DE4008738C1

DE4008738C1 - Improving surface quality of steel strip or sheet - by coating with aluminium zinc alloy including silicon

Info

Publication number: DE4008738C1
Application number: DE4008738A
Authority: DE
Inventors: Rene Dipl.-Ing. 5242 Kirchen De Theillout
Original assignee: HOESCH STAHL AG 4600 DORTMUND DE
Current assignee: Krupp Hoesch Stahl AG
Priority date: 1989-06-07
Filing date: 1990-03-19
Publication date: 1990-11-08
Anticipated expiration: 2010-03-20
Also published as: ES2019264T3; ES2019264A4; EP0401727B1; EP0401727A3; ATE101660T1; EP0401727A2; DE59004581D1

Abstract

Surface of steel sheet or strip is coated with Al-Zn alloy contg. 25-70 wt.% Al, remainder Zn and Si, applied by hot dip metallising. Following coating, when the steel sheet or strip is removed from the molten alloy bath, it is sprayed with a suspension of finely divided pure Zn particles in air and is cooled in a cooling zone at a rate of at least 25 deg.C/s. The Zn dust particles are mixed with the alloy coating and bonded to the steel. ADVANTAGE - Improved surface quality.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung der Oberflächenbeschaffenheit von Stahlblechen und -bändern, die mit einem Korrosionsschutz überzogen sind. Dieser Korrosions schutz wird durch einen Überzug mit einer Aluminium-Zink-Le gierung, die in einem Tauchschmelzbad das durchlaufende Band mit einer intermetallischen Schicht versieht, erreicht.The invention relates to a method for improving the Surface texture of steel sheets and strips, the are coated with a corrosion protection. This corrosion Protection is provided by a coating with an aluminum-zinc le alloy, the continuous belt in an immersion bath provided with an intermetallic layer.

Festhaftende und korrosionsbeständige Aluminium-Zink-Überzüge auf eisenhaltige Materialien sind aus der DE-AS 15 21 148 be kannt geworden.Adhesive and corrosion-resistant aluminum-zinc coatings on ferrous materials are from DE-AS 15 21 148 be became known.

Die US-PS 31 48 081 beschreibt ein Verfahren zur Verbesserung der beschichteten Stahlbänder auf ihrer Oberfläche. Ohne die chemische Zusammensetzung zu verändern, soll die Zinkblumen ausbildung durch plötzliches Erstarren der geschmolzenen Be schichtung erreicht werden, wobei anschließend die Oberfläche noch dressiert wird. Jedoch handelt es sich bei der Schmelze um eine Zinklegierung mit Zusätzen von Blei, Kadmium und Aluminium. The US-PS 31 48 081 describes a method for improvement of the coated steel strips on their surface. Without that Zinc flowers are said to change chemical composition formation by sudden solidification of the molten Be Layering can be achieved, followed by the surface is still being trained. However, it is the melt a zinc alloy with additions of lead, cadmium and Aluminum.

Bei Überzügen, die als Legierungsbestandteil einen hohen Zinkanteil enthalten, entstehen in der Regel großblumige Oberflächenstrukturen, die sogenannten Zinkblumen. Diese Strukturen können so ausgeprägt sein, daß die Verwendungsmög lichkeiten, insbesondere bei Blechen und Bändern, einge schränkt sind. Eine Einschränkung ist immer dann gegeben, wenn die Bänder anschließend beschichtet oder lackiert werden sollen. Es liegt in diesem Falle eine uneinheitliche Ober fläche vor, bei der die Strukturen der Zinkblumen durchschei nen.For coatings that are high as an alloy component Containing zinc, usually large-flowered Surface structures, the so-called zinc flowers. These Structures can be so distinctive that they can be used options, especially for sheet metal and strips are restricted. There is always a limitation if the tapes are then coated or varnished should. In this case there is an inconsistent super area where the structures of the zinc flowers show through nen.

Um die Oberfläche des Zinküberzuges zu vereinheitlichen, gibt es die Möglichkeit der Nachdressierung der Bleche und Bänder. Dieses geschieht vorwiegend in Linie und mit glatten oder mattierten Walzen. Durch diesen Walzvorgang wird die Ober fläche weitgehend geglättet und der Überzug in sich verdich tet und damit auch verfestigt.To unify the surface of the zinc coating, there are there is the possibility of redesigning the sheets and strips. This happens mainly in line and with smooth or matted rollers. Through this rolling process, the upper The surface is largely smoothed and the coating is compacted tet and thus also solidified.

Trotzdem stellt dieses Aussehen den Verwender nicht in allen Fällen zufrieden. Selbst kleinblumige flache Strukturen kön nen sich noch störend auf das Endprodukt auswirken.Nevertheless, this look does not represent the user in all Cases satisfied. Even small-flowered flat structures can still interfere with the end product.

Eine annähernd gleichmäßige Oberfläche erhält man insbesonde re dadurch, daß man fein verteilte Teilchen von Zink gegen den Zinküberzug, bevor seine Kristallation stattgefunden hat, sprüht.An almost uniform surface is obtained in particular re by countering finely divided particles of zinc the zinc coating before its crystallization has taken place sprays.

Ein Verfahren zum Besprühen der Oberfläche ist mit der DE-PS 28 12 370 bekanntgeworden. Bei diesem Verfahren wird im allgemeinen pulverförmiges Zink verwendet. Die Zinkteilchen kommen durch das Aufsprühen mit dem flüssigen Zinküberzug des Bleches in Berührung und gehen eine innige Verbindung ein. Es werden dabei zahlreiche kristalline Keime erzeugt. Durch diese Keime wird die Entstehung und auch das Wachsen von Kristallen in einer großen Anzahl bestimmt und begünstigt. Dadurch, daß viele Keime vorhanden sind, können die Kristalle aber nur eine sehr kleine Form annehmen. A method of spraying the surface is with the DE-PS 28 12 370 become known. With this procedure in general powdered zinc used. The zinc particles come by spraying with the liquid zinc coating of the Sheet metal in contact and form an intimate connection. It numerous crystalline nuclei are generated. By these germs becomes the emergence and also the growth of Crystals in large numbers determined and favored. Because there are many germs, the crystals can but only take a very small form.

Dieses hat aber zur Folge, daß keine großflächigen Zinkblumen entstehen können. Gleichzeitig verfestigen diese kleinen Zinkblumen die Oberfläche des Zinküberzuges.However, this means that there are no large zinc flowers can arise. At the same time, these little ones solidify Zinc flowers the surface of the zinc coating.

Mit der EP-PS 01 22 856 ist ein Verfahren zur Oberflächenver besserung von beschichteten Stahlbändern dadurch gefunden wor den, daß ein sauerstofffreies Gas zum Transport der aufzusprü henden Substanz verwendet wird. Da die aufzusprühenden Sub stanzen in der Regel eine große Affinität zum Sauerstoff ha ben, soll dadurch eine Oxidation unterbunden werden, weil die gebildeten Oxide sich als Fehlstellen auf dem Bandmaterial auswirken.EP-PS 01 22 856 is a method for surface ver improvement of coated steel strips was found the that an oxygen-free gas to transport the spray substance is used. Since the sub usually have a great affinity for oxygen ha ben, an oxidation is to be prevented because the formed oxides as defects on the strip material impact.

Darüber hinaus beschreibt die AT-E 3 06 028 ein Verfahren zur Optimierung der Erstarrung von Zink auf einem Stahlband. Bei diesem Anmeldungsgegenstand handelt es sich um eine Tempera tursteuerung, um genau vor dem Erstarrungspunkt des Zinküber zuges den Zinkstaub aufzusprühen. Dieses ist jedoch sehr schwierig und in einem Großprozeß mit vielen Einflußparame tern sehr schwierig durchzuführen. Auch in diesem Falle han delt es sich um verzinkte Stahlbänder.In addition, AT-E 3 06 028 describes a process for Optimization of the solidification of zinc on a steel belt. At this subject of registration is a tempera door control to exactly before the solidification point of the zinc transfer spray the zinc dust. However, this is very difficult and in a large process with many influencing parameters very difficult to perform. In this case, too galvanized steel strips.

Eine weitere Möglichkeit, das Entstehen von großflächigen Zinkblumen zu unterbinden, besteht darin, daß man die vorbe schriebenen Mikroblumen durch das Aufsprühen von Wasser oder Wasserdampf, auf die noch nicht verfestigte Zinkoberfläche bei einer gleichzeitigen starken Abkühlung erzeugt.Another way of creating large-scale Preventing zinc flowers consists in passing them written microflowers by spraying water or Steam, on the not yet hardened zinc surface generated with a simultaneous strong cooling.

Bei Stahlblechen und Stahlbändern, die einen Aluminium-Zink-Über zug haben, ist die Ausbildung dieser "Zinkblumen" sehr ausgeprägt. Korrekterweise kann bei diesen Überzügen, die einen höheren Alu minium- als Zinkanteil haben, nicht mehr von einer Zinkblume ge sprochen werden. Da es sich bei der vorliegenden Erfindung jedoch ausschließlich um Aluminium-Zink-Überzüge handelt, die den Han delsnamen Galvalum tragen, soll nachfolgend von Oberflächenstruk turen gesprochen werden.For steel sheets and steel strips that have an aluminum-zinc coating train, the formation of these "zinc flowers" is very pronounced. Correctly, these coatings, which have a higher aluminum have minium than zinc content, no longer from a zinc flower be spoken. However, since the present invention deals exclusively with aluminum-zinc coatings that the Han bear the name Galvalum, is supposed to come from surface structure doors are spoken.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, die Oberflächenstrukturen von Aluminium-Zink-Uberzügen auf Stahlblechen oder -bändern zu verbessern und soweit zu vereinheitlichen, damit die Bleche und Bände bei einer anschließenden Oberflächenbeschichtung eine gleichmäßige Oberfläche aufweisen. Dieses würde eine entscheidende Qualitätsverbesserung darstellen, die mit bisher bekannten Verfahren auch trotz Dressierung nicht erreicht werden konnte.The object of the invention is the surface structures of aluminum-zinc coatings on steel sheets or strips improve and standardize so far so that the sheets and volumes in a subsequent surface coating have an even surface. This would be one represent crucial quality improvement that with previous known method not achieved despite training could be.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß auf das aus der Schmelze kommende Band, auf die noch nicht erstarrte Oberfläche des Aluminium-Zink-Überzuges, Zinkstaub aufgeblasen wird. Dieser Zinkstaub dringt in die Oberfläche ein und geht eine Verbin dung mit dem Überzug ein, was das Entstehen von Strukturen unterbindet. Nachdem der Zinkstaub aufgeblasen worden ist, muß das beschichtete Band mit einer großen Abkühlgeschwindigkeit von mindestens 25°C/s abgekühlt werden. Gleichzeitig bleiben die geforderten Eigenschaften des Bandes bei dieser Behandlung erhalten.The object is achieved in that from the melt coming band, on the surface of the Aluminum-zinc coating, zinc dust is inflated. This Zinc dust penetrates the surface and leaves a joint with the coating, what the emergence of structures prevents. After the zinc dust has been inflated, must the coated tape with a high cooling rate cooled down to at least 25 ° C / s. Stay at the same time the required properties of the tape in this treatment receive.

Im folgenden soll die Erfindung anhand von ausgeführten Darstel lungen näher erläutert werden.The following is intended to illustrate the invention with reference to the illustrated lungs are explained in more detail.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 Schematische Bandverzinkungsanlage, Fig. 1 Schematic galvanizing,

Fig. 2 Oberfläche eines Aluminium-Zink-Überzuges, nachdressiert, Fig. 2 surface of an aluminum-zinc coating, nachdressiert,

Fig. 3 wie Fig. 2, jedoch 100fach vergrößert, nachdressiert,But 100-fold increased FIG. 3 as in FIG. 2, nachdressiert,

Fig. 4 Oberfläche eines Aluminium-Zink-Überzuges mit anschlie ßender Zinkstaubaufstäubung, nachdressiert, Fig. 4 surface of an aluminum-zinc coating with subsequent ßender Zinkstaubaufstäubung, nachdressiert,

Fig. 5 wie Fig. 4, jedoch 100fach vergrößert, nachdressiert,But 100-fold increased FIG. 5 to FIG. 4, nachdressiert,

Fig. 6 normale Struktur eines Aluminium-Zink-Überzuges als Ober flächenschliff 50fach vergrößert, Figure 6 normal structure of an aluminum-zinc coating as a top. Surface grinding 50-fold increased,

Fig. 7a wie Fig. 6, jedoch als Kantenschliff in 500facher Vergrö ßerung, Fig. 7a to Fig. 6, but fication as Edge grinding in 500 times magnification,

Fig. 7b wie Fig. 7a mit unterschiedlicher Ätzung, FIG. 7b as shown in Fig. 7a having different etching,

Fig. 7c wie Fig. 7a, jedoch auf Mikrostruktur geätzt, Fig. 7c as shown in Fig. 7a, but etched in the microstructure,

Fig. 8 Aluminium-Zink-Überzug mit relativ geringer Zinkstaubauf stäubung, als Oberflächenschliff, 50fach vergrößert, Figure 8 aluminum-zinc coating atomization. Zinkstaubauf relatively low, as surface grinding, enlarged 50 times,

Fig. 8a wie Fig. 8, jedoch als Kantenschliff in 500facher Vergrö ßerung, Fig. 8a to Fig. 8, but fication as Edge grinding in 500 times magnification,

Fig. 8b wie Fig. 8a mit unterschiedlicher Ätzung, FIG. 8b as shown in Fig. 8a with different etching,

Fig. 8c wie Fig. 8a, jedoch auf Mikrostruktur geätzt, FIG. 8c as shown in Fig. 8a but etched in the microstructure,

Fig. 9 Aluminium-Zink-Überzug mit relativ viel aufgestäubtem Zinkstaub, als Oberflächenschliff, 50fach vergrößert, Fig. 9 aluminum-zinc coating with a relatively large amount sputtered zinc dust, as a surface grinding, magnified 50 times,

Fig. 9a wie Fig. 9, jedoch als Kantenschliff in 500facher Vergrö ßerung,However, fication Fig. 9a as shown in Fig. 9 as edge grinding in 500 times magnification,

Fig. 9b wie Fig. 9a mit unterschiedlicher Ätzung, Fig. 9b as shown in FIG. 9 with different etching,

Fig. 9c wie Fig. 9a, jedoch auf Mikrostruktur geätzt. Fig. 9c as Fig. 9a, but etched on microstructure.

Der vorbehandelte Bandstahl (1) läuft über eine Umlenkrolle (5) durch die Ofenschnauze (3) in die flüssige Schmelze (2) der Alumi nium-Zink-Legierung. Über die Umlenkrollen (4) wird der Band stahl (1) wieder aus der Schmelze (2) herausgeführt. Damit der Aluminium-Zink-Überzug eine definierte Stärke erhält, wird mittels Abstreifdüsen (6) der überschüssige Anteil abgeblasen. An schließend gelangt der Bandstahl (1) in die Bestäubungsanla ge (7). Hier wird der noch flüssige Bandüberzug zusätzlich mit Zinkstaub oder einem Zinkstaubgemisch angeblasen. Der aufge blasene Staub kristallisiert mit dem Legierungsüberzug und bildet somit einen innigen Verbund mit dem Bandstahl. Die auf geblasene Menge Zinkstaub bestimmt die Oberfläche des Band stahles. Unmittelbar nach der Bestäubungsanlage wird der durchlaufende oberflächenbehandelte Bandstahl abgekühlt. Diese Abkühlung muß sehr schnell geschehen. Die Abkühlungsgeschwin digkeit muß deshalb mindestens 25°C/s betragen. In einem nach folgenden Walzendurchlauf wird die Oberfläche weiter verein heitlicht. Durch das schnelle Abkühlen des Bandstahles (12) nach dem Bestäuben wird die Legierung zum Erstarren gebracht und man erhält eine strukturlose Oberfläche.The pretreated steel strip ( 1 ) runs over a deflection roller ( 5 ) through the furnace nose ( 3 ) into the liquid melt ( 2 ) of the aluminum-zinc alloy. The strip steel ( 1 ) is guided out of the melt ( 2 ) again via the deflection rollers ( 4 ). In order to give the aluminum-zinc coating a defined thickness, the excess portion is blown off using scraping nozzles ( 6 ). The strip steel ( 1 ) then enters the pollination system ( 7 ). Here the still liquid strip coating is additionally blown with zinc dust or a zinc dust mixture. The inflated dust crystallizes with the alloy coating and thus forms an intimate bond with the steel strip. The amount of zinc dust blown determines the surface of the steel strip. Immediately after the pollination system, the continuous surface-treated steel strip is cooled. This cooling has to happen very quickly. The cooling rate must therefore be at least 25 ° C / s. The surface is further standardized in a subsequent roll pass. Rapid cooling of the steel strip ( 12 ) after dusting causes the alloy to solidify and a structureless surface is obtained.

Der Einsatzbereich vorbeschriebener Bandstähle liegt vorwiegend im Baubereich, bei Haushaltsgeräten und in der Automobilindustrie, d. h. es wird eine vereinheitlichte Oberfläche gefordert, die sich anschließend problemlos mit z. B. Lack beschichten läßt. Diese vereinheitlichte Oberfläche war nach bisher bekannten Verfahren nicht bei Aluminium-Zink-Überzügen herzustellen.The area of application for the above-described strip steels is primarily in Construction, household appliances and the automotive industry, d. H. a unified surface is required, which is then easily with z. B. paint can be coated. These unified surface was by previously known methods not to be produced with aluminum-zinc coatings.

Die Fig. 2 zeigt die Oberfläche einer normalen Aluminium-Zink-Be schichtung. Es ist deutlich die Blumenbildung zu sehen. Fig. 3 zeigt die gleiche Oberfläche in 100facher Vergrößerung. Trotzdem diese Oberfläche nachdressiert wurde, ist keine einheitliche Flä che vorhanden. In der Fig. 4 wird eine Oberfläche eines Aluminium- Zink-Überzuges gezeigt, der vor der Erstarrung noch zusätzlich mit Zinkstaub beblasen wurde. Die Fläche ist wesentlich einheitlicher, wie auch die Vergrößerung in Fig. 5 zeigt. Fig. 2 shows the surface of a normal aluminum-zinc coating. The formation of flowers is clearly visible. Fig. 3 shows the same surface in 100 times magnification. Despite the fact that this surface has been redesigned, there is no uniform surface. In FIG. 4, a surface is shown an aluminum-zinc coating which was additionally blown with zinc dust prior to solidification. The area is much more uniform, as the enlargement in FIG. 5 shows.

Noch deutlicher kann der Einfluß des Zinkstaubes auf die Oberflä che in den nachfolgenden Figuren gemacht werden, bei denen es sich um Oberflächenschliffe in 50facher Vergrößerung handelt. The influence of zinc dust on the surface can be even clearer che be made in the following figures, which are is about surface grinding in 50x magnification.

Fig. 6 zeigt sehr deutlich die kristalline Struktur eines her kömmlichen Aluminium-Zink-Überzuges. Die Fig. 7a, 7b, 7c geben die gleiche Probe wieder, jedoch in diesem Falle als Kantenschliff mit einer 500fachen Vergrößerung. Deutlich sind hier die aluminiumreichen Dendriten (8) in der Legierungs schicht zu sehen. Zwischen den Dendriten (8) befinden sich die zinkreicheren Interdendritenbereiche, die bei dieser Probe noch sehr gering sind, aufgrund des geringen Legierungsan teils. Die Fig. 7c macht darüber hinaus deutlich, daß die Ausbildung der Si-Partikel (11) im Überzug und in der inter metallischen Legierungsschicht (10) an der Grenzfläche Über zug/Stahl, durch die Zinkbestäubung nicht beeinflußt wird. Die Fig. 8 zeigt bei den gleichen Vergrößerungsverhältnissen eine Mikrostruktur, welche durch die Bestäubung mit Zinkstaub er reicht wird. Deutlich größer geworden ist der zinkreichere In tendendritenbereich (9), was eine Vereinheitlichung der Ober fläche zur Folge hat. Fig. 6 shows very clearly the crystalline structure of a conventional aluminum-zinc coating. FIGS. 7a, 7b, 7c pass the same test again, but in this case as cut edges with a 500-fold magnification. The aluminum-rich dendrites ( 8 ) in the alloy layer are clearly visible here. Between the dendrites ( 8 ) are the zinc-rich interdendrite areas, which are still very small in this sample, due to the low proportion of alloys. Fig. 7c also makes it clear that the formation of the Si particles ( 11 ) in the coating and in the intermetallic alloy layer ( 10 ) at the interface coating / steel, is not affected by the zinc dusting. Fig. 8 shows a microstructure at the same enlargement ratios, which is sufficient by dusting with zinc dust. The zinc-rich trend tendrite area ( 9 ) has become significantly larger, which results in a unification of the surface.

Extrem wird dieses in den Fig. 9 deutlich, wo ein noch größerer Zinkstaubanteil aufgeblasen worden ist. Die Blumenstruktur auf der Oberfläche ist verschwunden, es steht eine vereinheitlichte Ober fläche für eine anschließende problemlose Beschichtung zur Verfü gung.This is extremely evident in FIG. 9, where an even larger proportion of zinc dust has been inflated. The flower structure on the surface has disappeared, a unified surface is available for a subsequent easy coating.

Bezugszeichenliste:Reference symbol list:

1 Bandstahl
2 Schmelze
3 Ofenschnauze
4 Umlenkrollen
5 Umlenkrolle
6 Abstreifdüsen
7 Bestäubungsanlage
8 Al-reiche Dendriten
9 Zinkreichere Interdendritenbereiche
10 intermetallische Legierungsschicht
11 Siliziumpartikel
12 Abkühlungsanlage 1 steel strip
2 melt
3 furnace muzzle
4 pulleys
5 pulley
6 scraper nozzles
7 pollination system
8 Al-rich dendrites
9 Zinc-rich interdendrite areas
10 intermetallic alloy layer
11 silicon particles
12 cooling system

Claims

Process for improving the surface quality of ferrous materials with an aluminum-zinc alloy coating, which consists of 25 to 70 percent by weight of aluminum and a remainder of zinc and silicon, and which is metallized by fire in a hot-dip coating plant on steel strips or steel sheets, whereby The coated steel strip emerging from the alloy melt is sprayed with finely divided particles into a suspension in air before the coating crystallizes, cooled and then treated, characterized in that the finely divided particles consist of pure zinc and in the subsequent cooling zone the coated Steel strip is subjected to a cooling rate of at least 25 ° C / s.