DE19646362A1 - Verfahren zum Wärmebehandeln von ZnAl-schmelztauchbeschichtetem Feinblech - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Wärmebehandeln von mit einer Aluminium enthaltenden Zinklegierung schmelztauchbeschichtetem Feinblech.

Das Schmelztauchbeschichten von Feinblech mit Zink und/oder Aluminium bzw. mit deren Legierungen im kontinuierlichen Durchlaufverfahren erfolgt üblicherweise derart, daß das Band durch ein Bad des geschmolzenen Beschichtungsmaterials hindurchgeführt wird. Dabei werden die Oberflächen des Bandes mit dem Beschichtungsmaterial benetzt. Nach dem Verlassen des beschichteten Bandes aus dem Schmelztauchbad wird überschüssiges geschmolzenes Beschichtungsmaterial von der Bandoberfläche abgeblasen. Dabei kühlt das geschmolzene Beschichtungsmaterial ab und erstarrt. Das noch warme beschichtete Band kann dann anschließend entweder auf Raumtemperatur abgekühlt oder einer weiteren Behandlung unterworfen werden. Beispielsweise wird feuerverzinktes Band einer Überalterungsbehandlung unterworfen. Dazu wird das Band im Bereich um 350°C etwa 3 min lang geglüht, um seine Tiefziehbarkeit zu verbessern (Stahl und Eisen 102 (1982) Nr. 24, Seite 1236).

Zur Verbesserung der Oberflächenqualität einer auf verzinktes oder aluminiertes Feinblech aufgebrachten Email- oder Lackschicht ist auch schon eine Erwärmung des beschichteten Bandes auf eine Temperatur über 300°C bis unterhalb der Temperatur der Legierungsbildung für weniger als 5 min vorgeschlagen worden (EP 0 710 732 A1).

Dadurch sollen Mikroporen in der Lack- oder Emailschicht vermieden werden.

Bei der erfindungsgemäß verwendeten ZnAl-Schmelze handelt es sich um eine ZnAl-Legierung, die neben Zink als Hauptbestandteil noch 3,5-15% Al sowie Spuren von seltenen Erden enthält. Darüber hinaus können noch Spuren von Magnesium, Mangan, Kupfer oder Silizium enthalten sein.

Die Zusammensetzung der ZnAl-Schmelze bedingt ein Erstarrungsverhalten, das an der Überzugsfläche zu "eingefallenen" Korngrenzen ("grain boundary dents") führt. Diese Ausbildung der Korngrenzen führt zu einer Beeinträchtigung des Oberflächenaussehens. Dadurch wird die Anwendung des Werkstoffes für Einsatzzwecke mit hohen Ansprüchen an die Oberflächenqualität eingeschränkt. Solche Einsatzgebiete ergeben sich bei Hausgeräten und in der Automobilkarosserie, die nach dem Umformen und Fügen mit einer anspruchsvollen Lackierung versehen werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die Oberflächenausbildung des ZnAl-Überzuges so zu verbessern, daß nach der Kaltumformung in Verbindung mit einer Lackierung oder anderen Beschichtungsverfahren (Chromatierung, Phosphatierung, Schutzlackversiegelung) eine qualitativ hochwertige Oberfläche vorliegt.

Die Erfindung will hier Abhilfe schaffen und sieht vor, daß das Feinblech unmittelbar nach dem Erstarren der im Schmelztauchbad auf seine Oberflächen aufgebrachten Beschichtung auf eine 20 bis 100°C über der Liquidustemperatur des Beschichtungsmaterials liegende Temperatur für 2 bis 10 s erwärmt und danach auf Raumtemperatur abgekühlt wird.

Am fertigen Feinblech mit dem erfindungsgemäß wärmebehandelten Überzug wird eine merkliche Verbesserung des Oberflächenaussehens infolge einer Verringerung der Korngrenzentiefe festgestellt, die bei ZnAl-Überzügen ohne Anwendung des erfindungsgemäßen Nacherwärmens deutlich ausgeprägt ist. Die sonst auftretende Blumenstruktur wird makroskopisch verwischt und ist auch nach einer Emaillierung oder Lackierung nicht mehr erkennbar.

Mit dieser makroskopisch erkennbaren Veränderung geht eine mikroskopische Veränderung im Gefüge des ZnAl-Überzuges einher. Im Ausgangszustand besteht der typische Zn + 5% Al-Überzug aus dem γ-Mischkristall und einem Eutektikum aus η- + β-Phase.

Nach der erfindungsgemäßen Glühbehandlung tritt eine signifikante Änderung ein. Die ursprünglich groben η-Mischkristallbereiche liegen nun fein verteilt und sehr zahlreich vor. Die an der ZnAl-Oberfläche vorliegenden Körner bilden sich durch die Wärmebehandlung neu und in signifikant kleinerer Korngröße aus.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird daher die Anwendung für Feinbleche vorgeschlagen, die mit einem Überzug aus einer 4,5 bis 5,5% Al enthaltenden Zinkbasislegierung beschichtet sind.

Eine bevorzugte Erwärmung erfolgt erfindungsgemäß auf elektroinduktivem Weg. Auf diese Weise lassen sich Temperatur und Zeitdauer der Erwärmung sehr fein regulieren.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist, die Umformbarkeit von mit einer aluminiumhaltigen Zinkbasislegierung schmelztauchbeschichtetem Feinblech so zu verbessern, daß die Bildung von Rissen beim Umformvorgang vermieden wird. Bekanntlich neigen schmelztauchbeschichtete Feinbleche zur Rißbildung. Dieses Problem konnte bislang nicht zufriedenstellend gelöst werden.

Durch die erfindungsgemäße Wärmebehandlung wird das geschilderte Problem gelöst. Derart nachträglich wärmebehandelte schmelztauchbeschichtete Feinbleche zeigten nach einer Umformung erheblich weniger und nur kleinere Risse.

Die nach den erfindungsgemäßen Verfahren wärmebehandelten schmelztauchbeschichteten Feinbleche eignen sich vor allem für Einsatzzwecke mit hohen Ansprüchen an die Oberflächenqualität. Dies ist insbesondere bei Haus­ geräten und Automobilkarosserieteilen der Fall, die nach dem Umformen und Fügen mit einer anspruchsvollen Lackierung, Chromatierung, Phosphatierung, Schutzlackversiegelung, Emaillierung oder dergleichen Oberflächenbeschichtung versehen werden.

Beispiel

Ein Band aus kaltgewalztem Feinblech aus einem vakuumentkohltem (ULC) Stahl der Abmessung 0,8×1.000 mm durchläuft mit einer Geschwindigkeit von 80 bis 100 m/min eine Feuerverzinkungsanlage, nachdem es am einlaufseitigen Abwickler an den Vorlaufring geschweißt und in die Verzinkungsanlage eingeführt wurde. Das Band wird zunächst einem Reinigungsprozeß unterzogen. Dies geschieht entweder in einem Abbrennofen mit direkter Beheizung der Bandoberfläche und nicht oxidierender Fahrweise. Am Ende dieser Behandlung beträgt die Bandtemperatur rund 650°C. Alternativ kann auch eine chemische Vorbehandlung des Bandes, z. B. alkalische Reinigung, vorgenommen werden.

Anschließend durchläuft das Band einen Ofenbereich, in dem es bei Temperaturen von rund 750°C rekristallisiert wird, um die Kaltumformbarkeit zu verbessern.

Gleichzeitig werden in diesem auch als Reduktionsofen bezeichneten Ofenbereich aufgrund der Ofenatmosphäre, die z. B. rund 65% Wasserstoff, Rest Stickstoff enthält, an der Bandoberfläche vorhandene Eisenoxide reduziert. So wird eine gute Benetzung durch die Metallschmelze vorbereitet. Vor dem Eintauchen des Bandes in Metallschmelze wird die Bandtemperatur in einen Bereich von 500 bis 580°C abgesenkt.

Das Band wird durch einen sogenannten Rüssel unter Luftabschluß in das Schmelztauchbeschichtungsbad geführt. Der Rüssel ist zur Erwärmung des Bandes innen mit Heizkörpern versehen. Dadurch werden im Rüssel Temperaturen von rund 800°C erreicht.

Die Temperatur der rd. 5 Masse-% Al enthaltenden Zinkschmelze beträgt im Mittel 430°C. Zur Einstellung des Auflagengewichtes von z. B. 140 g/m² und zum Abstreifen der überflüssigen Metallschmelze wird ein Düsendruck von rund 0,3 bar eingestellt. Als Abblasmedium kann Luft oder Stickstoff verwendet werden. Bei dem Abblasen erstarrt das zuvor schmelzflüssige Beschichtungsmaterial.

Im noch warmen Zustand wird das schmelztauchbeschichtete Band der erfindungsgemäßen Wärmebehandlung im Durchlauf unterworfen. Dazu folgt eine kurzzeitige Erwärmung in der Größenordnung von 2 bis 10 s auf Temperaturen, die im Bereich von über 20°C bis 100°C oberhalb der Liquidus-Temperatur des Beschichtungsmaterials liegt. Die Dauer der Erwärmung wird dabei so geregelt, daß es allenfalls partiell zum Wiederaufschmelzen des Beschichtungsmaterials auf dem Feinblech kommt. Die Glühung kann unter atmosphärischen Bedingungen erfolgen.

Abschließend erfolgt die übliche Dressierbehandlung, naß oder trocken, mit Dressiergraden von 0,3 bis 1,5%.

Fig. 1 und 2 zeigen Schliffbilder in der Vergrößerung 500 : 1.

Die Rißbildung im Biegeschulterbereich des tiefgezogenen Napfes aus Material, welches nicht der erfindungsgemäßen Nacherwärmung unterworfen wurde, zeigt in Fig. 1 einen durch Pfeil gekennzeichneten großen tiefreichenden Riß. Demgegenüber sind am Schliffbild in Fig. 2 einer tiefgezogenen Napfprobe aus einem erfindungsgemäß nacherwärmten Material nach einer Tiefziehverformung nur kleinere unbedeutende Rißchen zu erkennen.

Claims (3)

1. Verfahren zum Wärmebehandeln von mit einer aluminiumhaltigen Zinkbasislegierung schmelztauchbeschichtetem Feinblech, dadurch gekennzeichnet, daß das Feinblech unmittelbar nach dem Erstarren der im Schmelztauchbad auf seine Oberflächen aufgebrachten Beschichtung auf eine 20 bis 100°C über der Liquidustemperatur des Beschichtungsmaterials liegende Temperatur 2 bis 10 s lang erwärmt und danach auf Raumtemperatur abgekühlt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Feinblech, beschichtet mit einer Legierung aus 5 Masse-% Al, Rest Zn, für 2 bis 10 s auf 400 bis 480°C erwärmt wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Feinblech auf elektroinduktivem Weg erwärmt wird.