Schwermaschinenbau profitiert von Verschleiß- und Sonderbaustählen

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Dennoch ergeben sich aus dem Einsatz hochfester Stähle in geschweißten, schwingbeanspruchten Konstruktionen Vorteile. Das ist bei Anwendungen der Fall, bei denen die Schweißnähte in wenig belastete Bereiche der Konstruktion gelegt werden – oder auch nachbehandelt werden [7 und 8].

Verbesserte Schwingfestigkeit im Schweißnahtbereich

Zur Nachbehandlung der Stähle kommen unterschiedliche Verfahren zur Anwendung, zum Beispiel das Schleifen, das Kugelstrahlen oder das WIG-Aufschmelzen der Nahtübergänge. Ein relativ neues Nachbehandlungsverfahren von Schweißnähten ist die UIT-Behandlung – das Verfahren Ultrasonic Impact Treatment.

Bei diesem Oberflächenbehandlungsverfahren werden mit Hilfe eines Handgeräts über einen Ultraschallkoppler Eigenspannungen in den Schweißnahtbereich eingebracht. Zusätzlich wird die Form der Schweißnaht behandelt.

Untersuchungen an S1100QL-Schweißverbindungen zeigen, dass damit sogar die Schwingfestigkeit des Grundwerkstoffs nahezu erreicht werden kann [9]. Daraus ergeben sich Vorteile in Bezug auf die dynamische Belastbarkeit.

Verschleißfester Stahl senkt Instandhaltungsaufwand

Bild 2: Verschleißfeste Sonderbaustähle (links) verlängern die Lebensdauer von Muldenkippern (rechts), die bis zu 250 t stark abrasives Granit (Härte 1000 HV) transportieren (Werte bezogen auf Stahl S355). (Archiv: Vogel Business Media)

Eine hohe Lebensdauer wird auch für Maschinen und Geräte gefordert, die im Baumaschinenbereich im Einsatz sind und dort einer hohen Verschleißbeanspruchung unterliegen [10 und 11]. Ein Beispiel dafür ist ein Muldenkipper, dessen Mulde bis zu 250 t stark abrasives Gesteinsmaterial in den chilenischen Kupferminen transportieren kann (Bild 2). Der Aufwand für die Instandhaltung solcher mobilen Arbeitsmaschinen lässt sich nur aufgrund des Einsatzes verschleißfester Sonderbaustähle in Grenzen halten.

Bei einem rein abrasiven Verschleiß ist die Härte des Werkstoffs maßgebend für dessen Verschleißverhalten. Dabei lässt sich bei gegebenem Abrasivmaterial mit zunehmender Werkstoffhärte eine höhere Lebensdauer erzielen. Bei sehr hartem granithaltigem Gestein kann die Lebensdauer des Muldenkippers bei Verwendung eines 500 HBW harten Stahles um etwa das Dreifache verlängert werden – im Vergleich zu Kippern mit Mulden aus dem allgemeinen Baustahl S355.

Verschleiß ist allerdings keine reine Werkstoff- sondern eine Systemeigenschaft. Das heißt: Das Verschleißverhalten hängt außer vom Werkstoff auch vom Verschleißsystem ab, insbesondere von der Härte des Abrasivmaterials.

Literatur

[1] Neuhaus, W., W. Dick und J. Degenkolbe: Erfahrungen bei der Herstellung wasservergüteter Bleche aus schweißbarem Baustahl mit einer Streckgrenze von 70 kg/mm2. Stahl und Eisen 1965/85, S. 127–136.

[2] Uwer, D., und H. Dißelmeyer: Erfahrung mit der Herstellung, Verarbeitung und Anwendung des neuen wasservergüteten Baustahles XABO 90. In: Thyssen – Technische Berichte 1989/21, S. 21–38.

[3] Tschersich, H.-J., U. Schriever, J. Bobbert und C. Kuntze: Modern structural steels with improved properties through accelerated cooling. Proceeding, 5th International Conference 1995. Den Haag: OMAE, S. 187–195.

[4] Degenkolbe, J.: Beeinflussung der Werkstoffeigenschaften bei der Herstellung von Grobblechen, In: Thyssen – Technische Berichte 1993/25, S. 19–30.

[5] Degenkolbe, J., H. Dißelmeyer, B. Müsgen und U. Schriever: Hochfeste wasservergütete Stähle für den Kranbau und Nutzfahrzeugbau, In: Thyssen – Technische Berichte 1991/23, S. 53–62.

[6] Hamme, U., J. Hauser, A. Kern und U. Schriever: Einsatz hochfester Baustähle im Mobilkranbau, Stahlbau 2000/4, S. 295–305.

[7] Müsgen, B., und K. Hoffmann: Improvement of the fatigue strength of welded high-strength steels, In: Thyssen – Technische Berichte 1987/19, S. 67–79.

[8] Kuhlmann, U., und andere: Erhöhung der Ermüdungsfestigkeit von geschweißten höherfesten Baustählen durch Anwendung von Nachbehandlungsverfahren. Stahlbau 2005/5, S. 358–365.

[9] Gerster, P., und H. van der Poel: Ultrasonic Impact Technology – eine Möglichkeit zur Erhöhung der Lebensdauer von Schweißkonstruktionen? DVS-Bericht Nr. 237, 2005, S. 18–23.

[10] Feinle, P., A. Kern und U. Schriever: Verschleißverhalten hochfester Sonderbaustähle XAR, Tagungsband „47. Tribologie-Fachtagung 2006“, S. 8/1–8/9.

[11] Bogatsch, M., und H.-J. Kaiser: Schweißtechnische Verarbeitung von verschleißfesten Stählen, Tagungsband „Große Schweißtechnische Tagung 2006“, S. 80–86.

Dr. Hans-Jürgen Kaiser ist Leiter des Bereichs Technisches Marketing im Profit Center Grobblech der Thyssen-Krupp Steel AG, Duisburg. Dr. Marco Pfeiffer ist Mitarbeiter dieses Bereichs. Prof. Dr. Andreas Kern leitet den Bereich Qualitäts- und Abnahmewesen im Profit Center Groblech.

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