Grobbleche Hochfest für Höchstleistungen - Wirtschaftsvereinigung Stahl
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Grobbleche
Hochfest für
Höchstleistungen
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
IMPRESSUM
Herausgeber: 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.de
In Zusammenarbeit mit: AG der Dillinger Hüttenwerke, ArcelorMittal, Ilsenburger Grobblech GmbH, Salzgitter
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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 beteiligten
Unternehmen.
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Neue Ideen für den Leichtbau mit Stahl
Höhere Leistung, mehr Klimaschutz
Bei der Auswahl von Werkstoffen zählt Diese Bleche können eine Vielzahl von
heute nicht mehr allein die technische Eigenschaften aufweisen: Je nach Anfor-
Leistungsfähigkeit, auch Klimaschutz, derung können sie fest oder warmfest
Nachhaltigkeit und Ressourceneffizienz sein, hohe Zähigkeit oder großen Korro-
spielen eine wichtige Rolle. Unter diesen sions- und Verschleißwiderstand aufwei-
Gesichtspunkten kommt den von der Stahl- sen. Auf den Punkt gebracht: Hochfeste
industrie in Deutschland für extrem be- Grobbleche sind Hightech-Produkte für
anspruchte Konstruktionen entwickelten Hightech-Anwendungen.
hochfesten Grobblechen eine wachsende
Bedeutung zu.
Wenn Konstruktionen höchste Leistungen
abverlangt werden, kommen immer häu-
figer hochfeste Grobbleche zum Einsatz.
Die Steigerung der Festigkeit bei gleich-
zeitig hoher Zähigkeit eröffnet Stahl-
blechen neue Einsatzmöglichkeiten: In
hochbeanspruchten Konstruktionen redu-
zieren sie den Materialeinsatz, schonen
dadurch Ressourcen und tragen so zum
Klimaschutz bei. Weniger Material bedeu-
tet weniger Aufwand beim Schweißen,
geringeres Gewicht und somit verbesserte
Wirtschaftlichkeit über den gesamten
Lebenszyklus. Geht der zu Ende, folgt die Umweltfreundliche
Rückführung in den geschlossenen Werk- Energiegewinnung mit
stoffkreislauf. Stahl ist ohne Qualitäts- Rohrleitungen aus hoch-
verlust beliebig oft recyclebar. festen Grobblechen
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Was sind hochfeste Grobbleche?
Die Multitalente für hohe Beanspruchungen
Grobbleche im Allgemeinen zählen zur
Gruppe der Flacherzeugnisse. Die Stahl-
sorten, aus denen sie hergestellt werden,
sind nach Einsatzzweck oder Eigenschaf-
ten eingeteilt: allgemeine Baustähle (DIN
EN 10025), Druckbehälterstähle (DIN EN
10028), Schiffbaustähle, Stähle für Off-
shore-Konstruktionen, rost-, hitze- und
säurebeständige Stähle sowie hoch- und
verschleißfeste Stähle.
Laut DIN EN 10079 gelten Bleche ab
einer Dicke von 3 mm und einer Breite
von 600 mm als Grobbleche. Betrachtet
werden hier aber die in der Praxis gängi-
gen Blechabmessungen mit Mindestdicken
ab 2,5 mm. Die maximale, in den Regel-
werken erfasste Dicke beträgt 400 mm.
Die Breiten reichen von ca. 1.000 mm bis
über 5.000 mm.
Grobbleche gibt es in kunden-
spezifischen Abmessungen und
in Standardformaten, die bis zu
4.000 mm x 16.000 mm Breite
bzw. Länge reichen
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Immer höhere Festigkeiten
Aber was sind nun eigentlich hoch-, höher-
und höchstfeste Grobbleche? Durch die
fortlaufende Entwicklung neuer und noch
festerer Stahlsorten und Bleche ist die
Einteilung im Wandel. Setzt sich ein hoch-
fester Stahl für eine bestimmte Anwen-
dung durch, so gilt er bald als Standard
für diesen Einsatzzweck. Ebenso kann für
Bauteile, die üblicherweise aus der Stahl- Hohe Tragkraft durch
sorte S235 hergestellt werden, ein Stahl Festigkeitsklasse Streckgrenze hochfeste Grobbleche
der Sorte S355 schon als hochfest gelten, Hochfest ≥ 355 MPa
während er in anderen Branchen als nor- Höherfest ≥ 500 MPa
malfest deklariert wird. Daher sind die Höchstfest ≥ 690 MPa
Definitionen nicht immer trennscharf und Beispiele für Festigkeitsklassen
dauerhaft. Zur Einteilung der Festigkeiten
dient bei diesen Stählen in Europa üblicher-
weise die Streckgrenze. Bis zur Streckgrenze (Re) nimmt der Stahl
nach Belastung seine ursprüngliche Form
wieder an. Sie wird durch Zugversuche
Die Streckgrenze ermittelt. Die Streckgrenze beschreibt
Generell wird zur Festigkeitseinteilung der also die größtmögliche Belastung bei rein
Grobbleche die Streckgrenze der Stahl- elastischer Verformung. Wird die Streck-
sorte in Megapascal (MPa) bzw. Newton grenze überschritten, führt dies zu einer
pro Quadratmillimeter (N/mm2) als Maß- dauerhaften – plastischen – Verformung
stab genommen. Eine gängige Abstufung des Stahls. Die Zugfestigkeit (Rm) hinge-
von Festigkeiten bei Grobblechen sind gen beschreibt die maximale mechanische
Streckgrenzen von: 355 MPa, 420 MPa, Spannung, die der Stahl aufnehmen kann.
460 MPa, 500 MPa und 690 MPa. Diese Je höher die Belastbarkeit des Werkstoffes
können dann unterschiedlichen Festigkeits- ist, mit desto geringeren Querschnitten
klassen zugeordnet werden. Ein mögliches kann eine Konstruktion ausgelegt werden.
Beispiel zeigt die Tabelle. Das spart Material, bedeutet geringeren
Energieverbrauch bei Herstellung und Ver-
arbeitung sowie nicht zuletzt eine gerin-
gere Umweltbelastung durch Emissionen.
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Verschleißfeste Bleche Der Verschleißwiderstand stahl ist der Eindruck auf dem Blech viel
erfüllen die härtesten Die Härte von Grobblechen wird in der größer, weil die Kugel weiter in den wei-
Anforderungen Regel in Brinell (HBW) angegeben. Je här- cheren Stahl gedrückt wird.
ter ein Blech an der Oberfläche ist, desto
größer ist der Verschleißwiderstand. Gän- Verschleiß ist ein komplexes System, bei
gige Werte für verschleißfeste Sorten dem zahlreiche spezielle Anforderungen
sind 400 HBW, 450 HBW, 500 HBW und an das Grobblech im Praxiseinsatz zu
600 HBW. Die Brinellhärte HBW bedeutet: berücksichtigen sind. Hier gilt es, ver-
Eine Hartmetallkugel von 10 mm Durch- schiedene Faktoren zu beachten. Durch
messer wird mit einer Kraft von 30 kN auf die Wahl der richtigen Stahlsorte können
das Blech gedrückt. Die Kraft auf die kleine Kaltverschweißungen und Materialüber-
Kugel entspricht dem Gewicht von zwei trag (sogenanntes „Fressen“), Beschädi-
Mittelklasse-Pkw. Danach wird der Ein- gungen durch Riefen, Kratzer und Mulden,
druck auf der Blechoberfläche gemessen. Ermüdung oder Risse an der Oberfläche
Aus seinem Durchmesser wird die Brinell- durch Zerrüttung und chemische Reaktio-
härte berechnet. Bei 500 HBW beträgt nen minimiert werden. Auch konstruktive
der Durchmesser des Eindrucks weniger oder verfahrenstechnische Maßnahmen,
als 3 mm. Bei einem weniger harten Bau- wie beispielsweise Einfallhöhe und -winkel
Längere Lebensdauer, mehr
Nutzwert für Hersteller und
Betreiber – die Vorteile hoch-
fester Werkstoffe bei Abroll-
containern
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600 HBW
500 HBW Entwicklung und Optimie-
450 HBW
rung von verschleißfesten
400 HBW
(gehärteten) Stählen für
1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 Grobbleche
von Schüttgut in einen Trichter aus Grob- Eine Erfolgsgeschichte
blech, beeinflussen den Verschleiß. Eine Schon seit Ende 1920 kennt man hoch-
enge Abstimmung und Beratung zwischen festen Stahl. In einigen Branchen gilt bis
Stahlhersteller und Verarbeiter ist also heute ein Stahl mit einer Mindeststreck-
in jedem Fall zu empfehlen, um optimale grenze von 355 MPa als hochfest. Durch
Ergebnisse zu erzielen. neue Herstellungsverfahren wurden in den
letzten Jahrzehnten zahlreiche neue und
vor allem noch festere Stahlsorten ent-
Grobbleche aus wickelt. Ein wesentlicher Entwicklungs-
nichtrostenden Stählen sprung bedeutete die Einführung der
Auch Grobbleche aus nichtrostenden TM-Stähle (thermomechanisch gewalzte
Stählen stehen zur Verfügung. Sie erhalten Stähle), die etwa in den 1980er Jahren im
ihre Korrosionsbeständigkeit durch die industriellen Maßstab begann. Damit star-
Zulegierung von mindestens 12 % Chrom. tete eine Entwicklung hin zu immer feste-
Durch weitere Legierungselemente werden ren Stahlsorten. Heute sind bereits Stahl-
Eigenschaften wie Festigkeit und Schweiß- sorten mit einer Streckgrenze von 1.300
eignung eingestellt. MPa, z. B. im Kranbau, in der Erprobung.
So werden immer neue Möglichkeiten für
den Leichtbau und damit für umwelt- und
ressourcenschonende Produktionsketten
und Produkte geschaffen.
N– normalisiert S1300* Entwicklung und Optimie-
TM – thermomechanisch gewalzt S960M* rung von hochfesten
Q&T – vergütet S1100*
Stählen für Grobbleche
S700MC
*– Stahlsorte nach Hersteller-
Werkstoffdatenblatt S500M**
S460M
** – Stahlsorte nach
Offshore-Standards S960QL
S890QL
S690QL
S355M
S460N
S355N
1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010
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Qualitätsgesicherte Herstellung
Präzise Prozesse aus Walzen und Kühlen
Stahl erzeugende Unternehmen in Deutsch- schritte im Grobblechwalzwerk sind: Er-
land haben maßgeblich zur Entwicklung wärmen der Brammen bzw. Blöcke in
und zur Marktdurchsetzung der hochfesten Öfen auf eine Temperatur von 1.050 bis
Grobblech-Stahlsorten beigetragen. In 1.200 °C. Dann folgt das Walzen im
den Werken entstehen hochwertige Quali- Quartowalzgerüst. Der Name rührt daher,
tätsprodukte, bei denen alle Fertigungs- dass das Walzgerüst vier Walzen – zwei
schritte lückenlos durch Qualitätsmanage- Arbeits- und zwei Stützwalzen – besitzt.
mentsysteme überwacht werden.
Im Walzwerk werden die Brammen re-
Je nach Produktionsart unterscheidet man versierend zu Blechen gewalzt. Dies ge-
Grobbleche in Quartobleche, die auf so- schieht, indem sie in mehreren „Stichen“
genannten Quartogerüsten (siehe Grob- hin und her durch das Walzgerüst geführt
blechwalzwerk) hergestellt werden, oder und mit jedem Durchlauf dünner ausge-
in Bandbleche, die auf einer Warmband- walzt werden. Die Walzkräfte moderner
straße gewalzt werden (siehe Warmband- Gerüste erreichen eine Walzkraft von bis
straße). zu 120 MN – dies entspricht umgerechnet
einem Gewicht von 12.240 Tonnen. Je
nach Stahlsorte kann eine Kühlung der
Grobblechwalzwerk Bleche mit Wasser auf einer Kühlstrecke
Ausgangsprodukte für Grobbleche sind folgen. Mittels nachgelagerter Warm- und
kontinuierlich gegossene Stahlbrammen auch Kalt-Richtmaschinen entstehen ebene
oder einzelne Blöcke. Die Hauptprozess- Bleche ohne unzulässige Welligkeiten oder
Der Leitstand in einem
modernen Grobblech-
walzwerk
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partielle Unebenheiten. Danach werden
die Bleche durch Scheren oder mittels
Brennschneidanlagen auf die gewünschten
Abmessungen zerteilt.
Warmbandstraße
Bei der Herstellung von Grobblechen über
Warmbandstraßen werden die Brammen
in einem Durchlauf zu Warmband ausge-
walzt und zu Coils, auch Bunde genannt,
aufgewickelt. Die Hauptprozessschritte
sind: 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 endgültiges
Bandformat ausgewalzt. Es folgen Kühl-
einrichtung und Haspelstation zum Auf-
wickeln des Bandes. Damit aus dem dicken
Warmband verkaufsfertige Grobbleche wer-
den, wird das Band vom Coil abgewickelt
und in einer Warmband-Querteilanlage
mittels leistungsfähiger Scheren zu Tafeln
zerteilt und in Richtmaschinen gerichtet.
Das Normalwalzen ist das einfachste Ver- Im Walzgerüst werden
fahren und dient in der Hauptsache der Brammen zu Blech gewalzt
Walzverfahren Formgebung. Die Bramme wird dabei
Zur Herstellung von Grobblechen können nach ihrer Erhitzung auf die gewünschte
drei unterschiedliche Walzverfahren ein- Blechdicke gewalzt. Anschließend können
gesetzt werden: Normalwalzen, normalisie- die Bleche in entsprechenden Wärmean-
rendes Walzen und thermomechanisches lagen zusätzlich gehärtet oder vergütet
Walzen. werden.
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Bis zu 12.240 Tonnen Druck
üben die Walzen aus
Beim normalisierenden Walzen erfolgt die Vor der Fertigstraße wird das Vorband aufgehaspelt,
Umformung zum Blech in zwei Walzvorgän- um Temperaturverluste bei empfindlichen Stahl-
gen. Der erste Vorgang – die Vorverfor- qualitäten zu vermeiden
mung – dient vorrangig zur Formgebung.
Nach einer bestimmten Abkühlzeit erfolgt ausberechnet sind, und die Endverformung
die zweite Walzsequenz, die Endverfor- findet in der Regel bei tieferen Temperatu-
mung. Dabei werden im Stahl die metallur- ren statt. Das thermomechanische Walzen
gischen Eigenschaften verändert – die (TM-Walzen) dient vorrangig zur Erzeugung
Korngröße verringert sich und die Mikro- höherer Festigkeiten. Mit jeder voraus-
struktur wird gleichmäßiger. Durch diese berechneten Abkühlrate und jedem Walz-
Art des Walzens können Bleche mit Eigen- vorgang entsteht im Inneren des Bleches
schaften hergestellt werden, für die ein Gefüge mit einer feinen Korngröße
sonst weitere Verfahrensschritte, z. B. eine und damit einer höheren Zähigkeit. Beim
Wärmebehandlung, notwendig wären. TM-Walzen bestimmt die Temperaturfüh-
rung die hohe Festigkeit und lässt einen
Das thermomechanische Walzen ist vom geringeren Massenanteil an Kohlenstoff
Prinzip her ähnlich wie das normalisierende oder sonst erforderlichen Legierungs-
Walzen. Allerdings finden hier mehrere elementen im Stahl zu, woraus die gute
Abkühlsequenzen statt, die abhängig von Schweißeignung der TM-gewalzten Bleche
Stahlsorte und Abmessungen exakt vor- resultiert.
Kontrolliertes Walzen: Beeinflussung
der Warmbandtemperatur durch
gezielte Wasserbeaufschlagung
10Auf leistungsstarken
Scherenlinien werden die
Bleche zerteilt
Wärmebehandlung Prüfverfahren
Nach einem Walzen ohne gezielte Tempe- Die Prüfungen und Qualitätsdokumenta-
raturführung kann zur Herstellung hoch- tionen für hochfeste Grobbleche erfolgen
fester Grobbleche noch eine zweistufige nach kundenspezifischen Anforderungen
Wärmebehandlung folgen. Im Zusammen- und nach nationalen sowie internationalen
spiel von Glühofen bei ca. 900 °C und Regelwerken. Zur zerstörungsfreien Quali-
anschließender schneller Abkühlung in tätskontrolle können bei Grobblechen bei-
einer Quette mit Wasserhochdruck erhält spielsweise Ultraschall-Prüfungen einge-
der Stahl die gewünschte harte Gefüge- setzt werden. Auch Rissprüfungen mittels
struktur. Ein 100 mm dickes und 900 °C Magnetpulver und Farbeindringung werden
heißes Grobblech wird in ungefähr zwei je nach Spezifikation durchgeführt. Für
Minuten bis in den Kern auf Raumtempe- die zerstörende Werkstoffprüfung müssen
ratur abgekühlt. In dieser kurzen Zeit- den Blechen Proben z. B. für Zugversuche
spanne des Abschreckens bildet sich ein oder Kerbschlagbiegeversuche im Labor
hartes Gefüge aus. Bei Bedarf kann zur entnommen werden. Darüber hinaus fin-
Erhöhung der Zähigkeit (Bruch- und Riss- den schon während der Produktion lau-
festigkeit) noch eine weitere gezielte Er- fend Oberflächen- und Maßkontrollen statt.
wärmung mit bestimmten Temperaturen
und Haltezeiten der Temperatur (Anlassen)
erfolgen.
Durchgängige Qualitätsüber-
wachung vom Rohstoff bis zum
Grobblech: Die Basis für eine
sichere Serienfertigung hoch-
belastbarer Konstruktionen
11Einzigartige Werkstoffvorteile
Wirtschaftlichkeit und Lebensdauer
Hochfeste Grobbleche geben dem Kon- Höhere Wirtschaftlichkeit
strukteur Raum, sich im Spannungsfeld Hochfeste Stähle eröffnen neue Möglich-
zwischen Werkstoffeigenschaften, Ver- keiten im Leichtbau. Es wird für die gleiche
arbeitung und Auslegung zu bewegen. Funktion weniger Stahl benötigt, was zu
Hochfeste Grobbleche ermöglichen hoch- Gewichtsreduzierungen führt. Einsparun-
belastbare Lösungen. Leichtbauweise und gen bis zu 50 % sind keine Seltenheit.
Langlebigkeit von Fahrzeugen, Maschinen Infolgedessen können auch die Material-
und Anlagen aus hochfesten Grobblechen und Fertigungskosten pro Bauteil sinken.
führen zu Wettbewerbsvorteilen am Markt. Damit sind hochfeste Grobbleche auch
bei relativ geringen Mehrkosten je Tonne
wirtschaftlich eine Alternative.
Anforderungen an hoch- Auslegung
Statik
und verschleißfeste Stähle
Sprödbruchsicherheit
zur Bauteilsicherheit Schwing-/ Betriebsfestigkeit
Umgebung (saure Medien)
Spannungsrisskorrosion
Verschleiß
Bauteilverhalten
Festigkeit/Härte Zerspanbarkeit
Zähigkeit Kalt-/ Warmformbarkeit
Bruchzähigkeit Schneidbarkeit
Schweißeignung
Werkstoff Verarbeitung
100 mögliche Gewichtsreduktion [%]
80
60
40
Mögliche Gewichtsreduktion
20
durch hoch- und höherfeste
Grobbleche 0
S355 S460 S550 S690 S960
Festigkeitsklasse
12Deutliche Kostensenkungen lassen sich
auch beim Schweißprozess realisieren.
Durch die geringere Blechdicke sinkt das
Schweißnahtvolumen und damit die Menge
des benötigten Schweißgutes. Ein Beispiel:
Gegenüber einem Grobblech mit 355 MPa
kann sich das Nahtvolumen eines Bleches
mit 460 MPa infolge geringerer Blechdicke
um bis zu 42 % verringern. Die Verringe-
rung des Nahtvolumens führt zwangsläufig
auch zu verkürzten Schweißzeiten pro Betriebstemperaturen oder eine hohe Gründungskonstruktionen
Bauteil. Insbesondere bei thermomecha- Reibungshitze herrschen. Mit bestimm- von Windkraftanlagen, hier
nisch gewalzten Grobblechen kann häufig ten Grobblechsorten sind problemlos und Tripoden – hergestellt aus
auf das Vorwärmen verzichtet werden. unbeschadet Dauereinsätze bei 400 °C hochfesten Grobblechen
Energie- und Zeiteinsparungen bedeuten möglich. Spezielle Grobbleche für den
höhere Produktivität. Kessel- und Druckbehälterbau erlauben
sogar Temperaturen bis zu 500 °C. Je
höher diese z. B. bei Dampfkraftwerken
Wirtschaftliche Vorteile im Überblick sind, desto höher ist deren Wirkungsgrad.
• Gewichtseinsparung, Hier zeigt sich in besonderem Maße der
z. B. ca. 25 % zwischen Grobblech Beitrag von Stahl zum Klimaschutz.
mit 355 MPa und 460 MPa
• Größere Montageeinheiten durch
leichtere Bauteile möglich Härte und Abriebfestigkeit
• Weniger Schweißzusatzwerkstoffe Hohe Abriebfestigkeit ist eine Folge hoher
• Reduzierung der Schweißzeit Oberflächenhärte. Hier gilt es, ein aus-
gewogenes Verhältnis von Härte zu Zähig-
keit zu finden. Die Einstellung der Eigen-
schaften des Stahls kann durch Zulegieren
Warmfestigkeit von chemischen Elementen, die beschrie-
Um die Vorteile der hohen Festigkeit auch benen Walzprozesse sowie durch geeig-
bei thermisch beanspruchten Bauteilen nete Wärmebehandlungen erfolgen. Das
zu nutzen, werden hochfeste Grobblech- Ziel aller Maßnahmen ist es, Grobbleche
sorten mit hoher Warmfestigkeit produ- mit maßgeschneiderten Eigenschaften für
ziert. Sie werden dort eingesetzt, wo hohe ihren späteren Einsatz herzustellen.
13Vielseitige Verarbeitung
Produktspektrum erweitern
Der Erfolg eines Werkstoffes hängt nicht Umformen
allein von seinen Eigenschaften in Bezug Trotz ihrer außergewöhnlichen Festigkeit
auf den vorgesehenen Einsatzzweck ab. lassen sich hochfeste Grobbleche durch
Er muss sich auch praxisgerecht be- und Kaltumformung bearbeiten. Dabei ist zu
verarbeiten lassen – und zwar möglichst berücksichtigen, dass das Fließen des
mit vorhandener Anlagentechnologie und Werkstoffes beim Kaltbiegen und Abkanten
ohne große Änderungen der Produktions- mit zunehmender Härte eingeschränkt
prozesse. Hochfeste Grobbleche erfüllen wird. Dem tragen die Hersteller durch
diese Anforderungen. Angabe von Mindestbiegeradien beim
Umformen Rechnung. Zur Umformung ist
ein höherer Kraftaufwand notwendig, und
Trennen hochfeste Bleche haben eine verstärkte
Neben den klassischen mechanischen Rückfederung. Der Umformprozess sollte
Trennverfahren wie Sägen oder Abscheren daher langsam und stetig ausgeführt wer-
lassen sich hochfeste Grobbleche auch den, oder das Biegen sollte in mehreren
mit allen üblichen thermischen Verfahren Schritten erfolgen. Falls erforderlich, wer-
zuschneiden. Dazu zählen das autogene den die Bleche vorher angewärmt.
Brennschneiden sowie im unteren Ab- Eine Warmumformung ist eher selten vor-
messungsbereich zunehmend auch das gesehen, weil sich dabei die Gefügeeigen-
Laser- und Plasmaschneiden. Letztere er- schaften des Stahls ändern können. Unter
möglichen höhere Schneidgeschwindig- Umständen wird dann nach dem Warm-
keiten und einen geringeren Verzug des umformen eine Wärmebehandlung notwen-
Zuschnitts. Zu einem eventuell notwendi- dig, um die ursprünglichen Eigenschaften
gen Vorwärmen sollten die Empfehlungen wieder einzustellen.
der Hersteller befolgt werden.
Ein weiteres modernes Verfahren ist Schweißen/Fügen
das Wasserstrahlschneiden. Der Wegfall Hochfeste Grobbleche verfügen i. d. R.
thermischer Einflüsse ermöglicht präzise über eine gute Schweißeignung. Um auch
Schnitte mit hoher Oberflächengüte. Oft in der Schweißnaht zu homogenen Material-
kann sogar eine weitere Fertigbearbeitung eigenschaften zu kommen, müssen die
entfallen. chemische Zusammensetzung der Stahl-
sorte und des Schweißgutes aufeinander
Beispiele für die Verarbeitung abgestimmt sein. Abhängig von der Dicke
von Grobblech und Festigkeit können hochfeste Bleche
14auch ohne Vorwärmung geschweißt wer- stück vibrationsfrei eingespannt wird. Bei Korrosionsschutz durch
den. Die Hersteller machen dazu konkrete hochfesten Stählen müssen die Zerspan- Feuerverzinken
Angaben. Bei größeren Dicken oder sehr parameter wie Kraft, Vorschub, Spanwin-
hohen Festigkeiten kann ein kontrolliertes kel und Geometrie des Werkzeuges ange-
Vorwärmen mit ebenso kontrollierten Ab- passt werden. Dies stellt entsprechende
kühlzeiten notwendig werden. Hier spielt Anforderungen an Maschine, Werkzeug
die Erfahrung des Schweißbetriebes eine und an die Erfahrung des Bedienpersonals.
entscheidende Rolle. Zum Bohren eignen sich Bohrer aus
Schnellarbeitsstählen oder Hartmetall. Sie
Zur Nachbehandlung der Schweißnähte sollten mit konischem Zapfen, langem
und zur Verbesserung der Ermüdungs- Drall und kurzen Schneidlängen ausge-
festigkeit werden z. B. WIG-Aufschmelzen führt sein. Fräsen lassen sich hochfeste
(Wolfram-Inert-Gas) oder in jüngster Zeit Grobbleche ebenfalls mit Werkzeugen aus
auch höherfrequente Hämmerverfahren Schnellarbeitsstahl. Die Stahlhersteller ge-
eingesetzt. Diese können bei hochfesten ben Richtwerte zu den Bearbeitungsbedin-
Stählen eine deutliche Steigerung der gungen an, sodass die Werkzeuge im Hin-
Schwingfestigkeit bewirken. blick auf ihre Standzeiten geschont und
hochwertige Ergebnisse erzielt werden.
Zur Beseitigung unerwünschter Spannun-
gen im Grobblech, z. B. nach dem Schwei-
ßen, können die Bleche spannungsarm Korrosionsschutz
geglüht werden. Hier sind abhängig vom Ein schnelles und kostengünstiges Ver-
Werkstoff und von der vorhergehenden fahren zum langfristigen und widerstands-
Wärmebehandlung unbedingt Temperatur- fähigen Korrosionsschutz von Stahlkons-
obergrenzen einzuhalten, sodass die zu- truktionen ist das Feuerverzinken. Derzeit
vor eingestellten Werkstoffeigenschaften existieren für das Feuerverzinken zuverläs-
erhalten bleiben. sige Regeln und Richtlinien für Grobbleche
mit Streckgrenzen von bis zu 460 MPa.
Für Stahlsorten mit höheren Festigkeiten
Zerspanen ist eine enge Abstimmung zwischen Her-
Hochfeste Grobbleche lassen sich mit steller und Feuerverzinker zwingend erfor-
allen Methoden der Zerspanung wie Boh- derlich. Je nach Umgebungsbedingungen
ren, Senken, Gewindebohren, Sägen, Dre- sollte in enger Absprache mit dem Stahl-
hen und Fräsen gut bearbeiten. Dabei ist hersteller ein geeigneter Korrosionsschutz
grundsätzlich zu beachten, dass das Werk- ausgewählt werden.
15Anwendernutzen steigern
Innovationen und Wettbewerbsvorteile
Materialeigenschaften wie hohe Festigkeit Schwere Baufahrzeuge
in Kombination mit guter Zähigkeit, hohem und -maschinen
Verschleißwiderstand, guter Umformbar- Tiefbauunternehmer profitieren gleich in
keit und Schweißbarkeit haben dafür ge- mehrfacher Hinsicht von Grobblechen aus
sorgt, dass der Einsatz von Grobblechen hoch- und verschleißfesten Stahlsorten.
seit Jahren stetig steigt. Konstruktionen So ist es einem Hersteller von Kippermul-
aus hochfesten Grobblechen sind leichter, den gelungen, durch eine neue Konstruk-
belastbarer und langlebiger. Mit ihnen las- tionslösung auf Basis hochfester Grob-
sen sich nicht nur bestehende Konzepte bleche für eine Kippermulde eine erheb-
optimieren, sie erschließen darüber hinaus liche Verminderung des Leergewichtes zu
konstruktives Neuland. Folgende Beispiele erreichen. Das hat beim Transport eine
Bei Erdbewegungsfahrzeu- verdeutlichen die Vorteile für Produktent- Reduzierung des Kraftstoffverbrauches
gen mittlerweile Standard: wicklungen mit hochfesten Grobblechen und damit eine Entlastung der Umwelt
Schaufeln aus verschleiß- und geben Anregungen auch für andere durch weniger Schadstoffemissionen zur
festem Stahl Branchen. Folge. Dies und die Steigerung der zu-
lässigen Nutzlast wirken sich positiv auf
die Wirtschaftlichkeit im Betrieb aus.
Hinzu kommt eine deutliche Verlängerung
der Lebensdauer. Eine Mulde aus einem
500 HBW harten Stahl erhöht die Lebens-
dauer gegenüber Baustahl (in diesem Fall
S355) auf das Dreifache. Ähnliches gilt
auch für andere hochbelastete Konstruk-
tionen wie Baggerschaufeln, Förderan-
lagen, Zerkleinerungsanlagen oder Abbau-
und Erdbewegungsfahrzeuge und für zahl-
reiche Maschinen im Bergbau.
Transportfahrzeuge
Schwerlasttransportfahrzeuge werden
ebenfalls leichter. Durch neue Konstruk-
tionskonzepte für Rahmen und Aufbauten,
Rungen, Längs- und Querträger sowie
Unterfahrschutz kann die Nutzlast ge-
16steigert werden. Möglich wird dies durch
hochfeste Grobbleche. Bei Lkw-Aufliegern
für Container beispielsweise konnte die
Blechdicke der Querträger, die zur Ver-
stärkung des Bodenrahmens dienen, hal-
biert werden. Das bedeutet nicht nur einen
Gewichtsvorteil von 50 %, sondern hat Durch die hochfesten Bleche konnten Spezialfahrzeuge halten
unter anderem auch einen geringeren auch die sonst üblichen aufgeschweißten durch hochfeste Grobbleche
Schweißaufwand zur Folge. Die Kosten Versteifungen (Spanten) entfallen, wodurch höheren Belastungen stand
dafür betragen nur noch einen Bruchteil die Schweißnahtlänge um insgesamt 30 %
dessen, was bei herkömmlicher Bauweise verkürzt wurde und ebenso die Schweiß-
aufgebracht werden musste. zeiten sanken. Ähnliche Effekte lassen sich
z. B. auch bei leichteren und verschleiß-
Bei Abrollcontainern, die in der Bau- und festeren Fahrmischtrommeln von Beton-
Entsorgungswirtschaft eingesetzt werden, transportfahrzeugen realisieren.
sind Eigengewicht und Verschleißfestig-
keit von besonderer Bedeutung. Während
bei Abrollcontainern aus herkömmlichen Kranbau
Stählen die Bodenbleche meist 5 mm dick Erreichte im Jahr 1975 ein Teleskopkran
sind, konnte dies durch eine Konstruktion eine Tragfähigkeit von 1,5 Tonnen pro
aus verschleißfesten Blechen auf nur Tonne Eigengewicht, so hat sich diese
2,5 mm Dicke reduziert werden. Dadurch Leistung durch den Einsatz hochfester
und durch weitere konstruktive Maßnahmen Stähle in den darauffolgenden 25 Jahren
wurde eine Senkung des Eigengewichts auf 6,0 Tonnen erhöht. Bis heute werden
von rund 3.000 kg um ca. 45 % und beim Krane stetig weiterentwickelt und immer
Transport auf dem Lkw eine Kraftstoff- leistungsfähiger. Das wird auch durch opti-
ersparnis von ca. 4 Litern auf 100 km er- mierte Formen (z. B. Profile) und Zusatz-
reicht. Nutzt man die mögliche Steigerung ausrüstungen wie räumliche Abspannun-
der Nutzlastkapazität um rund 1.500 kg gen erreicht. Teleskop-Mobilkrane, Gitter-
aus, so können entsprechend viele Trans- mast-Raupenkrane, Ladekrane, stationäre
portfahrten entfallen. Ein weiteres Beispiel, Krananlagen, Containeranlagen und die
wie durch den Einsatz von hochfestem Laufkatzen bei Portalkranen – bei allen
Stahl Umwelt und Ressourcen geschont werden hochfeste Grobbleche eingesetzt.
werden können. Sie ermöglichen durch ihre Festigkeit
stetig zunehmende Traglasten und sorgen
17nen – der Arbeitsbereich wird dadurch
vergrößert. Die vereinfachte Querschnitts-
form ermöglichte bei gleichbleibender
Tragfähigkeit eine Gewichtsverminderung
des 160-Tonnen-Krans von 72 auf 60
Tonnen. Dadurch benötigt das Fahrgestell
des Autokrans nur noch fünf statt wie bis-
her sechs Achsen. Neben einer Steigerung
der Nutzlast und des Arbeitsbereiches
bringt dies eine verbesserte Handhabung
und Wendigkeit des Krans.
Landwirtschaftliche Maschinen
Ein weites Feld für den Einsatz hoch-
fester Grobbleche bieten landwirtschaft-
Die Tragkraft der Krane zudem dafür, dass das Eigengewicht der liche Maschinen. Hochfeste Bleche ermög-
hat sich, bezogen auf das Krane sinkt. So können trotz der Leistungs- lichen größere Konstruktionen, und zwar
Eigengewicht, in 35 Jahren steigerung die für eine Straßenzulassung ohne Gewichtszuwachs oder Beeinträch-
vervielfacht vorgeschriebenen maximalen Achslasten tigung von Stabilität und Funktionalität.
eingehalten werden. Durch größere Maschinen steigt die Pro-
duktivität des landwirtschaftlichen Betrie-
Ein Beispiel für eine veränderte Ausleger- bes, da mit gleichem Personaleinsatz z. B.
technologie für Teleskop-Mobilkrane aus größere Flächen bearbeitet oder größere
hochfestem Feinkornstahl S960QL zeigt Mengen transportiert werden können. Nicht
das Potenzial. Der Ausleger kommt ohne zu vergessen ist die mögliche Gewichts-
eingeschweißte Verstärkungsrippen aus, reduzierung, die das Risiko des Einsinkens
wodurch die energie- und arbeitsaufwen- oder das einer unerwünschten Bodenver-
digen Schweißarbeiten um rund 80 % dichtung vermindern kann.
reduziert werden konnten. Durch den Weg-
fall der Verstärkungsrippen ließen sich die So konnte das Gewicht der Aufbauten eines
Abstände zwischen den einzelnen Teles- Transportanhängers für landwirtschaftliche
kopschüssen verringern, sodass anstelle Erzeugnisse um rund 22 % verringert wer-
von bisher fünf Teleskopschüssen nun den. Damit einher ging eine Kostenminde-
sechs ineinandergesteckt werden kön- rung von 15 %.
18Maschinen- und Anlagenbau
Hochfeste Bleche ermöglichen geeignete
Lösungen zur anforderungsgerechten Aus-
legung der Maschine beispielsweise bei
Gehäuse- oder Rahmenkonstruktionen.
Bewegliche Bauteile können leichter wer-
den, dementsprechend sinkt die benötigte
Antriebsenergie. Verschleißfestigkeit spielt
z. B. bei Führungsbahnen eine wesentliche
Rolle. Das Potenzial, das hochfestes Grob-
blech für leichtere Konstruktionen im
Maschinen- und Anlagenbau bietet, ist bei
weitem noch nicht ausgeschöpft.
Schiffbau
Auch im Schiffbau bietet die Gewichts-
reduktion zahlreiche Vorteile. Und zwar
nicht nur im klassischen Anwendungsfeld
der großen Containerschiffe, sondern auch
bei Schubschiffen, Schleppern und Arbeits-
schiffen.
Ein Beispiel hierfür ist ein Installations- weise bei einem Mehrzweck-Eisbrecher Ob zu Lande oder im
schiff für Offshore-Windparks. Für das der Schiffskörper und Rahmenverband Wasser, moderne Stahlwerk-
Schiff wurden hauptsächlich hochfeste aus hochfesten Grobblechen mit einer stoffe bieten Gewichts- und
Grobbleche mit einer Streckgrenze von Streckgrenze von 500 MPa hergestellt. Festigkeitsvorteile
500 MPa eingesetzt. Durch die Gewichts- Der Eisbrecher besitzt für den Winterein-
reduktion der Konstruktionen erzielt das satz die notwendige Stabilität und Wider-
Spezialschiff eine hohe Ladekapazität von standskraft und kann durch sein relativ
3.800 Tonnen, und die Tragkraft des Krans geringes Gewicht im Sommer für andere
beträgt 300 Tonnen. Aufgaben eingesetzt werden. Das war bis-
her bei Eisbrechern in dieser Form nicht
Auch bei Mehrzweck-Eisbrechern werden möglich.
die Vorteile deutlich. So wurden beispiels-
19Im Behälterbau ermög-
lichen hochfeste Bleche
höhere Temperaturen
und höheren Druck
Windkraftanlagen Nicht zu unterschätzen ist der Beitrag
Hochfeste Grobbleche ab 355 MPa geben des Stahls zum Klimaschutz in Windkraft-
den Türmen von Windkraftanlagen ihre anlagen. In einer Studie der Boston Con-
hohe Standfestigkeit. Auch die unter sulting Group wurde festgestellt, dass für
Wasser auf dem Meeresgrund verankerten die Produktion dieses Stahls in Deutsch-
Gründungskonstruktionen für Offshore- land jährlich 0,4 Millionen Tonnen CO2
Windkraftanlagen werden aus hochfesten emittiert werden, denen auf der anderen
Grobblechen hergestellt. Weil Gründungs- Seite aber 14,2 Millionen Tonnen Einspa-
Hochfeste Grobbleche konstruktionen aus hochfestem Stahl leich- rungen während des Betriebs gegenüber-
verbessern die Ökobilanz ter sein können als solche aus konventio- stehen, sodass hier das Verhältnis zwi-
von Windkraftanlagen nellem Stahl, vermindert sich der Aufwand schen Belastung und Einsparung bei 1 zu
zusätzlich für Transport und Montage. 32 liegt.
Behälterbau
Einige der bei der Kraftstoffproduktion in
der petrochemischen Industrie eingesetz-
ten Druckbehälter bestehen aus hochfes-
ten Blechen aus Vanadium-modifizierten
CrMo-Stählen. Hierdurch können die Wand-
stärke und das Eigengewicht dieser ohne-
hin sehr schweren Druckbehälter reduziert
werden. Auch hier führt die reduzierte
Wanddicke durch das geringere Schweiß-
nahtvolumen zu Kosteneinsparungen in
der Herstellung.
In manchen Fällen sorgt die Wanddicken-
reduktion überhaupt erst für die Möglich-
keit, die schweren Behälter zum Einsatz-
ort zu transportieren und dort aufstellen
zu können. Außerdem können durch die
hochfesten Werkstoffe Betriebsdrücke und
Temperaturen angehoben und so eine
hohe Produktivität erzielt werden.
20Wasserkraftwerke zu 3.400 mm sind es die längsten Druck- Hochfester Stahl hat die
Die Idee, die 200 Meter Höhenunterschied rohrleitungen in Europa. Entwicklung und den Erfolg
zwischen Walchen- und Kochelsee in emissionsfreier Wasser-
Bayern zur Energiegewinnung zu nutzen, Ein aktuelles Projekt für ein Pumpspeicher- raftwerke maßgeblich voran-
wurde bereits Anfang des 20. Jahrhun- Kraftwerk weist noch imposantere Zahlen gebracht
derts entwickelt. Schon 1924 lieferte auf: Eine sechs Kilometer lange Druckrohr-
das Kraftwerk mit seinen großen stähler- leitung mit einem Innendurchmesser von
nen Druckrohrleitungen den ersten Strom. bis zu 5.100 mm verbindet über einen
Dieser Kraftwerkstyp war Vorbild für etliche Höhenunterschied von 470 Metern zwei
weitere Bauten weltweit mit viel höheren große Wasserreservoire. 17.000 Tonnen
Leistungen. Voraussetzung für die Leis- vergütetes hochfestes Grobblech wurden
tungssteigerung waren aber hochfeste in dem Projekt verbaut.
Grobbleche für die Rohrleitungen.
Thermomechanisch gewalzte und ver-
gütete Feinkornbaustähle mit den Festig-
keiten 355 MPa, 420 MPa, 460 MPa und
690 MPa werden z. B. bei den Fallrohren
des Wasserkraftwerkes Kárahnjúkar in
Island eingesetzt. Mit 420 Metern Fall-
höhe und einem Innendurchmesser von bis
21Stahl bringt die Energie zum
Endverbraucher
Klimaschutz mit Faktor 6 des Stahls für diese acht Produkte rund
Wenn hohe Leistungen gefordert werden, 12 Millionen Tonnen CO2 im Jahr freige-
wie z. B. bei der Schifffahrt, der Energie- setzt. Die aus dem Einsatz dieser Stähle
erzeugung oder in vielen Bereichen der gewonnenen Einsparungen belaufen sich
Industrie, kommen hochfeste Grobbleche dagegen auf 74 Millionen Tonnen CO2 im
zum Einsatz. Zu ihrer Erzeugung muss Jahr 2020.
Energie aufgewendet werden, und es ent-
stehen Treibhausgase. Das gilt genauso Insgesamt wird die bei der gesamten Stahl-
für alle anderen Metalle, Kunst- und Werk- erzeugung in Deutschland jährlich emit-
stoffe. Allerdings zeigt der Blick ins Detail: tierte Menge von 67 Millionen Tonnen CO2
Innovative Stahlanwendungen sparen er- allein durch die anhand der acht Beispiele
heblich mehr CO2, als die hierfür erforder- ermittelte CO2-Einsparung von 74 Millionen
liche Stahlerzeugung verursacht. Tonnen mehr als kompensiert.
Die Boston Consulting Group hat anhand
von acht innovativen Stahlanwendungen Recyclingweltmeister Stahl
zusammen mit der Wirtschaftsvereinigung Stahl leistet durch vielseitige Anwendungen
Stahl und dem Stahlinstitut VDEh unter- und Einsatzmöglichkeiten einen wertvollen
sucht, wie viel CO2 bei der Erzeugung der Beitrag zum Umwelt- und Klimaschutz,
hierfür benötigten Stahlmengen in Deutsch- denn kein anderes Metall wird so umwelt-
land entsteht. Umgelegt auf den gesam- verträglich hergestellt wie Stahl. Da zu-
ten Lebenszyklus der jeweiligen Stahl- dem ein geschlossener Werkstoffkreislauf
anwendungen werden bei der Produktion besteht und Stahl ohne Qualitätsverlust
Innovative Stähle sparen Effizienz fossile Kraftwerke 0,1 29,5
sechsmal so viel CO2 ein, Windkraftwerke 0,4 14,2
wie ihre Produktion ver- Gewichtsreduktion Pkw 8,4 11,2
ursacht Kraft-Wärme-Kopplung 1,0 9,2
Weitere regenerative Energien 0,03 5,0
Effiziente Trafos 0,1 2,1
Effiziente E-Motoren 0,7 1,9
Gewichtsreduzierung Lkw 0,9 1,0 Mio. t CO2/Jahr
Emissionen Einsparpotenzial
Faktor 6
Σ ~ 12 Mio. t Σ ~ 74 Mio. t
22Zerkleinern von Stahlteilen
mit Hilfe einer Schrottschere.
Auch hochfester Stahl lässt
sich beliebig oft recyceln.
vollständig und beliebig oft recycelt wer- fähigkeit des Anwenders auf nationalen
den kann, werden Rohstoffe und Energie und globalen Märkten, sondern schont
gespart. Eine Tonne Stahl, die aus Schrott durch die besonderen Eigenschaften von
erzeugt wird, spart 1,5 Tonnen Eisenerz, Stahl die Ressourcen der Erde. Gleich-
0,65 Tonnen Kohle, 0,3 Tonnen Kalkstein zeitig wird durch die umweltschonende
und vermeidet rund 1 Tonne CO2. Auf Herstellung das Klima von Treibhausgasen
diese Art werden die Ressourcen unserer entlastet.
Erde geschont.
Wie alle Produkte aus Stahl werden auch
Eines Tages erreichen innovative Nutzfahr- Erzeugnisse aus hochfesten Grobblechen
zeuge und Schiffe, Kraftwerkskomponen- am Ende der Nutzungsphase in den ge-
ten, Kranwagen und Retorten das Ende schlossenen Werkstoffkreislauf zurück-
ihres Lebenszyklus. Der Stahl aus diesen geführt – immer wieder und ohne Quali-
nicht mehr gebrauchsfähigen Produkten tätsverlust. Das macht Stahl zum nach-
wird zurückgewonnen und wieder dem haltigsten aller Konstruktionswerkstoffe.
Werkstoffkreislauf zugeführt. Stahlschrott
ist wichtiger Rohstoff für neuen Stahl. Stahl gibt vielen Produkten Form und Funk-
Der Rücklauf von Stahl aus ausgedienten tion. Hochfeste Grobbleche erweitern die
Produkten ist sehr hoch. Allein im Jahre Anwendungsmöglichkeiten in zahlreichen
2008 wurden weltweit rund 530 Millionen Bereichen, in denen es auf Leistung an-
Tonnen Stahlschrott erfasst, aufbereitet kommt. Hier sind sie die ökologisch und
und wiederverwertet. Jedes Stahlprodukt, ökonomisch richtige Entscheidung.
das erfasst wird, wird auch recycelt. Aller-
dings kann es einige Jahrzehnte dauern,
bis der eingesetzte Stahl in den Kreislauf
zurückgeführt wird.
Neue Perspektiven entdecken
Neue Werkstoffe eröffnen neue Möglich-
keiten. Für Entwickler und Konstrukteure
bedeutet das: Hochfeste Grobbleche sind
die Basis noch leistungsfähigerer und noch
leichterer Produkte. Die Effizienz des Werk-
stoffs stärkt nicht nur die Wettbewerbs-
23Stahl-Zentrum Stahl-Informations-Zentrum Postfach 10 48 42 40039 Düsseldorf E-Mail: siz@stahl-info.de www.stahl-info.de
Überreicht durch: ArcelorMittal Commercial GmbH Subbelrather Straße 13 DE-50672 Köln E-mail: SalesFlat.Germany@arcelormittal.com www.arcelormittal.com/fce//prg/selfware.pl Stahl-Zentrum Stahl-Informations-Zentrum Postfach 10 48 42 40039 Düsseldorf E-Mail: siz@stahl-info.de www.stahl-info.de
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Überreicht durch: Ilsenburger Grobblech GmbH Veckenstedter Weg 10 38871 Ilsenburg E-Mail: ILG.Kontakt@salzgitter-ag.de www.ilsenburger-grobblech.de Stahl-Zentrum Stahl-Informations-Zentrum Ilsenburger Grobblech Gm bH Postfach 10 48 42 Veckenstedter Weg 10 40039 Düsseldorf 38871 Ilsenburg E-Mail: siz@stahl-info.de E-Mail: ILG.Kontakt@salzgitter-ag.de www.stahl-info.de www.ilsenburger-grobblech.de
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