Definition und Klassifikation
Hochfeste Stähle werden definitionsgemäß mit einer Streckgrenze Re ≥ 690 MPa eingestuft. Die wichtigsten Gruppen sind:
- Thermomechanisch gewalzte Feinkornbaustähle (z. B. S690Q, S890Q, S960Q nach EN 10025-6): Streckgrenze 690–960 MPa, bevorzugt im Kranbau, Brückenbau und Offshore.
- Vergütungsstähle (z. B. 42CrMo4, 34CrNiMo6): Durch Abschrecken und Anlassen hohe Festigkeit bei guter Zähigkeit; Einsatz in Druckbehältern, Achsen, Getriebewellen.
- Hochfeste schweißgeeignete Feinkornstähle: Kohlenstoffäquivalent (CE) bewusst niedrig gehalten, um Schweißbarkeit zu gewährleisten.
- Martensitisch-aushärtende Stähle (Maraging): Sehr hohe Festigkeit (> 1700 MPa) durch intermetallische Ausscheidungen in nahezu kohlenstofffreier Martensitmatrix.
Typische Einsatzbereiche
Offshore-Strukturen (Jackets, Tripods), Mobilkräne und Teleskopausleger, Druckbehälter und Rohrleitungen (ASME Div. 1/2), Brücken und Stahlhochbau, Bergbaufahrzeuge, Windenergieanlagen (Türme, Flansche).
Typische ZfP-Risiken und Fehlerarten
Wasserstoffinduzierte Kaltrisse (WIC)
Hochfeste Stähle sind aufgrund ihrer hohen Härte und eingeschränkten Diffusionskapazität besonders anfällig für wasserstoffinduzierte Kaltrisse (Hydrogen-Induced Cracking, HIC; auch Hydrogen-Assisted Cracking, HAC). Wasserstoff diffundiert aus der Schweißzone in die Wärmeeinflusszone (HAZ) und verursacht dort — oft erst Stunden bis Tage nach dem Schweißen — verzögerte Rissbildung. Die Risse verlaufen bevorzugt in der HAZ parallel zur Bindenaht (Unterraupenfehler, Unterperlitfehler).
Verzugsrisse und Lamellentearing
Bei T-Stoß- und Kreuzverbindungen können Schweißeigenspannungen zu Lamellentearing (Lamellenrissen) führen, wenn der Stahl in Dickenrichtung (z-Richtung) schlechte Duktilität aufweist (Sulfideinschlüsse). Nachweis: UT, bevorzugt PAUT.
Spannungsrisskorrosion (SCC)
In korrosiven Medien (H₂S, Chloride) sind hochfeste Stähle anfällig für Spannungsrisskorrosion. Relevante Norm: NACE MR0175 / ISO 15156 für H₂S-haltige Umgebungen.
Prüfstrategie
Zeitlicher Ablauf
Aufgrund der verzögerten Rissbildung bei WIC sind Prüfungen unmittelbar nach dem Schweißen unzureichend. Die Normen EN 1011-2 und EN ISO 15614-1 fordern für hochfeste Stähle eine Wartezeit von mindestens 24 bis 48 Stunden (bei CE > 0,45 empfohlen: 72 h) vor der Abschlussprüfung.
Verfahrenswahl
- MT (Magnetpulverprüfung): Oberflächen- und oberflächennahe Risse in der HAZ; bevorzugte Erstprüfung nach Wartezeit.
- PT (Eindringprüfung): Alternativ zu MT für ferritische Stähle; weniger empfindlich für oberflächennahe Unterperlitfehler.
- UT (Ultraschallprüfung): Für tieferliegende Risse (> 2 mm); PAUT und TOFD für Schweißnahtprüfung nach EN ISO 13588.
- RT (Röntgenprüfung): Gut für Poren, Schlacke; planare Fehler nur bei günstiger Orientierung nachweisbar.
Wärmebehandlung (PWHT)
Spannungsarmglühen nach dem Schweißen reduziert Eigenspannungen und fördert Wasserstoffdiffusion. PWHT-Überprüfung: Dokumentation der Haltezeit und -temperatur, anschließende Härteprüfung (HB/HV) zur Verifikation.
Normbezug
EN 1011-2 (Schweißen hochfester Stähle), EN ISO 15614-1 (Schweißverfahrensprüfung), EN 10025-6 (Lieferbedingungen), EN ISO 9015-1 (Härteprüfung), ASME IX (Druckbehälter USA), AWS D1.1 (Stahlbau USA).