DE3047444C2

DE3047444C2 - Zinklegierung zum Feuerverzinken von Stählen

Info

Publication number: DE3047444C2
Application number: DE19803047444
Authority: DE
Inventors: Günther Dipl.-Ing. 3380 Goslar Hänsel
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1980-12-17
Filing date: 1980-12-17
Publication date: 1983-12-01
Also published as: DE3047444A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Legierung zum Feuerverzinken von Stählen, Insbesondere von solchen, die Silizium enthalten. Sie besteht aus Felnzlnk oder Hüttenzink mit Verunreinigungen wie Blei, Kadmium, Zinn, Elsen, Kupfer und weiteren, hler nicht genannten Verunreinigungen und einer geringen Menge an Aluminium.

Bei der üblichen Feuerverzlnkung von Einzeltellen aus Stahl wird Zink handelsüblicher Reinheit (z. B. nach DIN 1706) unter Zusatz von etwa 0,005 bis 0,01% Aluminium verwendet. Das Aluminium dient In erster Linie zur Verringerung der Oxidation des Zinks und zur Erzeugung einer hellen »blumigen« Oberfläche des Verzlnkungsgutes.

Die Verzinkung findet üblicherweise bei Temperaturen der Zinkschmelze von 445 bis 455° C statt. Stähle, die kein Silizium 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 Verzlnkungsschicht nach einem parabolischen Wachstumsgesetz erfolgt, die Schichten demzufolge anfänglich rasch wachsen, danach jedoch wesentlich langsamer, so daß selbst bei unterschiedlich langen Tauchzelten nicht wesentlich voneinander abweichende Schichtdicken entstehen. Üblicherwelse liegen sie zwischen 50 bis 150 μην

Jedoch Stähle, die mit Silizium halb- oder vollberuhigt sind, und selbst Stähle, die Silizium nur In Spuren enthalten, lassen sich nach diesem Verfahren nur noch mit sehr unbefriedigendem Ergebnis verzinken. Das parabolische Wachstumsgesetz gilt bei 450° C In einem Zinkbad dieser Zusammensetzung nicht mehr. Die Verzlnkungsschlcht wächst wesentlich schneller. Unter ungünstigen Bedingungen können die Zinkschichten bei den üblichen Tauchzelten bis zu 1000 μηι dick werden. Dies führt zu spröden, !eicht abplatzenden grauen Schichten, die häufig auch noch ungleichmäßig dick sind. Je nach Höhe des Slllzlum-Gehaltes Im Stahl 1st die Wachstumsgeschwindigkeit der Verzinkungsschicht unterschiedlich. Üblicherwelse zur Verzinkung gelangende Stähle enthalten bis etwa 0,4% Silizium. Da Im Zuge der Ausweitung de¹, Stranggußverfahrens bei der Stahlherstellung der Anteil der beruhigten Stähle Immer mehr zunimmt, steigt auch der Anteil der Silizium enthaltenden Stähle bei der Feuerverzlnkung.

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

Es ist bereits eine Zinklegierung bekannt, die vorzugsweise 0,03 bis 0,06% Aluminium, daneben 0,002 bis 0,02% Magnesium und 0,1 bis 0,3% Zinn enthält. Mit dleser Legierung können jedoch nur Stähle bis ca. 0,2% Silizium befriedigend verzinkt werden.

Bei höheren Siliziumgehalten werden die Zinkschichten ungleichmäßig dick, und teilweise Hegt die Dicke unter der In Normen für die Feuerverzlnkung geforderten Auflage. Sie hat zudem den Nachteil, daß bei Stählen, die kein Silizium enthalten, die Zlnkauflage höher wird als In üblichem Handelszink mit nur 0,005 bis 0,01% Aluminium. Ferner Ist die Benetzung des Stahles durch den Aluminiumgehalt in dieser Höhe stark erschwert,

2» was leichter zur Entstehung unverzlr.kter Stellen führen kann.

Der Erfindung Hegt die Aufgabe zugrunde, eine Zinklegierung der einleitend genannten Art zu schaffen, mit der alle Stähle insbesondere solche mit einem Gehalt von über 0,2% Silizium mit gutem Erfolge verzinkt werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der bekannten Legierung zusätzlich Antimon von 1 bis 10% zugesetzt Ist. Hierdurch gelangt man zu einer

JO Zinklegierung, der die Nachtelle der bekannten Zinklegierungen nicht anhaften, mit der darüber hinaus Elnzeltellverzlnkungen bei Stählen mit sehr unterschiedlichen Slllzlumgehalten durchgeführt werden können.
Das Ist Insbesondere deswegen von Vorteil, well Im

J5 allgemeinen der Slllzlumgehalt der angelieferten Einzelteile nicht bekannt Ist. Hinzu kommt, daß die Benetzung der Stahloberfläche durch die erfindungsgemäß zusammengesetzte Zinklegierung wesentlich verbessert Ist. Die verzinkten Teile sehen hell glänzend aus und haben

•Ό »Zinkblume«. Außerdem sind die Zinkschichten Im wesentlichen gleich dick.

Bei Stählen, die kein Silizium enthalten, entstehen gleich dicke Schichten wie In einem Zinkbad aus handelsüblichem Zink, bleigesättigt mit 0,01% Aluminium.

Bei Stählen die Silizium enthalten verringert die erfindungsgemäße Legierung das beschleunigte Wachstum der Zinkschicht. Dies führt dazu, daß bei allen üblicherweise zur Verzinkung gelangenden Stählen verhältnismäßig gleichmäßig dicke Schichten entstehen. Bei langen Tauchzelten wachsen die Schichten nur noch langsam, so daß bei der Verzinkung In der Praxis viel Spielraum In der Tauchzelt besteht.

Der Antimongehalt der Legierung bewirkt eine Verringerung der Oberflächenspannung des Zinks. Dies führt zu einer ausgezeichneten Benetzungsfählgkelt der Legierung. Dies wird noch dadurch begünstigt, daß der Alumlniumgehalt gering Ist.

Gleichzeitig setzt Antimon den Schmelzpunkt von Zink um bis 5° C herab. Dadurch wird es möglich bei

^b0 440° C zu verzinken. Dies hat zusätzliche Vorteile. Es wird Energie für die Beheizung des Zinkkessels gespart. Die Dicke der Verzlnkungsschlchten wird geringer.

Insbesondere sollte der Antimongehalt zwischen 2 und 3% liegen, vorzugsweise bei 2,5%. Das Eutektlum einer

^b5 Zlnk-Antlmonleglerung liegt bekanntlich bei ca. 2,5% Antimon.

Mit besonderem Vorteil besteht die Legierung aus 0,005 bis 0,015% Al und 2 bis 3% Antimon. Aus der

kombinierten Zugabe von Antimon und Aluminium ergeben sich nämlich erhebliche Vorteile, die erst den Einsatz der Legierung mit großem Erfolg ermöglichen.

Antimon verringert das beschleunigte Wachstum der Zinkschicht auf silizlumhaltigen Stählen, erniedrigt den Schmelzpunkt des Zinks und verbessert die Benetzbarkelt des Stahles direkt und durch Erhöhung der Blellösllchkelt im Zink Indirekt. Aluminium unterstützt die Hemmwirkung des Antimons auf das Wachstum der Verzlnkungsschlcht bei silizlumhaltigen Stählen und verringen die Oxidationsneigung der Legierung erheblich.

Nur durch den kombinierten Einsatz von Antimon und Aluminium wird es möglich, mit so geringen AIumlnlumzusätzen wie ca. 0,01% ausreichend dünne Verzlnkungsschlchten auf silizlumhaltigen Stählen zu erzeugen.

Und nur mit so geringen Alumlniurngehalten Ist es möglich, Stähle mit mehr als 0,2% Silizium zu verzinken, ohne daß die entstehenden Verzinkungsschlchten zu dünn werden und den einschlägigen Normen nicht mehr genügen. Der weitere Nachteil höherer Alumlnlumgehalte, nämlich die Benetzung der Stahloberfläche zu verschlechtem, wird gleichzeitig vermieden.

Die Löslichkeit des Bleis Im Zink, die bei 450° C ca. 1,2% beträgt, wird durch den Antimonzusatz erhöht. Bei einem Antimongehalt von 2,5% Im Zink beträgt die Löslichkeit des Bleis dann ca. 2%. Dies bedeutet einen weiteren Vorteil der Legierung, da Blei die Benetzungsfählgkelt des Zink verbessert. Fehler bei der Vorbehandlung djs Verzlnkungsgutes führen deshalb seltener zu unverzinkten Stellen.

Die Korrosionsfähigkeit an der Atmosphäre wird durch Antimon Im Zink verbessert. Antimon begünstigt ferner

Tabelle 1

die Bildung der sogenannten »Zinkblume«. Dadurch erhalten die verzinkten Teile ein optisch ansprechendes Aussehen.

Das Legleren des Antimons kann in der Verzinkerei sehr einfach und billig durchgeführt werden. Man benötlst nämlich nicht reines Antimon, sondern kann handelsübliches Hartblei verwenden. Das hat zwei Vorteile: man erhält dadurch das Antimon wesentlich billiger, ja man kann sagen, daß die Legierung praktisch nicht teurer wird als Handelszink, und durch den niedrigen Schmelzpunkt des Hartbleis schmilzt es sofort Im Zinkbad auf. Allerdings muß man bei dieser Arbeitsweise gelegentlich das überschüssige Blei abpumpen.

Die folgende Tabelle 1 gibt einen Vergleich der Zinkauflage verschiedener Stähle In einem herkömmlichen Zinkbad aus Hüttenzink, c.sen- und bleigesättigt mit 0,01% Aluminium bei 450 und 440⁰C und der erfindungsgemäßen Legierung aus Hüttenzink, eisen- und bleigesättigt mit 0,01% Aluminium und 2,5% Antimon bei einer Verzinkungstemperatur von 440° C.

Man erkennt, daß z. B. bei einer Tauchzelt von 8 Minuten, die normalerweise ausreichend ist, die Zinkauflage bei der erfindungsgemäßen Legierung nur zwischen 763 und 1478 g/m² (106 bis 205 μΐη) schwankt, wobei Stähle zwischen 5 bis 10 mm Dicke verzinkt wurden, während bei der herkömmlichen Legierung die Auflage bei 440° C zwischen 796 bis 2185 g/m² (1OG bis 300 \im) liegt und bsi 450° C sogar bei 950 bis 2481 g/m² (132 bis 345 μιη). Bei längeren Tauchzeiten wird das Verhältnis noch günstiger für die erfindungsgemäße Legierung.

Die Tabelle 2 hebt an einem Stahl mit 0,4% Silizium den sich gegenseitig ergänzenden Einfluß von Antimon und Aluminium auf die Zlnkauflage heraus.

Stahlbezeichnung

Sl-üehalt Zinklegierung

Verzinkungstemperatur C

Zlnkauflage In g/m^J bei Tauchzelt

2 min 4 min 8 .nin 16 min

I. USt 37-2
kaltgezogen

0,01

II. USt 37-2 0,04

warmgewalzt

III. RSt 37-2 0,22

warmgewalzt

IV. St 52-3 0,27

warmgewalzt

V. St 52-3 0,40

warmgewalzt

herkömmliche

Legierung

0,01% Al

erflndungsgemäße

Legierung

0,01% Al + 2,5% Sb

herkömmliche
Legierung
erflndungsgemäße
Legierung

herkömmliche
Legierung
erfindungsgemäße
Legierung

687
542

521

769
634

620

950 769

763

1078 868

599 682	816 785	961 919	1178 1054
626	733	912	1043
745 1138	1064 1128	1766 1819	2415 3053
649	915	1436	1500
787 723	1170 1085	2362 2096	4404 3894
560	857	1280	1514
842 787	1315 1213	2481 2185	4444 3778
524	811	1478	2042

Tabelle 2

Stahlbeieichnung

Zinklegierung

Zlnkauflage in g/m² bei Tauchzelt 2 min 4 min 8 min

16 min

St. 52-3 Hüttenzink 89S 1268 2157 3648

0,4% Si (eisen- und bleigesättigt)

warmgewalzt < 0,001% Al

Hüttenzink 771 1225 2009 3438

(eisen- und bleigesättigt)

0,02% Al

Hüttenzink 861 1167 1842 2880

(eisen- und bleigesättigt)
< 0,001% Al 2,5% Sb

Hüttenzink 524 811 1478 2042

(eisen- und bleigesättigt)
0,0065% Al 2,5% Sb

Verzinkungslemperalur 440° C

Claims

Patentansprüche:

1. Legierung zum Feuerverzinken von Stählen, insbesondere Silizium enthaltenden Stählen, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus 1,0 bis 10% Antimon, bis zu 3% Blei; bis zu 0,03% Aluminium und Zink mit handelsüblicher Reinheit als Rest besteht.

2. Legierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Ihr Antimongehalt zwischen 2 und 3% liegt.

3. Legierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ihr Antimongehalt 2,5% beträgt.

4. Legierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Antimongehalt 2 bis 3% und der Alumlniumgehalt 0,005 bis 0,015% beträgt.