Feinkornbaustahl im Brückenbau: N oder M, Schweißen, Zeugnisprüfung

Was ist Feinkornbaustahl?

Die Normenreihe EN 10025 „Warmgewalzte Erzeugnisse aus Baustählen“ teilt die Baustähle in Teile: Teil 2 die unlegierten Baustähle, Teil 3 die normalgeglühten bzw. normalisierend gewalzten schweißgeeigneten Feinkornbaustähle, Teil 4 die thermomechanisch gewalzten schweißgeeigneten Feinkornbaustähle, Teil 5 die wetterfesten Baustähle und Teil 6 die Flacherzeugnisse aus Stählen mit höherer Streckgrenze im vergüteten Zustand (z. B. S690QL). Den Begriff „Feinkornbaustahl“ tragen die Titel von Teil 3 und Teil 4; die Sorten aus Teil 5 behandelt die Seite zum wetterfesten Baustahl.

Beide Teile nennen im Anwendungsbereich dieselbe Zielgruppe: Die Stähle sind besonders für hoch beanspruchte Teile geschweißter Konstruktionen bestimmt, etwa Brücken, Hochwassertore, Speicher- und Wasserversorgungsbehälter, für den Einsatz bei Umgebungs- und tiefen Temperaturen. Teil 3 gilt für Erzeugnisse bis 250 mm Dicke, Teil 4 bis 150 mm.

Diese Seite bezieht sich auf EN 10025-3:2019 und EN 10025-4:2019 (sie ersetzen die Ausgaben 2004; für Anwendungen unter der Bauproduktenverordnung wird bis zur Neuausgabe von Teil 1 weiter EN 10025-1:2004 mit herangezogen), auf EN 10025-2:2019 für das Bezeichnungssystem, die Begriffe der Lieferzustände, den Aufbau der Prüfbescheinigung sowie einzelne allgemeine Festlegungen (Kohlenstoffäquivalent, Schweißeignung, Prüfeinheit, Kennzeichnung), auf EN 1090-2:2018+A1:2024 (Ausführung von Stahltragwerken), auf EN 10204:2004 (Arten von Prüfbescheinigungen) und auf ZTV-ING Teil 4 Abschnitt 1 „Stahlbau“, Stand 2023/12 (Gesamtfassung 2026/01). Werte aus Herstellerdatenblättern sind als solche gekennzeichnet.

Normalgeglüht (N/NL) oder thermomechanisch gewalzt (M/ML)?

Der Unterschied liegt im Lieferzustand. EN 10025-2 definiert das normalisierende Walzen als Walzverfahren, das einen Zustand wie nach dem Normalglühen erzeugt, sodass die festgelegten mechanischen Eigenschaften auch nach einem Normalglühen erhalten bleiben. Das thermomechanische Walzen dagegen führt zu einem Zustand mit Eigenschaften, die sich durch eine Wärmebehandlung allein weder erreichen noch wiederherstellen lassen.

Für die Werkstatt hat das handfeste Folgen. EN 1090-2 lässt Warmumformen von Stählen nach EN 10025-4 nicht zu (Abschnitt 6.5.2). Für S420 und S460 nach EN 10025-3 ist Warmumformen möglich, aber nur in einem festgelegten Temperaturbereich mit anschließender Abkühlung an Luft; ist das nicht einzuhalten, ist danach normalzuglühen. Auch das Flammrichten ist geregelt: Für Stahlsorten über S355 verlangt EN 1090-2 ein dokumentiertes Verfahren mit höchster Stahltemperatur und Abkühlung, Erwärmungsmethode, Temperaturmessung und den berechtigten Mitarbeitern, qualifiziert über Zug-, Kerbschlag- und Härteprüfungen (Abschnitt 6.5.3.1). Das gilt für N- und M-Stähle gleichermaßen.

Der Vorteil des thermomechanischen Walzens liegt in der Schweißeignung. ArcelorMittal beschreibt die M-Sorten als besser schweißgeeignet als die entsprechenden normalisierten Güten; die Herstellerangaben zum Kohlenstoffäquivalent zeigen den Abstand: Für S460NL bis 63 mm nennen die Datenblätter von ArcelorMittal und Ancofer einen CEV-Höchstwert von 0,53, für S460M/ML bis 40 mm nennen Dillinger und ArcelorMittal 0,45 bis 0,46. Umgekehrt behalten normalgeglühte Stähle laut ArcelorMittal ihre mechanischen Eigenschaften, wenn Schweißnähte nachträglich normalgeglüht werden.

Bezeichnung lesen: S355ML, S460NL

Das Bezeichnungssystem der Reihe zeigt EN 10025-2 in Abschnitt 4.2.2: Der Kurzname beginnt mit S für Baustahl, darauf folgt die festgelegte Mindeststreckgrenze für Dicken bis 16 mm in MPa. Bei den Feinkornbaustählen folgt das Kennzeichen des Lieferzustands — N für normalgeglüht/normalisierend gewalzt, M für thermomechanisch gewalzt — und gegebenenfalls ein L.

• S355M / S460M: die Grundgüte, Mindestwert der Kerbschlagarbeit bei −20 °C, laut den Datenblättern von Dillinger und ArcelorMittal.
• S355ML / S460ML: die kaltzähe Güte mit Mindestwert der Kerbschlagarbeit bei −50 °C, nach denselben Quellen. Für die kaltzähe N-Güte S460NL nennen ArcelorMittal und Ancofer ebenfalls −50 °C.
• Nicht verwechseln: S355N ist ein Feinkornbaustahl nach EN 10025-3. S355J2+N ist ein unlegierter Baustahl nach EN 10025-2, bei dem „+N“ nur den Lieferzustand angibt.

Die Zahl im Namen gilt nur für die dünnste Dickenstufe. Nach EN 10025-3 Tabelle 4 sinkt die Mindeststreckgrenze mit der Nenndicke: bei S355N/NL von 355 MPa (bis 16 mm) auf 335 MPa über 40 bis 63 mm, bei S460N/NL von 460 MPa auf 380 MPa über 100 bis 150 mm. Für die Bemessung von Brücken verweist die ZTV-ING bis 80 mm Blechdicke auf die Nennwerte von DIN EN 1993-1-1 Tabelle 3.1, darüber auf die jeweilige Produktnorm (Teil 4 Abschnitt 1 Nr. 3 (8)).

Welche Stähle die ZTV-ING für Brücken zulässt

ZTV-ING Teil 4 Abschnitt 1 Nr. 3 regelt die Werkstoffe für Stahlbrücken. Die Kernpunkte:

• Normen: Es gelten DIN EN 10025-1 bis -5, DIN EN 10210 und DIN EN 10219 (Nr. 3 (1)). Teil 6, die vergüteten Stähle, steht nicht in der Liste.
• Festigkeitsklassen: Es dürfen nur Stähle der Festigkeitsklassen S235, S355 und S460 verwendet werden (Nr. 3 (4)). Für tragende Bauteile von Brücken sind die Gütegruppen JR und J0 ausgeschlossen (Nr. 3 (5)).
• Lieferbedingungen der Bahn: Für tragende Bauteile von Brücken gelten die technischen Lieferbedingungen DBS TL 889.0202 (DBS 918 002-02); die Urkunde der herstellerbezogenen Produktqualifikation (HPQ) ist dem Auftraggeber vor der Materialbestellung vorzulegen (Nr. 3 (2) und (3)).
• Rückverfolgbarkeit: Von der Lieferung bis zur Übergabe ist eine Rückverfolgbarkeit in Bezug auf die Abnahmeprüfzeugnisse und die einzelnen Positionen erforderlich (Nr. 3 (2)).
• Z-Güte: Die erforderliche Z-Güte ist statisch nachzuweisen; für Flachstähle ab 15 mm Dicke in tragenden Bauteilen von Straßenbrücken mindestens Z15 (Nr. 3 (7)). Warum das zählt, erklärt die Seite zum Terrassenbruch.
• Hohlprofile: nur warmgefertigt nach DIN EN 10210, über 30 mm Wanddicke nur im Lieferzustand NH oder NLH (Nr. 3 (6)).

Und S690? Hochfester Feinkornbaustahl wie S690QL gehört zu EN 10025-6 und liegt außerhalb der genannten Festigkeitsklassen. EN 1090-2 führt Stähle mit Mindeststreckgrenze über 460 MPa im thermomechanisch gewalzten oder vergüteten Zustand als hochfeste Stähle (HSS) mit eigenen Anforderungen (Abschnitt 3.16). S460M und S460N fallen nicht darunter.

Feinkornbaustahl schweißen: Vorwärmen und Wärmeeinbringung

Für das Lichtbogenschweißen verweist EN 10025-2 auf EN 1011-2; auch die Teile 3 und 4 führen EN 1011-2 unter ihren normativen Verweisungen. Die Anmerkung in EN 10025-2 (Abschnitt 7.4.1.1) nennt die drei Faktoren, die zusammen zu Kaltrissen führen: diffusibler Wasserstoff im Schweißgut, ein spröder Gefügezustand der Wärmeeinflusszone und hohe Zugspannungen in der Verbindung — mit zunehmender Dicke und Festigkeit steigt das Risiko.

Die Schweißeignung wird über das Kohlenstoffäquivalent der Schmelzenanalyse beurteilt, nach der IIW-Formel CEV = C + Mn/6 + (Cr + Mo + V)/5 + (Ni + Cu)/15 (EN 10025-2 Abschnitt 7.2.3; dieselbe Formel verwendet Dillinger für die Sorten nach EN 10025-4). Als Höchstwert für S355M bis 40 mm nennen die Datenblätter von Dillinger und ArcelorMittal übereinstimmend 0,39 (das ArcelorMittal-Blatt bezieht sich noch auf die Ausgabe 2004).

Vorwärmen: EN 1090-2 Abschnitt 7.5.5 verlangt, dass ein erforderliches Vorwärmen nach EN ISO 13916, EN 1011-2 und/oder EN 1011-3 erfolgt, gemäß der gültigen WPS, und während des gesamten Schweißens gilt — einschließlich Heftschweißungen und dem Anschweißen von Hilfsteilen. Wovon die passende Vorwärmtemperatur abhängt, zählt Dillinger auf: Konstruktion, Blechdicke, Wärmeeinbringung, Schweißprozess, Zusatzwerkstoff und Grundwerkstoff. Dillinger beschreibt für seine thermomechanisch gewalzten Sorten, dass wegen des niedrigen Kohlenstoffäquivalents vielfach auf das Vorwärmen verzichtet werden kann, sofern wasserstoffarme Zusatzwerkstoffe und Schweißbedingungen eingesetzt werden. Das ist eine Herstellerempfehlung, keine Normvorgabe; festgelegt wird die Vorwärmung in der WPS.

Wärmeeinbringung: Wärmeeinbringung und Vorwärmtemperatur steuern die Abkühlzeit t8/5, also die Zeit von 800 °C auf 500 °C, in der sich Zähigkeit, Festigkeit und Härte der Wärmeeinflusszone einstellen (SCI P432). Laut Dillinger führen die niedrigen Legierungsgehalte der M-Sorten auch bei hohen Wärmeeinbringungen zu günstigen Zähigkeiten in der Wärmeeinflusszone. Ob ein Parameterfeld trägt, belegt die Verfahrensprüfung — nicht das Datenblatt.

Hilfsteile und Prüfwartezeit: Werden angeschweißte Hilfsteile entfernt, ist die Stelle bei Stahlsorten ab S355 zusätzlich zerstörungsfrei zu prüfen; Abmeißeln und Fugenhobeln sind bei Sorten ab S460 und an ermüdungsbeanspruchten Bauteilen nicht zulässig, sofern nichts anderes festgelegt ist (EN 1090-2 Abschnitt 7.5.6). Vor der zerstörungsfreien Prüfung der Nähte gelten Mindestwartezeiten, die EN 1090-2 Tabelle 23 für S275 bis S460 nach Nahtdicke, Wärmeeinbringung und Vorwärmmethode staffelt; die Zeit zwischen Schweißende und Prüfbeginn ist im Prüfbericht anzugeben.

Das Abnahmeprüfzeugnis 3.1 prüfen

Für Baustähle über S275 verlangt EN 1090-2 Tabelle 1 eine Prüfbescheinigung 3.1 nach EN 10204 — Feinkornbaustähle der Festigkeitsklassen S355 und S460 liegen damit immer darüber. Ein Abnahmeprüfzeugnis 3.1 ist nach EN 10204 eine Bescheinigung des Herstellers mit Prüfergebnissen aus spezifischer Prüfung, bestätigt von seinem von der Fertigung unabhängigen Abnahmebeauftragten. Beim 3.2 bestätigt zusätzlich der Abnahmebeauftragte des Bestellers oder der in amtlichen Vorschriften genannte Sachverständige.

Worauf es bei der Eingangsprüfung ankommt:

• Sorte und Lieferzustand: Steht auf dem Zeugnis genau die bestellte Bezeichnung — S355ML und nicht S355M, S460NL und nicht S460N?
• Schmelze: EN 10025-2 verlangt für die unlegierten Baustähle eine Kennzeichnung mit Sorte, Güte und Lieferzustand, einer Nummer, über die die Schmelze identifiziert werden kann, und dem Herstellerzeichen (Abschnitt 11.1). Dillinger stempelt seine M-Bleche mit Stahlsorte, Schmelznummer sowie Walztafel- und Fertigblechnummer. Die Schmelznummer am Blech muss zum Zeugnis passen.
• Chemie und CEV: EN 1090-2 Tabelle 1, Fußnote b, gibt wieder, dass nach EN 10025-1 die Elemente der CEV-Formel im Zeugnis anzugeben sind. EN 10025-2 führt für Teil 2 in Abschnitt 8.2 die Angaben nach EN 10168 auf, darunter Schmelzverfahren und chemische Zusammensetzung (C70–C92) und die Bestätigung (Z).
• Mechanische Werte: Zugversuch und Kerbschlagbiegeversuch bei der Prüftemperatur der bestellten Güte. Nach EN 10025-2 wird je Schmelze in Prüfeinheiten von 60 t oder einem Teil davon geprüft, bei schweren Profilen über 200 kg/m oder Schmelzen über 200 t in Prüfeinheiten von 80 t (Abschnitt 9.1.2); dieselbe Prüfeinheit gilt laut Dillinger auch für die Teile 3 bis 6.
• Bestellte Zusatzeigenschaften: Z-Güte, Eignung zum Feuerverzinken, Kaltumformbarkeit oder Werte in Querrichtung sind bei der Bestellung zu vereinbaren und im Abnahmeprüfzeugnis anzugeben (ZTV-ING Teil 4 Abschnitt 1 Nr. 3 (9)).

Was in die Akte gehört

Für EXC3 und EXC4 verlangt EN 1090-2, dass die Bauprodukte vom Wareneingang bis zur Übergabe nach dem Einbau rückverfolgbar sind; das darf über Chargen eines gemeinsamen Fertigungsprozesses laufen, sofern keine Einzelrückverfolgbarkeit festgelegt ist. Die ZTV-ING verlangt für Brücken die Zuordnung zu Abnahmeprüfzeugnis und Position und die Vorlage der Abnahmeprüfzeugnisse beim Auftraggeber vor Beginn der Fertigung (Teil 4 Abschnitt 1 Nr. 3 (2) und (11)); die Aufwendungen dafür sind Nebenleistungen (Nr. 3 (12)). Wie die Werkstoffnachweise mit den übrigen Nachweisen zusammenhängen, zeigt die Seite zu ZTV-ING Teil 4. Werkstoffzeugnisse nach EN 10204 lassen sich in BrückenNorm der Charge und Position zuordnen.

Was im Einzelfall gilt, steht in den Vertragsunterlagen des Bauvorhabens. Über Prüfumfang und Abnahme entscheidet die zuständige Stelle.

BrückenNorm läuft auf StahlNorm.