DE19859122C2 - Verwendung einer Legierung zur Feuerverzinkung von Stählen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft die Verwendung einer Legierung zum Feuerverzinken von Stählen, vorzugsweise von Einzelteilen aus Stählen, die unterschiedliche Mengen an Silicium und/oder Phosphor enthalten können.

Bei der üblichen Feuerverzinkung von Einzelteilen aus Stahl wird Zink handelsüblicher Reinheit unter Zusatz von etwa 0,005-0,01 Masse-% Aluminium verwendet. Das Aluminium dient in erster Linie zur Verringerung der Oxidation des Zinks und zur Erzeugung einer hellen "blumigen" Oberfläche des Verzinkungsgutes.

Die Verzinkung findet üblicherweise bei Temperaturen der Zinkschmelze von 440 bis 460°C statt. Stähle, die kein Silicium enthalten, lassen sich bei diesen Temperaturen und mit dieser Zinkzusammensetzung problemlos verzinken, da die Benetzung der Stahloberfläche nach einer Behandlung mit einem Flussmittel relativ gut ist und das Wachstum der entstehenden Verzinkungsschicht nach einem parabolischen Wachstumsgesetz erfolgt, die Schichten demzufolge anfänglich rasch wachsen, dann jedoch wesentlich langsamer, so dass selbst bei unterschiedlich langen Tauchzeiten nicht wesentlich voneinander abweichende Schichtdicken entstehen. Üblicherweise liegen diese zwischen 50-150 µm.

Stähle, die mit Silicium halb- oder vollberuhigt sind, und selbst Stähle, die Silicium nur in Spuren enthalten, lassen sich nach diesem Verfahren jedoch nur noch mit sehr unbefriedigendem Ergebnis verzinken. Das parabolische Wachstumsgesetz gilt bei 450°C in einem Zinkbad dieser Zusammensetzung nicht mehr.

Die Verzinkungsschicht wächst wesentlich schneller. Unter ungünstigen Bedingungen können die Zinkschichten bei den üblichen Tauchzeiten bis zu 1000 µm dick werden. Dies führt zu spröden, leicht abplatzenden, grauen Schichten, die häufig auch noch ungleichmässig dick sind. Je nach Höhe des Siliciumgehaltes im Stahl ist die Wachstumsgeschwindigkeit der Verzinkungsschicht unterschiedlich. Zur Verzinkung gelangende Stähle enthalten üblicherweise bis etwa 0,5% Silicium. Da im Zuge der Ausweitung des Stranggussverfahrens bei der Stahlherstellung der Anteil der beruhigten Stähle immer mehr zugenommen hat, stieg auch der Anteil der Silicium enthaltenden Stähle bei der Feuerverzinkung.

Neben dem Siliciumgehalt kann der Phosphorgehalt des Stahles das Wachstum der Zinkschicht bei bestimmten kritischen Werten ganz erheblich beeinflussen. Dies führt ebenfalls zu einem beschleunigten Wachstum der Verzinkungsschichten. Die Folge sind häufige, durch die Stahlzusammensetzung verursachte Reklamationen, die der Verzinker nicht beeinflussen kann. Das Problem bedarf deshalb einer schnellen Lösung.

Es ist bereits die Verwendung einer Zinklegierung bekannt, die vorzugsweise 0,03-0,06 Masse-% Aluminium, daneben 0,002-0,02 Masse-% Magnesium und 0,1-0,3 Masse-% Zinn enthält. Mit dieser Legierung können jedoch nur Stähle bis ca. 0,2% Silicium befriedigend verzinkt werden.

Bei höheren Siliciumgehalten werden die Zinkschichten ungleichmässig dick und teilweise liegt die Dicke unter der in den Normen für die Feuerverzinkung geforderten Auflage. Sie hat zudem den Nachteil, dass bei Stählen, die kein Silicium enthalten, die Zinkauflage höher wird als im üblichen Handelszink mit nur 0,005-0,01 Masse-% Aluminium. Ferner ist die Benetzung des Stahles durch den Aluminiumgehalt in dieser Höhe stark erschwert, was leichter zur Entstehung unverzinkter Stellen führen kann.

Zusätzlich hat sich in den letzten Jahren eine unter dem Namen Technigalva bekannte Legierung (beschrieben in WO 97/31137 A1) zur Stückverzinkung durchgesetzt, bei der das Zinkbad ca. 0,05 Masse-% Nickel enthält.

Der Zusatz von ca. 0,05% Nickel zum Zinkbad stellt auch nur eine Teillösung des Problems dar. Nickel unterdrückt zwar das verstärkte Wachstum der Zinklegierungsschichten bei Stählen, die bis ca. 0,2% Silicium enthalten, ist aber bei höheren Siliciumgehalten unwirksam, darüberhinaus wird der Einfluß des Phosphors im Stahl nicht unterdrückt. Nickel ist außerdem aus Umweltgründen nicht ganz unproblematisch.

Aus der US 396 2501 A ist bereits eine Zn-Sn-Al-Legierung zur kontinuierlichen Feuerverzinkung von Stahl zur Erhöhung der Korrosionsbeständigkeit bekannt. Die Legierung soll 3 bis 97 Gew.-%, vorzugsweise 5 bis 75 Gew.-% Zink, 97 bis 3 Gew-%, vorzugsweise 25 bis 95 Gew.-% Zinn und 0,005 bis 25 Gew.-%, vorzugsweise 0,005 bis 0,3 Gew.-% Aluminium enthalten. Mit einer derartigen Zusammensetzung lassen sich aufgrund der hohen Zinn- und Aluminiumgehalte keine nach EN 1461 geforderten Schichtdicken erreichen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Stähle, insbesondere solche mit Gehalten von bis zu 0,6% Silicium und/oder Phosphor, mit gutem Erfolg zu verzinken, ohne dass Probleme bei der Benetzung der Stahloberfläche mit Zink auftreten. Die Haftfestigkeit der Zinkschicht muss dabei den Anforderungen in der Praxis genügen. Die zu erreichenden Schichtdicken sollen den nach EN 1461 geforderten Mindestauflagen entsprechen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe nun dadurch gelöst, daß eine Legierung, in der neben Zink in handelsüblicher Reinheit und einem Aluminiumgehalt von bis zu 0,1 Masse-% zusätzlich 1-2,99 Masse-% Zinn enthalten sind, verwendet wird.

Der Al-Gehalt wird so niedrig gehalten, daß auf allen üblicherweise zur Verzinkung gelangenden Stählen nach EN 1461 normgerechte Zinkschichtdicken entstehen.

Der niedrige Al-Gehalt in Verbindung mit dem hohen Zinngehalt überwindet die Benetzungsprobleme, so daß fehlerfreie Überzüge entstehen.

Zinn unterstützt die Hemmwirkung des Aluminiums.

Sowohl der Einfluß von Silicium als auch von Phosphor im Stahl auf das Wachstum der Legierungsschichten wird weitgehend unterbunden und zwar im gesamten Bereich der üblicherweise zur Verzinkung gelangenden Stähle. Das Wachstum der Legierungsschichten erfolgt nach einem parabolischen Wachstumsgesetz.

Die nachfolgend in Tabellenform aufgeführten Beispiele belegen die Vorteile der erfindungsgemäß verwendeten Legierung.

Claims (3)

1. Verwendung einer Legierung, die Zink in handelsüblicher Reinheit enthält, Aluminiumgehalt von bis zu 0,1 Masse-% und zusätzlich einen Zinngehalt von 1-2,99 Masse-% aufweist, zum Feuerverzinken von Stählen mit Silicium- und/oder Phosphorgehalten von bis zu 0,6%.

2. Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Al-Gehalt der Legierung 0,03 Masse-% beträgt.

3. Verwendung nach einem der o. g. Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sn-Gehalt 2-2,99 Masse-% beträgt.