DE1521405B2

DE1521405B2 -

Info

Publication number: DE1521405B2
Application number: DE1521405A
Authority: DE
Inventors: John Thomas Toronto Ohio Mayhew (V.St.A.)
Original assignee: National Steel Corp., Pittsburgh, Pa. (V.St.A.)
Priority date: 1951-01-28
Filing date: 1951-01-28
Publication date: 1973-10-18
Also published as: DE1521405A1; DE1521405C3

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Zinküberzügen mit geringer Kristallblumenbildung auf Metallerzeugnissen, insbesondere Stahlbändern, bei dem das mit Zinkschmelze überzogene Metallerzeugnis nach dem Austritt aus dem Zinkschmelzbad langsam bzw. allmählich abgekühlt und vor der .Kristallblumenbildung mit Dampf behandelt wird.

Es ist bereits ein Verfahren zum Verhindern der Kristallblumenbildung bzw. des vollständigen Bin- *" dens (Legierens) des Überzugzinks mit dem Basismetall bekannt (USA.-Patentschrift 2160 864), bei dem die Bildung verhältnismäßig großer Kristallblumen dadurch verhindert wird, daß das Abkühlen des Zinküberzugs nach dem Austritt aus dem Zinkschmelzbad durch erhitzten Dampf oder auch erhitzte Luft so verzögert wird, daß keine rasche Abkühlung stattfindet. Dabei vertrat man die Auffassung, daß rasches Abkühlen eine vollständige Verbindung des Überzugs mit dem Metallerzeugnis verhindert, wodurch die Weiterverarbeitung des überzogenen Metallerzeugnisses durch spanlose Formgebung erschwert, wenn nicht sogar unmöglich gemacht wird.

Darüber hinaus ist es auch seit langem bekannt (deutsche Patentschrift 130 054), daß frisch verzinkte Drähte nach dem Austritt aus dem Bad mit einer Schutzatmosphäre aus Dampf, Gasen oder Flüssigkeiten, darunter Wasserstaub, umgeben werden, um den Zutritt von Luftsauerstoff zu verhindern. Sofern hierbei unmittelbar nach dem Austritt des Metallerzeugnisses aus dem Schmelzbad plötzlich abgekühlt wird, läßt die Festigkeit des Überzugs am Metallerzeugnis sehr zu wünschen übrig, was man durch zusätzliche Behandlung mit schräg gerichteten Flammen (Machu, »Metallische Überzüge«, 1948, S. 195) zu verhindern suchte. Außerdem wurde von der Verwendung von Naßdampf abgeraten (USA.-Patentschrift 2 094 583), da dieser den Zinküberzug ungleichmäßig mache; der Behandlung unter Verwendung eines Sprühnebels von Wasser oder insbesondere wäßriger Lösung von Kupfersulfat, Natriumnitrat, Natriumchlorid, Kaliumchromat und Kaliumpermanganat wurde dagegen der Vorzug eingeräumt. Abgesehen

von dem verhältnismäßig hohen Aufwand, der An-

:. ..Sammlung..'. solcher Flüssigkeiten": auf ,..der.. Badoberfläche und dem nicht immer befriedigenden Aussehen derart behandelter Überzüge bilden diese vielfach keinen guten Haftgrund für den nachträglichen Auftrag von weiteren Schutz- oder Farbschichten, und es hat sich gezeigt, daß beim spanlosen Verformen derart behandelter Metallerzeugnisse, insbesondere beim scharfkantigen Biegen, Risse im Überzug oder

ίο zwischen Überzug und Metallerzeugnis auftreten, die entweder die Korrosionsgefahr des Metallerzeugnisses infolge Kapillarwirkung vergrößern oder überhaupt zum Abblättern von Überzugsteilen an den besonders starken Angriffen ausgesetzten Kanten führen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verfahren der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß das mit dem Zinküberzug versehene Metallerzeugnis ein gefälliges Aussehen aufweist, sich durch gute Korrosionsbeständigkeit selbst bei spanloser Nachbearbeitung auszeichnet und der Zinküberzug auch einen guten Haftgrund für zusätzliche Schichten bildet.

Die Erfindung besteht darin, daß der Überzug mit Naßdampf behandelt wird, wodurch im Temperatur-

bereich der Kristallisierung des Überzugs bei einer Dicke von 0,54₇mm innerhalb V10 s eine Temperaturabsenkung um 42 bis 56° C erfolgt.

Obwohl bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht auf die langsame bzw. allmähliche Abkühlung verzichtet ist, wird im Temperaturbereich der Kristallisierung des Überzugs eine Schnellabkühlungsstufe eingefügt, die dann zu dem erwünschten Ergebnis führt, wenn der sich kristallisierende Überzug mit Naßdampf behandelt wird. Dadurch wird zwar die

Bildung von Kristallen an der Außenseite des Überzugs nicht verhindert, es entstehen jedoch keine großen Kristalle bzw. großen Kristallblumen, sondern lediglich sehr kleine mit dem Auge beinahe nicht mehr wahrnehmbare Kristalle, die dem Fertigerzeugnis zwar noch ein silbriges' Aussehen, jedoch ein solches großflächig homogener Art verleihen. Es bildet einen hervorragenden Haftgrund für zusätzliche Überzüge, beispielsweise im Spritzverfahren aufgetragener Farbschichten, und es ist eine praktisch unbegrenzte nachträgliche Verformbarkeit möglich, ohne daß sich Haarrisse im Überzug an den stark beanspruchten Teilen ergeben oder die Gefahr eines Aufspleißens an der Grenzschicht zwischen dem Überzug und dem Metallerzeugnis besteht. Das Fertigerzeugnis ist sogar ebenso leicht wie kaltgewalzter Stahl punktschweißbar, was bisher vielfach nur dann möglich war, wenn die mit einem Zinküberzug versehenen Metallerzeugnisse nach dem Verzinken »vergütend« gewalzt wurden.

Die Temperaturabsenkung um 42 bis 56 ⁰C erfolgt gewissermaßen plötzlich, nämlich bei einem 0,54 mm dicken Überzug und handelsüblicher Blechdicke innerhalb Vio^s· Bei anderen Überzugsdicken kann die für die gleiche Anlage geltende, nachstehend aufgeführte Tabelle als Anhalt für die Abkühlungsgeschwindigkeit dienen. Der Abkühlungszeitraum im Temperaturbereich der Kristallisierung des Überzugs hängt nur wenig von der Blechdicke ab. Jedenfalls ist es wichtig, daß die allmähliche Abkühlung des Überzugs im Temperaturbereich der Kristallisierung desselben durch eine rasche Abkühlung ersetzt wird. Neben diesen beiden Merkmalen ist es erforderlich, daß mit Naßdampf gearbeitet wird, da die plötzliche Abkühlung in dem genannten Temperaturbereich auch in Zusam-

menwirken mit dem vorangehenden langsameren Abkühlen allein noch nicht zur Lösung der Aufgabe führt. ;

Die Naßdampfbehandlung setzt ein, wenn der Überzug im wesentlichen noch vollständig geschmolzen ist und kann beendet werden, wenn sich der Überzug im wesentlichen vollständig — jedoch in Form im wesentlichen kleiner und kleinster Kristallite — kristallisiert hat. Dabei ist es empfehlenswert, daß die Naßdampfbehandlung nicht erst dann beginnt, wenn sich bereits ein Kristallisierungsschema abzuzeichnen beginnt. Überraschenderweise wurde festgestellt, daß die Überzugstemperatur, bei dem mit der Naßdampf-Schnellabkühlungs-Behandlung begonnen wird, im wesentlichen unabhängig von der Dicke des Metallerzeugnisses ist, so daß der Behandlungsbeginn selbst dann beibehalten werden kann, wenn sich die Erzeugnisdicke im Laufe des Behandlungsverfahrens ändern sollte. Man hat daher lediglich einige wenige Versuche durchzuführen, um diesen optimalen Behandlungsbeginn bezüglich der Temperatur festzulegen, um dann das weitere Verfahren nach diesem optimalen Wert zu richten. In der folgenden Tabelle sind drei Beispiele aufgeführt:

Tabelle
Mit Strahlungspyrometer gemessene Bahntemperatur ° C

Bahn breite cm	Überzugs dicke mm	Bad- temp. ⁰C	Bahnge schwindigkeit m/min	Abstand zwischen Bad und Breührung mit Naß dampf cm	Naßdampf- temp. ⁰C	Naßdampf druck kg/cm² (Überdruck)	Berührung rr vor	lit Naßdampf nach
1. 105 2. 113 3: 102	0,54 0,812 1,57	460 450 454	39 30 18	295 340 370	135 152 154	2,5 6 5,6	330 bis 343 330 bis 343 330 bis 343	288 bis 302 288 bis 302 288 bis 302

Für diese Beispiele wurde ein bahn- bzw. bandförmiges Metallerzeugnis verwendet, das in einem auf etwa 430 bis 468⁰C, insbesondere auf 455 ⁰C, erhitzten Schmelzbad mit dem Überzug versehen wurde." Das .Schmelzbad ist in der Regel kein reines Zink, sondern weist neben etwas mehr als 95% Zink Zusätze wie Blei, Eisen, Kadmium, Messing, Zinn, Antimon und Aluminium auf. Je nach dem Anteil solcher Zusätze sind auch die Temperaturbereiche . der Kristallisierung des Überzugs und daher insbesondere der Beginn der Naßdampf-Raschabkühlungs-Behandlung verschieden. Die Behandlung findet zweckmäßigerweise innerhalb einer Strecke von etwa 2,4 bis 3,6 m nach dem Austritt aus dem Schmelzbad statt.

Der auf das mit Schmelze überzogene Erzeugnis aufgeblasene Naßdampf bringt den Überzug bei dünneren Schichten augenblicklich und bei dickeren Schichten ■ innerhalb einer kurzen Zeitspanne zum Erstarren. Beispielsweise ist bei dem Blech des Beispiels 1 der Überzug innerhalb einer Vorschubstrecke von 75 mm oder innerhalb einer Zehntelsekunde erstarrt. Das schnelle Erstarren des Überzuges verhindert, daß nennenswerte Hitze des Grundmaterials eine weitere Legierungsbildung zwischen dem Überzugsmaterial und dem Grundmetall verursacht. Die Verminderung der Legierungsbildung führt zu hervorragender Haftfähigkeit und infolgedessen zu einer erhöhten Form- und Biegbarkeit bei praktisch vollständiger Ausschaltung der Gefahr des Abblätterns des Überzuges. Auch hat das plötzliche Abkühlen des Überzuges, insbesondere des Zinkanteiles der Überzuglegierung, eine Erhöhung der Härte des Überzuges zur Folge, so daß das Erzeugnis oberflächlich hautdünn ausgewalzt werden kann, ohne daß die Walzen Überzugsmaterial aufnehmen.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Ausschaltung von »Weißrost«, d. h. Anfälligkeit gegenüber den Beanspruchungen bei feuchter Lagerung. Die aufs äußerste verminderte Größe der Kristallblumen erleichtert auch die Behandlung mit Phosphatlösungen.

Es empfiehlt sich im übrigen, den Naßdampfstrahl nicht genau unter rechtem Winkel, sondern mit einer in Bewegungsrichtung des Metallerzeugnisses verlaufenden Strömungskomponente auf dieses zu richten.

An Hand der Zeichnung wird die Erfindung im folgenden noch näher erläutert. Darin zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Durchführung der Erfindung und

F i g. 2 eine Draufsicht auf einen Ausschnitt aus Fig. 1.

Gemäß Fig. 1 wird das Metallerzeugnis, hier eine Blechbahn 7, durch einen Tunnel 8 mit definierter Atmosphäre in ein Schmelzbad 9 innerhalb der Verzinkungspfanne 10, dort um eine Umlenkrolle 12 herum und anschließend zwischen den Walzen 13, 14 hindurch wieder aus dem Schmelzbad 9 herausgeführt. Die Bahn 15 ist beim Verlassen des Schmelzbades 9 mit einem Überzug aus Zinkschmelze versehen, der auf der beträchtlichen Vorschubstrecke während ihrer Aufwärtsbewegung noch im geschmolzenen Zustand bleibt. Ein Kondensator 20 liefert Naßdampf gewünschter Temperatur, gewünschten Drucks und gewünschter Feuchtigkeit auf die Bahn 15 mit dem noch geschmolzenen Überzug. Der Dampf wird dem Kondensator 20 durch eine Dampfzuleitung 21 mit einem Steuer- bzw. Regelorgan 22 zum Regeln des Dampf stromes in die Einlaß-Dampfkammer 23 geliefert. Das- Ventil 24 dient zur Ableitung etwa überschüssigen Kondensates. Da der Kondensator 20 ein Oberflächenkondensator ist, bleibt das Kühlmittel während des Wärmeaustausches vom Dampf getrennt. Oberhalb der Einlaß-Dampf kammer 23 befindet sich eine Reihe von Dampfrohren 26, 27, 28, 29 in Verbindung mit der Einlaß-Dampf kammer 23 am unteren Ende und mit einer Auslaß-Dampfkammer 30 am oberen Ende des Gehäuses 25. Die Dampf rohre 26, 27, 28, 29 sind von einem Wasserkasten 31 umgeben, der in Wärmetauschverbindung mit dem Dampfrohr

steht. Dem Wasserkasten 31 wird durch eine Zuleitung 32 mit einem Regelventil 33 Wasser zugeführt. Die Wasserabfuhr geschieht durch eine Leitung 34 über ein Regelventil 35. In der Praxis spielt es allerdings keine Rolle, ob ein Wasserrohrkondensator oder ein Dampfrohrkondensator verwendet wird. Die tatsächliche Regelung von Temperatur, Druck und Feuchte des Naßdampfes erfolgt durch die Regelorgane für den Kühlmittelstrom.

Die Temperatur und der Druck des Dampfes in der Auslaß-Dampf kammer 30 sind mittels Meßgeräten 38 und 39 meßbar. Die Naßdampf-Leitung 40 ist zwischen dem Kondensator 20 und der Bahnbehandlungsvorrichtung mit einem Druckregelventil 41 und mit einem Absperrventil 42 ausgerüstet.

Über dem Schmelzbad 9 sind Träger 50, 51 mit Hängekonsolen 52, 53 zu beiden Seiten der überzogenen Bahn 15 angeordnet, die Träger 62, 63 für Naßdampfrohre 60, 61 aufweisen. Die Naßdampfrohre 60, 61 sind mit dem Kondensator 20 über die Naßdampf-Leitung 40 und eine flexible Leitung 43 verbunden. Die Schraubenkupplung 44 verteilt den Naßdampf entweder auf eines oder beide der Naßdampfrohre 60, 61, je nachdem, ob nur die eine Seite oder beide Seiten der Bahn 15 behandelt werden sollen. Jedes der Dampf rohre 60, 61 hat ein Entleerungsventil 65 bzw. 66.

Die Hängekonsolen 52, 53 gestatten die Einstellung der Höhe der Naßdampf rohre 60, 61 oberhalb des Schmelzbades 9, so daß für das Erzeugnis die optimale Behandlungstemperatur gewählt werden kann, indem der Vertikalabstand der Naßdampf rohre 60, 61 vom Schmelzbad 9 z. B. entsprechend der Tabelle eingestellt wird.

Gemäß F i g. 2 wird der Naßdampf von zahlreichen ^vV-f örmigen Düsen 67,68 von im wesentlichen konischer Ausbildung ausgeblasen. Die Begrenzungen der Naßdampfstrahlen, die die Bahn 15 treffen, sind geringfügig überlappt, so daß eine volle Deckung der zu behandelnden Überzugsoberfläche gewährleistet ist. Von Bedeutung ist der Winkel der V-förmigen Düsen 67, 68 gegenüber der Bahn 15; er sollte gegen die Horizontale aufwärts geneigt sein, um ein Abwärtsströmen des Naßdampfes entlang der Bahn 15 und somit eine Abkühlung derselben vor Berührung mit dem eigentlichen Naßdampfstrahl zu verhindern. Die Neigung gegenüber der Horizontalen sollte nicht übermäßig hoch gewählt werden, da sonst Luft in den Bereich zwischen den Naßdampfrohren 60, 61 und der Bahn 15 angesaugt wird. Die umgebende Luft neigt nämlich dazu, die Bahn 15 vor der Berührung mit der Hauptmasse des aufgeblasenen Naßdampfes zu kühlen. Auch besteht die Gefahr, daß die umgebende Luft eine Isolierschicht entlang der Bahn 15 bildet und dadurch das gewünschte Auftreffen von Naßdampf auf den Überzug behindert.

Falls es schwierig ist, eine volle Naßdampf-Bestrahlung der überzogenen Bahn 15 ohne wesentliche Überlappung benachbarter Dampfstrahlen zu erzielen, wodurch dort die mit dem geschmolzenen Überzug in Berührung gelangende Feuchtigkeits-

ao menge erhöht und eine inhomogene Oberfläche erzielt wurde, empfiehlt sich die Verwendung von Düsen, die sich mit ihrer Blasöffnung über die volle Breite der Bahn 15 erstrecken. Ein gleichförmiges Auftreffen von Naßdampf über die gesamte Bahnbreite ist das Ergebnis.

Die Bahn 15 wird also oberhalb des Schmelzbades 9 zuerst durch einen Bereich geführt, in dem die Überzugsdicke gemessen wird. Anschließend wandert sie weiter nach oben, bis der geschmolzene Überzug allmählich bis unterhalb der Schmelzbadtemperatur abgesunken ist und die Oberflächentemperatur des

"geschmolzenen Überzuges etwa 343⁰C beträgt. Nun wird, über die Breite der Bahn 15 gleichmäßig verteilt, Naßdampf aufgeblasen, so daß der geschmolzene

Überzug innerhalb kurzer Zeit plötzlich erstarrt; der Mindesttemperaturabfall im geschmolzenen Überzug beträgt 42 bis 56° C, so daß das Zink und etwaige weitere Metallzusätze des Überzuges praktisch gleichzeitig erstarren. Die Feuchtigkeitspartikel im Naßdampf bilden dabei vermutlich Kristallisationskeime, so daß eine mattglänzende an Stelle einer schiefrigen Oberfläche entsteht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Zinküberzügen mit geringer Kristallblumenbildung auf Metallerzeugnissen, insbesondere Stahlbändern, bei dem das mit Zinkschmelze überzogenen Metallerzeugnis nach dem Austritt aus dem Zinkschmelzbad langsam bzw. allmählich abgekühlt und vor der Kristallblumenbildung mit Dampf behandelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug mit Naßdampf behandelt wird, wodurch im Temperaturbereich der Kristallisierung des Überzugs bei einer Dicke von 0,54 mm innerhalb Vi₀S eine Temperaturabsenkung um 42 bis 56° C erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Naßdampf strahl mit einer in Bewegungsrichtung des überzogenen Metallerzeugnisses verlaufenden Strömungskomponente auf dieses gerichtet wird.