Wat betekenen J0, J2 en K2 bij staal?
De aanduidingen J0, J2 en K2 beschrijven de kerfslagtaaiheid van constructiestaal. Ze geven aan hoeveel slagenergie het staal bij een vastgelegde temperatuur minimaal moet opnemen tijdens een Charpy-V-kerfslagproef.
| Aanduiding | Minimale kerfslagenergie | Beproevingstemperatuur |
|---|---|---|
| J0 | 27 joule | 0 °C |
| J2 | 27 joule | -20 °C |
| K2 | 40 joule | -20 °C |
J2 stelt een zwaardere eis aan het gedrag van staal bij lage temperaturen dan J0. K2 wordt bij dezelfde temperatuur als J2 beproefd, maar vereist een hogere energieopname. De waarden gelden binnen de voorwaarden van de toepasselijke staalnorm, waaronder de proefstukafmetingen, materiaalrichting en productdikte.
Waar staan J0, J2 en K2 voor?
De letters J en K verwijzen naar een minimale kerfslagenergie. Het cijfer geeft de temperatuur aan waarbij de kerfslagproef wordt uitgevoerd.
Bij de letter J geldt een minimale energieopname van 27 joule. Bij K bedraagt de vereiste kerfslagwaarde 40 joule. De toevoeging 0 staat voor een beproeving bij 0 °C. De toevoeging 2 staat binnen deze staalbenamingen voor een testtemperatuur van -20 °C.
- J0: minimaal 27 joule bij 0 °C;
- J2: minimaal 27 joule bij -20 °C;
- K2: minimaal 40 joule bij -20 °C.
Deze kwaliteitsaanduidingen komen onder meer voor bij warmgewalst constructiestaal volgens EN 10025-2. Bekende voorbeelden zijn S235J0, S275J2, S355J0, S355J2 en S355K2.
Wat is kerfslagtaaiheid van staal?
Kerfslagtaaiheid is het vermogen van staal om bij een plotselinge belasting energie op te nemen voordat het breekt. De eigenschap geeft een indicatie van de gevoeligheid van het materiaal voor brosse breuk, vooral bij lage temperaturen.
Taai staal kan vóór de breuk relatief veel energie opnemen en plastisch vervormen. Bros staal kan daarentegen plotseling bezwijken met weinig zichtbare vervorming. Dat maakt kerfslagtaaiheid belangrijk bij staalconstructies, stalen buizen, funderingsconstructies en gelaste onderdelen die worden blootgesteld aan vorst, schokken of wisselende belastingen.
De kerfslagwaarde van staal is vooral relevant bij:
- lage gebruiks- en omgevingstemperaturen;
- dynamische en wisselende belastingen;
- schokbelasting en stootbelasting;
- gelaste staalconstructies;
- dikke staalplaten en grote wanddiktes;
- spanningsconcentraties bij lassen, gaten en uitsparingen;
- bruggen, infrastructuur en funderingsconstructies.
J0, J2 en K2 zeggen niet rechtstreeks hoeveel belasting een constructie kan dragen. Het draagvermogen wordt onder andere bepaald door de vloeigrens, treksterkte, doorsnede, diameter, wanddikte, lengte, ondersteuning, verbindingen en constructieve berekening.
Hoe wordt de kerfslagwaarde bepaald?
De kerfslagenergie wordt vastgesteld met de Charpy-V-kerfslagproef, ook wel de Charpy V-notch test genoemd. Hiervoor wordt een gestandaardiseerd proefstuk met een V-vormige kerf op de voorgeschreven temperatuur gebracht.
Vervolgens slaat een pendelhamer het proefstuk in één beweging door. De hoeveelheid energie die tijdens de breuk wordt opgenomen, wordt uitgedrukt in joule.
De V-kerf veroorzaakt bewust een plaatselijke spanningsconcentratie. Vergelijkbare spanningsconcentraties kunnen in een staalconstructie ontstaan bij:
- lasovergangen;
- scherpe hoeken;
- boorgaten en uitsparingen;
- beschadigingen;
- materiaaldefecten;
- abrupte veranderingen in wanddikte of doorsnede.
De gemeten Charpy-waarde is geen algemene breuktaaiheidswaarde die rechtstreeks op iedere constructie kan worden toegepast. De uitkomst wordt beïnvloed door de beproevingstemperatuur, proefstukafmetingen, materiaalrichting, productdikte, staalsoort, leveringstoestand en productnorm.
Bij dunne staalproducten of stalen buizen kan soms geen volledig standaardproefstuk worden genomen. In dat geval kunnen kleinere proefstukken worden gebruikt, waarbij aangepaste energie-eisen gelden volgens de toepasselijke norm.
Wat betekent J0 bij staal?
J0 betekent dat het staal bij 0 °C een minimale kerfslagenergie van 27 joule moet behalen. Een bekend voorbeeld is S355J0 volgens EN 10025-2.
De staalbenaming S355J0 kan als volgt worden gelezen:
- S staat voor constructiestaal;
- 355 verwijst naar de nominale minimale vloeigrens in de laagste dikteklasse;
- J0 staat voor minimaal 27 joule bij 0 °C.
S355J0 is daarmee een constructiestaalsoort met een gespecificeerde sterkteklasse en een gegarandeerde kerfslagtaaiheid bij het vriespunt.
De waarde van 355 MPa geldt niet automatisch voor iedere productdikte. Bij grotere diktes kan de voorgeschreven minimale vloeigrens lager zijn. De exacte mechanische eigenschappen moeten daarom altijd worden gecontroleerd in de betreffende productnorm en op het materiaalcertificaat.
J0 kan worden toegepast wanneer een gegarandeerde taaiheid bij 0 °C nodig is, maar een kerfslagproef bij -20 °C niet wordt vereist.
Wat betekent J2 bij staal?
J2 betekent dat het staal bij -20 °C een minimale kerfslagenergie van 27 joule moet behalen. De energie-eis is gelijk aan die van J0, maar de beproeving vindt plaats bij een lagere temperatuur.
Veel constructiestalen worden bij dalende temperatuur gevoeliger voor brosse breuk. Staal dat bij kamertemperatuur taai reageert, kan bij vorst minder vervormingsvermogen en energieopname hebben. Een J2-kwaliteit geeft daarom een vastgelegde garantie voor de kerfslagtaaiheid bij -20 °C.
Veelgebruikte J2-staalsoorten zijn:
- S235J2;
- S275J2;
- S355J2;
- S355J2H;
- S460J2.
S355J2 komt veel voor bij staalplaten, balken en andere warmgewalste staalproducten. S355J2H wordt toegepast bij constructieve holle profielen en stalen buizen volgens onder meer EN 10210 en EN 10219.
J2 betekent niet automatisch dat staal zonder aanvullende beoordeling voor iedere toepassing bij -20 °C geschikt is. De vereiste staalkwaliteit hangt ook af van de materiaaldikte, spanningstoestand, lasdetails, belasting, laagste ontwerptemperatuur en geldende constructienorm.
Wat betekent K2 bij staal?
K2 betekent dat het staal bij -20 °C een minimale kerfslagenergie van 40 joule moet behalen. De testtemperatuur is gelijk aan die van J2, maar de vereiste energieopname is hoger.
Een bekend voorbeeld is S355K2 volgens EN 10025-2. Het verschil tussen S355J2 en S355K2 zit niet in de nominale sterkteklasse. Beide staalsoorten behoren tot S355. Het verschil betreft de gegarandeerde kerfslagwaarde:
- S355J2: minimaal 27 joule bij -20 °C;
- S355K2: minimaal 40 joule bij -20 °C.
S355K2 stelt binnen deze vergelijking een hogere eis aan de kerfslagtaaiheid en weerstand tegen brosse breuk. Dat betekent niet dat K2 altijd noodzakelijk of automatisch beter is. De juiste materiaalkeuze volgt uit de constructieberekening, laagste gebruikstemperatuur, productdikte en eisen uit het bestek.
De aanduiding S355K2H moet niet zonder controle van de productnorm worden gebruikt voor constructieve holle profielen. Niet iedere kwaliteit uit EN 10025-2 is rechtstreeks beschikbaar of genormeerd als hol profiel volgens EN 10210 of EN 10219.
Wat is het verschil tussen J0, J2 en K2?
Het belangrijkste verschil tussen J0, J2 en K2 is de combinatie van minimale kerfslagenergie en testtemperatuur.
J0 en J2 vereisen allebei 27 joule. J2 moet deze waarde echter behalen bij -20 °C in plaats van bij 0 °C. Daardoor geeft J2 een garantie voor het materiaalgedrag tijdens de kerfslagproef bij een lagere temperatuur.
K2 wordt eveneens bij -20 °C getest, maar vereist minimaal 40 joule. Het materiaal moet tijdens de Charpy-V-proef dus meer energie opnemen dan een J2-kwaliteit.
De aanduidingen vormen geen algemene kwaliteitsrangorde waarbij K2 altijd beter is dan J2 of J0. De geschikte kerfslagklasse hangt af van de toepassing, ontwerpcondities en vereiste weerstand tegen brosse breuk.
Verschil tussen kerfslagtaaiheid, vloeigrens en treksterkte
Kerfslagtaaiheid, vloeigrens en treksterkte beschrijven verschillende mechanische eigenschappen van staal.
De vloeigrens is de spanning waarbij blijvende plastische vervorming begint. De treksterkte is de hoogste spanning die het materiaal tijdens een trekproef bereikt. De kerfslagtaaiheid geeft aan hoeveel energie een gekerfd proefstuk bij een bepaalde temperatuur tijdens een slagbelasting opneemt.
Een staalsoort kan dus een hoge vloeigrens hebben, maar toch onvoldoende taai zijn voor een specifieke toepassing bij lage temperatuur.
De benaming S355J2 bevat daarom twee soorten informatie:
- S355 geeft de sterkteklasse aan;
- J2 geeft de kerfslagkwaliteit aan.
Ook termen als rekgrens, breuktaaiheid, kerfslagwaarde, slagvastheid en weerstand tegen brosse breuk worden gebruikt in relatie tot het mechanische gedrag van staal. Deze begrippen zijn inhoudelijk verwant, maar niet altijd volledig uitwisselbaar.
J0 en J2 bij stalen buizen en holle profielen
Bij constructieve stalen buizen en holle profielen komen vooral kwaliteiten voor zoals S355J0H en S355J2H. De letter H staat voor hollow section, oftewel hol profiel.
De volledige staalbenaming moet altijd samen met de productnorm worden gelezen. Voorbeelden zijn:
- EN 10210-1 – S355J2H;
- EN 10219-1 – S355J2H.
EN 10210 heeft betrekking op warmvervaardigde constructieve holle profielen van ongelegeerd en fijnkorrelig staal. EN 10219 heeft betrekking op koudvervaardigde gelaste constructieve holle profielen.
Stalen buizen volgens EN 10210 en EN 10219 zijn niet automatisch volledig uitwisselbaar. De productiewijze, leveringstoestand, toleranties, mechanische eigenschappen en constructieve rekenwaarden kunnen verschillen.
Bij funderingsbuizen, buispalen, mantelbuisconstructies, offshorebuizen, leidingbuizen en drukleidingen kunnen andere productnormen en staalbenamingen gelden. De aanduidingen J0, J2 en K2 moeten daarom altijd binnen de volledige materiaal- en normspecificatie worden beoordeeld.
Welke kerfslagkwaliteit is nodig?
De keuze tussen J0, J2 en K2 wordt niet alleen bepaald door de buitentemperatuur. Een constructeur beoordeelt meerdere factoren om de juiste staalsoort en taaiheidsklasse te kiezen.
Belangrijke factoren zijn:
- de laagste ontwerp- of gebruikstemperatuur;
- de productdikte of wanddikte;
- de staalsterkte;
- de grootte en aard van trekspanningen;
- statische, dynamische of wisselende belasting;
- de aanwezigheid en kwaliteit van lassen;
- de vorm van verbindingen en constructiedetails;
- vermoeiing, schokken en trillingen;
- de eisen uit het bestek en de constructieberekening.
Dikke staalproducten, zware wanddiktes en sterk belaste lasdetails kunnen gevoeliger zijn voor brosse breuk dan dunne, gelijkmatig belaste onderdelen.
EN 1993-1-10 bevat regels voor de materiaalkeuze van constructiestaal met betrekking tot breuktaaiheid en de laagste gebruikstemperatuur. Een Charpy-testtemperatuur van -20 °C betekent daarom niet automatisch dat het staal in iedere constructie zonder aanvullende beoordeling tot exact -20 °C kan worden toegepast.
J0, J2 en K2 controleren op een staalcertificaat
De opgegeven staalsoort en kerfslagkwaliteit moeten herleidbaar zijn tot het geleverde staalproduct. Hiervoor kan een inspectiedocument volgens EN 10204 worden gebruikt, bijvoorbeeld een 3.1-certificaat wanneer dit bij de bestelling is overeengekomen.
Op een materiaalcertificaat of staalcertificaat kunnen onder andere de volgende gegevens staan:
- de volledige staalsoort;
- de toegepaste productnorm;
- de productafmetingen;
- het charge- of smeltnummer;
- de chemische samenstelling;
- de vloeigrens;
- de treksterkte;
- de rek na breuk;
- de gemeten kerfslagwaarden;
- de beproevingstemperatuur;
- de richting en afmetingen van de proefstukken;
- de leveringstoestand;
- de fabrikant en keuringsgegevens.
Een 3.1-certificaat volgens EN 10204 bevat productspecifieke keuringsresultaten die door de fabrikant worden verstrekt en gevalideerd door een bevoegde keuringsvertegenwoordiger die onafhankelijk is van de productieafdeling.
De markering op een stalen buis, staalplaat of profiel moet waar nodig kunnen worden gekoppeld aan het bijbehorende certificaat. Vooral het charge- of smeltnummer is belangrijk voor de traceerbaarheid. Daarmee kan worden gecontroleerd of de opgegeven J0-, J2- of K2-kwaliteit daadwerkelijk bij het geleverde staal hoort.
Vragen over J0, J2 of K2 bij staal?
Twijfelt u welke kerfslagklasse geschikt is voor uw toepassing of wilt u meer weten over staalsoorten, normen, certificering of constructieve stalen buizen? De specialisten van Solines helpen u graag met technisch advies en het selecteren van de juiste buis voor uw project.
