hochfeste msh-profile für den maschinenbau
TRANSCRIPT
Hochfeste MSH-Profile für den Maschinenbau
Vergü
tete MSH-Profile
für besondere Anwendu
ngen
NEU
Quadratische und rechteckige MSH-Profile sind seit Jahrzehnten ein beliebtes Konstruktionsele-ment in vielen Bereichen des Maschinenbaus. Dank ihrer großen ebenen Anschlussflächen, die sich durch die für MSH-Profile typischen beson-ders 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 trag-fähigeren Konstruktionen möglich waren, sind nun deutlich weitergehende Lösungen machbar. Unter hochfesten Stählen verstehen wir Stähle mit einer nominellen Mindeststreckgrenze ober-halb von 500 MPa bis etwa 900 MPa.
Know-how als Basis
2
Die neuen von V & M TUBES entwickelten hochfesten Sondergüten sind: SG 69 Q und SG 89 Q mit gewährleisteten nominellen Min-deststreckgrenzen von 690 MPa bzw. 890 MPa. Ihre auf die speziellen Erfordernisse des Maschi-nenbaus abgestimmten Eigenschaften erhalten die Profile durch eine Wasservergütung. Neben ihrer hohen Streckgrenze zeichnen sie sich durchhohe Kerbschlagwerte bei niedrigen Temperatu-
ren und eine hervorragende Schweißbarkeit aus. So sind durch den Einsatz von MSH-Profilen aus hochfesten Stahlgüten verbesserte mechani-sche Eigenschaften bei geringerem Materialein-satz möglich.
Sondergüten für weitere Bereiche
Die in dieser Druckschrift vorgestellten Güten
sind, wie bereits erwähnt, vornehmlich für denEinsatz im Maschinenbau vorgesehen. Für den-Bereich Offshore-Konstruktionen haben wir ebenfalls Sondergüten entwickelt, die von den normalfesten bis zu den hochfesten Stählenreichen. 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 Tieftempe-raturbereich aus (bis zu 60 J bei -40°C).
Für den Bereich Stahlbau sind ebenfalls entspre-chende 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 Erwei-terung von EN 10 210-1 auf den Weg gebracht worden. In dieser Norm werden dann auch die definitiven mechanischen und technologischen Eigenschaften festgelegt.
3
Hochfeste MSH-Profile
früherer Standard
SG 55 Q* SG 69 Q SG 77 Q* SG 89 Q
Ker
bsc
hlag
zähi
gkei
t
Streckgrenze
* auf Anfrage
heutiger Standard höherfeste Güten hochfeste Güten
St 37-2 /S 235 JRH
St 44-3 /S 275 J2H
355 NLH
355 NH
S 355 J2H
420 NLH
S 420 NH
460 NLH
S 460 NH
SG 45SG 40 SG 50
Entwicklungstrend
MSH-Güten
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 Werkstoffeigen-schaften einzustellen. Alternativ können die Rundrohre zuerst gehärtet und aus der Anlass- hitze heraus zum Quadrat oder Rechteck umge-formt werden. In beiden Fällen ist aber auf jeden Fall sichergestellt, dass die endgültige Formge-bung oberhalb der Rekristallisierungstemperatur stattfindet. Durch die Einstellung der Vergü-tungsparameter, insbesondere der Anlasstempe-ratur, werden die geforderten mechanisch- technologischen 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 zugehöri-gen 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 Pcm• 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
Austenitisieren Abschrecken Anlassen
Richten Visuelle Kontrolle Transportieren
Vergütung
Technische Spezifikationen
Die quadratischen und rechteckigen MSH-Profile aus den hochfesten Stahlgüten SG 69 Q und SG 89 Q werden nach den V & M-Werkstoffblät-tern 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 (Schmelzenanalyse1))
Mechanische Eigenschaften (bei Raumtemperatur)
Kerbschlagarbeit
5
Leistungssteigerung auf fast das Vierfache: Das Kriterium der Zugfestigkeit verdeutlicht den Unterschied zwischen den unvergüteten und hochfesten Stahlgüten, hier errechnet am Beispiel eines quadratischen Profils von 220 mm Seitenlänge und 16 mm Wanddicke.
3) prägt sich die obere Streckgrenze nicht aus, so gelten die Werte für die 0,2%-Dehngrenze Rp0,2
Streckgrenze ReH min 3)[MPa]
für Wanddicken [mm]
Zugfestigkeit Rm [MPa]
für Wanddicken [mm]
Bruchdehnung Amin [%]
L0=5,65 √ S0 für Wanddicken [mm]
≤ 16 > 16 ≤ 20 ≤ 20≤ 20
längs quer
690 650 700 bis 960 14 12vgl.
Wer
ksto
ffbla
tt
WBL
287
/2
SG 6
9 Q
Streckgrenze ReH min 3)[MPa]
für Wanddicken [mm]
Zugfestigkeit Rm [MPa]
für Wanddicken [mm]
Bruchdehnung Amin [%]
L0=5,65 √ S0 für Wanddicken [mm]
≤ 16 > 16 ≤ 20 ≤ 16 > 16 ≤ 20≤ 20
längs quer
890 850 960 bis 1110 920 bis 1070 14 12vgl.
Wer
ksto
ffbla
tt
WBL
287
/4
SG 8
9 Q
≤ 16 > 16 ≤ 20
0,63 0,65
CEV % max.für Wanddicken [mm]
C %max.
Si %max.
Mn %max.
P %max.
S %max.
Cr %max.
Mo %max.
Ni %max.
N %max.
V %max.
Al %max.
Cu %2)
max.Nb %max.
Ti %max.
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
SG 6
9 Q
vgl.
Wer
ksto
ffbla
tt
WBL
287
/2
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.
2) Bei Cu > 0,30 % muss Ni mindestens die Hälfte von Cu betragen.
C %max.
Si %max.
Mn %max.
P %max.
S %max.
Cr %max.
Mo %max.
Ni %max.
N %max.
V %max.
Al %max.
Cu %2)
max.Nb %max.
Ti %max.
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
≤ 20
0,70
CEV % max.für Wanddicken [mm]
vgl.
Wer
ksto
ffbla
tt
WBL
287
/4
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.
2) Bei Cu > 0,30 % muss Ni mindestens die Hälfte von Cu betragen.
SG 8
9 Q
Wand-dicke[mm]
Kerbschlagarbeit [J] Mittelwert aus 3 Charpy-V-Proben4) bei einer Prüftemperatur in [°C]5)
-50
längs quer
-40
längs quer
-20
längs quer
0
längs quer
≤ 20 27 16 30 27 40 30 65 40
Wand-dicke[mm]
Kerbschlagarbeit [J] Mittelwert aus 3 Charpy-V-Proben4) bei einer Prüftemperatur in [°C]5)
-50
längs quer
-40
längs quer
-20
längs quer
0
längs quer
≤ 20 27 16 30 27 40 30 65 40vgl.
Wer
ksto
ffbla
tt
WBL
287
/4
SG 8
9 Q
4) Mindest-Durchschnittswerte, nur ein Einzelwert darf den Mittelwert um max. 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.
S 355 J2H151% S 460 NH
197% SG 69 Q295%
SG 89 Q380%
S 235 JR100 %
vgl.
Wer
ksto
ffbla
tt
WBL
287
/2
SG 6
9 Q
6
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 Verarbei-tung 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 Koh-lenstoffäquivalent auf. Diesem ist insbesondere durch die Auswahl einer geeigneten Vorwärm- und 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 Einschrän-kung möglich. Eine Charakterisierung der Verbin-dungseigenschaften 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 Frä-sen zur Herstellung entsprechend eng tolerierter Geometrien vorgenommen wird und die Profil-geometrie im Lieferzustand als Nahtvorbereitung genutzt wird, ist die anforderungsgerechte Aus-führung 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 Strahl-verfahren.
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 Energie-trägern so gering wie möglich gehalten wird. Als eine maßgebliche Größe ökologischer Nach-haltigkeit 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 CO2- Ausstoß), Ozonschichtabbaupotential (Ozone Depletion Potential ODP – Stichwort Ozonloch), Ozonbildungspotential
(Photochemical Ozone Creation Potential POCP – Stichwort Kohlenwasserstoffe / Sommersmog), Versauerungspotential (Acidification Potential AP – Stichwort Saurer Regen), Überdüngungspo-tential (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. veröf-fentlicht wird.Neben der ökologischen Nachhaltigkeit, die darauf gerichtet ist, Natur und Umwelt für die späteren Generationen zu erhalten, kommt natür-lich auch der ökonomischen Nachhaltigkeit eine erhebliche Bedeutung zu. Wenn es die Bean-spruchung zulässt, so kann man bei der Verwendung von SG 69 Q anstelle von S 355 die Wanddicke und damit den Stahlverbrauch halbie-
ren. Aber nicht nur beim Grundwerkstoff selbst kann man wirtschaftliche Ressourcen einsparen: so ergibt sich beispielsweise beim Stumpf-schweißen 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 Ver-ringerung der Fertigungskosten eröffnen. Neben den Faktoren Schweißzeit bzw. Personalkosten und Schweißstoffe (Zusatzwerkstoff, Gas etc.) betrifft dies auch die Möglichkeiten zur Optimie-rung der Nahtgestaltung und Nahtvorbereitung.Daher lässt sich der wirtschaftliche Vorteil einer Konstruktion aus hochfesten Stählen gegenüber einer aus normalfesten nur qualitativ beschrei-ben. Diese Kalkulation muss dann in der Praxis am Einzelfall überprüft werden.
Bild 2: Schliffbild der Schweißnaht zweier aneinander geschweißter MSH-Profile
Bild 1: Optimierungspotential einer Schweißverbindung: Vergleich Nahtvolumen bei S 355 und S 690 (entspricht SG 69 Q).
Nahtvolumen V entspricht dem Schweißnahtgewicht:
V355 = 3,7 x V690
d355 = 1,9 x d690
d690 = 1
Abmessungstabelle
Hier finden Sie die Abmessungstabelle für hochfeste MSH-Profile. Die aktuellste Versionund weitere Informationen finden Sie im Internet unter www.vmtubes.de/msh.
Lieferprogramm für hochfeste MSH-Profile
Äußere Kantenlängen
mm
Wanddicke (mm) Länge
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
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
Unser Ziel ist es, möglichst viele unserer quadra-tischen 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, insbe-sondere 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
Rechteckige MSH-Profile
Äußere Kantenlängen
mm
Wanddicke (mm) Länge
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
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
V & M DEUTSCHLAND GmbH
Structurals
Theodorstr. 90
40472 Düsseldorf
Telefon 0211 9 60-3580
Telefax 0211 9 60-2373
E-Mail [email protected]
www.vmtubes.de/msh
Technische Beratung
Telefon 0211 9 60-3565
Telefax 0211 9 60-2393
E-Mail [email protected]
Vallourec Gruppe V&
M 3
B00
31-1
0D