DE4111410C2 - Verfahren zum kontinuierlichen Tauchbeschichten von Stahlband - Google Patents
Verfahren zum kontinuierlichen Tauchbeschichten von StahlbandInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum konti
nuierlichen Tauchbeschichten von Stahlband, bei dem das
Stahlband durch ein Zinkbad mit einem Aluminiumgehalt
von ca. 55 Gew.-% und einem Siliziumgehalt von 1 bis 2 Gew.-%
geleitet wird.
Das kontinuierliche Tauchbeschichten von Stahlband ist
eine seit vielen Jahren bekannte und weitgehend ange
wandte Technik, bei der das Stahlband durch ein Zink- oder
ein Zinklegierungsbad geleitet wird und die Beschichtung
nach dem Einstellen ihrer Dicke erstarrt.
So ist beispielsweise aus der US-Patentschrift 3 952 120
ein Verfahren zum Feuerverzinken von Gegenständen aus
Stahl bekannt, bei dem mit Hilfe eines Zink-Aluminium-
Bades ein Überzug aus einer Legierung mit 25 bis 85%
Aluminium und mindestens 0,7% Silizium, bezogen auf den
jeweiligen Aluminiumgehalt, Rest im wesentlichen Zink,
aufgebracht wird. Ein ähnliches Verfahren ist aus der
US-Patentschrift 4 389 463 bekannt, bei dem das Alumi
nium-Silizium-Zink-Bad zusätzlich noch 0,1 bis 1,2% Ger
manium enthält und einen Überzug mit 7 bis 17% Aluminium
sowie insgesamt 0,1 bis 3% Germanium und Silizium er
gibt. Das Germanium verbessert das Fließvermögen des Ba
des und erlaubt daher geringere Überzugsdicken.
Die US-Patentschrift 4 287 008 beschreibt schließlich
ein Verfahren zum Einstellen der Härte einer Aluminium-
Zink-Beschichtung im Wege eines Glühens zwischen etwa 93
und 427°C mit anschließendem langsamen Abkühlen bis auf
mindestens 205°C.
Es hat sich jedoch gezeigt, daß diese bekannten Be
schichtungen bei Biege- oder Profilierungsbehandlungen,
denen insbesondere für bauliche Zwecke bestimmte Bleche
oder Platten häufig unterworfen werden, starke Mängel
hinsichtlich Haft- und Dehnvermögen aufweisen. Diese
Mängel führen zu Rissen in der Beschichtung, die im ei
nen oder anderen Falle ein Absplittern oder sogar völli
ges Ablösen der Beschichtung bewirken können.
Diese Brüchigkeit und das mangelnde Haftvermögen schei
nen drei Hauptursachen zu haben: Zunächst einmal besteht
die Beschichtung aus einem metastabilden Gemisch zweier
Phasen, die nicht gleichzeitig erstarren; hieraus ergibt
sich ein Gefüge mit zink- und aluminiumreichen Zonen,
die Innenspannungen bewirkende physikalische Eigenschaf
ten aufweisen. Außerdem bildet sich an der Grenzfläche
zwischen dem Stahl und der Auflage aus Zink-Aluminium
eine Schicht aus brüchigen intermetallischen Teilchen
des Typs Fe-Al-Zn-Si. Schließlich bleibt das zur Minde
rung der Reaktion zwischen dem Eisen und dem Aluminium
zugegebene Silizium nicht völlig in Lösung; beim Abküh
len fällt es nadelig aus, wobei die Nadeln durch Span
nungskonzentrationen bedingt sind und die Brüchigkeit
der Beschichtung bewirken.
Es sind bereits Versuche unternommen worden, diese Nach
teile durch eine Wärmebehandlung auszuschalten. So wurde
vorgeschlagen, die Beschichtung einem Nachglühen bei 300
bis 350°C auf die Dauer von 3 Minuten bzw. außerdem ei
nem Anlassen bei 150°C auf die Dauer von 24 Stunden zu
unterziehen. Diese Behandlungen haben sich als technisch
zufriedenstellend erwiesen, erscheinen jedoch wegen der
hiermit verbundenen Kosten aus wirtschaftlicher Sicht
nicht akzeptabel.
Die Erfindung betrifft das Aufbringen einer Beschichtung
auf der Basis einer übereutektischen, d. h. mehr als
5 Gew.-% Aluminium enthaltenden Zink-Aluminium-Legierung
und insbesondere auf der Basis einer Legierung, die au
ßer Zink 55 Gew.-% Aluminium und 1,6 Gew.-% Silizium
enthält. Diese Legierungen weisen die hohe Korrosionsfe
stigkeit des Aluminiums und die kathodische Schutzwir
kung des Zinks auf. Die Zugabe von Silizium soll die Re
aktion zwischen Eisen und Aluminium herabmindern, da
diese Reaktion ohne Siliziumzusatz zu einem sehr hohen
Eisenverlust und zu einer völlig umgewandelten Fe-Al-
Schicht führt, die weder Haftvermögen noch Bildsamkeit
besitzt.
Im einzelnen zielt die Erfindung auf ein Verfahren zum
kontinuierlichen Tauchlackieren von Stahlband ab, das
die vorerwähnten Nachteile vermeidet und auf einfache
und für die industrielle Anwendung wirtschaftlich ak
zeptable Weise Beschichtungen mit hervorragendem Haft
vermögen und hervorragenden Verarbeitungseigenschaften
ergibt, ohne deren Wirkung als Korrosionsschutz zu be
einträchtigen. Sie er
streckt sich im weiteren auf Stahlprodukte wie Bänder oder
Bleche, die für eine Beschichtung im Rahmen des erfindungs
gemäßen Verfahrens vorgesehen sind.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur kontinuierlichen Auf
bringung einer Härteschicht auf Stahlband, bei dem das
Stahlband durch ein Bad einer übereutektischen Zink-
Aluminium-Legierung mit einem Siliziumgehalt von 1 bis 2
Gew.-% geleitet wird, ist dadurch gekennzeichnet, daß
dem Beschichtungsbad Strontium in einer maximalen Menge von
0.2 Gew.-% und mindestens eines der Elemente Vanadium und
Chrom jeweils in einer maximalen Menge von 0.2 Gew.-% zuge
setzt wird.
Vorzugsweise liegt der Aluminium-Gehalt des Beschichtungsbads
zwischen 50 und 60 Gew.-% und möglichst bei ca. 55 Gew.-%.
Nach einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens erhält das Beschichtungsbad Strontium in einer
Menge unter 0.05 Gew.-% sowie Vanadium in einer Menge von
weniger als 0.1 Gew.-% zugesetzt.
Bei dieser kombinierten Zugabe liegen die zugesetzten
Strontium- und Vanadium-Mengen vorzugsweise zwischen 0.005
und 0.050 Gew.-% bzw. 0.05 und 0.075 Gew.-%.
Nach einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens wird dem Beschichtungsbad Strontium in einer
Menge von weniger als 0.1 Gew.-% und Chrom in einer solchen
von unter 0.15 Gew.-% zugegeben.
Bei dieser kombinierten Zugabe liegen die dem Beschichtungs
bad zugesetzten Strontium- und Chrom-Mengen vorzugsweise
zwischen 0.0001 und 0.050 Gew.-% bzw. 0.005 und 0.10 Gew.-%.
Schließlich sieht eine noch weitere Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Verfahrens vor, dem Beschichtungsbad
Strontium in einer Menge zwischen 0.005 und 0.1 Gew.-%,
Vanadium in einer Menge zwischen 0.02 und 0.1 Gew.-% sowie
Chrom in einer Menge zwischen 0.001 und 0.1 Gew.-% zuzugeben.
Bei diesem Dreifachzusatz liegen die dem Beschichtungsbad zu
gegebenen Strontium-, Vanadium- bzw. Chrom-Mengen vorzugs
weise zwischen 0.01 und 0.075 Gew.-%, zwischen 0.025 und
0.050 Gew.-% bzw. zwischen 0.025 und 0.075 Gew.-%.
Die vorliegende Erfindung erstreckt sich weiterhin auf die
Stahlprodukte wie Bänder oder Bleche, die im Wege der
nachfolgend beschriebenen Verfahren beschichtet sind und
somit Beschichtungen aufweisen, welche Strontium in Kombina
tion mit Vanadium bzw. Chrom in den vorgenannten Mengenan
teilen enthalten.
Insbesondere ist ein erfindungsgemäßes Stahlprodukt mit
einer Beschichtung auf der Basis einer übereutektischen
Zink-Aluminium-Legierung mit einem Silizium-Gehalt von 1 bis
2 Gew.-% versehen, die außerdem Strontium und mindestens
eines der Elemente Vanadium und Chrom jeweils in einer
maximalen Menge von 0.2 Gew.-% enthält.
Bei den verschiedenen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen
Stahlprodukts kann die Beschichtung, jeweils in Gew.-%, ent
halten:
- - maximal 0.05% Strontium und maximal 0.1% Vanadium, vor zugsweise Strontium zwischen 0.005% und 0.050% sowie Vanadium zwischen 0.050 und 0.075%;
- - maximal 0.1% Strontium und maximal 0.15% Chrom, vorzugs weise Strontium zwischen 0.0001 und 0.050% sowie Chrom zwischen 0.005 und 0.10%;
- - Strontium zwischen 0.005 und 0.10%, Vanadium zwischen 0.02 und 0.10% und Chrom zwischen 0.001 und 0.10%, vorzugsweise Strontium zwischen 0.010 und 0.075%, Vanadium zwischen 0. 025 und 0.050% und Chrom zwischen 0.025 und 0.075%.
Außerdem ist bekannt, daß bei beschichteten Produkten im
allgemeinen das äußere Erscheinungsbild der Beschichtung
oft ein erstes Anzeichen für die Qualität derselben darstellt.
In dem speziellen Fall von mit einer Beschichtung auf der
Basis Zink-Aluminium versehenen Stahlprodukten wie Bändern
und Blechen ist dieses äußere Erscheinungsbild in starkem
Maß von den Zinkblumen abhängig. An dieser Stelle sei
daran erinnert, daß es sich bei den Zinkblumen einer
Beschichtung tatsächlich um ein Muster handelt, welches
das in der Beschichtung enthaltene Korn in die Oberfläche
zeichnet. Bei den üblichen Legierungen für Beschichtungen
auf Zink-Aluminium-Basis ist die Korngröße dergestalt, daß
das Blumenmuster in der Regel ca. 500 Korneinheiten oder
"Blumen" pro dm² und in jedem Falle weniger als 1000 Blumen
pro dm² beinhaltet. Außerdem werden diese konventionellen
Zinkblumenbildungen oft durch die Beschaffenheit des
Produkts, auf das die Beschichtung aufgebracht ist, beein
flußt. Insbesondere ist die Blumenbildung von der
Oberflächenbeschaffenheit, d. h. Rauhigkeit, sowie der
Qualität, d. h. der chemischen Zusammensetzung, des Stahl
produkts abhängig. Diese Abhängigkeit bzw. Empfindlichkeit
kann sich nachteilig bei kontinuierlichen Beschichtungsver
fahren auswirken, weil sich zwischen zwei Stahlbändern
unterschiedlicher Herkunft, die Ende an Ende miteinander
verbunden sind, oder zwischen den beiden Flächen ein- und
desselben Bandes unterschiedliche Blumenmuster ausbilden
können.
Anders als nach dem Stand der Technik weist das erfindungs
gemäß beschichtete Produkt ein sehr regelmäßiges Zink
blumenmuster auf, und zwar unabhängig von der Oberflächen
beschaffenheit sowie der Qualität des die Beschichtung auf
nehmenden Stahlprodukts. Das erfindungsgemäße Produkt
unterscheidet sich vom Stand der Technik durch eindeutig
feinere Blumenbildung, nämlich mit mindestens 1000 Blumen
pro dm², vorzugsweise zwischen 1200 und 1500 Blumen pro dm².
Das Blumenmuster der erfindungsgemäßen Produkte ist fei
ner und gleichmäßiger als das konventionelle Blumenmu
ster. Es überträgt eine feinere Granulatstruktur inner
halb des Überzuges.
Es existieren mehrere Methoden, um das feinere Blumenmu
ster zu erhalten, das die Erfindung bewirkt.
Man kann vor allem eine feinere Puderform, z. B. Zink,
auf dem Überzug während des Erstarrens erhalten. Diese
Technik ist indes kostspielig und darüber hinaus ris
kant, indem sie zu zufallsbedingten Abweichungen von der
Regelmäßigkeit des Blumenmusters führt.
Ein anderes interessantes Mittel, um die Dichte des Blu
menmusters zu erhöhen, besteht darin, in den Überzug ge
eignetere Anteile gewisser Legierungselemente einzubrin
gen, und zwar solche wie Strontium, Vanadium und/oder
Chrom. Die Konzentrationen dieser Elemente im Überzug
liegen vorzugsweise nicht oberhalb 0,2 Gew.-%. Das Pro
dukt weist unter diesen Bedingungen ein feines und re
gelmäßiges Blumenmuster auf, dessen visuelle Erscheinung
nicht durch abweichende Qualitäten des Grundproduktes
geändert wird.
Zur Darstellung der Eigenschaften und Vorteile der erfin
dungsgemäß beschichteten Stahlprodukte wurden verschiedene
Versuchsreihen sowohl im Labor als auch unter industriellen
Produktionsbedingungen gefahren.
So wurden beispielsweise verschiedene Eigenschaften bei
einer Reihe von Proben nach dem erfindungsgemäßen Ver
fahren beschichteter Stahlprodukte geprüft. Die Gefüge
wurden anhand von Schliffbildern unter dem Elektronen
rastermikroskop zerstörungsfrei (Elektronenrückstreuver
fahren) untersucht, während die Verteilungen der Legier
elemente durch Energiedispersions-Spektrometrie (X-EDS) nach
dem den Praktikern bestens bekannten ASCN-Verfahren (Area
Scan), hinsichtlich des Strontiums ergänzt durch X-WLS-
Spektrometrie (Wellenlängendispersions-Verfahren) bestimmt
wurden. An Eigenschaften wurden untersucht die Bildsamkeit
und Haftfähigkeit der Beschichtungen, ihre Korrosionsfestig
keit sowie die Stabilität der Beschichtungsbäder über die
Zeit.
Die Bildsamkeit und Haftfähigkeit der Beschichtungen wurden
im Wege mechanischer Versuche, in denen die insbesondere
bei der Fertigung von Bauplatten gestellten Anforderungen
nachvollzogen wurden, getestet.
Bei dem "FlexnT"-Versuch handelt es sich um einen Biege
versuch mit dem Radianten (180°) über n mal die Dicke T
des Prüflings, der nach der Beschichtung in den Abmessungen
50 mm × 100 mm entnommen wurde.
Bei "Profil 15" handelt es sich um den Profilierungsversuch
an einem Prüfling in den Abmessungen 30 mm × 120 mm, dessen
Enden in einer entsprechenden Vorrichtung eingespannt sind
und dessen Mittelabschnitt von 80 mm Länge mittels eines
Stempels in Querrichtung 15 mm verschoben wird. In diesen
Versuch fließen die Anforderungen hinsichtlich Zug- und
Biegefestigkeit ein.
Die Ergebnisse dieser beiden Versuche sind durch die
Zahl der an einem Schliff aus der Verformungszone fest
gestellten Risse wiedergegeben.
Die Korrosionsbeständigkeit wurde im Wege eines konven
tionellen Salzsprühtests festgestellt.
Schließlich wurde die Standzeit der Beschichtungsbäder
durch regelmäßiges Messen der jeweiligen Badzusammen
setzung kontrolliert.
Zur Darstellung der Vorteile des erfindungsgemäßen Ver
fahrens wurde die erfindungsgemäße Beschichtung mit ei
ner konventionellen Beschichtung, und zwar einmal im
Originalzustand sowie einmal nach einem Glühen bei einer
Temperatur von 150°C auf die Dauer von 24 Stunden ver
glichen.
Die Auswertung basiert auf einer vergleichenden Untersu
chung der Proben von im Labor sowie in einer industriel
len Anlage beschichteten Blechen. Bei den labormäßigen
Proben wurden die Beschichtungen unter absolut gleichen
Bedingungen wie folgt aufgebracht:
Abmessungen der Probe: 60 mm × 140 mm
Atmosphäre: N₂ - 5% H₂; Taupunkt zwischen -35°C und
-40°C
Wärmebehandlung: Ofentemperatur 720°C
Aufheizzeit 2 Min. 50 s
Haltezeit 2 Min. 50 s
Natürliche Abkühlung 11 s
(TBad = 600°C)
Aufheizzeit 2 Min. 50 s
Haltezeit 2 Min. 50 s
Natürliche Abkühlung 11 s
(TBad = 600°C)
Härteschicht: Eintauchzeit 2,5 s
Nenngeschwindigkeit 62 m/Min. Schichtdicke 25 µm
Abschreckung 31°C/s
Nenngeschwindigkeit 62 m/Min. Schichtdicke 25 µm
Abschreckung 31°C/s
Die labormäßigen Prüfungen erfolgten einerseits an einer
als Vergleichsprobe genommenen und mit der Bezeichnung
AZREF 89 versehenen Beschichtung aus einer konventionel
len Zn-Al-Si-Legierung (55 Gew.-% Al, 1,6 Gew.-% Si, Rest
Zn) und andererseits an Beschichtungen aus drei erfin
dungsgemäß modifizierten Legierungen mit der Bezeichnung
AZVSR, AZCRSR und AZCRVSR. Diese modifizierten Legierun
gen wurden aus der Bezugs- oder Vergleichslegierung
durch Zugabe von Vanadium und Strontium (VSRl: 0,055 Gew.-%
V, 0,0093 Gew.-% Sr; VSR2: 0,072 Gew.-% V; 0,023 Gew.-%
Sr), Chrom und Strontium (CRSRl: 0,0063 Gew.-%
Cr; 0,0004 Gew.-% Sr; CRSR2: 0,090 Gew.-% Cr; 0,045 Gew.-%
Sr) bzw. Chrom, Vanadium und Strontium (CRVSR:
0,055 Gew.-% Cr; 0,035 Gew.-% V; 0,024 Gew.-% Sr) herge
stellt. Für einen zusätzlichen bzw. ergänzenden Ver
gleich wurden bestimmte Beschichtungen aus modifizierter
Legierung außerdem 24 Stunden lang auf einer Temperatur
von 150°C gehalten bzw. innerhalb von 3 Minuten auf
300°C erhitzt.
Die Proben der in einer weiteren Testreihe untersuchten
industriemäßigen Produkte wurden Stahlbändern unter
schiedlicher Dicke zwischen 0,6 mm und 2 mm entnommen.
Die Beschichtungen, und zwar sowohl konventionelle als
auch erfindungsgemäß verbesserte, wurden in einer unter
normalen industriellen Bedingungen arbeitenden Anlage
aufgebracht, wobei deren Dicken zwischen 20 und 30 µm
lagen.
Diese Proben wurden eingespannten Falt- sowie Ziehversu
chen unterzogen, wodurch die Bildsamkeit der Beschich
tung, ihr Tiefziehverhalten sowie ihre Korrosions
festigkeit festgestellt werden konnten.
Die Ergebnisse aus den mechanischen Versuchen sind in
den beiliegenden Figuren dargestellt, wobei:
Fig. 1 das Rißverhalten verschiedener Beschichtungen
beim Versuch FlexnT zeigt;
Fig. 2 das Rißverhalten verschiedener Beschichtungen
beim Versuch Profil 15 wiedergibt;
Fig. 3 eine Gegenüberstellung zwischen verschiedenen
Beschichtungen aus modifizierten Legierungen und
einer labormäßig hergestellten Vergleichslegie
rung nach erfolgter Korrosionsprüfung in Form
eines Salzsprühnebelversuchs darstellt;
Fig. 4-7 verschiedene Eigenschaften von den das erfindungs
gemäße Zinkblumenmuster aufweisenden Beschich
tungen aufzeigen, wobei das Muster auf dem
vorteilhaften Wege der vorstehend beschriebenen
Zugabe von Strontium und Vanadium in den ent
sprechenden Mengen erzielt wurde. Jede dieser
Eigenschaften wird mit der entsprechenden Eigen
schaft einer konventionellen Beschichtung ver
glichen; und
Fig. 8 Fotos gleichen Maßstabs zweier beschichteter
Bleche mit (a) einem konventionellen Zinkblumen
muster und (b) erfindungsgemäß verbessertem
Zinkblumenbild wiedergibt.
Fig. 1 bezieht sich auf Biegeversuche Flex2T, d. h. über die
zweifache Dicke T der Probe. Sie bestätigt die verbesserte
Bildsamkeit und Haftung aufgrund der Zugabe von V-Sr, Cr-Sr
bzw. Cr-V-Sr zur Vergleichslegierung. Durch diesen Zusatz
wird die mittlere Rißzahl N = 15.3 bei der Vergleichs
legierung auf 6.2, 9.6 bzw. 12.3 bei den modifizierten
Legierungen V-Sr, Cr-Sr bzw. Cr-V-Sr reduziert. Über diese
Zahl läßt sich auch der Einfluß der Wärmebehandlung auf
die Rißbildung bewerten.
Die Anwendung entsprechender Versuche für die Bewertung
der Daten gemäß Fig. 1, insbesondere die Analyse der
Varianz, bestätigt die statistische Bedeutung des aus der
Modifizierung der Beschichtungslegierung herrührenden
günstigen Einflusses. Dieser Einfluß ist besonders ausge
prägt bei der V-Sr-modifizierten Legierung: er führt zu
ebenso vorteilhaften Resultaten wie die Wärmebehandlung
150°C/24 h zur Verbesserung der Bildsamkeit und zu besseren
Ergebnissen als mit der Wärmebehandlung 300°C/min
erzielbar.
Fig. 2 betrifft die Ergebnisse aus den Profilierungsversu
chen Profil 15. Auch sie bestätigt eine Verbesserung der
Bildsamkeit der modifizierten Beschichtungen gegenüber
einer Beschichtung aus der Vergleichslegierung. Auch
läßt diese Figur eine Bewertung des Einflusses der Wärme
behandlung zu. Die mittlere Rißzahl nimmt bei den modifi
zierten Legierungen im Vergleich zum Originalzustand und
sogar zur Vergleichslegierung deutlich ab und liegt weit
gehend bei der der wärmebehandelten Legierung.
Die Durchführung entsprechender Tests für die Bewertung
der Daten gemäß Fig. 2, insbesondere die Analyse der
Varianz, bestätigt die große statistische Bedeutung des
aus den Zusätzen V-Sr und Cr-Sr herrührenden günstigen
Einflusses auf die Rißanfälligkeit bei der Profilierungs
bearbeitung.
Schließlich zeigt Fig. 3 die bei einem Salzsprühnebel
versuch zur Bestimmung der Korrosionsbeständigkeit erziel
ten Ergebnisse bei einer Beschichtung aus der Vergleichs
legierung AZREF 89 einerseits und bei verschiedenen modifi
zierten Legierungen andererseits. Der Vergleich zeigt
für die modifizierten Legierungen eine bessere Korrosions
festigkeit als für die Vergleichslegierung hinsichtlich:
- - des Auftretens von Blasen am Rande der Proben: Zonen B;
- - des Auftretens schwarzer Flecke über die Hälfte der Ober fläche: Zonen C;
- - des Auftretens schwarzer Flecke über 90% der Oberfläche: Zonen D.
Lediglich das Auftreten von Weißrost über 25% der Ober
fläche (Zonen A) läßt sich nicht wesentlich beeinflussen.
Die vorgeschlagenen Legierungsänderungen haben somit
keinerlei nachteilige Folgen für die Korrosionsfestigkeit
im Salzsprühnebel.
Was die Standzeit der Beschichtungsbäder anbetrifft, so
zeigen Messungen bei einem V-Sr-modifizierten Legierungs
bad, daß der Gehalt an Strontium keiner wesentlichen
Änderung unterliegt.
Somit weist die konventionelle Beschichtung eine Nenn
zusammensetzung von 55 Gew.-% Aluminium und 1.6 Gew.-%
Silizium, Rest Zink, auf.
Die Beschichtung mit dem verbesserten Zinkblumenbild
gemäß Erfindung enthält außerdem 0.010 bis 0.025 Gew.-%
Strontium und 0.010 bis 0.030 Gew.-% Vanadium.
Die untersuchten Blechproben wurden Stahlbändern unter
schiedlicher Dicke zwischen 0.6 mm und 2 mm entnommen.
Die Beschichtungen, d. h. sowohl die konventionellen wie
auch die erfindungsgemäß verbesserten, wurden in einer
unter normalen Bedingungen arbeitenden industriellen
Produktionsanlage aufgebracht, wobei ihre Dicken zwischen
20 und 30 µm lagen.
Fig. 4 zeigt ein Schliffbild quer durch eine sowohl kon
ventionelle wie auch modifizierte Beschichtung;
Fig. 5 ist eine Tabelle mit Meßwerten, wie sie insbeson
dere zu einer verbesserten Bildsamkeit der
Beschichtung führten;
Fig. 6 zeigt die größere Ziehtiefe, die bei der modifizier
ten Beschichtung erreichbar ist;
Fig. 7 veranschaulicht die verbesserte Tiefziehbarkeit.
Die Figuren mit Ausnahme von Fig. 5, die mehrere Zusammen
setzungen beinhaltet, entsprechen einem Gehalt von 20 Gew.-%
Strontium und 0.025 Gew.-% Vanadium in der modifizierten Be
schichtung.
Fig. 4 beinhaltet ein doppeltes Schliffbild, das im Schnitt
das metallografische Gefüge einer auf ein Stahlblech aufge
brachten Beschichtung zeigt. Die zwischen dem Stahl (1) und
der Beschichtung (3) entstandene intermetallische Schicht
(2) erscheint bei der modifizierten Beschichtung (b)
leicht regelmäßiger; andererseits ist ihre Dicke relativ
zur konventionellen Schicht (a) praktisch unverändert.
Außerdem sind die bei der konventionellen Beschichtung
(a) festzustellenden einzelnen Siliziumnadeln (4) in der
modifizierten Beschichtung (b) verschwunden: hier ist das
Silizium in Kugelform übergegangen und sind die Kugeln zu
einem Netz zusammengewachsen (5).
Die Tabelle gemäß Fig. 5 faßt die Ergebnisse aus den
Einspann-Falzversuchen an Proben mit mehreren unterschied
lichen Schichtzusammensetzungen zusammen.
Für jede Schichtzusammensetzung sind die Gehalte an Stron
tium (Sr, Gew.-%) und Vanadium (V, Gew.-%), die Blechdicke je Probe
(e, mm) sowie die mittlere Dicke (, mm) die Schichtdicke
(ZA, µm), die echte und die mittlere Rißzahl (n - )-,
die mittlere echte Breite (L, µm) und die mittlere Breite
(, µm) sowie die von den Rissen offengelegte Gesamtober
fläche (%), bestimmt durch Bewertung mittels Mikroskop
(Echtwert S, Mittelwert ) bzw. durch Berechnung, angege
ben. Diese Werte sind auch für die Vergleichsproben, deren
Beschichtung weder Strontium noch Vanadium enthält, aufge
führt.
Diese Ergebnisse beweisen eine echte Reduzierung in der
Größenordnung von ca. 35-40% der Rißtendenz bei
der modifizierten Beschichtung. Eine derartige Minderung
der Rißanfälligkeit bringt eine entsprechende Erhöhung
der Bildsamkeit der Beschichtung mit sich, die ihrerseits
wieder zu einer verbesserten Verformbarkeit der beschich
teten Produkte, insbesondere durch Ziehbearbeitung, führt.
Die Tabelle nach Fig. 5 zeigt ebenfalls den Zustand einer
Einspann-Falzprobe nach einem Korrosionsversuchszyklus gemäß
der Norm DIN 50018 (Kesternich-Versuch). Im Bereich der Falz
zone weist die konventionelle Schicht ca. 50% Rotrost auf
während die modifizierte Beschichtung intakt geblieben
ist (a). Diese Verbesserung ist offensichtlich insbesondere
auf die geringere Rißanfälligkeit der Schicht zurückzuführen.
Die Ziehversuche weisen darüberhinaus ein hervorragendes
tribologisches Verhalten der modifizierten Beschichtung aus.
Fig. 6 zeigt, daß bei einer modifizierten Schicht (b) der
Ziehversuch tiefer ausgeführt werden kann als bei der konven
tionellen Beschichtung (a).
Auch die Fig. 7 zeigt, daß bei der modifizierten Schicht
(b) ein Ziehen unter extremen Verformungsbedingungen mög
lich ist, während ein Ziehen im Falle der konventionellen Schicht
(a) selbst bei zusätzlicher Schmierung unmöglich oder nur mit
unzureichenden Ergebnissen durchführbar ist.
Das vorteilhafte Verhalten der modifizierten Beschichtungen
wie in den Fig. 5 bis 7 dargestellt scheint ebenfalls
durch die intermetallische Lage mit der daraus sich ergeben
den Veränderung der Schicht beeinflußt zu sein. Die inter
metallischen Bestandteile führen zu einer besseren Bildsam
keit als in den konventionellen Beschichtungen. Hieraus
ergibt sich eine bessere Haftung der Beschichtung und von
daher eine geringere Tendenz des Absplitterns bei Verformung
des beschichteten Produkts.
Das Foto (a) in der Fig. 8 zeigt ein relativ grobkörniges
Blumenmuster entsprechend einer Beschichtung auf der Basis
einer konventionellen übereutektischen Zink-Aluminium-
Legierung, Foto (b) dagegen das mindestens zweimal dichtere
verbesserte Muster gemäß der vorliegenden Erfindung.
Das Blumenmuster der erfindungsgemäßen Produkte ist feiner
und regelmäßiger als das der konventionellen Produkte;
es ist weiterhin unabhängig von der Stahlqualität sowie
dem Oberflächenzustand des Produkts, insbesondere seiner
Rauhigkeit. Die erfindungsgemäß beschichteten Produkte bieten
ein gleichmäßiges äußeres Erscheinungsbild trotz gegebenen
falls unterschiedlicher Herkunft und Güte des verwendeten
Stahls. Aus diesem Grunde gibt es keinerlei Unterschiede im
Blumenmuster beispielsweise zwischen zwei Bändern aus ver
schiedenen Stahlqualitäten, die Ende an Ende zusammengefügt
und unter gleichen Bedingungen beschichtet worden sind.
Die erfindungsgemäß vorgeschlagenen Änderungen der Zusammen
setzung der Schichtlegierungen führen zu einer deutlichen
Verbesserung der Bildsamkeit und Haftung bei Beschichtungen
des Typs Zn-Al-Si durch Vergleichmäßigung der morphologischen
und korngrößenmäßigen Verteilung der intermetallischen
Bestandteile an der Grenzschicht mit dem Trägermaterial sowie
durch Änderung des Gefüges in den interdendritischen Zonen,
in denen sich die Silizium-"Nadeln" konzentrieren, die im
übrigen im Falle der modifizierten Legierungen in Kugelform
anfallen.
Im Falle einer V-Sr-Modifizierung gehen diese Einflüsse aus
von einer vorzugsweisen Abseigerung von Vanadium in die
intermetallischen Bestandteile sowie einer Anbindung des
Strontiums an die Siliziumteilchen.
Weiterhin führt diese letztgenannte Modifizierung zu einer
Verfeinerung und granulometrischen Vergleichmäßigung der
Körnungen in der Beschichtung (Blumenbildung).
Claims (10)
1. Verfahren zum kontinuierlichen Tauchbeschichten
von Stahlband, bei dem das Stahlband durch ein
Zinkbad mit einem Aluminiumgehalt von ca. 55 Gew.-% und
einem Siliziumgehalt von 1 bis 2 Gew.-% geleitet wird,
dadurch gekennzeichnet, daß dem Beschichtungsbad
Strontium in einer maximalen Menge von 0.2 Gew.-% und
mindestens eines der Elemente Vanadium und Chrom jeweils
in einer maximalen Menge von 0.2 Gew.-% zugesetzt
werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
dem Beschichtungsbad Strontium in einer Menge von
weniger als 0.05 Gew.-% und Vanadium von weniger als
0.1 Gew.-% zugesetzt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
dem Beschichtungsbad Strontium in einer Menge von
weniger als 0.1 Gew.-% und Chrom von weniger als 0.15 Gew.-%
zugesetzt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
dem Beschichtungsbad Strontium in einer Menge zwischen
0.005 und 0.1 Gew.-%, Vanadium zwischen 0.02 und 0.1 Gew.-%
sowie Chrom zwischen 0.001 und 0.1 Gew.-% zugesetzt
werden.
5. Stahlprodukt, dadurch gekennzeichnet, daß es mit einer
Beschichtung auf der Basis einer übereutektischen Zink-
Aluminium-Legierung versehen ist und ein Blumenmuster
mit mindestens 1000 Blumen pro dm² aufweist.
6. Stahlprodukt nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch ein
Blumenmuster mit 1200 bis 1500 Blumen pro dm².
7. Stahlprodukt nach einem der Ansprüche 5 und 6, dadurch
gekennzeichnet, daß die Beschichtung auf der Basis einer
übereutektischen Zink-Aluminium-Legierung 1 bis 2 Gew.-%
Silizium sowie Strontium und mindestens eines der Elemente
Vanadium and Chrom jeweils in einer maximalen Menge von
0.2 Gew.-% enthält.
8. Stahlprodukt nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß
das in der Beschichtung enthaltene Silizium in Kugelform
vorliegt.
9. Stahlprodukt nach irgendeinem der Ansprüche 5 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß die übereutektische Zink-
Aluminium-Legierung einen Aluminium-Gehalt zwischen 50
und 60 Gew.-% aufweist.
10. Stahlprodukt nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß
die übereutektische Zink-Aluminium-Legierung einen Alumi
nium-Gehalt von ca. 55 Gew.-% aufweist.
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