Grobbleche Hochfest für

Höchstleistungen

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Inhalt

Neue Ideen für den Leichtbau mit Stahl Höhere Leistung, mehr Klimaschutz ............................................................ Seite 3

Was sind höherfeste Grobbleche? Die Multitalente für hohe Beanspruchungen ................................................. Seite 4

Qualitätsgesicherte Herstellung Präzise Prozesse aus Walzen und Kühlen .................................................... Seite 8

Einzigartige Werkstoffvorteile Wirtschaftlichkeit und Lebensdauer ............................................................. Seite 12

Vielseitige Verarbeitung Produktspektrum erweitern ........................................................................ Seite 14

Anwendernutzen steigern Innovationen und Wettbewerbsvorteile ........................................................ Seite 16

IMPRESSUMHerausgeber: Stahl-Informations-Zentrum, Postfach 10 48 42, 40039 Düsseldorf Tel.: 0211 6707-831, Fax: 0211 6707-344, E-Mail: siz@stahl-info.de, Internet: www.stahl-info.deIn Zusammenarbeit mit: AG der Dillinger Hüttenwerke, ArcelorMittal, Ilsenburger Grobblech GmbH, SalzgitterFlachstahl GmbH, ThyssenKrupp Steel Europe AG

Ein Nachdruck dieser Veröffentlichung ist – auch auszugsweise – nur mit schriftlicher Genehmigung des Herausgebers und bei Quellenangabe gestattet. Die zugrunde liegenden Informationen wurden mit größterSorgfalt recherchiert und redaktionell bearbeitet. Eine Haftung ist jedoch ausgeschlossen.

Bildnachweis / Quellenangaben: (Abbildungen mit freundlicher Genehmigung von)CLAAS KGaA mbH: S. 1 Bildleiste 3. v.o., 11 unten; chris52 / fotolia.com: S. 22; DeVIce / fotolia.com: S. 1;Bildleiste unten; Dieter Röling: S. 20 unten; Fraport AG: S. 17; Günter Menzl / fotolia.com: S. 23 unten; Institut Feuerverzinken GmbH: S. 15; LEMKEN GmbH & Co. KG: S. 19 oben; Liebherr-International Deutsch-land GmbH: S. 1 großes Bild und Bildleiste o., 5, 6 oben, 16, 18; Metso Lindemann GmbH: S. 23 oben; SMS Siemag AG: S. 8, 10 oben links; Stadtwerke München: S. 10; Stiftung Offshore Windenergie DOTI 2008:S. 13; Talsperren Sachsen-Anhalt: S. 3. Alle anderen Fotos stammen von den an dieser Publikation beteiligtenUnternehmen.

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Bei der Auswahl von Werkstoffen zähltheute nicht mehr allein die technischeLeistungsfähigkeit, auch Klimaschutz,Nachhaltigkeit und Ressourceneffizienzspielen eine wichtige Rolle. Unter diesenGesichtspunkten kommt den von der Stahl-industrie in Deutschland für extrem be -anspruchte Konstruktionen entwickeltenhochfesten Grobblechen eine wachsendeBedeutung zu.

Wenn Konstruktionen höchste Leistungenabverlangt werden, kommen immer häu -figer hochfeste Grobbleche zum Einsatz.Die Steigerung der Festigkeit bei gleich-zeitig hoher Zähigkeit eröffnet Stahl -blechen neue Einsatzmöglichkeiten: Inhochbeanspruchten Konstruktionen redu-zieren sie den Materialeinsatz, schonendadurch Ressourcen und tragen so zumKlimaschutz bei. Weniger Material bedeu-tet weniger Aufwand beim Schweißen, geringeres Gewicht und somit verbesserteWirtschaftlichkeit über den gesamten Lebenszyklus. Geht der zu Ende, folgt dieRückführung in den geschlossenen Werk-stoffkreislauf. Stahl ist ohne Qualitäts -verlust beliebig oft recyclebar.

Diese Bleche können eine Vielzahl von Eigenschaften aufweisen: Je nach Anfor-derung können sie fest oder warmfestsein, hohe Zähigkeit oder großen Korro-sions- und Verschleißwiderstand aufwei-sen. Auf den Punkt gebracht: HochfesteGrobbleche sind Hightech-Produkte fürHightech-Anwendungen.

Neue Ideen für den Leichtbau mit StahlHöhere Leistung, mehr Klimaschutz

Umweltfreundliche

Energiegewinnung mit

Rohrleitungen aus hoch-

festen Grobblechen

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Was sind hochfeste Grobbleche?Die Multitalente für hohe Beanspruchungen

Grobbleche gibt es in kunden-

spezifischen Abmessungen und

in Standardformaten, die bis zu

4.000 mm x 16.000 mm Breite

bzw. Länge reichen

Grobbleche im Allgemeinen zählen zurGruppe der Flacherzeugnisse. Die Stahl -sorten, aus denen sie hergestellt werden,sind nach Einsatzzweck oder Eigenschaf-ten eingeteilt: allgemeine Baustähle (DINEN 10025), Druckbehälterstähle (DIN EN10028), Schiffbaustähle, Stähle für Off -shore-Konstruktionen, rost-, hitze- undsäurebeständige Stähle sowie hoch- undverschleißfeste Stähle.

Laut DIN EN 10079 gelten Bleche ab einer Dicke von 3 mm und einer Breitevon 600 mm als Grobbleche. Betrachtetwerden hier aber die in der Praxis gängi-gen Blechabmessungen mit Mindestdickenab 2,5 mm. Die maximale, in den Regel-werken erfasste Dicke beträgt 400 mm.Die Breiten reichen von ca. 1.000 mm bisüber 5.000 mm.

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Immer höhere FestigkeitenAber was sind nun eigentlich hoch-, höher-und höchstfeste Grobbleche? Durch diefortlaufende Entwicklung neuer und nochfesterer Stahlsorten und Bleche ist dieEinteilung im Wandel. Setzt sich ein hoch-fester Stahl für eine bestimmte Anwen-dung durch, so gilt er bald als Standardfür diesen Einsatzzweck. Ebenso kann fürBauteile, die üblicherweise aus der Stahl-sorte S235 hergestellt werden, ein Stahlder Sorte S355 schon als hochfest gelten,während er in anderen Branchen als nor-malfest deklariert wird. Daher sind die Definitionen nicht immer trennscharf unddauerhaft. Zur Einteilung der Festigkeitendient bei diesen Stählen in Europa üblicher-weise die Streckgrenze.

Die StreckgrenzeGenerell wird zur Festigkeitseinteilung derGrobbleche die Streckgrenze der Stahl-sorte in Megapascal (MPa) bzw. Newtonpro Quadratmillimeter (N/mm2) als Maß-stab genommen. Eine gängige Abstufungvon Festigkeiten bei Grobblechen sindStreckgrenzen von: 355 MPa, 420 MPa,460 MPa, 500 MPa und 690 MPa. Diesekönnen dann unterschiedlichen Festigkeits-klassen zugeordnet werden. Ein möglichesBeispiel zeigt die Tabelle.

Festigkeitsklasse StreckgrenzeHochfest ≥ 355 MPaHöherfest ≥ 500 MPaHöchstfest ≥ 690 MPaBeispiele für Festigkeitsklassen

Bis zur Streckgrenze (Re) nimmt der Stahlnach Belastung seine ursprüngliche Formwieder an. Sie wird durch Zugversuche ermittelt. Die Streckgrenze beschreibt also die größtmögliche Belastung bei reinelastischer Verformung. Wird die Streck-grenze überschritten, führt dies zu einerdauerhaften – plastischen – Verformungdes Stahls. Die Zugfestigkeit (Rm) hinge-gen beschreibt die maximale mechanischeSpannung, die der Stahl aufnehmen kann.Je höher die Belastbarkeit des Werkstoffesist, mit desto geringeren Querschnittenkann eine Konstruktion ausgelegt werden.Das spart Material, bedeutet geringerenEnergieverbrauch bei Herstellung und Ver-arbeitung sowie nicht zuletzt eine gerin -gere Umweltbelastung durch Emissionen.

Hohe Tragkraft durch

hochfeste Grobbleche

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Der VerschleißwiderstandDie Härte von Grobblechen wird in der Regel in Brinell (HBW) angegeben. Je här-ter ein Blech an der Oberfläche ist, destogrößer ist der Verschleißwiderstand. Gän-gige Werte für verschleißfeste Sorten sind 400 HBW, 450 HBW, 500 HBW und600 HBW. Die Brinellhärte HBW bedeutet:Eine Hartmetallkugel von 10 mm Durch-messer wird mit einer Kraft von 30 kN aufdas Blech gedrückt. Die Kraft auf die kleineKugel entspricht dem Gewicht von zweiMittelklasse-Pkw. Danach wird der Ein-druck auf der Blechoberfläche gemessen.Aus seinem Durchmesser wird die Brinell-härte berechnet. Bei 500 HBW beträgtder Durchmesser des Eindrucks wenigerals 3 mm. Bei einem weniger harten Bau-

Längere Lebensdauer, mehr

Nutzwert für Hersteller und

Betreiber – die Vorteile hoch-

fester Werkstoffe bei Abroll-

containern

stahl ist der Eindruck auf dem Blech vielgrößer, weil die Kugel weiter in den wei-cheren Stahl gedrückt wird.

Verschleiß ist ein komplexes System, beidem zahlreiche spezielle Anforderungenan das Grobblech im Praxiseinsatz zu berücksichtigen sind. Hier gilt es, ver-schiedene Faktoren zu beachten. Durchdie Wahl der richtigen Stahlsorte könnenKaltverschweißungen und Materialüber-trag (sogenanntes „Fressen“), Beschädi-gungen durch Riefen, Kratzer und Mulden,Ermüdung oder Risse an der Oberflächedurch Zerrüttung und chemische Reaktio-nen minimiert werden. Auch konstruktiveoder verfahrenstechnische Maßnahmen,wie beispielsweise Einfallhöhe und -winkel

Verschleißfeste Bleche

er füllen die härtesten

Anforderungen

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von Schüttgut in einen Trichter aus Grob-blech, beeinflussen den Verschleiß. Eineenge Abstimmung und Beratung zwischenStahlhersteller und Verarbeiter ist also in jedem Fall zu empfehlen, um optimaleErgebnisse zu erzielen.

Grobbleche aus nichtrostenden StählenAuch Grobbleche aus nichtrostendenStählen stehen zur Verfügung. Sie erhaltenihre Korrosionsbeständigkeit durch die Zulegierung von mindestens 12% Chrom.Durch weitere Legierungselemente werdenEigenschaften wie Festigkeit und Schweiß -eignung eingestellt.

Entwicklung und Optimie-

rung von hochfesten

Stählen für Grobbleche

Entwicklung und Optimie-

rung von verschleißfesten

(gehärteten) Stählen für

Grobbleche

Eine ErfolgsgeschichteSchon seit Ende 1920 kennt man hoch-festen Stahl. In einigen Branchen gilt bisheute ein Stahl mit einer Mindeststreck-grenze von 355 MPa als hochfest. Durchneue Herstellungsverfahren wurden in denletzten Jahrzehnten zahlreiche neue undvor allem noch festere Stahlsorten ent -wickelt. Ein wesentlicher Entwicklungs-sprung bedeutete die Einführung der TM-Stähle (thermomechanisch gewalzte Stähle), die etwa in den 1980er Jahren imindustriellen Maßstab begann. Damit star-tete eine Entwicklung hin zu immer feste-ren Stahlsorten. Heute sind bereits Stahl -sorten mit einer Streckgrenze von 1.300MPa, z. B. im Kranbau, in der Erprobung.So werden immer neue Möglichkeiten für den Leichtbau und damit für umwelt- undressourcenschonende Produktionskettenund Produkte geschaffen.

1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010

S355NS460NS355MS690QLS890QLS960QLS460MS500M**S700MCS1100*S960M*S1300*N – normalisiert

TM – thermomechanisch gewalztQ&T – vergütet

* – Stahlsorte nach Hersteller-Werkstoffdatenblatt

** – Stahlsorte nachOffshore-Standards

1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010

400 HBW450 HBW500 HBW600 HBW

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Qualitätsgesicherte HerstellungPräzise Prozesse aus Walzen und Kühlen

Stahl erzeugende Unternehmen in Deutsch-land haben maßgeblich zur Entwicklungund zur Marktdurchsetzung der hochfestenGrobblech-Stahlsorten beigetragen. Inden Werken entstehen hochwertige Quali-tätsprodukte, bei denen alle Fertigungs -schritte lückenlos durch Qualitätsmanage-mentsysteme überwacht werden.

Je nach Produktionsart unterscheidet manGrobbleche in Quartobleche, die auf so-genannten Quartogerüsten (siehe Grob-blechwalzwerk) hergestellt werden, oderin Bandbleche, die auf einer Warmband-straße gewalzt werden (siehe Warmband-straße).

GrobblechwalzwerkAusgangsprodukte für Grobbleche sindkontinuierlich gegossene Stahlbrammenoder einzelne Blöcke. Die Hauptprozess-

schritte im Grobblechwalzwerk sind: Er-wärmen der Brammen bzw. Blöcke inÖfen auf eine Temperatur von 1.050 bis1.200 °C. Dann folgt das Walzen im Quartowalzgerüst. Der Name rührt daher,dass das Walzgerüst vier Walzen – zweiArbeits- und zwei Stützwalzen – besitzt.

Im Walzwerk werden die Brammen re -versierend zu Blechen gewalzt. Dies ge-schieht, indem sie in mehreren „Stichen“hin und her durch das Walzgerüst geführtund mit jedem Durchlauf dünner ausge-walzt werden. Die Walzkräfte modernerGerüste erreichen eine Walzkraft von biszu 120 MN – dies entspricht umgerechneteinem Gewicht von 12.240 Tonnen. Jenach Stahlsorte kann eine Kühlung derBleche mit Wasser auf einer Kühlstreckefolgen. Mittels nachgelagerter Warm- undauch Kalt-Richtmaschinen entstehen ebeneBleche ohne unzulässige Welligkeiten oder

Der Leitstand in einem

modernen Grobblech -

walzwerk

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partielle Unebenheiten. Danach werdendie Bleche durch Scheren oder mittelsBrennschneidanlagen auf die gewünschtenAbmessungen zerteilt.

WarmbandstraßeBei der Herstellung von Grobblechen überWarmbandstraßen werden die Brammenin einem Durchlauf zu Warmband ausge-walzt und zu Coils, auch Bunde genannt,aufgewickelt. Die Hauptprozessschrittesind: Erhitzen der Brammen in einem Ofen,dann erste Dickenreduzierung durch Walzen in einem oder zwei Vorgerüsten.Anschließend durchläuft das so entstan-dene Vorband eine Fertigstraße mit meh-reren hintereinander angeordneten Walz-gerüsten und wird auf sein endgültigesBandformat ausgewalzt. Es folgen Kühl-einrichtung und Haspelstation zum Auf -wickeln des Bandes. Damit aus dem dickenWarmband verkaufsfertige Grobbleche wer-den, wird das Band vom Coil abgewickeltund in einer Warmband-Querteilanlagemittels leistungsfähiger Scheren zu Tafelnzerteilt und in Richtmaschinen gerichtet.

WalzverfahrenZur Herstellung von Grobblechen könnendrei unterschiedliche Walzverfahren ein -gesetzt werden: Normalwalzen, normalisie-rendes Walzen und thermomechanischesWalzen.

Im Walzgerüst werden

Brammen zu Blech gewalzt

Das Normalwalzen ist das einfachste Ver-fahren und dient in der Hauptsache derFormgebung. Die Bramme wird dabeinach ihrer Erhitzung auf die gewünschteBlechdicke gewalzt. Anschließend könnendie Bleche in entsprechenden Wärmean -lagen zusätzlich gehärtet oder vergütetwerden.

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Beim normalisierenden Walzen erfolgt dieUmformung zum Blech in zwei Walzvorgän-gen. Der erste Vorgang – die Vorverfor-mung – dient vorrangig zur Formgebung.Nach einer bestimmten Abkühlzeit erfolgtdie zweite Walzsequenz, die Endverfor-mung. Dabei werden im Stahl die metallur-gischen Eigenschaften verändert – dieKorngröße verringert sich und die Mikro-struktur wird gleichmäßiger. Durch dieseArt des Walzens können Bleche mit Eigen-schaften hergestellt werden, für die sonst weitere Verfahrensschritte, z.B. eine Wärmebehandlung, notwendig wären.

Das thermomechanische Walzen ist vomPrinzip her ähnlich wie das normalisierendeWalzen. Allerdings finden hier mehrere Abkühlsequenzen statt, die abhängig vonStahlsorte und Abmessungen exakt vor-

ausberechnet sind, und die Endverformungfindet in der Regel bei tieferen Temperatu-ren statt. Das thermomechanische Walzen(TM-Walzen) dient vorrangig zur Erzeugunghöherer Festigkeiten. Mit jeder voraus -berechneten Abkühlrate und jedem Walz-vorgang entsteht im Inneren des Blechesein Gefüge mit einer feinen Korngrößeund damit einer höheren Zähigkeit. BeimTM-Walzen bestimmt die Temperaturfüh-rung die hohe Festigkeit und lässt einengeringeren Massenanteil an Kohlenstoffoder sonst erforderlichen Legierungs -elementen im Stahl zu, woraus die guteSchweißeignung der TM-gewalzten Blecheresultiert.

Bis zu 12.240 Tonnen Druck

üben die Walzen aus

Vor der Fertigstraße wird das Vorband aufgehaspelt,

um Temperaturverluste bei empfindlichen Stahl -

qualitäten zu vermeiden

Kontrolliertes Walzen: Beeinflussung

der Warmbandtemperatur durch

gezielte Wasserbeaufschlagung

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WärmebehandlungNach einem Walzen ohne gezielte Tempe-raturführung kann zur Herstellung hoch-fester Grobbleche noch eine zweistufigeWärmebehandlung folgen. Im Zusammen-spiel von Glühofen bei ca. 900 °C und anschließender schneller Abkühlung in einer Quette mit Wasserhochdruck erhältder Stahl die gewünschte harte Gefüge-struktur. Ein 100 mm dickes und 900 °Cheißes Grobblech wird in ungefähr zweiMinuten bis in den Kern auf Raumtempe-ratur abgekühlt. In dieser kurzen Zeit -spanne des Abschreckens bildet sich einhartes Gefüge aus. Bei Bedarf kann zurErhöhung der Zähigkeit (Bruch- und Riss-festigkeit) noch eine weitere gezielte Er-wärmung mit bestimmten Temperaturenund Haltezeiten der Temperatur (Anlassen)erfolgen.

Auf leistungsstarken

Scherenlinien werden die

Bleche zerteilt

Durchgängige Qualitätsüber -

wachung vom Rohstoff bis zum

Grobblech: Die Basis für eine

sichere Serienfertigung hoch -

belastbarer Konstruktionen

PrüfverfahrenDie Prüfungen und Qualitätsdokumenta -tionen für hochfeste Grobbleche erfolgennach kundenspezifischen Anforderungenund nach nationalen sowie internationalenRegelwerken. Zur zerstörungsfreien Quali-tätskontrolle können bei Grobblechen bei-spielsweise Ultraschall-Prüfungen einge-setzt werden. Auch Rissprüfungen mittelsMagnetpulver und Farbeindringung werdenje nach Spezifikation durchgeführt. Fürdie zerstörende Werkstoffprüfung müssenden Blechen Proben z. B. für Zugversucheoder Kerbschlagbiegeversuche im Laborentnommen werden. Darüber hinaus fin-den schon während der Produktion lau-fend Oberflächen- und Maßkontrollen statt.

Festigkeit/HärteZähigkeit

Bruchzähigkeit

Werkstoff

ZerspanbarkeitKalt-/Warmformbarkeit

SchneidbarkeitSchweißeignung

Verarbeitung

Auslegung

StatikSprödbruchsicherheit

Schwing-/BetriebsfestigkeitUmgebung (saure Medien)Spannungsrisskorrosion

Verschleiß

Bauteilverhalten

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Einzigartige WerkstoffvorteileWirtschaftlichkeit und Lebensdauer

Hochfeste Grobbleche geben dem Kon-strukteur Raum, sich im Spannungsfeldzwischen Werkstoffeigenschaften, Ver -arbeitung und Auslegung zu bewegen. Hochfeste Grobbleche ermöglichen hoch-belastbare Lösungen. Leichtbauweise undLanglebigkeit von Fahrzeugen, Maschinenund Anlagen aus hochfesten Grobblechenführen zu Wettbewerbsvorteilen am Markt.

Höhere WirtschaftlichkeitHochfeste Stähle eröffnen neue Möglich-keiten im Leichtbau. Es wird für die gleicheFunktion weniger Stahl benötigt, was zuGewichtsreduzierungen führt. Einsparun-gen bis zu 50% sind keine Seltenheit. Infolgedessen können auch die Material-und Fertigungskosten pro Bauteil sinken.Damit sind hochfeste Grobbleche auchbei relativ geringen Mehrkosten je Tonnewirtschaftlich eine Alternative.

S355

mögliche Gewichtsreduktion [%]100

80

60

40

20

0S460 S550 S690 S960

Festigkeitsklasse

Mögliche Gewichtsreduktion

durch hoch- und höherfeste

Grobbleche

Anforderungen an hoch-

und verschleißfeste Stähle

zur Bauteilsicherheit

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Deutliche Kostensenkungen lassen sichauch beim Schweißprozess realisieren.Durch die geringere Blechdicke sinkt dasSchweißnahtvolumen und damit die Mengedes benötigten Schweißgutes. Ein Beispiel:Gegenüber einem Grobblech mit 355 MPakann sich das Nahtvolumen eines Blechesmit 460 MPa infolge geringerer Blechdickeum bis zu 42% verringern. Die Verringe-rung des Nahtvolumens führt zwangsläufigauch zu verkürzten Schweißzeiten proBauteil. Insbesondere bei thermomecha-nisch gewalzten Grobblechen kann häufigauf das Vorwärmen verzichtet werden.Energie- und Zeiteinsparungen bedeutenhöhere Produktivität.

Wirtschaftliche Vorteile im Überblick• Gewichtseinsparung,

z.B. ca. 25% zwischen Grobblechmit 355 MPa und 460 MPa

• Größere Montageeinheiten durch leichtere Bauteile möglich

• Weniger Schweißzusatzwerkstoffe• Reduzierung der Schweißzeit

WarmfestigkeitUm die Vorteile der hohen Festigkeit auchbei thermisch beanspruchten Bauteilen zu nutzen, werden hochfeste Grobblech -sorten mit hoher Warmfestigkeit produ-ziert. Sie werden dort eingesetzt, wo hohe

Gründungskonstruktionen

von Windkraftanlagen, hier

Tripoden – hergestellt aus

hochfesten Grobblechen

Betriebstemperaturen oder eine hohe Reibungshitze herrschen. Mit bestimm- ten Grobblechsorten sind problemlos undunbeschadet Dauereinsätze bei 400 °Cmöglich. Spezielle Grobbleche für denKessel- und Druckbehälterbau erlaubensogar Temperaturen bis zu 500 °C. Je höher diese z. B. bei Dampfkraftwerkensind, desto höher ist deren Wirkungsgrad.Hier zeigt sich in besonderem Maße derBeitrag von Stahl zum Klimaschutz.

Härte und Abriebfestigkeit Hohe Abriebfestigkeit ist eine Folge hoherOberflächenhärte. Hier gilt es, ein aus -gewogenes Verhältnis von Härte zu Zähig-keit zu finden. Die Einstellung der Eigen-schaften des Stahls kann durch Zulegierenvon chemischen Elementen, die beschrie-benen Walzprozesse sowie durch geeig-nete Wärmebehandlungen erfolgen. DasZiel aller Maßnahmen ist es, Grobblechemit maßgeschneiderten Eigenschaften fürihren späteren Einsatz herzustellen.

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Vielseitige Verarbeitung Produktspektrum erweitern

Der Erfolg eines Werkstoffes hängt nichtallein von seinen Eigenschaften in Bezugauf den vorgesehenen Einsatzzweck ab.Er muss sich auch praxisgerecht be- undverarbeiten lassen – und zwar möglichstmit vorhandener Anlagentechnologie undohne große Änderungen der Produktions-prozesse. Hochfeste Grobbleche erfüllendiese Anforderungen.

TrennenNeben den klassischen mechanischenTrennverfahren wie Sägen oder Abscherenlassen sich hochfeste Grobbleche auchmit allen üblichen thermischen Verfahrenzuschneiden. Dazu zählen das autogeneBrennschneiden sowie im unteren Ab -messungsbereich zunehmend auch das Laser- und Plasmaschneiden. Letztere er-möglichen höhere Schneidgeschwindig-keiten und einen geringeren Verzug des Zuschnitts. Zu einem eventuell notwendi-gen Vorwärmen sollten die Empfehlungender Hersteller befolgt werden.

Ein weiteres modernes Verfahren ist das Wasserstrahlschneiden. Der Wegfallthermischer Einflüsse ermöglicht präziseSchnitte mit hoher Oberflächengüte. Oftkann sogar eine weitere Fertigbearbeitungentfallen.

Beispiele für die Verarbeitung

von Grobblech

UmformenTrotz ihrer außergewöhnlichen Festigkeitlassen sich hochfeste Grobbleche durchKaltumformung bearbeiten. Dabei ist zuberücksichtigen, dass das Fließen desWerkstoffes beim Kaltbiegen und Abkantenmit zunehmender Härte eingeschränktwird. Dem tragen die Hersteller durch Angabe von Mindestbiegeradien beim Umformen Rechnung. Zur Umformung istein höherer Kraftaufwand notwendig, undhochfeste Bleche haben eine verstärkteRückfederung. Der Umformprozess solltedaher langsam und stetig ausgeführt wer-den, oder das Biegen sollte in mehrerenSchritten erfolgen. Falls erforderlich, wer-den die Bleche vorher angewärmt.Eine Warmumformung ist eher selten vor-gesehen, weil sich dabei die Gefügeeigen-schaften des Stahls ändern können. UnterUmständen wird dann nach dem Warm -umformen eine Wärmebehandlung notwen-dig, um die ursprünglichen Eigenschaftenwieder einzustellen.

Schweißen/FügenHochfeste Grobbleche verfügen i. d. R.über eine gute Schweißeignung. Um auchin der Schweißnaht zu homogenen Material-eigenschaften zu kommen, müssen diechemische Zusammensetzung der Stahl-sorte und des Schweißgutes aufeinanderabgestimmt sein. Abhängig von der Dickeund Festigkeit können hochfeste Bleche

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auch ohne Vorwärmung geschweißt wer-den. Die Hersteller machen dazu konkrete Angaben. Bei größeren Dicken oder sehrhohen Festigkeiten kann ein kontrolliertesVorwärmen mit ebenso kontrollierten Ab-kühlzeiten notwendig werden. Hier spieltdie Erfahrung des Schweißbetriebes eineentscheidende Rolle.

Zur Nachbehandlung der Schweißnähteund zur Verbesserung der Ermüdungs -festigkeit werden z.B. WIG-Aufschmelzen(Wolfram-Inert-Gas) oder in jüngster Zeitauch höherfrequente Hämmerverfahreneingesetzt. Diese können bei hochfestenStählen eine deutliche Steigerung derSchwingfestigkeit bewirken.

Zur Beseitigung unerwünschter Spannun-gen im Grobblech, z.B. nach dem Schwei-ßen, können die Bleche spannungsarmgeglüht werden. Hier sind abhängig vomWerkstoff und von der vorhergehendenWärmebehandlung unbedingt Temperatur-obergrenzen einzuhalten, sodass die zu-vor eingestellten Werkstoffeigenschaftenerhalten bleiben.

ZerspanenHochfeste Grobbleche lassen sich mitallen Methoden der Zerspanung wie Boh-ren, Senken, Gewindebohren, Sägen, Dre-hen und Fräsen gut bearbeiten. Dabei istgrundsätzlich zu beachten, dass das Werk-

stück vibrationsfrei eingespannt wird. Beihochfesten Stählen müssen die Zerspan-parameter wie Kraft, Vorschub, Spanwin-kel und Geometrie des Werkzeuges ange-passt werden. Dies stellt entsprechendeAnforderungen an Maschine, Werkzeugund an die Erfahrung des Bedienpersonals.Zum Bohren eignen sich Bohrer ausSchnellarbeitsstählen oder Hartmetall. Siesollten mit konischem Zapfen, langemDrall und kurzen Schneidlängen ausge-führt sein. Fräsen lassen sich hochfesteGrobbleche ebenfalls mit Werkzeugen ausSchnellarbeitsstahl. Die Stahlhersteller ge-ben Richtwerte zu den Bearbeitungsbedin-gungen an, sodass die Werkzeuge im Hin-blick auf ihre Standzeiten geschont undhochwertige Ergebnisse erzielt werden.

KorrosionsschutzEin schnelles und kostengünstiges Ver -fahren zum langfristigen und widerstands-fähigen Korrosionsschutz von Stahlkons -truktionen ist das Feuerverzinken. Derzeitexistieren für das Feuerverzinken zuverläs-sige Regeln und Richtlinien für Grobblechemit Streckgrenzen von bis zu 460 MPa.Für Stahlsorten mit höheren Festigkeitenist eine enge Abstimmung zwischen Her-steller und Feuerverzinker zwingend erfor-derlich. Je nach Umgebungsbedingungensollte in enger Absprache mit dem Stahl-hersteller ein geeigneter Korrosionsschutzausgewählt werden.

Korrosionsschutz durch

Feuerverzinken

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Materialeigenschaften wie hohe Festigkeitin Kombination mit guter Zähigkeit, hohemVerschleißwiderstand, guter Umformbar-keit und Schweißbarkeit haben dafür ge-sorgt, dass der Einsatz von Grobblechenseit Jahren stetig steigt. Konstruktionenaus hochfesten Grobblechen sind leichter,belastbarer und langlebiger. Mit ihnen las-sen sich nicht nur bestehende Konzepteoptimieren, sie erschließen darüber hinauskonstruktives Neuland. Folgende Beispieleverdeutlichen die Vorteile für Produktent-wicklungen mit hochfesten Grobblechenund geben Anregungen auch für andereBranchen.

Schwere Baufahrzeuge und -maschinenTiefbauunternehmer profitieren gleich inmehrfacher Hinsicht von Grobblechen aushoch- und verschleißfesten Stahlsorten.So ist es einem Hersteller von Kippermul-den gelungen, durch eine neue Konstruk-tionslösung auf Basis hochfester Grob -bleche für eine Kippermulde eine erheb -liche Verminderung des Leergewichtes zuerreichen. Das hat beim Transport eineReduzierung des Kraftstoffverbrauchesund damit eine Entlastung der Umweltdurch weniger Schadstoffemissionen zurFolge. Dies und die Steigerung der zu -lässigen Nutzlast wirken sich positiv aufdie Wirtschaftlichkeit im Betrieb aus. Hinzu kommt eine deutliche Verlängerungder Lebensdauer. Eine Mulde aus einem500 HBW harten Stahl erhöht die Lebens-dauer gegenüber Baustahl (in diesem FallS355) auf das Dreifache. Ähnliches giltauch für andere hochbelastete Konstruk-tionen wie Baggerschaufeln, Förderan -lagen, Zerkleinerungsanlagen oder Abbau-und Erdbewegungsfahrzeuge und für zahl-reiche Maschinen im Bergbau.

TransportfahrzeugeSchwerlasttransportfahrzeuge werdenebenfalls leichter. Durch neue Konstruk-tionskonzepte für Rahmen und Aufbauten,Rungen, Längs- und Querträger sowieUnterfahrschutz kann die Nutzlast ge -

Bei Erdbewegungsfahrzeu-

gen mittlerweile Standard:

Schaufeln aus verschleiß -

festem Stahl

Anwendernutzen steigernInnovationen und Wettbewerbsvorteile

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steigert werden. Möglich wird dies durchhochfeste Grobbleche. Bei Lkw-Aufliegernfür Container beispielsweise konnte dieBlechdicke der Querträger, die zur Ver-stärkung des Bodenrahmens dienen, hal -biert werden. Das bedeutet nicht nur einenGewichtsvorteil von 50%, sondern hat unter anderem auch einen geringerenSchweißaufwand zur Folge. Die Kostendafür betragen nur noch einen Bruchteildessen, was bei herkömmlicher Bauweiseaufgebracht werden musste.

Bei Abrollcontainern, die in der Bau- undEntsorgungswirtschaft eingesetzt werden,sind Eigengewicht und Verschleißfestig-keit von besonderer Bedeutung. Währendbei Abrollcontainern aus herkömmlichenStählen die Bodenbleche meist 5 mm dicksind, konnte dies durch eine Konstruktionaus verschleißfesten Blechen auf nur 2,5 mm Dicke reduziert werden. Dadurchund durch weitere konstruktive Maßnahmenwurde eine Senkung des Eigengewichtsvon rund 3.000 kg um ca. 45% und beimTransport auf dem Lkw eine Kraftstoff -ersparnis von ca. 4 Litern auf 100 km er-reicht. Nutzt man die mögliche Steigerungder Nutzlastkapazität um rund 1.500 kgaus, so können entsprechend viele Trans-portfahrten entfallen. Ein weiteres Beispiel,wie durch den Einsatz von hochfestemStahl Umwelt und Ressourcen geschontwerden können.

Durch die hochfesten Bleche konntenauch die sonst üblichen aufgeschweißtenVersteifungen (Spanten) entfallen, wodurchdie Schweißnahtlänge um insgesamt 30%verkürzt wurde und ebenso die Schweiß-zeiten sanken. Ähnliche Effekte lassen sichz.B. auch bei leichteren und verschleiß-festeren Fahrmischtrommeln von Beton-transportfahrzeugen realisieren.

KranbauErreichte im Jahr 1975 ein Teleskopkraneine Tragfähigkeit von 1,5 Tonnen proTonne Eigengewicht, so hat sich dieseLeistung durch den Einsatz hochfesterStähle in den darauffolgenden 25 Jahrenauf 6,0 Tonnen erhöht. Bis heute werdenKrane stetig weiterentwickelt und immerleistungsfähiger. Das wird auch durch opti-mierte Formen (z.B. Profile) und Zusatz-ausrüstungen wie räumliche Abspannun-gen erreicht. Teleskop-Mobilkrane, Gitter-mast-Raupenkrane, Ladekrane, stationäreKrananlagen, Containeranlagen und dieLaufkatzen bei Portalkranen – bei allenwerden hochfeste Grobbleche eingesetzt.Sie ermöglichen durch ihre Festigkeit stetig zunehmende Traglasten und sorgen

Spezialfahrzeuge halten

durch hochfeste Grobbleche

höheren Belastungen stand

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zudem dafür, dass das Eigengewicht derKrane sinkt. So können trotz der Leistungs-steigerung die für eine Straßenzulassungvorgeschriebenen maximalen Achslasteneingehalten werden.

Ein Beispiel für eine veränderte Ausleger-technologie für Teleskop-Mobilkrane aushochfestem Feinkornstahl S960QL zeigtdas Potenzial. Der Ausleger kommt ohneeingeschweißte Verstärkungsrippen aus,wodurch die energie- und arbeitsaufwen-digen Schweißarbeiten um rund 80 % reduziert werden konnten. Durch den Weg-fall der Verstärkungsrippen ließen sich dieAbstände zwischen den einzelnen Teles-kopschüssen verringern, sodass anstellevon bisher fünf Teleskopschüssen nunsechs ineinandergesteckt werden kön-

nen – der Arbeitsbereich wird dadurchvergrößert. Die vereinfachte Querschnitts-form ermöglichte bei gleichbleibenderTragfähigkeit eine Gewichtsverminderungdes 160-Tonnen-Krans von 72 auf 60 Tonnen. Dadurch benötigt das Fahrgestelldes Autokrans nur noch fünf statt wie bis-her sechs Achsen. Neben einer Steigerungder Nutzlast und des Arbeitsbereichesbringt dies eine verbesserte Handhabungund Wendigkeit des Krans.

Landwirtschaftliche MaschinenEin weites Feld für den Einsatz hoch -fester Grobbleche bieten landwirtschaft -liche Maschinen. Hochfeste Bleche ermög -lichen größere Konstruktionen, und zwarohne Gewichtszuwachs oder Beeinträch-tigung von Stabilität und Funktionalität.Durch größere Maschinen steigt die Pro-duktivität des landwirtschaftlichen Betrie-bes, da mit gleichem Personaleinsatz z.B.größere Flächen bearbeitet oder größereMengen transportiert werden können. Nichtzu vergessen ist die mögliche Gewichts -reduzierung, die das Risiko des Einsinkensoder das einer unerwünschten Bodenver-dichtung vermindern kann.

So konnte das Gewicht der Aufbauten einesTransportanhängers für landwirtschaftlicheErzeugnisse um rund 22% verringert wer-den. Damit einher ging eine Kostenminde-rung von 15%.

Die Tragkraft der Krane

hat sich, bezogen auf das

Eigengewicht, in 35 Jahren

vervielfacht

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Maschinen- und AnlagenbauHochfeste Bleche ermöglichen geeigneteLösungen zur anforderungsgerechten Aus-legung der Maschine beispielsweise beiGehäuse- oder Rahmenkonstruktionen. Bewegliche Bauteile können leichter wer-den, dementsprechend sinkt die benötigteAntriebsenergie. Verschleißfestigkeit spieltz.B. bei Führungsbahnen eine wesentlicheRolle. Das Potenzial, das hochfestes Grob-blech für leichtere Konstruktionen im Maschinen- und Anlagenbau bietet, ist beiweitem noch nicht ausgeschöpft.

SchiffbauAuch im Schiffbau bietet die Gewichts -reduktion zahlreiche Vorteile. Und zwarnicht nur im klassischen Anwendungsfeldder großen Containerschiffe, sondern auchbei Schubschiffen, Schleppern und Arbeits-schiffen.

Ein Beispiel hierfür ist ein Installations-schiff für Offshore-Windparks. Für dasSchiff wurden hauptsächlich hochfesteGrobbleche mit einer Streckgrenze von500 MPa eingesetzt. Durch die Gewichts -reduktion der Konstruktionen erzielt dasSpezialschiff eine hohe Ladekapazität von3.800 Tonnen, und die Tragkraft des Kransbeträgt 300 Tonnen.

Auch bei Mehrzweck-Eisbrechern werdendie Vorteile deutlich. So wurden beispiels-

weise bei einem Mehrzweck-Eisbrecherder Schiffskörper und Rahmenverbandaus hochfesten Grobblechen mit einerStreckgrenze von 500 MPa hergestellt.Der Eisbrecher besitzt für den Winterein-satz die notwendige Stabilität und Wider-standskraft und kann durch sein relativgeringes Gewicht im Sommer für andereAufgaben eingesetzt werden. Das war bis-her bei Eisbrechern in dieser Form nichtmöglich.

Ob zu Lande oder im

Wasser, moderne Stahlwerk-

stoffe bieten Gewichts- und

Festigkeitsvorteile

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WindkraftanlagenHochfeste Grobbleche ab 355 MPa gebenden Türmen von Windkraftanlagen ihre hohe Standfestigkeit. Auch die unter Wasser auf dem Meeresgrund verankertenGründungskonstruktionen für Offshore-Windkraftanlagen werden aus hochfestenGrobblechen hergestellt. Weil Gründungs-konstruktionen aus hochfestem Stahl leich-ter sein können als solche aus konventio-nellem Stahl, vermindert sich der Aufwandfür Transport und Montage.

Nicht zu unterschätzen ist der Beitrag des Stahls zum Klimaschutz in Windkraft-anlagen. In einer Studie der Boston Con-sulting Group wurde festgestellt, dass fürdie Produktion dieses Stahls in Deutsch-land jährlich 0,4 Millionen Tonnen CO2

emittiert werden, denen auf der anderenSeite aber 14,2 Millionen Tonnen Einspa-rungen während des Betriebs gegenüber-stehen, sodass hier das Verhältnis zwi-schen Belastung und Einsparung bei 1 zu32 liegt.

BehälterbauEinige der bei der Kraftstoffproduktion inder petrochemischen Industrie eingesetz-ten Druckbehälter bestehen aus hochfes -ten Blechen aus Vanadium-modifiziertenCrMo-Stählen. Hierdurch können die Wand-stärke und das Eigengewicht dieser ohne-hin sehr schweren Druckbehälter reduziertwerden. Auch hier führt die reduzierteWanddicke durch das geringere Schweiß-nahtvolumen zu Kosteneinsparungen inder Herstellung.

In manchen Fällen sorgt die Wanddicken-reduktion überhaupt erst für die Möglich-keit, die schweren Behälter zum Einsatz-ort zu transportieren und dort aufstellenzu können. Außerdem können durch diehochfesten Werkstoffe Betriebsdrücke undTemperaturen angehoben und so eine hohe Produktivität erzielt werden.

Im Behälterbau ermög-

lichen hochfeste Bleche

höhere Temperaturen

und höheren Druck

Hochfeste Grobbleche

verbessern die Ökobilanz

von Windkraftanlagen

zusätzlich

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WasserkraftwerkeDie Idee, die 200 Meter Höhenunterschiedzwischen Walchen- und Kochelsee in Bayern zur Energiegewinnung zu nutzen,wurde bereits Anfang des 20. Jahrhun-derts entwickelt. Schon 1924 liefertedas Kraftwerk mit seinen großen stähler-nen Druckrohrleitungen den ersten Strom.Dieser Kraftwerkstyp war Vorbild für etlicheweitere Bauten weltweit mit viel höherenLeistungen. Voraussetzung für die Leis-tungssteigerung waren aber hochfesteGrobbleche für die Rohrleitungen.

Thermomechanisch gewalzte und ver -gütete Feinkornbaustähle mit den Festig-keiten 355 MPa, 420 MPa, 460 MPa und690 MPa werden z.B. bei den Fallrohrendes Wasserkraftwerkes Kárahnjúkar in Island eingesetzt. Mit 420 Metern Fall -höhe und einem Innendurchmesser von bis

zu 3.400 mm sind es die längsten Druck-rohrleitungen in Europa.

Ein aktuelles Projekt für ein Pumpspeicher-Kraftwerk weist noch imposantere Zahlenauf: Eine sechs Kilometer lange Druckrohr -leitung mit einem Innendurchmesser vonbis zu 5.100 mm verbindet über einen Höhenunterschied von 470 Metern zweigroße Wasserreservoire. 17.000 Tonnenvergütetes hochfestes Grobblech wurdenin dem Projekt verbaut.

Hochfester Stahl hat die

Entwicklung und den Erfolg

emissionsfreier Wasser -

raftwerke maßgeblich voran-

gebracht

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Klimaschutz mit Faktor 6Wenn hohe Leistungen gefordert werden,wie z. B. bei der Schifffahrt, der Energie -erzeugung oder in vielen Bereichen der Industrie, kommen hochfeste Grobblechezum Einsatz. Zu ihrer Erzeugung mussEnergie aufgewendet werden, und es ent-stehen Treibhausgase. Das gilt genausofür alle anderen Metalle, Kunst- und Werk-stoffe. Allerdings zeigt der Blick ins Detail:Innovative Stahlanwendungen sparen er-heblich mehr CO2, als die hierfür erforder-liche Stahlerzeugung verursacht.

Die Boston Consulting Group hat anhandvon acht innovativen Stahlanwendungenzusammen mit der WirtschaftsvereinigungStahl und dem Stahlinstitut VDEh unter-sucht, wie viel CO2 bei der Erzeugung derhierfür benötigten Stahlmengen in Deutsch-land entsteht. Umgelegt auf den gesam-ten Lebenszyklus der jeweiligen Stahl -anwendungen werden bei der Produktion

Innovative Stähle sparen

sechsmal so viel CO2 ein,

wie ihre Produktion ver -

ursacht

des Stahls für diese acht Produkte rund12 Millionen Tonnen CO2 im Jahr freige-setzt. Die aus dem Einsatz dieser Stählegewonnenen Einsparungen belaufen sichdagegen auf 74 Millionen Tonnen CO2 imJahr 2020.

Insgesamt wird die bei der gesamten Stahl -erzeugung in Deutschland jährlich emit-tierte Menge von 67 Millionen Tonnen CO2

allein durch die anhand der acht Beispieleermittelte CO2-Einsparung von 74 MillionenTonnen mehr als kompensiert.

Recyclingweltmeister StahlStahl leistet durch vielseitige Anwendungenund Einsatzmöglichkeiten einen wertvollenBeitrag zum Umwelt- und Klimaschutz,denn kein anderes Metall wird so umwelt-verträglich hergestellt wie Stahl. Da zu-dem ein geschlossener Werkstoffkreislaufbesteht und Stahl ohne Qualitätsverlust

EmissionenΣ ~ 12 Mio. t

0,1Effizienz fossile Kraftwerke 29,5

0,4Windkraftwerke 14,2

8,4Gewichtsreduktion Pkw 11,2

1,0Kraft-Wärme-Kopplung 9,2

0,03Weitere regenerative Energien 5,0

0,1Effiziente Trafos 2,1

0,7Effiziente E-Motoren 1,9

0,9Gewichtsreduzierung Lkw 1,0

EinsparpotenzialΣ ~ 74 Mio. t

Mio. t CO2/Jahr

Faktor 6

Stahl bringt die Energie zum

Endverbraucher

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vollständig und beliebig oft recycelt wer-den kann, werden Rohstoffe und Energiegespart. Eine Tonne Stahl, die aus Schrotterzeugt wird, spart 1,5 Tonnen Eisenerz,0,65 Tonnen Kohle, 0,3 Tonnen Kalksteinund vermeidet rund 1 Tonne CO2. Auf diese Art werden die Ressourcen unsererErde geschont.

Eines Tages erreichen innovative Nutzfahr-zeuge und Schiffe, Kraftwerkskomponen-ten, Kranwagen und Retorten das Endeihres Lebenszyklus. Der Stahl aus diesennicht mehr gebrauchsfähigen Produktenwird zurückgewonnen und wieder demWerkstoffkreislauf zugeführt. Stahlschrottist wichtiger Rohstoff für neuen Stahl.Der Rücklauf von Stahl aus ausgedientenProdukten ist sehr hoch. Allein im Jahre2008 wurden weltweit rund 530 MillionenTonnen Stahlschrott erfasst, aufbereitetund wiederverwertet. Jedes Stahlprodukt,das erfasst wird, wird auch recycelt. Aller-dings kann es einige Jahrzehnte dauern,bis der eingesetzte Stahl in den Kreislaufzurückgeführt wird.

Neue Perspektiven entdeckenNeue Werkstoffe eröffnen neue Möglich-keiten. Für Entwickler und Konstrukteurebedeutet das: Hochfeste Grobbleche sinddie Basis noch leistungsfähigerer und nochleichterer Produkte. Die Effizienz des Werk-stoffs stärkt nicht nur die Wettbewerbs -

Zerkleinern von Stahlteilen

mit Hilfe einer Schrottschere.

Auch hochfester Stahl lässt

sich beliebig oft recyceln.

fähigkeit des Anwenders auf nationalenund globalen Märkten, sondern schontdurch die besonderen Eigenschaften vonStahl die Ressourcen der Erde. Gleich -zeitig wird durch die umweltschonendeHerstellung das Klima von Treibhaus gasenentlastet.

Wie alle Produkte aus Stahl werden auchErzeugnisse aus hochfesten Grobblechenam Ende der Nutzungsphase in den ge-schlossenen Werkstoffkreislauf zurück -geführt – immer wieder und ohne Quali-tätsverlust. Das macht Stahl zum nach -haltigsten aller Konstruktionswerkstoffe.

Stahl gibt vielen Produkten Form und Funk-tion. Hochfeste Grobbleche erweitern dieAnwendungsmöglichkeiten in zahlreichenBereichen, in denen es auf Leistung an-kommt. Hier sind sie die ökologisch undökonomisch richtige Entscheidung.

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