,2%-Dehngrenze R p0,2 Kerbschlagarbeit SG 69 Q WBL 287/2 Wanddicke [mm] -50 Kerbschlagarbeit [J] Mittelwert aus 3 Charpy-V-Proben 4) bei einer Prüftemperatur in [ C] 5) -40 20 27 16 30 27 40 30 65 40-20 0 SG 89 Q WBL 287/4 Wanddicke [mm] -50 Kerbschlagarbeit [J] Mittelwert aus 3 Charpy-V-Proben 4) bei einer Prüftemperatur in [ C] 5) -40 20 27 16 30 27 40 30 65 40-20 0 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. 5
Schweißen von hochfesten MSH- Profilen Nahtlose Profile aus den Werkstoffen SG 69 Q und SG 89 Q sind nach dem Stand der Technik zur Verarbeitung hochfester Feinkornbaustähle mit allen gängigen Verfahren schweißgeeignet. Grundlage für die schweißtechnische Verarbeitung einschließlich thermischer Trennverfahren sind, abhängig von der jeweiligen Anwendung, die geltenden Normen und Vorschriften. Die Legierungen der Werkstoffe SG 69 Q / SG 89 Q 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 Vorwärmund Zwischenlagentemperatur bzw. durch den Werkstoffen angepasste t 8/5-Zeiten Rechnung zu tragen. So kann je nach Konstruktion zur Vermeidung unzulässiger Härtespitzen auch beim Metallschutzgasschweißen (MSG-Schweißen) des Grundwerkstoffs SG 69 Q 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. 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. d 355 = 1,9 x d 690 d 690 = 1 Nahtvolumen V entspricht dem Schweißnahtgewicht: V 355 = 3,7 x V 690 Bild 1: Optimierungspotential einer Schweißverbindung: Vergleich Nahtvolumen bei S 355 und S 690 (entspricht SG 69 Q). Bild 2: Schliffbild der Schweißnaht zweier aneinander geschweißter MSH-Profile Ökologische und ökonomische 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. Neben der ökologischen Nachhaltigkeit, die darauf gerichtet ist, Natur und Umwelt für die späteren Generationen zu erhalten, kommt natürlich auch der ökonomischen Nachhaltigkeit eine erhebliche Bedeutung zu. Wenn es die Beanspruchung zulässt, so kann man bei der Verwendung von SG 69 Q anstelle von S 355 die Wanddicke und damit den Stahlverbrauch halbieren. 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 Anbindungsschnitten, 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. Daher lässt sich der wirtschaftliche Vorteil einer Konstruktion aus hochfesten Stählen gegenüber einer aus normalfesten nur qualitativ beschreiben. Diese Kalkulation muss dann in der Praxis am Einzelfall überprüft werden. 6
Abmessungstabelle Hier finden Sie die Abmessungstabelle für hochfeste MSH-Profile. Die aktuellste Version und weitere Informationen finden Sie im Internet unter www.vmtubes.de/msh.
Lieferprogramm für hochfeste MSH-Profile Unser Ziel ist es, möglichst viele unserer quadratischen und rechteckigen MSH-Profile aus hochfesten Stählen anbieten zu können. Diese Entwicklung ist noch nicht für alle Abmessungen abgeschlossen, sie wird jedoch mit Hochdruck betrieben. Dieses Einlegeblatt gibt den aktuellen Stand der lieferbaren Abmessungen wieder. Weitere Angaben zu den Abmessungen, insbesondere die statischen Werte, finden Sie in der Broschüre Technische Information 1. Die aktuellste Version und weitere Informationen finden Sie im Internet unter www.vmtubes.de/msh. Quadratische MSH-Profile Äußere Kantenlängen mm Wanddicke (mm) 3,6 4,0 4,5 5,0 5,6 6,3 7,1 8,0 8,8 10,0 11,0 12,5 14,2 16,0 17,5 20,0 Länge 40 x 40 12 m 50 x 50 12 m 60 x 60 12 m 70 x 70 12 m 80 x 80 12 m 90 x 90 12 m 100 x 100 12 m 110 x 110 12 m 120 x 120 12 m 140 x 140 12 m 150 x 150 12 m 160 x 160 12 m 180 x 180 12 m 200 x 200 12 m 220 x 220 7 m 250 x 250 7 m 260 x 260 7 m 300 x 300 7 m auf Anfrage Rechteckige MSH-Profile Äußere Kantenlängen mm Wanddicke (mm) 3,6 4,0 4,5 5,0 5,6 6,3 7,1 8,0 8,8 10,0 11,0 12,5 14,2 16,0 17,5 20,0 Länge 50 x 30 12 m 60 x 40 12 m 70 x 40 12 m 80 x 40 12 m 90 x 50 12 m 100 x 50 12 m 100 x 60 12 m 110 x 60 12 m 120 x 60 12 m 120 x 80 12 m 140 x 70 12 m 140 x 80 12 m 160 x 80 12 m 150 x 100 12 m 160 x 90 12 m 180 x 100 12 m 200 x 100 12 m 200 x 120 12 m 220 x 120 12 m 250 x 150 12 m 260 x 140 7 m 260 x 180 7 m 300 x 200 7 m auf Anfrage
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