DE1621340A1

DE1621340A1 - Verfahren und Vorrichtung zum kontinuierlichen Verzinken

Info

Publication number: DE1621340A1
Application number: DE19671621340
Authority: DE
Inventors: Jean Daubersy
Original assignee: METALLURG D ESPERANCE LONGDOZ
Current assignee: METALLURG D ESPERANCE LONGDOZ
Priority date: 1966-06-07
Filing date: 1967-06-06
Publication date: 1971-06-03
Also published as: SE330469B; NL6707909A

Description

Verfahren und Vorrichtung zum kontinuierlichen Verzinken Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Verzinkung, bei dem ein Blech, dessen Oberfläche einer Vorbehandlung mit einem Gas unterworfen worden ist, um die direkte Aufbringung von festhaftendem Zink zu ermöglichen, in ein Bad mit flüssigem Zink getaucht wird, ohne daß eine nasse Dekapierung oder Flußmittelbehandlung vorgenommen wird, Die Verwendung von verzinktem Blech hat während-der letzten Jahre dank der kontinuierlichen Verfahren, bei denen Rollen von kaltgewalzten Blechen kontinuierlich verzinkt werden" und von denen das Sendzimir"Verfahren am meisten verbreitet ist, stark zugenommen. Bei diesem Verfahren wird das kaltgewalzte Blech kontinuierlich in dem Ofen geglüht, in dem die Verzinkung vorgenommen wird.Die Verankerung des Zinks auf dem Eisen wird hierbei ohne Beizen und ohne Verwendung von Flußmitteln durch die im Ofen verwendeten Atmosphären erreichte In einer ersten Stufe zu Beginn der Erhöhung der Temperatur des Blechs wird dieses leicht oxydiert, worauf in einer zweiten Stufe, die das Glühen und die Abkühlung umfaßt und direkt vom Eintauchen des Blechs in das Zinkbad gefolgt wird# die Oberflächenschicht durch ein wasserstoffreiches Gas reduziert wird. Auf der hierbei gebildeten Schicht aus reinem Eisen wird,-die Zinkschicht mit hoher Haftfestigkeit festgehalten. Bei diesem Sendzimir-Verfahren erfolgt das Glühen des kaltgewalzten Blechs auf etwa.8500C. Vor dem Eintauchen in das-Zinkbad" das bei einer Temp#eratur-von etwa; 45500 gehalten wird, wird das Blech auf etwa 500 0 0 gekühlt. Am Aüsgang-des Bades kühlt sich das Blech an der freien Luft, Häufig wird mit einem feuchten Luftstrom gekühlt, durch dessen Auftreffen die vom Blech mitgenommene Schicht aus flüssigem Zink schnell erstarrt.
Dieses Ver!tinkungsverfahren" das einen-erheblichen Erfolg aufzuweisen hat, kann jedoch nicht bei Blechen angewendet werden, die einer komplizierten Formgebung durch Tiefziehen, Biegen,- Ealzen usw. beispielsweise beim Autokarrosseriebau unterworfen.werden sollen, da die Möglichkeiten der Verformung auf diese Weise bei Blechen, die nach diesem Verfahren verzinkt worden sind, leider ungenügend sind. Dies ergibt sich aus den beiden ersten Zeilen A und B der später folgenden Tabelle, die die mechanischen Eigenschaften ' die ' einem kaltgewalzten-Tiefziehblech» wfe es beim Karrosseriebau verwendet wird,#verliehen, werden könneng mit den mechanischen Eigenschaften eines kaltgewalzten Blechs aus dem gleichen Stahl, das aber nach dem Sendzimir-Verfahren verzinkt worden ist, vergleicht, Die vorhanden-den Unterschiede ergeben sich aus der wohlbekannten Tatsache,9 daß es durch kontinuierliches Glühen nicht möglich-istt' d:em--Bleöh die Tiefzieheigenschaften zu verleihen, die ausschließlich bei langem Glühen im Glockenofen oder K.üppeldfbn erzielt werden._ Um diese Schwierigkeiten auszuschalteng wurden bereits kontinuierlich arbeitende Verzinkungsanlagen gäbautg bei denen vorher in Kuppelbfen geglühte Bleche-kontinuierlich behandelt werden und-übliche Methoden des Beizens und der Flußmittelbehakdlung kontinuierlich angewendet werden. In ande'ren Fällen wurde das Sendzimir-Verfahren modifiziert, indem zusätzliche Arbeitsgänge durchgeführt,wurden, nämlich entweder ein Normalglühen, ein Nachglühen, deh, eine Rückführung des verzinkten Blechs auf e'ine wesentlich unter der Verzinkungstemperatur liegende Temperatur, mit anschließendem langsamem Abkühlen, Gegenstand der Erfindung ist ein kontinuierliches Verzinkungsverfahren vom offenen Typ, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man das Blech in Rollen mit sich nicht berührenden Windungen einem decarbonisierenden oder decarbonisierenden-und denitrierenden Glühen in einem Kuppelofen unterwirft, in dem ein feuchtes wasserstoffreiches Gas umgewälzt wird, die Rolle kühlt$ die gekühlte Rolle abwickeltg das abgewickelte Blech in einem kontinuierlich arbeitenden Ofen wieder auf eine 0 Temperatur zwischen 450 und 520 C in einer wasserstoffreiohen Schutzgasatmosphäre beispielsweise aus gekracktem.Aumoniak erh-itzt, das Blech unter dieser Schutzgasatmosphäre in ein bei einer Temperatur zwischen 445 und 465 0 0 gehaltenes Bad aus geschmolzenem Zii#k führt, das Gewicht und die Zusammen- setzung des Zinkauftrages in bekannter Weise einstellt und das überzogene Blech mbglichst schnell in ebenfalls bekannter Weise kühlt. Gemäß einem Kennzeichen der Erfindung wird das decarbonisierende-oder decarbonisierende und denitrierende Glühen bei einer Temperatur zwischen 650 und 750 0 C, vorzugsweise bei 7000C. für eine solche Dauer vorgenommen, daß der Kohlenstoffgehalt unter 0,010%., vorzugsweise unter 0,005% liegt, während der Stickstoffgehalt gegebenenfalls unter 0,0015%, vorzugsweise unter 090008do liegt. E#n wichtiger Teil der Erfindung besteht aus einer Verzinkungsanlage, die für die Durchführung des Verfahreüs gemäß der Erfindung mit einem Vorwärmofen für das Blech unter einer Schutzgasatmosphäre.. Heizvorrichtungen, die für Öfen mit geregelter Atmosphäre üblich sin d. Sicherheits-Heizstel,-len, einem Eintritt und einem Austritt für das Schutzgas, einer Haube, die dicht mit einem Behälter verbunden ist, der das Zinkbad enthält, durch das das Blech geführt wirdjmit un bekannten Einrichtungen zur Einstellung der Überzugsdicke und zur Kühlung des Bleche versehen ist.
Weitere Einzelheiten ergeben sich aus der folgenden Beschreibung des Verfahrens und einer Verzinkungsanlage gemäß der Erfindung, die in der Abbildung schematisch dargestellt ist, Fig.1 ist eine graphische Darstellung mit den Koordinaten rn und nm mit den Stellungen für verschiedene Bleche. Fig,2 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Verzinkungsanlage.
Das Verfa hren gemäß der Erfindung geht von einem unberuhigten Flußstahl aus, der die Zusammensetzung hat, die im allgemeinen für die Herstellung von Tiefziehblechen.in Frage kommt, Die.ser Stahl wird nach Verfahren, die für die Blechherstellung üblich sind, in einem Walzwerk, das schematisch bei 1 in Fig.2 dargestellt ist, gegossen, warmgewalzt, gebeizt und kaltgewalzt.' Beispielsweise können-Stähle verwendet werden, deren mechanische Eigenschaften in der später folgenden Tabelle angegeben sindund die die folgende Arialyse haben: etwa 09030 0.1080% 0t015 09025% 09010 09030 0920 0935% Die Rolle des kaltgewalzten Bleche wird in einer nicht dar-,gestellten-Vorrichtung ausgeweitet» d.h. so aufgewickelt, daß die.Windungen sich nicht berühren. Man erhält auf diese Weise eine lockere Rolle 2, die in einen KuPpelofen 3 mit Gasumwälzung eingeführt wird. Dieser Glühofen 3 ist mit einem Eintritt 6 für ein decarbonisierendes oder decarbonisierendes und denitrierendes Gas und einem Austritt 7 für das gebrauchte Gas versehen» Die Umwälzung des Gases erfolgt beie spielsweise durch ein Gebläse.8. Dieses Gas, das eine wass'erstoffreiche feuchte Atmosphäre darstellt, bewirkt eine starke Devarbonisierung. Dieses decarbonisierende Glühen- ist ein. Arbeitsgang, der dem Fachmann bekannt ist.- Bei der pr aktischen Durchführung der Erfindung wird das Blech bei einer 0 Temperatur--,ton etwa 700 0 geglüht, und die Decarbonisierung wird bis zu einem Kohlenstoffgehalt von weniger als 0,010%, vorzugsweise weniger als 0,005% vorgenommen. Es ist zweckmäßig, aber nicht unerlässlich, gleichzeitig mit der Deaarbonisierung eine Denitrierung vorzunehmen,.bis der Stiok- -stoffgehalt unter 0,0015%, vorzugsweise unter-O"0008% liegt, da in diesem Fall die Bleche praktisch keiner Alterung unterliegen. Nach dem decarbonisierenden Glühen wird das Blech wieder mit engen Windungen aufgewickelt, wobei die Rolle 4 erhalten wird, die anschließend in die Abwickelvorrichtung 4a geführtwird. Das abgewickelte Blech durchläuft die Beschneide- und Schweißvorrichtungen 9 und 10 und wird durch die Zugrollen 5 a und die Auflagerollen 5b in einen Ofen 5.eingeführt, woes einfach auf eine Temperatur erhitzt wird, die um etwa 50 OC über der Verzinkungstemperatur liegt. Hierbei wird es unter einem wasserstoffreichen Schutzgas gehalten, Dieses Gas, das beispielsweise aus gekracktem Amoniak besteht, wird durch einen Eintritt 14 in den bei 450-46000 gehaltenen Ofen'eingeführt und tritt durch einen Ausgang 15 aus, In dem dichten Mantel 12 des Ofens sind Heizelemente 139 die in Öfen mit geregelter Atmosphäre üblich sind, und zusätzliche Heizstellen 19 angeordnet, Diese Heizelemente 13 können aus elektrischen Widerständen, Strahlungsrohren oder Induktionsspulen bestehen, Die Heisstellen 19 werden auf eine Temperatur von wenigstens 650 00 gebracht Der Anwärmofen 5 ist durch eine dichte Haube 11 verlängert, die so in einen Trog 16 taucht, der ein Bad 16a aus gesch molzenem Zink enthält» daß ein Flüssigkeitsverschluse gebildet wird, Auf Grund der Anwesenheit des'-Schutz"g'asea-, das kontinuierlich Im Ofen 5 und in der Haube 11 um'gewälzt wird, taucht das Blech in das Verzinkungsbad 16a, ohni---daß . die Gefahr,einer Oxydation durch Luft besteht, Das Zink kann in das Bad in flüssiger oder fester Form eingeführt werden, Die Wärme;, die4, zur Aufrechterhaltung der- Temperatur deä Bades erforderlich ist, kann ganz oder teilweise durch. dieim Blech gespeicherte fühlbare Wärme geliefert werden.
Dem Bad wird-Aluminiujn zugesetzt, -um die Dicke d:er spröden Schicht aus der Eisen-Zink-Legerung zu verringern, Die Menge dieser Zusätze hängt in bekannter Weise ab vonverschiedenen Faktoren, z.B. der-Temperatur, der Durchlaufgeschwindigkeit und der Oberflächenrauhigkeit..-Das aus dem Bad 16a austretende Blech läuft anschließend durch Abquetschwalzen 18.,'die die Menge des aufgebrachten Zinks'regeln.»und dann durch eine Kühlvorrichtung, in der Wasserstrahlen-17 das Blech möglichst schnell kühlen. Hierbei können auch Strahlen kalter Luft, feuchter luft oder Dampf- und Wasserstrahlen verwendet werden. Das verzinkte und gekühlte Blech wird anschließend kit-der Wickelvorrichtung 20 aufgerollt'o Die beschriebene Anlage unterscheidet sich von der beim SendzimirrVerfahren notwendigen Anlage durch-die erhebliche Vereinf achung des Vorwärmöfens vor, -der- Verzinkung, Im -Vorwärmofen findet keinerlei Oxydation statt, und.die Betriebstemperatur liegt nicht über 500 0 im Gegensatz zu der Tempe-0 .
ratur von 850,0 ' Eine Mlzone ist nicht vorhanden., und es wird kein Wasserstoff mehr für die Reduktion verbraucht. Ferner besteht 'der erfindungsgemäß verwendete Vorwärmofen einfach aus einem Tunnel, der auf eine Temperatur von 500 0 0 heizt, unter einer wasserstoffreichen Schutzgasatmoophäre gehalten wird und-äußer der Reizvorrichtung zusätzliche heiße Stellen aufweist, deren Nindeättemperatur 650 0 0 beträgtv und die über die länge des Ofens verteilt sind. Durch dieae-he.ißen Stellen ist es möglich» unbeabsichtigt-eingedrungene Zuft sofort-ohne die Gefahr der Bildung explosiver Gemische zu verbrennen. Die praktische Verwirklichung dieser heißen Stellen bietet keinerlei Schwierigkeit, Sie können beispielsweise aus elektrischen Widerständen, die durch -Joulesche Wärme erhitzt werden, heißen Kerzen mit Zündfunken und heißen Stellen, die in Strahlungsrohren erzeugt werden, bestehen. Das Verfahren gemäß der Erfindung ist außerdem sehr vorteilhaft, denn es ermöglicht eine hohe Produktionsgeschwindigkeit, da die Durchgangegeschwindigkeit hoch sein kann und es-mbglieh ist, die Zinkaufnahme, d..h, die pro Flächeneinheit aufgetragene Zinkmenge, zu regeln bzw. zu begeenzen, wozu Einrichtungen, wie Rakel oder luftbürsten verwendet-werden, die sich den hohen Durchlaufgeschwindigkeiten ausgezeichnet anpassen. Aus der folgenden Tabelle ergibt sichg daß ein nach diesem Verfahren verzinkter Stahl mechanische Eigenschaften hat" auf Grund derer er sich besser für schwierige Verformungen durch Tiefziehen" Bördeln usw. eignet als die nach dem Sendzimir-Verfahren verzinkten Stähle, auch wenn dieses Verfahren durch eine zusätzliche Normalisferungs- oder Nachglühbehandlung ergänzt wird. In dieser Tabelle haben die Abkürzungen folgende Bedeutung: E = ElastizItätsgrenze, ermittelt beim Zugversuch an einer 2 Probe gemäß ASTN (20,9 0.510).. ausgedrückt in kg/mm R = Bruchl.ast" ermittelt beim-Zugversuch an einem Prüfkörper gemäß ASTM (2"9 0,5'R), ausgedrückt in kg/mm 2 0 A = Dehnung, ermittelt beim Zugversuch an einem Prüfkörper gemäß ASTN (209 0,5",), ausgedrückt in %.
HRB= Rockwell-B-Härte, gemessen an einer entzinkten Plat«4 ausgedrückt in Werten der Rockwell-13-Härteskala. Er= Tiefe beim Tiefziehen, ermittelt beim Brichsen-Test an eiLner verzinkten Platte$ ausgedrückt in mm.

Ronde

Beim Bechertest Ist der kritische Durchmesser, der

in #m ausgedrückt. Er wird beim Tiefziehen eines zylindrisehen Bechers mit flachem Boden von 80 mm Durchmesser er-. mittelt. Der Versuch wird mit einem Stempel von 80 mm Durchmesser und einer Rundung von 10 mm-und mit einer Matrize - von 82.,5 mm durchgeführt.
Beim Fukui-Test ist das Verhältnis J das Verhältnis des in mm ausgedrückten reduzierten Durchmessers zu dem in mm ausgedrückten Durchmesser der zum Tiefziehen verwendeten Ronde, ermittelt beim Napfziehversuch nach Fukui (gemischte Deformierung durch Stauchen und Ziehen).-Ein Napf wird mit Hilfe eines Stempels mit halbkugelförmigem Kopf von 10,32 mm Durchmesser auf einer konischen Matrize ohne Niederhalter tiefgezogen. Bei diesem Test ist das Blech umso besser, je niedriger das Verhältnis ist.
rn ist der mittlere Koeffizient der plastischen Anisotropie, definiert als das Verhältnis der Breitenkontraktion zur Verminderung der Dicke bei einem Prüfkörper mit rechteckigem Querschnitt, der der Zugbeanspruchung unterworfen wird. Man unterscheidet Werte des Koeffizienten r für Prüfkörper, die in einer Richtung von 00, 45 0 und 900 zur Walzrichtung entnommen werden. Der Koeffizient r ist ein gewogenes Mittel, n das nach der folgenden Formel berechnet wird: Ein-hoher Koeffizient r. läßt gutes Verhalten gegenüber Deformationen durch Stauchen erkennen.
n m ist der mittlere Modul der Kaltverstreckung (module moyen d'6crouissage) oder "taux moyen de consolidation". Er wird definiert als Steigung der Geraden, die die Zugkurve im logarithmischen Koordinatensystem darstellt.-Man unterscheidet Werte des Faktors n für Prüfkörper, die in einer Richtung von 00, 45 0 und 90 0 zur Walzrichtung entnommen worden sind. Der Koeffizient n m ist ein gewogenes Mittel, das nach der folgenden Formel berechnet wird: Ein hoher Koeffizient n m zeigt gutes Verhalten gegenüber Deformationen durch Dehnung an. Die vorstehende Tabelle zeigt, daß nur das Verfahren gemäß der Erfindung in der Lage ist, gleichzeitig das Verhalten bei Stauchung (Koeffizient rn) und das Verhalten beim Ziehen (Koeffizient n. ) zu verbessern. Die Ergebnisse des Fukui-Tests bestätigen das Verhalten bei gemischter Deformation, d.h. bei gleichzeitigen starken Deformationen durch Stauchen und Ziehen. Diese Schlußfolgerungen kommen noch deutlicher in Fig. 1 zum Ausdruck, wo c#ie verschiedenenWerte, die für + j rn und n m ermittelt wurden, dargestellt sind. Diese graphische Darstellung zeigt, daß die gemäß der Erfindung erhaltenen Bleche in Bezug auf die rn- und n.-Werte den nach dem Sendzimir-Verfahren verzinkten Blechen mit oder ohne Normalisierung weit Überlegen sind. Die erfindungsgemäß verzinkten Bleche sind In Bezug auf n. - den Blechen gleichwertig., die nach dem Sendzimir-Verfahren verzinkt und anschließend geglüht worden sind, aber sie sind ihnen in Bezug auf die rn-Werte weit überlegen. Sie sind. sogar den unverzinkten Blechen gleichwertig oder überlegen. Ferner unterliegen die entearbonisierten und denitrierten Bleche keiner'Alterung. +) in einem Diagramm mit den Koordinaten r urml n n m

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e 1.) Verfahren zum kontinuierlichen Verzinken eines Bleches, dessen Oberfläche mit einem Gas vorbehandelt ist, durch Tauchen in ein Bad mit flüssigem Zink, dadurch gekennzeichnet, daß man das Blech als Rolle mit sich nicht berUhrenden Windungen in einem.Kuppelofen, in dem ein wasserstoffreiches feuchtes Gas zirkuliert, einem decarbonisierenden oder decarbonisierenden und denitrierenden Glühen unterwirft, die Rolle kühlt und dann abwickelt, das abgewickelte Blech in einem kontinuierlich arb6itenden Ofen wieder auf eine Temperatur zwischen 450 0 und 5200C in einer Wasserstoffreichen Schutzgasatmosphäre erhitzt, unter dieser Schutzgasatmosphäre in ein auf ein' Temperatur von 4450 bis 4650c gehaltenes Bad von geschmol zenem Zink einführt" Gewicht und Zusammensetzung des Überzuges in an sich bekannter Weise regelt und das überzogene Blech schnellztmöglich In ebenfalls bekannter Weise kühlt. 2.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Schutzgasatmosphäre gekracktes Ammoniak verwendet. 3.) Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man dem Zinkbad Aluminium zugibt.-4.) Verfahren -nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man Gewicht und Zusammensetzung des Überzuges durch Walzen,-Rakel oder Gasbürsten regelt. 5.) Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet" daß man das überzogene Blech durch Strahlen kalter und/oder feuchter Luft, Dampf- oder Wasserstrahien kühlt. 6.) Verfahren'nach Anspruch 1 bis 5" dadurch gekennzeichnet, daß man das decarbonisierende oder decarbonisierende und denitrierende Glühen bei Temperaturen zwischen 6500 und 7500C., vorzugsweise bei 700 0 C solange durchführt, bis der Kohlenstoffgehalt weniger als 0.,010 %.. vorzugsweise weniger als 0.005 % und der Stickstoffgehalt gegebenenfalls weniger als Os0015 %, vorzugsweise weniger als o.ooo8 % beträgt. 7.) Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch .l bis 6, gekennzeichnet durch einen vor dem Verzinkungsbehälter angeordneten, mit Heizelementen (13) und Sicherheits-Heizstellen (19) ausgestatteten Turinelofen (5) für das Vorwärmen des Bleches unter Schutzgasatmosphäre, Gaseinführungs-und -ableitungsstellen (14,15) und eine den Ofen verlängernde, an den Verzinkungsbehälter (16).dicht angeschlossene und in das flüssige Zink eintaucheride Haube (11) als Flüssigkeitsverschluß..