Stahl im Schiffbau: Stahlsorten, Festigkeit und Zähigkeit erklärt

Stahl im Schiffbau muss hohen mechanischen Belastungen standhalten und gleichzeitig zuverlässig auf unterschiedliche Einsatzbedingungen reagieren. Doch was steckt eigentlich hinter Bezeichnungen wie Grade D, Grade E, DH36 oder FH36?

Wer solche Bezeichnungen liest, erkennt zunächst Zahlen und Buchstaben. Doch wie unterscheiden sich die einzelnen Güten eigentlich – und was lässt sich aus ihrer Bezeichnung ablesen?

Welche Stahlsorten werden im Schiffbau eingesetzt?

Im Schiffbau kommen normalfeste und höherfeste Stahlsorten zum Einsatz. Zu den normalfesten Güten gehören Grade A, Grade D und Grade E. Sie werden unter anderem für tragende Bereiche wie Außenhaut und Deck eingesetzt.

Für stärker beanspruchte Rumpfbereiche kommen höherfeste Güten wie DH36, EH36 und FH36 infrage. Sie können beispielsweise für stärker belastete Decks- und Bodenbereiche oder andere primäre tragende Strukturen eingesetzt werden.

Mit EH40 und E500/EH50 stehen außerdem Güten mit nochmals höheren Festigkeitswerten zur Verfügung. Bei entsprechend beanspruchten Rumpfstrukturen können solche Werkstoffe beispielsweise für besonders belastete Bereiche eingesetzt werden.

Dabei besteht ein Schiff nicht aus einer einzigen Stahlgüte. Innerhalb einer Konstruktion können unterschiedliche Güten zum Einsatz kommen. Entscheidend ist, wie stark ein Bauteil beansprucht wird, welche Funktion es übernimmt und welchen Einsatzbedingungen es ausgesetzt ist.

Ein weniger stark beanspruchter Bereich kann beispielsweise mit einer normalfesten Güte ausgeführt werden. Muss ein Bauteil dagegen höhere Spannungen aufnehmen, kann eine höherfeste Güte wie DH36 und oder EH36 vorgesehen werden. Wird zusätzlich eine höhere Zähigkeit bei niedrigen Temperaturen gefordert, kann innerhalb derselben Festigkeitsklasse eine Güte mit entsprechend höherer Anforderung an die Kerbschlagzähigkeit erforderlich sein.

Damit wird deutlich: Die Stahlgüte wird nicht allein nach dem Schiffstyp ausgewählt. Entscheidend ist vielmehr die konkrete Beanspruchung des jeweiligen Bauteils.

Warum Festigkeit allein bei Stahl im Schiffbau nicht ausreicht

Zwei Stähle können eine vergleichbare Festigkeit aufweisen und sich trotzdem für unterschiedliche Einsatzbedingungen eignen. Entscheidend ist unter anderem, wie sich der Werkstoff bei niedrigen Temperaturen verhält.

Genau hier kommt die Zähigkeit ins Spiel. Sie beschreibt, wie viel Energie ein Werkstoff aufnehmen kann, bevor es zum Bruch kommt. Nachgewiesen wird sie unter anderem mit dem Kerbschlagbiegeversuch.

Die Prüftemperatur ist dabei ein wesentlicher Bestandteil der jeweiligen Werkstoffanforderung. Je niedriger die geforderte Prüftemperatur, desto anspruchsvoller ist der Nachweis der Zähigkeit bei Kälte.

Für Stahl im Schiffbau bedeutet das: Eine höhere Festigkeit allein sagt noch nicht aus, ob eine Güte für eine bestimmte Konstruktion oder Einsatzbedingung geeignet ist. Festigkeit und Zähigkeit müssen gemeinsam betrachtet werden.

Was bedeuten Grade D, Grade E, DH36 und FH36?

Bei Grade A, Grade D und Grade E liegt die Mindeststreckgrenze bei 235 MPa. Die Unterschiede zeigen sich bei der Kerbschlagprüfung:

• Grade A: +20°C
• Grade D: -20°C
• Grade E: -40°C

Bei DH36, EH36 und FH36 liegt die Mindeststreckgrenze bei 355 MPa. Die Zahl 36 steht dabei für die Festigkeitsklasse. Die Buchstaben unterschieden die Anforderungen an die Kerbschlagzähigkeit:

• DH36: -20°C
• EH36: -40°C
• FH36: -60°C

Damit können Güten derselben Festigkeitsklasse unterschiedliche Anforderungen an die Zähigkeit bei niedrigen Temperaturen erfüllen.

Bei EH40 liegt die Mindeststreckgrenze bei 390 MPa. E500/EH50 erreicht 500 MPa und gehört damit zu einer nochmals höheren Festigkeitsklasse.

Für die Einordnung einer Güte sind damit zwei Punkte besonders wichtig: Wie hoch ist die geforderte Festigkeit und bei welcher Temperatur muss die erforderliche Zähigkeit nachgewiesen werden?

Fazit:

Stahl im Schiffbau wird nicht nach einem einzigen Kriterium ausgewählt. je nach Bauteil und Einsatzbedingungen können unterschiedliche Anforderungen an Festigkeit und Zähigkeit bestehen.

Genau deshalb kommen innerhalb einer Schiffskonstruktion verschiedene Stahlgüten zum Einsatz. Die Bezeichnung einer Güte liefert dabei wichtige Hinweise darauf, für welche Anforderungen der Werkstoff ausgelegt ist.

Welche Güte tatsächlich eingesetzt wird, ergibt sich aus der konkreten Konstruktion, der Beanspruchung, der Blechdicke, den Einsatzbedingungen und den Anforderungen des jeweiligen Klassifikationsregelwerks.