Was ist Baustahl? Zusammensetzung und Anwendungen

Erkundung von Baustahl

Von den Gebäuden, die Menschen besuchen, über die Häuser, in denen sie leben, bis hin zu den Straßen, auf denen sie unterwegs sind, Baustahlblech ist ein Mehrzweck-Baumaterial, das Vielseitigkeit in der Herstellung und strukturelle Festigkeit ohne extremes Gewicht bietet. Dieser Artikel befasst sich mit Baustahl, seiner Zusammensetzung, Eigenschaften, Verwendung und vielem mehr.

Was ist Baustahl?

Baustahl ist eine regulierte Stahlkategorie, die Industriestandards für Maßtoleranzen und Zusammensetzung erfüllen muss. In den Vereinigten Staaten werden Stahlsorten von ASTM International spezifiziert und reguliert. Außerdem haben Europa und Kanada ihre eigenen Regulierungsbehörden und Standards. Obwohl Leeco Steel EN-Standard-Stahlplatten und CSA G40.21-Standard-Stahlplatten anbietet, konzentriert sich dieser Artikel auf ASTM-Standards.

Es gibt eine große Auswahl an Baustahlsorten, wobei die beliebtesten ASTM A572 und ASTM A36 sind. Diese Stahlsorten werden zusammen mit anderen Baustahlsorten hauptsächlich für den Bau von Fachwerken für Brücken und Gebäude verwendet.

Sie werden auch verwendet beim Bau von:

Güterwagen

Baumaschinen

LKW-Teile

Maschinen

Kranstangen

Sendemasten

LKW-Racks

Eine vom American Institute of Steel Construction veröffentlichte Studie zeigt, dass Baustahl 47 Prozent aller Baumaterialien enthält, daher ist es sehr wahrscheinlich, dass Baustahl für einen Teil der Gestaltung von Bauwerken, Gebäuden oder Brücken verantwortlich ist, an denen sich Menschen treffen.

Herstellung und Prüfung von Baustahl

Um vollständig zu verstehen, wie sich Baustahl von Nichtbaustahl unterscheidet, wie er beispielsweise in LKW-Ladeflächen, Schiffen oder Militärpanzern verwendet wird, ist es wichtig, die Zusammensetzung von Baustahl zu untersuchen.

Stahl kann aus Rohstoffen oder aus dem Recycling von Altstahl hergestellt werden. Bei der Umwandlung von recyceltem Stahl in neuen Stahl wird vorhandener Stahl eingeschmolzen und veredelt, um bestimmte Spezifikationen zu erfüllen. Die Herstellung von Stahl aus Rohstoffen ist ein viel längerer Prozess.

Stahl ist eine Legierung, die Kohlenstoff und Eisen enthält, die beide reichlich vorhanden sind, aber selten in reiner Form vorkommen. Um Stahl aus Rohstoffen herzustellen, wird Eisen aus Eisenerz gewonnen, das reichlich Eisenoxide enthält. Das meiste Eisenerz in den Vereinigten Staaten wird für Taconite abgebaut, das in Minnesota reichlich vorhanden ist. Während des Abbauprozesses wird der Taconit zu einer körnigen Zusammensetzung gemahlen, und Magnete werden verwendet, um das Eisenerz (in Form von Magnetit) von anderen Substanzen und Mineralien zu trennen.

Obwohl Eisen oft als stark und hart angesehen wird, ist rohes Eisenerz so weich, dass es mit einem Messer und etwas Muskelkraft geschnitten werden kann. Eisenbasislegierungen erhalten ihre Festigkeit durch die Zugabe von Kohlenstoff.

Eine Legierung aus Eisen und Kohlenstoff wird normalerweise hergestellt, indem Koks mit Eisenerz kombiniert und Hitze zugeführt wird, bis sich der Koks entzündet. Koks ist eine kohlenstoffreiche Form von Kohle. Als Folge dieser starken Erwärmung setzt der Koks Kohlenstoffe frei und haftet an den Sauerstoffatomen der Eisenoxide, wodurch eine Kombination aus Kohlenstoff und Eisen zurückbleibt. Diesen Vorgang nennt man Reduktion.

Nach der Reduktion besteht das Material zu etwa 4 Prozent aus Kohlenstoff, der weiteren Erwärmungs- und Abkühlungsprozessen unterzogen wird, um die Kohlenstoffmenge zu reduzieren und das Material stärker und härter zu machen. Sobald der Kohlenstoffgehalt weniger als 2,1 Gewichtsprozent des Materials beträgt, wird es zu Stahl. Um Baustahl herzustellen, muss der Kohlenstoff weiter reduziert werden, bis seine Zusammensetzung nur noch 0,05 Prozent bis 0,25 Prozent beträgt.

Das Endergebnis ist preisgünstiger Baustahl, der zu 100 Prozent recycelbar ist und ein hohes Festigkeits-Gewichts-Verhältnis aufweist. Es gibt verschiedene Baustahlsorten, die sich zum Teil in ihrer Zusammensetzung unterscheiden. Diese Zusammenstellungen helfen erheblich, das notwendige Material für ein bestimmtes Projekt zusammenzustellen.

Alternativ kann der Stahl weiterverarbeitet werden – durch weitere Erwärmungs- und Abkühlungsbehandlungen und/oder die Zugabe von Legierungen, zB Titan, Molybdän und Chrom – um die Härte zu erhöhen. Diese Prozesse beeinflussen in den meisten Fällen die Gesamtsprödigkeit, wodurch das resultierende Material für strukturelle Anwendungen ungeeignet wird.

Zusammensetzung von Baustahl

Nachfolgend ist die Zusammensetzung zweier bekannter Baustahlsorten aufgeführt: ASTM 572 und ASTM A36. Obwohl andere Baustahlsorten analoge Zusammensetzungen haben, können sie auch zusätzliche Legierungen haben oder einer zusätzlichen Verarbeitung unterzogen worden sein.

A514 enthält außerdem 0,2 % Molybdän, 0,48 % Chrom, 0,05 % Vanadium, 0,02 % Titan und 0,003 Prozent Bor.

Das Vorhandensein zusätzlicher Legierungen, die sowohl die Härte als auch die Sprödigkeit erhöhen, ist der Hauptunterschied in der Zusammensetzung zwischen Nichtbaustahl und Baustahl. In einigen Fällen können die zusätzlichen Legierungen Baustahl erzeugen; In anderen Fällen ist der hergestellte Stahl jedoch zu spröde für die Verwendung in strukturellen Kapazitäten.

Streckgrenze und Zugfestigkeit

Über die chemische Zusammensetzung hinaus helfen Spannungs- und Fließgrenzen bei der Festlegung der Stahlsorte sowie der allgemeinen Anwendung.

Der höchste Belastungspunkt ist die Elastizitätsgrenze, bei der das Material seine Form dauerhaft ändert. Wenn beispielsweise jemand von einem Trampolin springt, biegt sich das Trampolin natürlich, um die Energie und das Gewicht zu absorbieren, aber nachdem diese Person vom Trampolin gesprungen ist, kehrt das Trampolin in seine ursprüngliche Form zurück. Die Elastizitätsgrenze des Sprungbretts wäre der Punkt, an dem es sich unter Energie und Gewicht biegt und auch nach dem Start des Tauchers dauerhaft gebogen bleibt.

Die Streckgrenze ist ein wichtiges Merkmal von Baustahl und muss etwas nachgeben, um das Gewicht aufzunehmen. Beispielsweise ist die Streckgrenze bei Brücken das maximale Gewicht, dem die Brücke standhalten kann, bevor sie dauerhaft beschädigt wird.

Die Zugfestigkeit bezieht sich auf den Punkt, an dem das gefaltete Material reißt. Im obigen Trampolinbeispiel sind dies die Energie und das Gewicht, die erforderlich sind, um das Trampolin zu zerbrechen.

Nachfolgend finden Sie ein Diagramm, das die Zug- und Streckgrenzen für drei gängige Arten von Baustahl zeigt. Diese Punkte werden wie folgt in Kilozoll pro Quadratzoll („ksi“) oder Pfund pro Quadratzoll („psi“) berechnet. Teilweise werden sie auch in Megapascal angegeben.

Die Deckkraft hängt von der Dicke ab, aber die gebräuchlichste Sorte ist 50 ksi.

Diese beiden Parameter sind für Ingenieure sehr wichtig, wenn sie das notwendige Material für ein bestimmtes Projekt planen.