Materialanforderungen für Stahlkonstruktionen – ROYAL GROUP

1. Stärke
Die Festigkeitskennwerte von Stahl setzen sich aus Elastizitätsgrenze, Streckgrenze und Zugfestigkeit zusammen. Die Bemessung basiert auf der Streckgrenze des Stahls. Eine hohe Streckgrenze reduziert das Gewicht der Konstruktion, spart Stahl und senkt die Kosten. Die Zugfestigkeit ist die maximale Spannung, die Stahl vor dem Versagen aushält. Dabei verliert die Konstruktion aufgrund plastischer Verformung an Tragfähigkeit, jedoch ist die Verformung groß, ohne dass es zum Einsturz kommt. Somit sollte die Konstruktion den Anforderungen an die Erdbebensicherheit genügen.
2. Plastizität
Die Plastizität von Stahl bezeichnet allgemein die Fähigkeit zu signifikanter plastischer Verformung ohne Bruch nach Überschreiten der Streckgrenze. Die wichtigsten Kennwerte zur Messung der plastischen Verformungsfähigkeit von Stahl sind die Bruchdehnung und die Querschnittsschrumpfung.
3. Kaltbiegeleistung
Die Kaltbiegeeigenschaften von Stahl sind ein Maß für dessen Widerstandsfähigkeit gegen Rissbildung bei plastischer Verformung während des Biegevorgangs bei normaler Temperatur. Die Kaltbiegeeigenschaften von Stahl werden durch Kaltbiegeversuche ermittelt, um dessen Verformungsverhalten unter einem festgelegten Biegegrad zu prüfen.
4. Schlagzähigkeit
Die Kerbschlagzähigkeit von Stahl beschreibt dessen Fähigkeit, unter Stoßbelastung mechanische Energie beim Bruchprozess zu absorbieren. Sie ist eine mechanische Eigenschaft, die den Widerstand von Stahl gegen Stoßbelastung misst und bei der es aufgrund niedriger Temperaturen und Spannungskonzentrationen zu Sprödbrüchen kommen kann. Im Allgemeinen wird die Kerbschlagzähigkeit von Stahl durch Kerbschlagversuche an Standardproben ermittelt.
5. Schweißleistung
Die Schweißleistung von Stahl bezieht sich auf die Qualität einer Schweißverbindung, die unter konstanten Schweißprozessbedingungen erzielt wird. Man unterscheidet zwischen der Schweißleistung im Schweißprozess und der Gebrauchsleistung. Die Schweißleistung im Schweißprozess beschreibt die Empfindlichkeit der Schweißnaht und des angrenzenden Werkstoffs gegenüber thermischen Rissen und Schwindrissen. Eine gute Schweißleistung bedeutet, dass unter bestimmten Schweißprozessbedingungen keine Risse im Schweißgut und im angrenzenden Grundwerkstoff auftreten. Die Gebrauchsleistung bezieht sich auf die Kerbschlagzähigkeit der Schweißnaht und die Duktilität in der Wärmeeinflusszone. Die mechanischen Eigenschaften des Stahls in der Schweißnaht und der Wärmeeinflusszone dürfen nicht geringer sein als die des Grundwerkstoffs. In unserem Land werden Prüfverfahren für die Schweißleistung sowohl im Schweißprozess als auch hinsichtlich der Gebrauchseigenschaften angewendet.
6. Haltbarkeit
Die Dauerhaftigkeit von Stahl wird von vielen Faktoren beeinflusst. Zunächst einmal ist Stahl korrosionsbeständig, weshalb Schutzmaßnahmen gegen Korrosion und Rostbildung erforderlich sind. Zu diesen Schutzmaßnahmen gehören die regelmäßige Instandhaltung der Stahlfarbe, die Verwendung von verzinktem Stahl sowie der Schutz vor Säuren, Laugen, Salzen und anderen stark korrosiven Medien. Beispielsweise wird bei Offshore-Plattformen eine Anodenschutzvorrichtung eingesetzt, um die Korrosion des Stahlmantels zu verhindern. Dabei wird ein Zinkblock am Mantel befestigt, der durch das Meerwasserelektrolyt automatisch korrodiert wird und so die Funktion des Stahlmantels schützt. Zweitens nimmt die Bruchfestigkeit von Stahl unter hohen Temperaturen und langfristiger Belastung stärker ab als die Kurzzeitfestigkeit. Daher muss die Dauerfestigkeit von Stahl unter langfristiger Hochtemperatureinwirkung ermittelt werden. Stahl härtet mit der Zeit aus und wird spröde – ein Phänomen, das als Alterung bekannt ist. Die Kerbschlagzähigkeit von Stahl unter Tieftemperaturbelastung sollte daher geprüft werden.