DE1292462B

DE1292462B - Verfahren zum Verzinken von Gegenstaenden aus niedrig legierten Staehlen hoher Festigkeit durch Eintauchen in ein Zinkschmelzbad

Info

Publication number: DE1292462B
Application number: DE1965A0048323
Authority: DE
Inventors: Palmer Ronald Harold; Sebisty John Joseph
Original assignee: International Lead Zinc Research Organization Inc
Current assignee: International Lead Zinc Research Organization Inc
Priority date: 1964-02-07
Filing date: 1965-02-04
Publication date: 1969-04-10
Also published as: SE319657B; BE659276A; GB1067942A; FR1488214A

Description

Verfahren zum Feuerverzinken von Gegenständen aus Eisen unter Verwendung von Zinkschmelzbädern, die zur Vermeidung der Ausbildung einer Eisen-Zink-Legierungsschicht bestimmte Legierungsmetalle, wie Chrom oder Aluminium, enthalten, sind bekannt, z. B. aus der deutschen Patentschrift 587 166 und der USA.-Patentschrift 2 703 766. In der Zeitschrift »Archiv für das Eisenhüttenwesen«, 1956, S. 297, wird über die Hemmwirkung von Aluminium in Feuerverzinkungsbädern gesagt, daß die Bildung von Eisen-Zink-Legierungsschichten und damit auch der Zinkangriff durch einen Aluminiumzusatz zur Zinkschmelze für eine gewisse Zeit gehemmt wird, daß jedoch nach längeren Zeiten, an einzelnen Stellen der Eisenoberfläche beginnend, ein sehr starker Zinkangriff stattfindet, der sich mit zunehmender Zeit über die gesamte Eisenoberfläche ausdehnt. Die gleichen Schwierigkeiten treten beim Feuerverzinken von Gegenständen aus niedrig legierten Stählen hoher Festigkeit auf; außerdem werden so solche Gegenstände beim Eintauchen in ein Zinkschmelzbad sehr stark angegriffen, und wenn die Eintauchzeit nicht genau eingehalten wird, ergeben sich sehr starke Überzüge, die eine unerwünschte graue Oberfläche aufweisen. Der Erfindung liegt die Aufgäbe zugrunde, diese Schwierigkeiten zu überwinden und die Struktur und Stärke der durch Eintauchen in -Zinkschmelzbäder erhaltenen Überzüge zu regeln.

Zur Lösung dieser Aufgabe erfolgt das Verzinken von Gegenständen aus niedrig legierten Stählen hoher Festigkeit durch Eintauchen in ein gegebenenfalls bleihaltiges Zinkschmelzbad mit die Ausbildung von Eisen-Zink-Legierungsschichten verhindernden Zusätzen nach dem Verfahren vorliegender Erfindung in der Weise, daß ein Zinkschmelzbad mit einem Zusatz an Nickel, Vanadin, Chrom oder Mangan verwendet wird.

Der Gehalt an Blei in Zinkschmelzbädern ist aus der bereits genannten USA.-Patentschrift 2 703 766 und aus Bablik, »Das Feuerverzinken«, 1941, S-. 114 und 115, bekannt.

Die Menge der Zusätze beläuft sich im allgemeinen auf 0,01 bis 2,0% des Bades. Innerhalb dieses Bereiches gibt es indes bevorzugte Bereiche und annähernd optimale Prozentgehalte bezüglich des jeweils gewählten Zusatzes, nämlich folgende:

	Optimum	Bereich
Nickel	0,2 »/0 0,2o/o 0,1 »/0 0,75%	0,01 bis 1,0% 0,01 bis 1,0% 0,01 bis 1,0% 0,10 bis 2,0%
Chrom
Vanadin
Mangan

die Eintauchzeiten liegen im Bereich von 1 bis 10 ■ Minuten,, bei den üblichen Verzinkungstemperaturen z. B. bei 450° C.

Die Erfindung ist anwendbar für das Verzinken einer Vielzahl von niedrig legierten Stahlsorten hoher Festigkeit. Verschiedene Sorten werden je nach ihrer Zusammensetzung und ihrer Vorbehandlung in unterschiedlichem Maße günstig beeinflußt. Sorten, die 0,10% oder weniger Kohlenstoff haben und größte Aktivität in einem üblichen Zinkschmelzbad aufweisen, sprechen auf ein erfindungsgemäßes Bad am besten an, wenn der Kohlenstoff im Stahl als koaleszierter Zementit vorliegt.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung und der folgenden Tabellen beschrieben. Es zeigen

F i g. 1, 2, 3 auf Grund von Versuchen erhaltene Kurven und

F i g. 4 bis 21 photographische Drucke von Mikrostrukturen erfindungsgemäß verzinkter Stähle.

Für die Versuche dienten bis 1% Blei enthaltende Zinkschmelzbäder mit einem Zusatz an Nickel, Vanadin, Chrom oder Mangan.

Tabelle I zeigt die chemische Zusammensetzung der für die Vergleichsversuche verwendeten niedrig legierten Stähle, und Tabelle II zeigt die Ergebnisse von zum Verzinken niedrig legierter Stähle durchgeführten Vergleichsversuchen.

In der ersten Spalte der Tabellen sind die Vergleichswerte für ein Kontrollbad 21 üblicher Art angegeben. Der Übersicht halber ist die Art des Bades nach der Nummer des Bades in Klammern angegeben. Das in Gramm je Quadratmeter Tafel angegebene Gewicht des Überzuges und der aufgeführte Gehalt des Überzuges an Eisen in Gramm je Quadratmeter Überzug sind Durchschnittswerte von drei Bestimmungen.

Tabelle III zeigt die Zusammensetzung der für die Versuche verwendeten Zinkschmelzbäder. Die Bezeichnung »N« weist auf eine Soll-Zusammensetzung des Bades hin, während die Bezugszeichen 1,2 und 3 die tatsächliche analytische Zusammensetzung des Bades beim Beginn, in der Mitte und am Ende jeden Versuches angeben.

Tabelle I
Chemische Zusammensetzung niedrig legierter Stähle

Element

C, % ⁵⁵ P, %

Bei Verwendung eines Vanadin oder Mangan ent- M_n, «/₀ haltenden Zinkschmelzbades ist es wünschenswert, . ' diesem auch bis 0,005 % Aluminium zuzusetzen. 60 ^Sl> ' ° ■ ■

Bei Verwendung eines dieser Metalle als Zusatz zu einem Zinkschmelzbad wird die sonst überhöhte Reaktionsgeschwindigkeit und die dadurch bedingte Bildung einer Eisen-Zink-Legierung auf niedrig legierten Stählen gehemmt und auf diese Weise wesentlich erleichtert, die Überzugsstärke zu bestimmen. Infolgedessen ist auch die Eintauchzeit weniger kritisch als bei den bekannten Zinkschmelzbädern;

Cu, % Cr, % Ni, % Nb, % V,%. N, %

	Stahl-Nr.	17
15	16	0,17
0,10	0,18	0,010
0,065	0,006	0,030
0,026	0,022	1,26
0,41	0,87	0,22
0,39	0,03	0,25
0,30	0,26	0,44
0,66	0,02	0,40
0,32	0,01	—
—	0,02	0,02
—	—	0,005
0,002	0,008

Tabelle II

Verzinkung niedrig legierter Stähle

(Tabelle II Fortsetzung)

	Bad- Nr.	21	Versuchs Nr.	Eintauch	Überzugs	Eisen im
Stahl- Nr.	21		189	zeit Minuten	gewicht	Überzug
15	Kontrbllbad		190	1	927,00	44,4
			191	2	1357,00	66,6
	21	192	5	2724,00	131,1
17		193	10	5304,00	250,7
		194	1	830,00	41,0
		195	2	1214,00	59,8
	20	196	5	2022,00	106,6
16	(Ni)	197	10	3273,00	179,1
		198	1	863,00	34,7
		199	2	1058,00	41,7
		200	5	1275,00	54,8
15		167	10	1577,00	74,2
	20	168	0,5	552,00	21,5
		169	1	625,00	25,2
		170	2	872,00	39,0
		171	4	1095,00	46,6
		172	8	1745,00	69,3
17		173	16	5932,00	233,6
	3	174	0,5	549,00	26,4
	(Ni)	175	1	704,00	32,9
		176	2	860,00	42,4
		177	4	1156,00	52,7
	6	178	8	1519,00	72,6
16	(Ni)	21	16	1964,00	93,3
		22	0,17	424,00	24,0
		23	1	607,00	32,0
	6	24	2	756,00	41,1
15		41	4	1046,00	55,7
		42	0,17	393,00	15,8
		43	1	491,00	21,0
	5	44	2	634,00	25,9
17	(Ni)	45	4	1013,00	37,2
		46	0,17	390,00	18,4
		47	1	680,00	30,8
	22	48	2	833,00	35,4
16	(V)	37	4	1083,00	44,6
		38	0,17	488,00	23,9
		39	1	650,00	33,4
	22	40	2	874,00	38,8
15	(V)	205	4	1077,00	44,8
		206	1	552,00	22,9
		207	2	647,00	30,5
	22	208	5	826,00	42,3
17		209	10	1095,00	57,5
		210	1	628,00	30,7
		211	2	695,00	35,8
		212	5	1006,00	52,4
16	213	10	1189,00	68,7
	214	1	543,00	26,9
	215	2	665,00	33,6
	216	5	857,00	46,3
	10	1089,00	63,7

ίο

	Bad- Nr.	Versuchs- Nr.	Eintauch	Überzugs	Eisen im
Stahl- Nr.	24	237	zeit Minuten	gewicht g/m2	Überzug g/m2
15	(Mn)	238	1	869,00	31,6
		239	2	1095,00	41,2
		240	5	1379,00	49,6
	24	241	10	3602,00	118,7
17		242	1	790,00	32,4
		243	2	1034,00	44,6
		244	5	1467,00	62,4
	24	245	10	2181,00	98,0
16		246	1	701,00	26,8
		247	2	772,00	31,9
		248	5	1013,00	45,7
	25	253	10	1278,00	62,5
15	(Cr)	254	1	628,00	24,9
		255	2	793,00	32,4
		256	5	900,00	40,5
	25	257	10	1705,00	68,8
17		258	1	561,00	26,4
		259	2	735,00	33,9
		260	5	945,00	45,0
	25	261	10	1357,00	68,0
16		262	1	589,00	27,0
		263	2	689,00	32,3
		264	5	845,00	43,7
		10	1013,00	57,7

Bad-Nr.

21

20

Tabelle III
Badzusammensetzung in °/o

Versuchs-Nr.

Fe

Pb

Al

Andere Zusätze

übliche Zusammensetzung

N	0,030	1,0	—
1	0,034	1,06	—
2	0,038	1,09	—
3	0,044	1,08	—

	Nickel	als Zusatz	_
N	0,03	1,0	—
1	0,030	0,92	—
2	0,039	0,92	—
3	0,044	0,92
N	0,03	1,0	—
1	0,027	0,83	—
2	0,027	0,83	—
3	0,032	0,95	__
N	0,03	1,0	—
1	0,028	0,47	—
2	0,029	0,67	—
3	0,037	0,68
N	0,03	1,0	—
1	0,033	0,81	—
2	0,036	0,85	—
3	0,035	0,91

0,2Ni 0,19 Ni 0,20 Ni 0,22 Ni

0,2Ni 0,21 Ni 0,20 Ni 0,23 Ni

0,5Ni 0,35 Ni 0,37 Ni 0,42 Ni

0,5Ni 0,48 Ni 0,46 Ni 0,32 Ni

(Tabelle III Forlsetzung)

Bad-

Versuchs-Nr.

Fe

Pb

Al

Andere Zusätze

	Vanadin	als Zusatz	0,005
N	0,03	1,0	0,005
1	0,036	0,96	0,005
2	0,043	1,08	0,005
3	0,046	1,07

22 N 0,03 1,0 0,005 0,1V

0,12 V 0,10 V 0,13 V »ο

24 N 0,03 1,0 0,005 0,5Mn

0,40 Mn 0,39Mn 0,39Mn

	Mangan	als Zusatz	0,005
N	0,03	1,0	0,005
1	0,035	0,95	0,005
2	0,038	0,96	0,005
3	0,038	0,95

	Chrom	als Zusatz
N	0,03	1,0	—
1	0,034	1,09	;
2	0,040	1,10
3	0,040	1,08

ao

25 N 0,03 1,0 — 0,2Cr

0,19 Cr 0,20 Cr 0,18 Cr

Die Ergebnisse bezüglich der Überzugsgewichte gemäß den Versuchen der Tabelle II sind als Kurven hi den Diagrammen der F i g. 2 und 3 wiedergegeben.

F i g. 4, 5, 6, 7, 8 und 9 sind fotografische Aufnahmen der Mikrostrukturen der Überzüge auf einen niedrig legierten Stahl der Art der Nr. 15 in Tabelle I.

Die F i g. 4 und 5 sind fotografische Aufnahmen von Mikrostrukturen ernes niedrig legierten Stahles der Nr. 15, der in ein Kontrollbad üblicher Zusammensetzung bzw. in ein Bad, das 0,2% Nickel enthielt, 1 Minute getaucht worden war.

Die Fig. 6 und 7 sind fotografische Aufnahmen von Mikrostrukturen des gleichen Stahles Nr. 15, der 2 Minuten in ein Kontrollbad üblicher Zusammensetzung bzw. in ein 0,2% Nickel enthaltendes Bad getaucht worden war.

Die F i g. 8 und 9 sind fotografische Aufnahmen von Mikrostrukturen desselben Stahles Nr. 15, der 4 Minuten in ein Kontrollbad üblicher Zusammensetzung bzw. m ein 0,2% Nickel enthaltendes Bad getaucht worden war.

Die F i g. 4 bis 9 einschließlich zeigen, daß im Vergleich mit den gemäß den F i g. 4, 6 und 8 erzielten Kontrollüberzügen der Zusatz von 0,2% Nickel eine ausgesprochene Verringerung der Stärke der Eisen-Zink-Legierungsschicht und eine wesentliche Vergrößerung der Stärke der äußeren Zinkschicht ergab, so

Die F i g. 10 bis 15 einschließlich sind fotografische Aufnahmen von Mikrostrukturen der Überzüge auf niedrig legierten Niob enthaltenden Stahlblechen (Stahl-Nr. 16). Die Fig. 10,12 und 14 veranschaulichen die auf übliche Weise zur Kontrolle erzielten Überzüge durch Eintauchen während 1, 2 bzw. 4 Minuten, und die F i g. 11,13 und 15 zeigen Überzüge, die durch Zusetzen von 0,2% Nickel zum Bad durch Eintauchen während 1, 2 und 4 Minuten erzielt werden. Diese Figuren zeigen, daß im Vergleich mit den Kontrollüberzügen der Zusatz von 0,2% Nickel wiederum zu einer bedeutenden Verringerung der Starke der Eisen-Zink-Legierungsschicht führt. Eine eindeutige Verbesserung der Gleichförmigkeit der Legierungsschicht wie der äußeren Zinkschicht wird ebenfalls erzielt.

Die F i g. 16 bis 21 einschließlich sind fotografische Aufnahmen von Mikrostrukturen von Überzügen auf niedrig legierten Vanadin enthaltenden Stahlblechen (Stahl Nr. 17). Fig. 16,18 und 20 zeigen auf übliche Weise erhaltene Kontrollüberzüge durch Eintauchen während 1, 2 und 4 Minuten, und die F i g. 17,19 und 21 sind Überzüge, die sich beim Zusetzen von 0,2% Nickel zum Bad durch Eintauchen von 1, 2 oder 4 Minuten Dauer ergeben. Die Figuren zeigen, daß im Vergleich mit den Kontrollüberzügen der Zusatz von 0,2% Nickel zu einer eindeutigen Verringerung der Stärke der Eisen-Zink-Legierungsschicht und einer wesentlichen Vergrößerung der Stärke der äußeren Zinkschicht bei diesem Stahl führt.

Die für die Nickel enthaltenden Überzüge gemäß den F i g. 4 bis 21 gezeigten Wirkungen verdoppeln praktisch die Wirkungen, die auf den gleichen Stählen (15, 16 und 17) durch die anderen Badzusätze Chrom, Vanadin und Mangan erzielt werden.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Verzinken von Gegenständen aus niedrig legierten Stählen hoher Festigkeit durch Eintauchen in ein gegebenenfalls bleihaltiges Zinkschmelzbad mit die Ausbildung von Eisen - Zink - Legierungsschichten verhindernden Zusätzen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zinkschmelzbad mit einem Zusatz an Nickel, Vanadin, Chrom oder Mangan verwendet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Zusatz Nickel, Vanadin oder Chrom in einer Menge von 0,01 bis 1,0% oder Mangan in einer Menge von 0,10 bis 2,0% verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Zusatz Nickel oder Chrom in einer Menge von etwa 0,2% oder Vanadin in einer Menge von etwa 0,1% oder Mangan in einer Menge von etwa 0,75 % verwendet wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Eintauchzeit von 1 bis 10 Minuten angewendet wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines Zinkschmelzbades mit einem Zusatz an Vanadin oder Mangan dem Bad außerdem bis zu 0,005 % Aluminium zugesetzt wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen