DE202005022081U1

DE202005022081U1 - Stahlblech mit durch Feuerverzinkung aufgebrachter Zinklegierungsbeschichtung

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Publication number: DE202005022081U1
Application number: DE202005022081U
Authority: DE
Original assignee: Tata Steel Ijmuiden BV
Current assignee: Tata Steel Ijmuiden BV
Priority date: 2004-06-29
Filing date: 2005-06-23
Publication date: 2013-03-20
Anticipated expiration: 2015-06-24
Also published as: US20090297881A1; AU2005259526B9; WO2006002843A1; BRPI0512880B1; RU2007103161A; CN101027421A; CA2571521A1; US20170233859A1; KR101199069B1; RU2384648C2; AU2005259526B2; US9677164B2; US20140302343A1; CA2571521C; JP2008504440A; US10590521B2; BRPI0512880A; NZ552722A; DE05758026T1; JP5208502B2

Abstract

Stahlbandblech, das mit einer feuerverzinkten Zinklegierungsbeschichtungsschicht versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Zinklegierung besteht aus: 0,3–2,3 Gew.-% Magnesium; 0,6–2,3 Gew.-% Aluminium; optional < 0,2 Gew.-% einem oder mehreren zusätzlichen Elementen; unvermeidbaren Verunreinigungen; wobei der Rest Zink ist; und wobei die Zinklegierungsbeschichtungsschicht eine Dicke von 3–12 μm aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Stahlbandblech, das mit einer feuerverzinkten Zinklegierungsbeschichtungsschicht versehen ist.
Ein Stahlbandblech mit einer Zinkbeschichtung zu versehen, ist gut bekannt, insbesondere für Automobil- und Bauanwendungen. Um eine dünne Zinkschicht auf einem Stahlbandblech auf eine günstige Art und Weise zu erhalten, ist es übliche Praxis, das Stahlbandblech durch Feuerverzinken zu beschichten, wobei das Blech durch ein Bad aus geschmolzenem Zink bewegt wird. Das geschmolzene Zink haftet an dem Stahl an, und beim Verlassen des Blechs aus dem Bad wird in den meisten Fällen der Überschuss an Zink von dem Bandblech entfernt, um eine dünne Beschichtungsschicht zu erhalten, üblicherweise unter Verwendung von Gasmessern.
Es ist auf dem Fachgebiet bekannt, bestimmte chemische Elemente zu dem Bad zuzugeben, um die Qualität der Zinkbeschichtung zu verbessern und/oder das Verfahren des Beschichtens des Stahlbandblechs zu verbessern. Als Elemente werden häufig Aluminium und Magnesium ausgewählt.
Das europäische Patent 0 594 520 erwähnt die Verwendung von 1 bis 3,5 Gew.-% Magnesium und 0,5 bis 1,5% Aluminium, zusammen mit der Zugabe von Silizium in einem Prozentanteil von 0,0010–0,0060 Gew.-%. Das Silizium ist in einer solch geringen Menge zugegeben worden, um die Qualität der Zinkbeschichtung zu verbessern, für die gefunden worden war, Zonen zu umfassen, wo kein Zink vorhanden gewesen ist (blanke Stellen). Jedoch erwähnt das einzige Beispiel in dem Patent ein mit Zink beschichtetes Blech, bei dem die Beschichtung die Zusammensetzung von 2,55 Gew.-% Magnesium, 0,93 Gew.-% Aluminium, 60 ppm Silizium, Rest Zink und unvermeidbare Verunreinigungen aufweist.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein mit einer Zinklegierung beschichtetes Stahlbandblech mit verbesserten Eigenschaften bereitzustellen.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein mit einer Zinklegierung beschichtetes Stahlbandblech mit den gleichen oder besseren Eigenschaften bereitzustellen, das kostengünstiger als die bekannten beschichteten Stahlbandbleche herzustellen ist.
Es ist noch eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein mit einer Zinklegierung beschichtetes Stahlbandblech mit einer besseren Korrosionsbeständigkeit bereitzustellen, während andere Eigenschaften des beschichteten Stahlbandblechs bewahrt oder sogar verbessert werden.
Gemäß der Erfindung wird eine oder mehrere dieser Aufgaben erreicht durch ein Stahlbandblech, das mit einer feuerverzinkten Zinklegierungsbeschichtungsschicht versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Zinklegierung besteht aus:
0,3–2,3 Gew.-% Magnesium;
0,6–2,3 Gew.-% Aluminium;
optional < 0,2 Gew.-% einem oder mehreren zusätzlichen Elementen;
unvermeidbaren Verunreinigungen;
wobei der Rest Zink ist;
wobei die Zinklegierungsbeschichtungsschicht eine Dicke von 3–12 μm aufweist.
Es ist gefunden worden, dass hohe Magnesiumgehalte zu einer übermäßigen oxidischen Schlackenbildung auf dem Zinkbad und zu spröden Beschichtungen führen. Daher ist der Magnesiumgehalt auf maximal 2,3 Gew.-% beschränkt worden. Ein Minimum von 0,3 Gew.-% Magnesium ist notwendig, um eine ausreichend hohe Korrosionsbeständigkeit aufzuweisen; Magnesiumzugaben verbessern die Korrosionsbeständigkeit des beschichteten Bandblechs. Der Magnesiumgehalt von 0,3–2,3 Gew.-% ist hoch genug, um einen Korrosionsschutz gegenüber rotem Rost zu erhalten, der deutlich höher ist als der Korrosionsschutz von herkömmlichen verzinkten Bandblechen.
Aluminium ist zugegeben worden, um die Schlackenbildung auf dem Bad zu reduzieren. In Kombination mit dem Magnesium verbessert es ebenfalls die Korrosionsbeständigkeit des beschichteten Bandblechs. Aluminium verbessert ferner die Formbarkeit des beschichteten Bandblechmaterials, was bedeutet, dass die Anhaftung der Beschichtung auf dem Bandblech gut ist, wenn das Bandblech beispielsweise gebogen wird. Da erhöhte Aluminiumgehalte die Schweißfähigkeit verschlechtern werden, ist der Aluminiumgehalt auf ein Maximum von 2,3 Gew.-% begrenzt worden.
Ein optionales Element, das in einer kleinen Menge zugegeben werden könnte, weniger als 0,2 Gew.-%, könnte Pb oder Sb, Ti, Ca, Mn, Sn, La, Ce, Cr, Ni, Zr oder Bi sein. Pb, Sn, Bi und Sb werden üblicherweise zugegeben, um Zinkblumen zu bilden. Diese kleinen Mengen eines zusätzlichen Elements ändern weder die Eigenschaften der Beschichtung noch des Bads in einem beträchtlichen Ausmaß für die üblichen Anwendungen.
Ein weiterer Vorteil des mit einer Zinklegierung beschichteten Stahlbandblechs gemäß der Erfindung ist, dass das Abnutzungsverhalten besser ist als das Abnutzungsverhalten von herkömmlichem verzinkten Bandblechmaterial.
Die Dicke der Zinklegierungsbeschichtungsschicht ist auf 3–12 μm begrenzt worden, da gefunden worden ist, dass dickere Beschichtungen für die meisten Anwendungen nicht notwendig sind. Es ist gefunden worden, dass die Korrosionsbeständigkeit der Zinklegierungsbeschichtungsschicht gemäß der Erfindung in einem solchen Ausmaß im Vergleich mit der herkömmlichen verzinkten Beschichtungsschicht verbessert worden ist, dass eine Dicke von höchstens 12 μm für beinahe alle Anwendungen ausreichend ist. Ferner ist gefunden worden, dass für ein Laserverschweißen von zwei Blechen aus Stahl mit der Beschichtungsschicht gemäß der Erfindung, ohne einen Abstandshalter zwischen den sich überlappenden Blechen, die Beschichtungsschicht bevorzugt dünn sein sollte, um eine gute Naht zu erhalten.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Zinklegierungsbeschichtungsschicht eine Dicke von 3–10 μm auf. Dies ist ein bevorzugter Dickenbereich für Automobilanwendungen angesichts der Korrosionsbeständigkeit, die durch die Zinklegierungsbeschichtung gemäß der Erfindung erreicht wird.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Zinklegierungsbeschichtungsschicht eine Dicke von 3–8 μm auf. Diese Dicke ist bevorzugt, wenn verbesserte Laserschweißnähte, die ohne einen Abstandshalter hergestellt werden, von Bedeutung sind.
Noch bevorzugter weist die Zinklegierungsbeschichtungsschicht eine Dicke von 3–7 μm auf. Es ist gefunden worden, dass die Laserschweißnähte mit dem Blech, das mit der Beschichtungsschicht gemäß der Erfindung versehen ist, hergestellt ohne Abstandshalter, besser sind als die Laserschweißnähte, die mit herkömmlichem verzinkten beschichteten Material hergestellt werden. Selbstverständlich sind dünnere Beschichtungen ebenfalls kostengünstiger als dickere Beschichtungen im Hinblick auf die verwendete Menge der Zinklegierung.
Bevorzugt, wenn ein oder mehrere zusätzliche Elemente in der Zinldegierungsbeschichtung vorhanden sind, ist jedes in einer Menge < 0,02 Gew.-%, bevorzugt in einer Menge < 0,01 Gew.-% vorhanden. Zusätzliche Elemente verändern die Korrosionsbeständigkeit nicht in einem beträchtlichen Ausmaß, verglichen mit der Zugabe von Magnesium und Aluminium, und zusätzliche Elemente machen das beschichtete Stahlbandblech teurer. Zusätzliche Elemente werden üblicherweise lediglich zugegeben, um eine Schlackenbildung in dem Bad mit der geschmolzenen Zinklegierung für die Feuerverzinkung zu verhindern, oder um Zinkblumen in der Beschichtungsschicht zu bilden. Die zusätzlichen Elemente werden daher so gering wie möglich gehalten.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Siliziumgehalt in der Zinklegierungsschicht unterhalb von 0,0010 Gew.-%. In der im europäischen Patent 0 594 520 erwähnten Zusammensetzung ist Silizium zugegeben worden, um blanke Stellen in der Zinklegierungsschicht zu verhindern. Überraschenderweise haben die Erfinder gefunden, dass für geringere Aluminium- und Magnesiumgehalte als in dem Beispiel der EP 0 594 529 erwähnt, es nicht notwendig ist, Silizium zu der Zinklegierung zuzufügen, um blanke Stellen zu verhindern.
Dies ist vorteilhaft, da es schwierig ist, den Siliziumgehalt zwischen 10 und 60 ppm zu halten, wenn Silizium zugegeben wird, insbesondere da Silizium als eine Verunreinigung vorliegt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Stahlbandblech mit einer feuerverzinkten Zinklegierungsbeschichtungsschicht versehen, bei der die Zinklegierung 1,6–2,3 Gew.-% Magnesium und 1,6–2,3 Gew.-% Aluminium enthält. Dies ist eine bevorzugte Ausführungsform, da bei diesen Werten der Korrosionsschutz der Beschichtung bei einem Maximum ist und der Korrosionsschutz nicht durch kleine Zusammensetzungsänderungen beeinflusst wird. Oberhalb von 2,3 Gew.-% Magnesium und Aluminium wird die Beschichtung ziemlich teuer, und die Beschichtung kann spröde werden, und die Oberflächenqualität der Beschichtung kann sich verschlechtern.
Auf der anderen Seite ist eine weitere bevorzugte Ausführungsform des Stahlbandblechs mit einer feuerverzinkten Zinklegierungsbeschichtungsschicht bereitgestellt worden, bei der die Zinklegierung 0,6–1,3 Gew.-% Aluminium und/oder 0,3–1,3 Gew.-% Magnesium enthält. Mit diesen kleineren Mengen an Aluminium und Magnesium sind keine größeren Modifikationen des herkömmlichen Feuerverzinkungsbades und der Apparatur notwendig, wohingegen Magnesium mit Gehalten zwischen 0,3 und 1,3 Gew.-% die Korrosionsbeständigkeit beträchtlich verbessert. Üblicherweise müssen für diese Mengen an Magnesium mehr als 0,5 Gew.-% Aluminium zugegeben werden, um zu verhindern, dass mehr oxidische Schlacke auf dem Bad als bei herkömmlichen Bäder gebildet wird; die Schlacke kann zu Defekten in der Beschichtung führen. Die Beschichtungen mit diesen Mengen an Magnesium und Aluminium sind optimal für Anwendungen mit hohen Anforderungen bezüglich der Oberflächenqualität und verbesserter Korrosionsbeständigkeit.
Bevorzugt enthält die Zinklegierung 0,8–1,2 Gew.-% Aluminium und/oder 0,8–1,2 Gew.-% Magnesium. Diese Mengen an Magnesium und Aluminium sind optimal, um eine Beschichtung mit sowohl einer hohen Korrosionsbeständigkeit, einer ausgezeichneten Oberflächenqualität, einer ausgezeichneten Formbarkeit als auch einer guten Verschweißbarkeit bei begrenzten Extrakosten verglichen mit einem herkömmlichen Feuerverzinken bereitzustellen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Stahlbandblech mit einer feuerverzinkten Zinklegierungsbeschichtungsschicht bereitgestellt worden, bei der die Menge an Aluminium in Gewichtsprozent die gleiche ist wie die Menge an Magnesium in Gewichtsprozent plus oder minus von maximal 0,3 Gew.-%. Es ist gefunden worden, dass die Schlacke, die auf dem Bad gebildet wird, um ein beträchtliches Niveau abgesenkt wird, wenn die Menge an Aluminium der Menge an Magnesium gleicht oder beinahe gleicht.
Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Stahlbandblech, das herstellbar ist durch ein Verfahren zum Feuerverzinken eines Stahlbandblechs mit einer Zinklegierungsbeschichtungsschicht, wobei die Beschichtung des Stahlbandblechs durchgeführt wird in einem Bad einer geschmolzenen Zinklegierung, wobei die Zinklegierung besteht aus:
0,3–2,3 Gew.-% Magnesium;
0,5–2,3 Gew.-% Aluminium;
weniger als 0,0010 Gew.-% Silizium;
optional < 0,2 Gew.-% einem oder mehreren zusätzlichen Elementen;
unvermeidbaren Verunreinigungen;
wobei der Rest Zink ist.
Mit diesem Verfahren ist es möglich, das oben diskutierte Stahlbandblech herzustellen, unter Verwendung der herkömmlichen Feuerverzinkungsausrüstung. Üblicherweise ist die Menge an Aluminium in der Beschichtung leicht höher als die Menge an Aluminium in dem Bad. Die Vorteile des Verfahrens werden erwähnt, wenn das Stahlbandblech gemäß der Erfindung diskutiert wird.
Gemäß einem bevorzugten Verfahren enthält das Zinklegierungsbad 1,5–2,3 Gew.-% Magnesium und 1,5–2,3 Gew.-% Aluminium, wie oben für das Stahlbandblech diskutiert.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Verfahren enthält das Zinklegierungsbad 0,6–1,3 Gew.-% Aluminium und/oder 0,3–1,3 Gew.-% Magnesium, wie oben diskutiert.
Bevorzugt enthält das Zinklegierungsbad 0,7–1,2 Gew.-% Aluminium und/oder 0,7–1,2 Gew.-% Magnesium, wie oben diskutiert.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird die Temperatur des Bades des geschmolzenen Zinks zwischen 380°C und 550°C, bevorzugt zwischen 420°C und 480°C, gehalten. Der Schmelzpunkt des reinen Zinks ist 419°C, und mit 3,2% Al und 3,3% Mg ist die Schmelztemperatur etwa 337°C, so dass 380°C eine vernünftige untere Grenze darstellen, um eine lokale Verfestigung zu vermeiden. Eine untere Grenze von 440°C ist absolut sicher, um jegliche Verfestigung zu vermeiden. Ein Erhöhen der Zinkbadtemperatur erhöht die Zinkverdampfung und führt zu einer Staubbildung in der Verzinkungsanlage, was Oberflächendefekte verursachen kann. Die obere Grenze sollte somit einigermaßen niedrig sein, wobei 550°C ordentlich sind, und wobei 480° als eine technisch mögliche obere Grenze bevorzugt sind.
Bevorzugt liegt die Temperatur des Stahlbandblechs vor dem Eintreten in das Bad der geschmolzenen Zinklegierung zwischen 380°C und 850°C, bevorzugter zwischen der Temperatur des Bades der geschmolzenen Zinklegierung und 25°C oberhalb der Badtemperatur. Die Temperatur des Stahlbandblechs sollte nicht niedriger sein als der Schmelzpunkt der Zinklegierung, um lokale Verfestigung des Zinkbades zu vermeiden. Hohe Stahlbandblechtemperaturen werden zu einer höheren Verdampfung des Zinks führen, was in einer Staubbildung resultiert. Höhere Stahlbandblechtemperaturen können ebenfalls das Zinkbad aufwärmen, was ein kontinuierliches Kühlen des Zinks in dem Bad erforderlich macht, was teuer ist. Aus diesen Gründen ist eine Temperatur des Stahlbandblechs gerade oberhalb der Badtemperatur bevorzugt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform tritt das Stahlbandblech in das Bad der geschmolzenen Zinklegierung mit einer Geschwindigkeit von höher als 9 Meter pro Minute, bevorzugt einer Geschwindigkeit von höher als 15 Meter pro Minute, noch bevorzugter mit einer Geschwindigkeit von höher als 30 Meter pro Minute, ein. Es ist gefunden worden, dass bei Beschichtungsgeschwindigkeiten von kleiner als 9 Meter pro Minute ein Ablaufen häufig auftritt, was darin resultiert, dass die Zinklegierungsbeschichtung eine Oberflächenwelligkeit zeigt. Bei Geschwindigkeiten von oberhalb 9 Meter pro Minute ist die Anzahl an Beispielen, die ein Ablaufen zeigen, reduziert, und für Beschichtungsgeschwindigkeiten von höher als 15 Meter pro Minute und 30 Meter pro Minute sind diese Zahlen noch stärker reduziert.
Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Automobilteil, das aus einem Stahlbandblech, wie es oben beschrieben wird, hergestellt wird.
Die Erfindung wird im folgenden erläutert, wobei einige Experimente beschrieben und einige Testergebnisse angegeben werden.

Zunächst werden die Testergebnisse in den folgenden acht Tabellen angegeben. Tabelle 1: Zusammensetzung von Bad und Beschichtung

Bezugsnummer	Bad	Bad	Beschichtung	Beschichtung	Beschichtung	Beschichtung
	Al%	Mg%	g/m2	Al%	Mg%	Fe%
1	0,2	0,5	99	0,4	0,5
2	0,8	0,9		1,0	0,8	0,11
3	1,0	0,9		1,1	0,9	0,18
4	1,0	1,0		1,2	1,0	0,14
5	1,9	1,0		2,0	0,9	0,07
6	1,1	1,1	42	1,3	0,9	0,29
7	1,2	1,2		1,4	1,2	0,15
8	1,5	1,5		1,6	1,4	0,14
9	0,9	1,6		1,1	1,6	0,26
10	1,7	1,7		1,9	1,7	0,10
11	2,5	2,0		2,5	1,8	0,05
12	1,0	2,1	77	1,2	1,8	0,13
13	1,0	2,1	39	1,2	1,8	0,21
14	2,1	2,1		2,2	2,1	0,15
15	1,0	2,5		1,1	2,8	0,06

Tabelle 2: Korrosionsbeständigkeit eines flachen Elements

Bezugsnummer	Bad	Bad	Beschichtung	Korrosion Flaches Element
	Al%	Mg%	Dicke (μm)
1	0,2	0,0	10	0
2	0,5	0,5	4	0
3	0,5	0,5	6	+
4	0,5	0,5	8	++
5	0,5	0,5	10	++
6	0,2	0,5	14	+
7	1,0	0,9	6	++
8	1,0	0,9	7	++
9	1,0	0,9	10	++
10	1,0	0,9	11	++
11	1,0	1,0	6	+
12	1,0	1,0	6	++
13	1,9	1,0	20	+++
14	1,1	1,1	4	+++
15	1,1	1,1	6	+++
16	1,1	1,1	7	+++
17	1,1	1,1	10	++++
18	1,1	1,1	11	++++
19	1,2	1,2	6	++
20	1,5	1,5	6	++++
21	1,7	1,7	6	++++
22	2,5	2,0	25	++++
23	1,0	2,1	5	+
24	1,0	2,1	6	+
25	1,0	2,1	10	+++
26	1,0	2,1	11	+++
27	2,1	2,1	6	++++

Kennzeichnung:
0 = keine Verbesserung im Vergleich zu regulärem HDG (0,2% Al) von 10 μm in SST
+ = Verbesserung um bis zu einen Faktor 2
++ = Verbesserung um bis zu einen Faktor 4
+++ = Verbesserung um bis zu einen Faktor 8
++++ = Verbesserung um mehr als einen Faktor 8 Tabelle 3: Korrosionsbeständigkeit eines deformierten Elements

Bezugsnummer	Bad	Bad	Beschichtung	Korrosion deformiertes Element
	Al%	Mg%	Dicke (μm)
1	0,2	0,0	10	0
2	1,0	1,0	6	+
3	1,0	1,0	6	++
4	1,0	1,0	3	0
5	1,1	1,1	13	+++
6	1,2	1,2	6	+
7	1,2	1,2	6	++
8	1,5	1,5	4	+
9	1,5	1,5	6	++
10	1,7	1,7	4	++
11	1,7	1,7	6	++
12	2,1	2,1	4	++
13	2,1	2,1	7	++

Kennzeichnung:
0 = keine Verbesserung im Vergleich zu regulärem HDG (0,2% Al) von 10 μm in SST
+ = Verbesserung um bis zu einen Faktor 2
++ = Verbesserung um bis zu einen Faktor 4
+++ = Verbesserung um mehr als einen Faktor 4 Tabelle 4: Abnutzungsergebnis

Bezugsnummer	Bad	Bad	Beschichtung	Abnutzungsergebnis
	Al%	Mg%	Dicke (μm)	Zylindrische Seite	Flache Seite
1	0,2	0,0	7,0	5	4
2	0,2	0,0	7,0	5	4
3	1,0	0,9	6,3	1	1
4	1,0	0,9	5,2	1	1
5	1,2	1,2	5,9	1	1
6	1,2	1,2	5,9	1	1
7	1,5	1,5	5,9	1	1
8	1,5	1,5	5,5	1	1
9	1,7	1,7	5,6	1	1
10	1,7	1,7	6,4	1	1
11	2,1	2,1	7,5	1	1
12	2,1	2,1	5,1	1	1

Kennzeichnung:
1. Ausgezeichnet (keine tiefen Kratzer, homogene Oberfläche)
2. Gut (einige wenige Kratzer können auftreten)
3. Moderat (fleckige oder leicht zerkratze Oberfläche)
4. Schlecht (einige große Kratzer)
5. Sehr schlecht (schwer zerkratze/abgenutzte Oberfläche, Materialaufbruch) Tabelle 5: Oberflächenqualität

Bezugsnummer	Bad	Bad	Beschichtung	Beschichtung
	Al%	Mg%	Oberflächenqualität	Formbarkeit
1	0,2	0,0	0	0
2	0,5	0,5	+	0
3	0,2	0,5	–	0
4	0,8	0,9	+	0
5	1,0	0,9	+	0
6	1,0	1,0	+	0
7	1,9	1,0	+
8	1,1	1,1	+	0
9	1,2	1,2	+	0
10	1,5	1,5	+	0
11	2,0	1,6	+	0
12	0,9	1,6	+	0
13	1,7	1,7	+	0
14	2,5	2,0	–
15	1,0	2,1	+	–
16	2,1	2,1	+	0
17	1,0	2,5	+	–

Kennzeichnung: Oberflächenqualität
0 = Gleich den Elementen aus einem 0,2% Aluminium-Bad, hergestellt auf gleiche Art und Weise
+ = Besser
– = Schlechter
Kennzeichnung: Formbarkeit
0 = Keine Risse auf 0T-Biegung vorhanden
– = Risse vorhanden Tabelle 6: Schlackenbildung

Bezugszeichen	Bad	Bad
	Al%	Mg%	Schlackenbildung
1	0,2	0,0	0
2	0,5	0,5	+
3	0,2	0,5	–
4	0,8	0,9	+
5	1,0	0,9	+
6	1,0	1,0	+
7	1,9	1,0	+
8	1,1	1,1	+
9	1,2	1,2	+
10	1,5	1,5	+
11	2,0	1,6	+
12	0,9	1,6	+
13	1,7	1,7	+
14	2,5	2,0	+
15	1,0	2,1	+
16	2,1	2,1	+
17	1,0	2,5	–

Kennzeichnung:
– Mehr oxidische Schlackenbildung als auf einem regulären Bad (0,2% Al)
0 Ähnliche Mengen an oxidischer Schlackenbildung wie auf einem regulären Bad (0,2% Al)
+ Weniger oxidische Schlackenbildung als auf einem regulären Bad (0,2% Al) Tabelle 7: Punktschweißfähigkeit

Bezugsnummer	Bad	Bad	Beschichtung	Schweißfähigkeit
	Al%	Mg%	Dicke (μm)
1	0,2	0,0	10	0
2	0,5	0,5	10	0
3	1,0	1,0	10	0

Kennzeichnung:
0 = Ähnlicher Schweißbereich
– = Kleinerer Schweißbereich
+ = Größerer Schweißbereich Tabelle 8: Badtemperatur

Bezugsnummer	Bad	Bad	Bad	Bad	Beschichtung
	Al%	Mg%	Temp	SET	Dicke (μm)	Oberflächenqualität	Formbarkeit	Schlackenbildung	Korrosion, flaches Element
1	1,0	0,9	410	430	6	+	0	+	++
2	1,0	0,9	460	550	7	+	0	+	++
3	1,0	0,9	460	475	6	+	0	+	++
4	1,0	0,9	460	475	6	+	0	+	++

5	1,1	1,1	405	420	11	+	0	+	+++
6	1,1	1,1	460	475	11	+	0	+	+++

7	1,1	1,1	410	480	7	+	0	+	+++
8	1,1	1,1	460	475	6	+	0	+	+++

SET = Bandblecheintrittstemperatur

Der für die Experimente verwendete Stahl ist ein Stahl mit ultrageringem Kohlenstoffgehalt mit der Zusammensetzung (alle in Gewichtsprozent): 0,001 C, 0,105 Mn, 0,005 P, 0,004 S, 0,005 Si, 0,028 Al, 0,025 Alzo, 0,0027 N, 0,018 Nb und 0,014 Ti, wobei der Rest unvermeidliche Verunreinigungen und Fe ist.
Die Stahlelemente sind aus kaltgewalztem Stahl hergestellt worden und weisen eine Größe von 12 mal 20 cm und eine Dicke von 0,7 mm auf. Nach dem Entfetten sind sie der folgenden Behandlung unterzogen worden:
Schritt 1: In 11 Sekunden von Raumtemperatur auf 250°C in einer Atmosphäre aus 85,5% N₂, 2% H₂, 11% CO₂ und 1,5% CO;
Schritt 2: In 11 Sekunden von 250°C auf 670°C in der gleichen Atmosphäre wie in Schritt 1;
Schritt 3: In 46 Sekunden von 670°C auf 800°C in einer Atmosphäre aus 85% N₂ und 15% H₂;
Schritt 4: In 68 Sekunden von 800°C auf 670°C in der gleichen Atmosphäre wie in Schritt 3;
Schritt 5: In 21 Sekunden von 670°C auf die Bandblecheintrittstemperatur (SET), üblicherweise 475°C, in der gleichen Atmosphäre wie in Schritt 3;
Schritt 6: Eintauchen in die flüssige Zinklegierung, üblicherweise bei 460°C für 2 Sekunden, und Verwischen der Zinkschicht auf dem Stahlelement mit 100% N₂, um das Beschichtungsgewicht zu regulieren;
Schritt 7: Kühlen in 60 Sekunden auf 80°C in 100% N₂.
In einigen Experimenten ist die Atmosphäre in Schritt 1 und 2 auf 85% N₂ und 15% H₂ geändert worden, jedoch ist kein Effekt auf die Beschichtungsqualität beobachtet worden.
Ein Fischer Dualscope gemäß ISO 2178 ist verwendet worden, um die Beschichtungsdicke auf jeder Seite des Elements zu bestimmen, unter Verwendung des Durchschnittswerts von neun Punkten.
In Tabelle 1 sind die Legierungselemente in dem Zinkbad, das zur Beschichtung der Stahlelemente verwendet wurde, und die Legierungselemente in der Beschichtung selbst angegeben. Üblicherweise ist die Menge an Aluminium in der Beschichtung etwas höher als die Menge an Aluminium in dem Bad.
In Tabelle 2 ist die Korrosion eines flachen Elements (nicht deformiert) für eine große Anzahl von Elementen angegeben. Die Beschichtungsdicke variiert. Wie erkannt werden kann, muss für eine kleine Menge an Al und Mg die Beschichtung dicker sein, um eine bessere Korrosionsbeständigkeit zu erhalten. Durch eine höhere Menge an Al und Mg kann sogar mit einer dünnen Schicht eine sehr gute Korrosionsbeständigkeit erreicht werden. Ein gutes Ergebnis kann erreicht werden mit 0,8 bis 1,2 Gew.-% Al und Mg für höhere Beschichtungsdicken; ein sehr gutes Ergebnis kann erreicht werden mit 1,6 bis 2,3 Gew.-% Al und Mg für dünne Beschichtungsschichten.
Die Korrosionsbeständigkeit ist unter Verwendung des Salzsprühtests (ASTM-B117) gemessen worden, um eine Vorstellung der Korrosionsbeständigkeit unter schweren, viel Chloridenthaltenden, feuchten Bedingungen zu bekommen, die einige kritische korrosive Automobil- als auch Baumikroklimata darstellen.
Der Test ist durchgeführt worden in einem Korrosionsschrank, wobei die Temperatur bei 35°C gehalten wird, während ein Wassernebel enthaltend 5% NaCl-Lösung kontinuierlich unter einem Winkel von 75° über die Proben gesprüht wird, die auf Regalen montiert sind. Die Seite der Probe, die für ihr Korrosionsverhalten einzustufen ist, ist in Richtung auf den Salzsprühnebel ausgerichtet. Die Ränder der Proben sind abgeklebt, um ein mögliches frühes Rotrosten an den Rändern zu verhindern, was eine exakte Korrosionseinstufung an der Oberfläche stört. Einmal pro Tag werden die Proben inspiziert, um zu überprüfen, ob roter Rost vorliegt. Erster roter Rost ist das Hauptkriterium für die Korrosionsbeständigkeit des Produkts. Ein Referenzprodukt ist herkömmlicher feuerverzinkter Stahl mit einer 10 μm Zinkbeschichtungsdicke.
Tabelle 3 zeigt die Korrosionsbeständigkeit deformierter Elemente. Die Deformation ist durch eine 8 mm Erichsen-Schale durchgeführt worden. Wie erkannt werden kann, hängt die Korrosionsbeständigkeit hier in einem großen Ausmaß von der Beschichtungsdicke der Zinklegierungsschicht ab. Jedoch ist klar, dass eine höhere Menge der Legierungselemente Al und Mg in einer besseren Korrosionsbeständigkeit der Zinklegierungsschicht resultiert.
Tabelle 4 zeigt das Abnutzungsergebnis des feuerverzinkten Stahls. Alle Beschichtungen, für die das Bad etwa 1 Gew.-% Al und Mg und mehr enthielt, zeigen ein ausgezeichnetes Abnutzungsergebnis. Das Abnutzungsergebnis ist unter Verwendung des linearen Reibungstestverfahrens (LFT) gemessen worden. Dieses Verfahren verwendet schwere Bedingungen, um eine Abnutzung zu beschleunigen. Das Verfahren verwendet ein flaches Werkzeug und ein rundes Werkzeug, um einen hohen Druckkontakt mit der Probenoberfläche zu entwickeln. Das verwendete Werkzeugmaterial war gemäß DIN 1.3343.
Für jedes Material/Schmierungssystem wurden Streifen von 50 mm Breite und 300 mm Länge bei einer Geschwindigkeit von 0,33 mm/s zwischen dem Satz von Werkzeugen (eines flach, eines rund), zusammengedrückt mit einer Kraft von 5 kN, gezogen. Die Streifen wurden durch die Werkzeuge zehn Mal entlang eines Testabstands von 55 mm gezogen. Nach jedem Durchzug wurden die Werkzeuge freigegeben und die Bleche in ihre ursprüngliche Ausgangsposition zur Vorbereitung für den nächsten Durchzug zurückgeführt. Alle Tests wurden bei 20°C und 50% Feuchtigkeit durchgeführt.
Eine visuelle Analyse der LFT-Proben wurde durchgeführt, um das Ausmaß der Abnutzung auf der Oberfläche der Proben einzuschätzen. Drei Leute führten eine unabhängige Einschätzung der verschrammten Oberfläche durch, und das Medianergebnis wurde aufgezeichnet.
Eine Abnutzung wird auf einer Skala von 1 bis 5, wie unter Tabelle 4 definiert, eingestuft.
Tabelle 5 zeigt die Oberflächenqualität und Formbarkeit einer Anzahl von Elementen. Die Oberflächenqualität ist durch visuelle Inspektion der Elemente nach blanken Stellen, Unregelmäßigkeiten, die an der Oberfläche hängenbleiben (üblicherweise verursacht durch Schlacke) und der allgemeine Erscheinung oder Homogenität des Glanzes über das Element gemessen worden. Wie aus der Tabelle folgt, ist die Oberflächenqualität zwischen etwa 0,5 Gew.-% Al und Mg und 2,1 Gew.-% Al und Mg gut. Mit höheren Mengen an Aluminium nimmt die Menge an Schlacke in dem Bad zu, was in einer geringeren Oberflächenqualität resultiert. Die Formbarkeit der Beschichtung ist durch visuelle Inspektion nach Rissen in der Beschichtung nach einer vollständigen Verbiegung (0T) des Elements gemessen worden. Mit höheren Mengen an Magnesium erscheint die Formbarkeit abzunehmen.
Tabelle 6 zeigt, dass die Schlackenbildung geringer ist als für ein herkömmliches Zinkbad, wenn die Menge an Al und Mg zwischen etwa 0,5 und 2.1 Gew.-% liegt. Die Schlackenbildung ist quantitativ verglichen mit der Menge an Schaum und anhaftender Schlacke für vier Badzusammensetzungen beurteilt worden: Zn + 0,2% Al, Zn + 1% Al + 1% Mg, Zn + 1% Al + 2% Mg und Zn + 1% Al + 3% Mg gemessen worden. Für diese vier Badzusammensetzungen ist Argongas für 2,5 Stunden durch die flüssige Zinklegierung in einem Gefäß geperlt worden, um die oxidische Filmschicht auf der Oberfläche aufzubrechen. Danach wird der Schaum auf der Oberfläche entfernt und gewogen. Der Rest des Bades wird in ein leeres Gefäß gegossen und die verbleibende Schlacke, die an der Wand des Originalgefäßes anhaftet, wird ebenfalls zum Wiegen entfernt. Dies führt zu den folgenden Ergebnissen in Tabelle 9: Tabelle 9: Schlacke

Zinkbad Schaum auf Oberfläche (%)* An Wand anhaftende Schlacke (%)*

Gl = Zn + 0,2% Al 1,7 1,4

Zn + 1,0% Mg + 1,0% Al 1,1 1,1

Zn + 2,0% Mg + 1,0% Al 1,2 1,3

Zn + 3,0% Mg + 1,0% Al 15 /

* Gemessen als Prozentanteil der Gesamtmenge an flüssigem Zink in dem Gefäß
Diese Messung war in Übereinstimmung mit den Beobachtungen während der Eintauchexperimente, die in eindeutiger Weise eine geringere Schlackenbildung auf dem Zinkbad für die Zusammensetzung Zn + 1% Al + 1% Mg und Zn + 1% Al + 2% Mg zeigten.
Tabelle 7 zeigt, dass lediglich einige wenige Punktschweißfähigkeittests durchgeführt worden sind. Die Schweißfähigkeit erscheint nicht durch die Menge von Al und Mg in dem Zinkbad beeinflusst zu sein. Eine Schweißnahtwachstumskurve ist erstellt worden durch Bildung von Nähten mit zunehmendem Schweißstrom mit Elektroden von 4,6 mm im Durchmesser und einer Kraft von 2 kN. Der Schweißbereich ist der Unterschied im Strom unmittelbar vor dem Verspritzen und dem Strom, um einen minimalen Pfropfendurchmesser von 3,5√ t zu erreichen, wobei t die Stahldicke ist. Tabelle 7 zeigt, dass 0,5% und 1% Mg und Allegierungsbeschichteter Stahl einen ähnlichen Schweißbereich wie regulärer verzinkter Stahl aufweisen.
Tabelle 8 zeigt, dass der Einfluss der Temperatur des Bades und der Temperatur des Bandbleches, wenn es in das Bad eingetaucht wird, minimal ist. Eine Temperatur von 410°C oder 460°C des Bades erscheint keinen Unterschied zu machen, und das gleiche gilt für eine Bandblecheintrittstemperatur von 420°C oder 475°C.
Die obigen Ergebnisse können wie folgt zusammengefasst werden: eine Menge von 0,3–2,3 Gew.-% Magnesium und 0,6–2,3 Gew.-% Aluminium in der Beschichtung eines feuerverzinkten Bandblechs wird in einer besseren Korrosionsbeständigkeit als die Korrosionsbeständigkeit eines herkömmlichen verzinkten Stahls resultieren. Die Korrosionsbeständigkeit ist sehr gut, wenn die Menge sowohl an Aluminium als auch Magnesium in der Beschichtung zwischen 1,6 und 2,3 Gew.-% liegt, sogar für dünne Beschichtungsschichten. Die Korrosionsbeständigkeit ist gut für dünne Beschichtungsschichten, wenn die Menge an sowohl Aluminium als auch Magnesium zwischen 0,8 und 1,2 Gew.-% liegt, und sehr gut für dickere Beschichtungsschichten. Die Mengen der legierungsbildenden Elemente sollte nicht zu hoch sein, um eine Schlackenbildung zu vermeiden.
Ferner ist ein Experiment auf einer Pilotanlage mit zwei Zusammensetzungen von Mg- und Al-Zugaben gemäß der Erfindung durchgeführt worden, wie es in der folgenden Tabelle 10 gefunden werden kann: Tabelle 10: Pilotanlagenzusammensetzungen

Name der Zusammensetzung Al% Bad Mg% Bad

MZ_Experiment 1 0,85 1,05

MZ_Experiment 2 1,40 1,65

MZ_Experiment 2 (zweite Probe) 1,46 1,68

Das Bad enthielt kein Silizium (< 0,001%), jedoch einige Verschmutzungen von Cr (< 0,005%) und Ni (~0,009%) aufgrund der Auflösung des rostfreien Stahls aus dem Kesselmaterial und der Badmetallwaren (Ausgussrolle, etc.). Keine messbaren Mengen an Si wurden in dem Bad gefunden (< 0,001%). Weitere Verfahrensparameter wurden ausgewählt, um die übliche Praxis der kommerziellen Feuerverzinkungsanlagen so nahe wie möglich darzustellen, siehe Tabelle 11: Tabelle 11: Verfahrensparameter

Verfahrensparameter	Wert
Stahlqualität	Ti-IF (= Ti-SULC)
Stahldicke	0,7 mm
Stahlbreite	247 mm
Temperaturen für Temperzyklus	Direktbefeuerter Ofen, Vorerwärmen bis 410°C Strahlungsröhrenofen bei 800–820°C (30 s)
H₂-Gehalt für Temperzyklus (Rest N₂)	5%
Taupunkt in Öfen	–24°C bis 32°C
Blecheintrittstemperatur	zwischen 475 und 500°C
Zinkbadtemperatur	zwischen 455 und 460°C
Wischgas	N₂
Messerabstand	0,6 mm
Anlagengeschwindigkeit	34 m/min (und ein weiteres Experiment bei 24 m/min)

Verschiedene Spulen wurden mit unterschiedlichen Beschichtungsdicken (durch Variation von N₂-Druck, Temperatur und Messer-Bandblech-Abstand in den Gasmessern) hergestellt, und einige resultierende Zusammensetzungen der Beschichtungen können in der folgenden Tabelle 12 gefunden werden. Tabelle 12: Beschichtungszusammensetzungen

#	Al%	Mg%	Fe%	Cr%	Ni%	Si%	Beschichtungsgewicht pro Seite (g/m²)
1A	1,08	1,07	0,27	0,006	< 0,005	< 0,001	76,5
1B	1,14	1,09	0,32	0,006	< 0,005	< 0,001	78,3
2A	1,12	1,07	0,29	0,007	< 0,005	< 0,001	61,0
2B	1,15	1,07	0,32	0,007	< 0,005	< 0,001	62,2
3A	1,06	1,06	0,26	0,007	< 0,005	< 0,001	62,1
3B	1,16	1,07	0,39	0,007	< 0,005	< 0,001	52,4
4A	1,68	1,71	0,35	0,006	0,010	< 0,001	40,9
4B	1,77	1,76	0,61	0,008	0,014	< 0,001	33,8
5A	1,67	1,73	0,34	0,006	0,008	< 0,001	43,2
5B	1,71	1,73	0,45	0,007	0,010	< 0,001	34,5

Proben 1–3 wurden aus der Zusammensetzung MZ_Experiment 1, Proben 4+5 aus MZ_Experiment 2 hergestellt. Diese Werte wurden durch Auflösung der Zinkbeschichtung durch Beizsäure mit einem Inhibitor und Wiegen des Gewichtsverlusts, um das Beschichtungsgewicht zu bestimmen, erhalten. Die Lösung wird durch ICP-OES (Induktiv gekoppeltes Plasma – optische Emissionspektroskopie) analysiert. Si-Gehalte wurden an einer separaten Probe durch ein photometrisches Verfahren ermittelt.
Während der Herstellung der dickeren Beschichtungen (> 8 μm pro Seite) mit der MZ_Experiment 2-Badzusammensetzung trat ein gewisses Ablaufen der Beschichtung auf, was zu einem homogenen, wolkenartigen Muster führt. Diese Ablaufungen wurden für höhere Beschichtungsgewichte schwerer.
Ein Absenken der Anlagengeschwindigkeit von 34 m/min auf 24 m/min erhöhte ebenfalls das Ablaufmuster. Um einen besseren Nachweis für die Beziehung zwischen der Anlagengeschwindigkeit und den Ablaufmustern zu finden, wurden einige zusätzliche Elemente auf dem Laborsimulator hergestellt.
Experimente wurden ähnlich zu den Verfahrensbedingungen, die für die anderen Laborelemente verwendet wurden, wie zuvor beschrieben, durchgeführt. Die Badzusammensetzungen, die für diese Experimente verwendet wurden, sind 0,21% Al für verzinktes Material (GI) und 2,0% Al + 2,0% Mg für die Zinklegierungsbeschichtung gemäß der Erfindung (MZ), um den Effekt zu erhöhen und Verfahrensparameter zu studieren, die dies steuern können. Die Entnahmegeschwindigkeit des Elements (vergleichbar mit der Anlagengeschwindigkeit), das Wischvolumen (vergleichbar mit dem Druck der Wischmesser) und die Badtemperatur sind variiert worden. Dickere Beschichtungen wurden hergestellt, um das Ablaufmuster zu überprüfen. Um den Effekt der Oxidation während des Wischens zu testen, wurden einige Experimente mit CO₂ in dem Wischmedium durchgeführt. Eine Beschichtungsdicke auf der Vorderseite des Elements wird gemessen und sein Ablaufmuster eingeschätzt (vorhanden oder nicht vorhanden). Die Ergebnisse sind in Tabelle 13 zusammengefasst.
Wie klar aus dieser Tabelle 13 erkannt werden kann, ergibt das GI-Bad ebenfalls Ablaufmuster, jedoch niemals für Badtemperaturen > 490°C (Beispiele #2, 7, 10, 12 und 16). Jedoch ist für GI eine normale Badtemperatur bei einer kommerziellen Herstellung 460°C, und dies führt nicht zu einem Ablaufen, außer für sehr dicke Beschichtungen (> 30 μm). Somit muss die Entnahmegeschwindigkeit in einer Herstellungsanlage der Grund sein, dass dies nicht auftritt, was ebenfalls durch Beispiele 10–16 (entsprechend einer Anlagengeschwindigkeit von 15 m/min) gezeigt wird, die kein Ablaufen ergeben, während es ein Ablaufen bei geringeren Anlagengeschwindigkeiten (Beispiele 1–9) gibt.
Für die MZ-Zusammensetzung werden Ablaufmuster bei allen Badtemperaturen gefunden, jedoch weniger häufig bei 430°C, wie in Tabelle 13 erkannt werden kann (3–4 Beispiele von 19 Beispielen zeigten Ablaufmuster bei Badtemperaturen von 460°C und höher, jedoch alle Elemente bei Badtemperaturen von weniger als 460°C). In Kombination mit der kommerziellen Erfahrung mit GI wird geschlossen, dass die Badtemperatur oberhalb von 430°C sein sollte, um eine geringere Wahrscheinlichkeit für Ablaufmuster zu haben.
Die Entnahmegeschwindigkeit weist ebenfalls einen Einfluss auf die MZ-Zusammensetzung auf, höhere Entnahmegeschwindigkeiten (150 mm/s = 9 m/min) oder höher, ergeben weniger Beispiele mit einem Ablaufen (5 von 17) als unterhalb von 150 mm/s (17 von 21). Um daher ein Produkt ohne Ablaufmuster herzustellen, sollte die Anlagengeschwindigkeit höher als 9 m/min sein, bevorzugt höher als 30 m/min, wie in den Experimenten der Pilotanlage gefunden.

Eine Erklärung für die Ablaufmuster ist die Stabilität des Oxidfilms auf der Beschichtung während des Wischens (siehe EP 0 905 270 B1 ). Es wurde angenommen, dass ein dünneres Oxid zu geringeren Ablaufproblemen führen würde. Jedoch veränderte eine Einführung von CO₂ in das Wischgas zusätzlich zu etwas N₂ die Ablaufmusterbildung nicht, wie durch Vergleich von Beispiel 42 und 43 mit Beispielen 48–51 gefunden werden kann, die beide nicht zu Ablaufmustern führten. Es kann ebenfalls nicht Ablaufmuster milder, wie durch Vergleich von Beispiel 18 mit 22 gefunden werden kann. In ähnlicher Weise wurden Beispiele 29 und 48 mit Luft an den Wischern, anstelle von N₂, wiederholt, was zu dem gleichen Ablaufverhalten führte. Offensichtlich wird das Ablaufmuster nicht durch Oxidation des Wischgases beeinflusst, und Luft kann ebenfalls in einem Wischmedium für die Zn-Al-Mg-Badzusammensetzungen aus dieser Erfindung verwendet werden. Tabelle 13: Verfahrensparameter der Experimente

#	GI (0.21%Al) oder MZ (2.0%Al+ 2.0%Mg)	Entnahmegeschwindigkeit	Wischen mit N₂	Badtemperatur	Wischen mit CO₂	Beschichtungsdicke Vorderseite	Ablaufmuster vorhanden
		(mm/s)	Nl/min	(°C)	Nl/min	(μm)	(1 ja, 0 = nein)
1	GI	100	50	490	0	17,6	1
2	GI	100	50	520	0	17,7	0
3	GI	100	100	460	0	13,5	1
4	GI	100	100	460	0	15	1
5	GI	100	100	490	0	9	1
6	GI	100	100	490	0	10	1
7	GI	100	100	520	0	9,2	0
8	GI	150	100	460	0	14,4	1
9	GI	150	100	460	0	15,6	1
10	GI	250	25	520	0	28	0
11	GI	250	50	490	0	19,4	0
12	GI	250	50	520	0	19,1	0
13	GI	250	100	460	0	8,5	0
14	GI	250	100	460	0	9,3	0
15	GI	250	100	490	0	8	0
16	GI	250	100	520	0	11,2	0
17	MZ	50	50	460	0	12,2	1
18	MZ	50	50	460	50	13,5	1
19	MZ	50	100	430	0	13,8	1
20	MZ	50	100	430	0	14,8	1
21	MZ	50	100	430	0	15,5	1
22	MZ	50	100	460	0	13,4	1
23	MZ	50	100	490	0	11,9	1
24	MZ	50	150	430	0	13,2	1
25	MZ	50	150	460	0	10,6	1
26	MZ	100	100	400	0	23,9	1
27	MZ	100	100	400	0	26,3	1
28	MZ	100	100	430	0	22,1	1
29*	MZ	100	100	430	0	23	1
30	MZ	100	100	460	0	7,8	0
31	MZ	100	100	460	0	7,8	0
32	MZ	100	100	460	0	18,8	0–1
33	MZ	100	100	460	0	18,3	1
34	MZ	100	100	460	0	19,2	1
35	MZ	100	100	490	0	19,9	1
36	MZ	100	100	490	0	20,5	0
37	MZ	100	150	400	0	16,4	1
38	MZ	150	100	460	0	9,1	0
39	MZ	150	100	460	0	8,2	0
40	MZ	150	100	460	0	22,1	0
41	MZ	150	100	460	0	22,1	0
42	MZ	250	50	460	50	31,2	0
43	MZ	250	50	460	50	29,3	0
44	MZ	250	100	400	0	19,4	1
45	MZ	250	100	400	0	19,3	1
46	MZ	250	100	430	0	19,4	1
47	MZ	250	100	430	0	19,6	1
48*	MZ	250	100	460	0	12,7	0
49	MZ	250	100	460	0	12,9	0
50	MZ	250	100	460	0	13,3	0
51	MZ	250	100	460	0	13	0
52	MZ	250	100	490	0	18,8	0
53	MZ	250	100	490	0	21,5	0
54	MZ	250	150	400	0	15,6	1

* diese Experimente sind ebenfalls durchgeführt worden mit Luftwischen, anstelle von N₂, was zum gleichen Ablaufverhalten führte.

Mit etwas des Pilotanlagenmaterials wurden Laserschweißtests durchgeführt und mit kommerziellem GI mit den folgenden Parameter in Tabelle 14 verglichen: Tabelle 14: Laserschweißtets

Beschichtungstyp Beschichtungsdicke Blechdicke

GI 7–8 μm 0,8 mm

MZ_Experiment 2 7–8 μm 0,7 mm

MZ Experiment 2 4–5 μm 0,7 mm
Es wird erwartet, dass das Laserschweißen in der Zukunft verstärkt verwendet werden wird, um Stahlteile in der Automobilindustrie zu verbinden. In der konventionellen Stoßschweiß-Konfiguration gibt es praktisch kaum einen Effekt der Beschichtung auf die Schweißfähigkeit, jedoch weist in der Überlappungskonfiguration für das Laserschweißen die Gegenwart von Zink einen großen Einfluss auf das Schweißverhalten auf.
Während des Schweißverfahrens wird das Zink schmelzen und verdampfen, der Zinkdampf wird zwischen den sich überlappenden Blechen eingeschlossen. Die Ausbildung eines Dampfdrucks zwischen den Blechen führt zu Gasausbrüchen des Schmelzpools, was in (schweren) Spritzer resultiert. Um dies zu verhindern, kann ein Abstandshalter zwischen den Stahlbandblechen an der Schweißnaht verwendet werden. Jedoch wird dies in der Praxis zu höheren Kosten führen. Es ist bekannt, dass dünne GI-Beschichtungen zu weniger Problemen als dicke Zinkbeschichtungen führen.
Drei Testmaterialien wurden in rechtwinklige Proben von 250 × 125 mm in der Größe geschnitten (die Längskante ist in der Walzrichtung), diese Testabschnitte wurden in eine Schweißaufspannvorrichtung eingesetzt und fest gesichert. Eine Überlapplänge von 50 mm wurde verwendet, dies ist eine größere Überlappung als normalerweise in der Herstellung verwendet wird, verhindert jedoch, dass irgendein Randeffekt das Schweißverfahren beeinflusst. Der Klemmdruck wurde so nah wie möglich an den Schweißzonen (16 mm entfernt) beaufschlagt. Die Nahtposition war in der Mitte zwischen den Klemmen. Für die Laserschweißexperimente wurde ein 4,5 kW Nd:YAG-Laser und ein robotergetragener HighYag-Schweißkopf verwendet, erzeugend eine Laserspotgröße von 00,45 mm (Monofokus).
Für die Schweißtests mit Abstandshaltern wurden Papierstreifen als Abstandshalter verwendet, um einen schmalen Abstand von etwa 0,1 mm zwischen den Blechen zu erzeugen. Die Proben der drei Materialien wurden mit den Abstandshaltern zwischen den Blechen mit 4000 W Laserleistung bei einer Schweißgeschwindigkeit von 5 m/min und ohne Abschirmungsgas geschweißt. All diese Schweißnähte zeigen eine perfekte Schweißperlenerscheinung ohne jegliche Poren.
Um die Nahterscheinung der Nähte, hergestellt ohne Abstandshalter, zu quantifizieren, wurde die Anzahl von Durchgangsporen (through thickness pores) gezählt. Die Anzahl dieser Poren wurde durch Untersuchung mittels Lichttransmission ermittelt.
Eine geringe Schweißgeschwindigkeit ergibt die beste Schweißperlenerscheinung mit den wenigstens Durchgangsporen. Die besten Ergebnisse wurden erzielt mit der Kombination einer geringen Schweißgeschwindigkeit von 2 m/min und einer hohen Laserleistung von 4000 W. Bei dieser Einstellung zeigte die Probe, beschichtet mit „dick” (7–8 μm) MZ_Experiment 2-Beschichtung, eine schlechtere Leistung als das GI-beschichtete Material mit einer ähnlichen Beschichtungsdicke: 15 gegenüber 7 Durchgangsporen pro Probe. Bei dieser Einstellung zeigte das „dünn” (4–5 μm) MZ_Experiment 2-beschichtete Material eine etwas bessere Leistung als das GI-beschichtete Material: 5 und 7 Durchgangsporen pro Probe.
Diese Ergebnisse können wie folgt zusammengefasst werden: die Beschichtungsdicke sollte weniger als 7 μm und wenigstens 3 μm (für Korrosionsbeständigkeit) sein, um eine gute Laserschweißfähigkeit ohne Abstandshalter zu erhalten.
Es wird verstanden werden, dass die Beschichtungen und das Beschichtungsverfahren ebenfalls für ein Blech verwendet werden kann bzw. können, das eine Zusammensetzung aufweist, die von derjenigen, die für die obigen Experimente verwendet wurde, verschieden ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 0594520 [0004, 0018]
EP 0594529 [0018]
EP 0905270 B1 [0064]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

ISO 2178 [0038]
ASTM-B117 [0041]
DIN 1.3343 [0044]

Claims

Stahlbandblech, das mit einer feuerverzinkten Zinklegierungsbeschichtungsschicht versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Zinklegierung besteht aus: 0,3–2,3 Gew.-% Magnesium; 0,6–2,3 Gew.-% Aluminium; optional < 0,2 Gew.-% einem oder mehreren zusätzlichen Elementen; unvermeidbaren Verunreinigungen; wobei der Rest Zink ist; und wobei die Zinklegierungsbeschichtungsschicht eine Dicke von 3–12 μm aufweist.
Stahlbandblech, das mit einer feuerverzinkten Zinklegierungsbeschichtungsschicht versehen ist, nach Anspruch 1, wobei die Zinklegierungsbeschichtungsschicht eine Dicke von 3–10 μm aufweist.
Stahlbandblech, das mit einer feuerverzinkten Zinklegierungsbeschichtungsschicht versehen ist, nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Zinklegierungsbeschichtungsschicht eine Dicke von 3–8 μm aufweist.
Stahlbandblech, das mit einer feuerverzinkten Zinklegierungsbeschichtungsschicht versehen ist, nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die Zinklegierungsbeschichtungsschicht eine Dicke von 3–7 μm aufweist.
Stahlbandblech, das mit einer feuerverzinkten Zinklegierungsbeschichtungsschicht versehen ist, nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei ein oder mehrere zusätzliche(s) Element(e) in der Zinklegierungsbeschichtung vorhanden ist (sind), jeweils mit < 0,02 Gew.-%, bevorzugt jeweils < 0,01 Gew.-%.
Stahlbandblech, das mit einer feuerverzinkten Zinklegierungsbeschichtungsschicht versehen ist, nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Siliziumgehalt in der Zinklegierungsschicht unter 0,0010 Gew.-% ist.
Stahlbandblech, das mit einer feuerverzinkten Zinklegierungsbeschichtungsschicht versehen ist, nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Zinklegierung 1,6–2,3 Gew.-% Magnesium und 1,6–2,3 Gew.-% Aluminium enthält.
Stahlbandblech, das mit einer feuerverzinkten Zinklegierungsbeschichtungsschicht versehen ist, nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Zinklegierung 0,6–1,3 Gew.-% Aluminium und bevorzugt 0,8–1,2 Gew.-% Aluminium enthält.
Stahlbandblech, das mit einer feuerverzinkten Zinklegierungsbeschichtungsschicht versehen ist, nach einem der Ansprüche 1 bis 6 oder 8, wobei die Zinklegierung 0,3–1,3 Gew.-% Magnesium und bevorzugt 0,8–1,2 Gew.-% Magnesium enthält.
Stahlbandblech, das mit einer feuerverzinkten Zinklegierungsbeschichtungsschicht versehen ist, nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Menge des Aluminiums in Gewichtsprozent die gleiche ist wie die Menge an Magnesium in Gewichtsprozent plus oder minus von maximal 0,3 Gew.-%.
Stahlbandblech, das mit einer feuerverzinkten Zinklegierungsbeschichtung versehen ist, erzeugt durch ein Verfahren, bei dem die Beschichtung des Stahlbandblechs in einem Bad aus geschmolzener Zinklegierung durchgeführt wird, wobei die Zinklegierung besteht aus: 0,3–2,3 Gew.-% Magnesium; 0,5–2,3 Gew.-% Aluminium; weniger als 0,0010 Gew.-% Silizium optional < 0,2 Gew.-% einem oder mehreren zusätzlichen Elementen; unvermeidbaren Verunreinigungen; wobei der Rest Zink ist.
Stahlbandblech, das mit einer feuerverzinkten Zinklegierungsbeschichtung versehen ist, nach Anspruch 11, wobei das Zinklegierungsbad 1,5–2,3 Gew.-% Magnesium und 1,5–2,3 Gew.-% Aluminium enthält.
Stahlbandblech, das mit einer feuerverzinkten Zinklegierungsbeschichtung versehen ist, nach Anspruch 11, wobei das Zinklegierungsbad 0,6–1,3 Gew.-% Aluminium und bevorzugt 0,7–1,2 Gew.-% Aluminium enthält.
Stahlbandblech, das mit einer feuerverzinkten Zinklegierungsbeschichtung versehen ist, nach Anspruch 11 oder 13, wobei das Zinldegierungsbad 0,3–1,3 Gew.-% Magnesium und bevorzugt 0,7–1,2 Gew.-% Magnesium enthält.
Stahlbandblech, das mit einer feuerverzinkten Zinklegierungsbeschichtung versehen ist, nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei die Temperatur des Bades des geschmolzenen Zinks zwischen 380°C und 550°C, bevorzugt zwischen 420°C und 480° gehalten wird.
Stahlbandblech, das mit einer feuerverzinkten Zinklegierungsbeschichtung versehen ist, nach einem der Ansprüche 11 bis 15, wobei die Temperatur des Stahlbandblechs vor dem Eintritt in das Bad der geschmolzenen Zinklegierung zwischen 380°C und 850°C liegt, bevorzugt zwischen der Temperatur des Bades der geschmolzenen Zinklegierung und 25°C oberhalb der Badtemperatur.
Stahlbandblech, das mit einer feuerverzinkten Zinklegierungsbeschichtung versehen ist, nach einem der Ansprüche 11 bis 16, wobei das Stahlbandblech in das Bad der geschmolzenen Zinklegierung mit einer Geschwindigkeit von höher als 9 Meter pro Minute eintritt, bevorzugt mit einer Geschwindigkeit von höher als 15 Meter pro Minute, noch bevorzugter mit einer Geschwindigkeit von höher als 30 Meter pro Minute.
Automobilteil, hergestellt aus einem Stahlbandblech nach einem der vorangehenden Ansprüche 1–17.