S235 ja S355 – Melkein kaikki, sinun tarvitsee tietää teräksen lujuudesta

Se on selvä, että projektiisi riittää se ”ihan tavallinen, halvin musta rauta”, eli vanhat ”kolmeseiska” (Fe37) tai ”viiskakkonen” (Fe52).

Mutta kumpi teräslaatu riittää, tai sopii paremmin tarkoitukseen, S235 vai S355? Mitä väliä sillä ylipäätään on, kumpaa laatua rauta on? Mitä eroa niillä on? Eikö vaan voisi ottaa jo hitsausvermeet esiin ja alkaa hommiin?

Käytännön ero näiden kahden rakenneteräslaadun välillä on työstettävyydessä ja lujuudessa.

Tähän pienenä välihuomiona, että palveluihimme ei kuulu kantavuus- ja lujuuslaskenta, joten käydään lopuksi läpi myös tilanteet, joissa rakennesuunnittelijan/muun teknisen asiantuntijan tai taikurin arvio on tarpeen ennen teräsostohousujen jalkaan vetämistä.

Tässä artikkelissa käydään läpi, mitä nuo kummalliset numeromerkinnät kertovat meille. Lähdetään liikkeelle peruskäsitteistä ja edetään tarkastelemaan laatuja kirjaimellisesti pintaa syvemmältä. Katsotaan tietenkin myös muutama tyypillinen käytännön käyttökohde ahaa-elämyksen vahvistamiseksi.

Mitä S23 ja S355 tarkoittavat teräsmerkinnöissä?

Molemmat ovat rakenneteräksiä, joita käytetään laajasti teollisuuden eri aloilla. S-kirjain tarkoittaa rakenneteräksiä (structural steel) ja sitä seuraava numero ilmoittaa teräksen nimellisen myötörajan megapascaleina (MPa).

Jättäen sanan huvittavuuden huomiotta, megapascalit tarkoittavat käytännössä, että S235-teräksen myötöraja on 235 MPa ja S355-teräksen myötöraja on 355 MPa. Myötöraja kertoo, kuinka suurta jännitystä materiaali kestää ennen kuin se alkaa muokkautua pysyvästi. Mitä suurempi luku, sitä enemmän teräs kestää kuormitusta ennen kuin se myötää (antaa myöten, eli suomeksi sanottuna, taipuu). Oletko koskaan vääntänyt klemmaria suoraksi ja yrittänyt saada sen taivuteltua alkuperäiseen muotoonsa. Onnistuiko?

Kuormituksen kasvaessa liian suureksi ja myötörajan ylittyessä teräs siis menettää elastisuutensa ja alkaa venyä pysyvästi (plastinen alue); vaikka kuormitus loppuisi, teräs myötää ja jää mutkalle kuin auki väännetty klemmari.

Jos kyseessä on rakennus, niin rakennusteknisesti ottaen, se on silloin vaurioitunut ja käyttökelvoton. Teräksen halutaan joustavan painon alla (elastinen alue), mutta palaavan takaisin muotoonsa, kun kuormitus loppuu.

Miten myötöraja ja murtolujuus eroavat toisistaan?

Kuten aiemmin mainittu, myötöraja kertoo kuinka suurta jännitystä materiaali kestää ennen kuin se alkaa muokkautua pysyvästi. Murtolujuus kertoo, mikä on se kriittinen piste, jossa teräs lopulta murtuu. Koska tarkoitus on antaa teräksen joustaa ja palautua kuormituksen alla (eli pysyä elastisella alueella) ja täten pyrkiä välttämään pysyviä muodonmuutoksia (jotka tapahtuvat plastisella alueella) jo suunnitteluvaiheessa, rakenteiden kantavuuden laskemisessa sovelletaan luonnollisesti myötörajaa.

S355-teräksen myötöraja on noin 51 prosenttia korkeampi kuin S235:llä. Jos rakenne on suuren kuormituksen kohteena tai halutaan tehdä rakenteesta kevyempi käyttämällä pienempiä profiileja heikentämättä kantavuutta, tämä prosenttiero on merkittävässä asemassa. Korkeampi myötöraja ei kuitenkaan automaattisesti tee siitä ylivertaista ratkaisua jokaiseen projektiin – edullisimmasta puhumattakaan. Kustannustehokkain valintakaan ei tosin aina riipu hinnasta, vaan kestävyydestä – sillä loppujen lopuksi halpakin teräs tulee kalliiksi, jos rakenne joudutaan tekemään liian heppoisen materiaalin vuoksi kahdesti.

Muista: Osta kerran, rakenna yhdesti (mutta mittaa kahdesti).

S235: Joustavaan, maltilliseen, hitsausvaltilliseen rakentamiseen

S235:n parhaimpiin puoliin kuuluvat ehdottomasti sen monipuolisuus, helppo työstettävyys ja mutkaton hitsattavuus; matalampi hiilipitoisuus tekee siitä vaivattomamman käsitellä verraten lujempiin lajitovereihin. Hitsausliitokset ovat siis toteutettavissa siististi, pienemmällä riskillä liitosten halkeilusta. Se on usein riittävä laatu kevyissä rakenteissa, jonka lisäksi se on edullisempaa ja kirsikkana kakun päällä sen työstäminen sujuu kuin valssi – eikä nyt puhuta tanssilattioista, vaan telojen välissä tanssivasta kuumasta raudasta.

Missä tätä helppoa, halvinta ”mustaa perusrautaa” sitten tarvitaan? Tyypillisiä käyttökohteita näiden ilmiselvien ”kevyiden rakenteiden” lisäksi ovat esimerkiksi:

• Pihapiirin ja hallien varustelu: Kestävät mutta kevyet portaat, kaiteet, tikkaat ja aidat.
• Konepajojen ns. perushommat: Sellaiset koneiden osat, korvakkeet, tuet ja muut vermeet, joiden ei tarvitse kestää jatkuvaa rajua tärinää tai järjetöntä moukarointia.
• Pintaurakat ja suojaukset: Monenlaiset teräslevyrakenteet, tasot ja suojakotelot.
• Kaikki ns. tavallinen hitsaus: Yleiset hitsatut raamit ja rungot, joissa edullisuus ja helppo työstettävyys ratkaisevat.

S355: Vankempaan ja rankempaan rakentamiseen

Kun S235:n rahkeet loppuvat, astuu kuvaan S355. Tämä teräslaatu on tehty kohteisiin, joissa kuormat ovat rajuja, rakenteiden pitää kestää kovaa kohtelua tai käyttöympäristö pistää teräksen todelliseen testiin muutoin – olipa kyseessä Suomen talven hyytävät pakkaset, katolle kasautuvat tuhansien kilojen lumikuormat tai työkoneen rungon jatkuva repivä tärinä.

S355-terästä tarvitaan siis silloin, kun leikki loppuu ja siirrytään raskaansarjan peleihin.

• Kantavat teräsrakenteet ja sillat: Kun rungon pitää kantaa tonnikaupalla painoa ilman huolta pettämisestä.
• Raskas kalusto ja koneenrungot: Nosturien puomit, metsäkoneiden rungot, kauhat ja perävaunut, joihin kohdistuu jatkuvaa rasitusta.
• Hallit ja suuret jännevälit: Rakennukset, joissa pilarivälit ovat pitkiä ja katon lumikuormat valtavia.

S355:n suurin etu on sen järkähtämätön lujuus: se mahdollistaa ohuempien ja kevyempien profiilien käytön kantavuudesta tinkimättä. Se on siis täydellinen valinta, kun rakenteesta halutaan tehdä kevyempi – esimerkiksi peräkärryissä, ajoneuvoissa tai muissa liikuteltavissa teräsrakenteissa, joissa jokainen säästetty kilo tarkoittaa enemmän hyötykuormaa.

Teräsputkissa, kuten putkipalkeissa, teräslaatu vaikuttaa suoraan siihen, millaisia seinämävahvuuksia ja profiileja tarvitaan halutun kantavuuden saavuttamiseksi.

On kuitenkin syytä kiinnittää huomiota siihen, että S355-teräksen korkeampi hiilipitoisuus voi todellakin tehdä hitsaamisesta hieman vaativampaa: Hitsauksessa on tärkeää noudattaa oikeita menetelmiä ja noudattaa myös esikuumennusohjeita materiaalivahvuuden mukaan.

💡 Bonus: Mitä tarkoittavat teräslaadun perässä olevat muut merkit? S355JR vs. S355J2

Merkinnät S235 ja S355 noudattavat eurooppalaista EN 10025 -standardia. Virallisissa tuotetiedoissa on kuitenkin oltava lisäksi vielä vähintään iskusitkeysluokka, joka kertoo kuinka monta joulea (J) teräs kestää tietyssä lämpötilassa (JR, J0, J2, K2). ”Mitäs ne joulet sitten on?”, saatat kysyä. Nyt kun sukellettiin aiheeseen syvemmälle kuin James Cameron Mariaanien hautaan, käydään tämäkin nopeasti läpi!

• S355JR testataan huonelämpötilassa (+20 °C). Se kestää vaikka sitä moukarointia hienosti sisätiloissa, mutta kovalla pakkasella se voi rajun iskun voimasta haljeta (yllättäen!).
• S355J2 testataan (muiden maiden mittapuulla) purevassa pakkasessa (-20 °C). Se takaa, että vaikka Suomen talvessa kauhakuormaaja kolahtaa hallin pilariin tai tukkirekka ajaa routakuoppaan, teräs ottaa iskun vastaan, eli joustaa ja sitoo ne joulet ilman, että koko runko murtuu vaarallisesti.

Iskusitkeyden perässä voi olla myös toimitustilan lisämerkinnät, jotka alkavat plus (+) -merkillä (+AR, +N, +M). Ne taas kertovat, miten teräs on valssattu tehtaalla. Mikäli kyseessä on putki, tämän kirjain- ja numerolitanian päätteeksi merkitään vielä profiilin muoto (H) joka kertoo kyseisen tuotteen olevan ontto (H= hollow section).

Kumpi teräslaatu sopii juuri sinun projektiisi?

Valinta S235:n ja S355:n välillä ei riipu pelkästään siitä, kumpi on paperilla lujempi. Se riippuu siitä, mitä rakenne oikeasti vaatii, miten sitä työstetään ja mikä on taloudellisesti järkevintä. Yleinen virheoletus on, että vahvempi teräs on aina se paras, ainoa oikea valinta. Käytännössä turhaan ylimitoitettu materiaali vain kasvattaa kustannuksia ja hankaloittaa työstöä ilman, että valmiista rakenteesta tulee yhtään sen parempi sen käyttötarkoitusta varten.

Kysy siis itseltäsi nämä neljä kysymystä:

1. Kuinka suurta kuormitusta rakenteeseen kohdistuu? Kevyissä ja paikoillaan pysyvissä rungoissa S235 riittää usein mainiosti. Liikkuvassa tai raskaammassa käytössä S355 puolustaa paikkaansa.
2. Onko rakenteen paino tai koko rajoittava tekijä? Jos profiilien ulkomittoja halutaan pienentää ilman, että kantavuus kärsii, S355 mahdollistaa ohuemmat seinämävahvuudet.
3. Miten paljon hitsaustyötä projektissa on? Jos hitsattavaa on kilometrikaupalla ja kyseessä on normaali sisärakenne, kuiva varastohalli tai muu vastaava rakenne, joka on suojassa säätilojen vaihteluilta, on S235-teräksen mutkaton hitsattavuus valtava käytännön etu.
4. Millainen on käyttöympäristö? Suomen kylmät talvet tai jatkuva tärinä saattavat vaatia erikseen iskusitkeysluokiteltua terästä, kuten pakkasta pelkäämätöntä S355J2-laatua.

Teräsputkia ja -palkkeja valitessa materiaalin laatu on vain yksi tekijä seinämävahvuuden ja itse profiilikoon rinnalla. Oikea yhdistelmä näitä kolmea ratkaisee, miten homma lopulta pelittää.

Mikäli olet vähänkään epävarma siitä, mikä myötöraja riittää sinun projektiisi, lopullinen tuotevalinta kannattaa aina laskea ja varmistaa yhdessä rakennesuunnittelijan kanssa.

Jos taas suunnitelmat ovat selvät, mutta itse teräkset puuttuvat, ota yhteyttä  – Autamme sinua, teräksen kovalla ammattitaidolla!