EP1157140A1 - Verwendung von zinklegierungen - Google Patents

Verwendung von zinklegierungen

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EP1157140A1
EP1157140A1 EP99960970A EP99960970A EP1157140A1 EP 1157140 A1 EP1157140 A1 EP 1157140A1 EP 99960970 A EP99960970 A EP 99960970A EP 99960970 A EP99960970 A EP 99960970A EP 1157140 A1 EP1157140 A1 EP 1157140A1
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zinc
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Jochen Spriestersbach
Andrea Winkels
Jürgen Wisniewski
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Grillo Werke AG
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Grillo Werke AG
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    • E04—BUILDING
    • E04F—FINISHING WORK ON BUILDINGS, e.g. STAIRS, FLOORS
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    • E04F13/07—Coverings or linings, e.g. for walls or ceilings composed of covering or lining elements; Sub-structures therefor; Fastening means therefor
    • E04F13/08—Coverings or linings, e.g. for walls or ceilings composed of covering or lining elements; Sub-structures therefor; Fastening means therefor composed of a plurality of similar covering or lining elements
    • E04F13/12—Coverings or linings, e.g. for walls or ceilings composed of covering or lining elements; Sub-structures therefor; Fastening means therefor composed of a plurality of similar covering or lining elements of metal or with an outer layer of metal or enameled metal
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04C—STRUCTURAL ELEMENTS; BUILDING MATERIALS
    • E04C2/00—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels
    • E04C2/02—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels characterised by specified materials
    • E04C2/08—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels characterised by specified materials of metal, e.g. sheet metal

Definitions

  • the present invention relates to the use of zinc alloys as construction zinc for strips and sheets.
  • strips and sheets made of alloyed zinc for construction purposes contain, apart from zinc, a content of 99.99% 0.005 to 0.05% by weight aluminum and additions of 0.05 to 0.2% by weight titanium and copper.
  • This alloy is described, for example, in DE 17 58 498 and corresponds to DIN 17 770, part 1.
  • This material is generally produced using the casting-rolling process, in which strips are produced in predetermined thicknesses in an uninterrupted ner-process step (melting - casting - rolling - winding), which are then cut into narrow strips or sheets on scissor lines.
  • This material is very stable in the atmosphere.
  • the surface initially reacts with the oxygen in the air to form zinc oxide.
  • the action of water then forms zinc hydroxide, which is converted into a dense, firmly adhering and water-insoluble cover layer of basic zinc carbonate by reaction with the carbon dioxide in the air.
  • This protective layer is also responsible for the high corrosion resistance of such strips and sheets.
  • the underside of the zinc strips and tablets In contrast to the behavior of the surface of the zinc facing the free atmosphere, the following applies to the underside of the zinc strips and tablets, ie to that of the Weather-facing side, other criteria. If, in addition, the underside of the zinc strips and sheets is exposed to moisture or condensed water for a long period due to inadequate ventilation, increased corrosion due to these structural and installation errors must be expected. Such water inclusions, water ingress and condensation eventually lead to point-by-point deep corrosion (pitting), which can spread out in areas.
  • DD-4822 discloses the use of zinc aluminum alloys which contain 1 to 63% aluminum and 99 to 37% zinc, which are made suitable by a special heat treatment for objects with high resilience, ie the so-called superplastic behavior. This is important for the drawing of wires as well as rolling, extrusion, forging, deep drawing of metal sheets and when bending. There are none Indications of the corrosion behavior of these alloys and thus their usability as construction zinc for strips and sheets.
  • DE-30 07 850 C describes the use of a zinc alloy as a powder for mechanical plating. In addition to improved corrosion resistance, above all a perfect adhesion of the coating to the base should be achieved. It is therefore another use than that of these alloys as construction zinc for beams and sheets.
  • the task of providing strips and sheets of alloyed zinc as building zinc that meet even higher requirements is now achieved by adjusting the aluminum content in particular to 5 to 35% by weight, preferably 5 to 20% by weight. , in particular 8 to 15% by weight. Further improvements are achieved by alloying 0.002 to 0.04% by weight indium and / or 0.002 to 0.04% by weight calcium and / or 0.002 to 0.4% by weight titanium and / or 0.05 to 0.8% by weight of manganese. Copper, iron and lead should only be included in the amounts that are inevitable as contamination of the zinc and aluminum. Further improvements in the properties are possible with 3 to 100 ppm boron, 3 to 100 ppm carbon, 3 to 50 ppm magnesium, 2 to 500 ppm vanadium, 2 to 500 ppm silicon and / or 2 to 500 ppm nickel.
  • the improved properties of the alloys used according to the invention result from comparative corrosion tests with the salt spray test according to DIN 500 21-ss (aging 7 and 14 days) and the denswasser / S0 2 test according to DIN 50 018 KFW 0.2s (aging 22 cycles). After aging, the changes in mass and the visual appearance of the corrosion of the sheets are determined.
  • the preferably alloyed elements indium, calcium, titanium and manganese mainly affect the mechanical properties, but also improve the corrosion behavior. Particularly good results are achieved with alloys with an aluminum content of 5 to 20% by weight aluminum, the range from 8 to 15% by weight aluminum being particularly preferred.
  • Impurities of more than 0.1% by weight of copper and more than 0.1% by weight of iron lead to deteriorated mechanical properties and, in particular, increase intergranular corrosion. These metals and other impurities should therefore only be present in the usual unavoidable amounts.
  • indium, calcium, titanium and manganese can be increased in principle, but this only leads to an unnecessary increase in the cost of the material without significantly improving the properties.
  • the strips and sheets that can be used as construction zinc can be produced by the usual casting-rolling process.
  • all zinc qualities according to EN 1179 can be used as zinc qualities, with the zinc grade ZI being preferred because it contains relatively little lead, iron and copper.
  • Aluminum as an alloy component is preferably used in the qualities according to EN 576.

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Description

Verwendung von Zinklegierungen
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung von Zinklegierungen als Bauzink für Bänder und Tafeln.
Bänder und Tafeln aus legiertem Zink für Bauzwecke enthalten bisher außer Zink mit einem Gehalt von 99,99% 0,005 bis 0,05 Gew.-% Aluminium sowie Zusätze von 0,05 bis 0,2 Gew.-% Titan und Kupfer. Diese Legierung ist beispielsweise beschrieben in der DE 17 58 498 und entspricht der DIN 17 770, Teil 1.
Die Herstellung dieses Werkstoffs erfolgt im allgemeinen unter Anwendung der Gieß- Walz-Verfahrens, bei dem in einem ununterbrochenen Nerfahrensgang (Schmelzen - Gießen - Walzen - Aufwickeln) Bänder in vorgegebenen Dicken hergestellt werden, die anschließend auf Scherenlinien zu Schmalbänder oder Tafeln geschnitten werden.
Dieser Werkstoff ist in der Atmosphäre gut beständig. Die Oberfläche reagiert zunächst unter Bildung von Zinkoxid mit dem Sauerstoff in der Luft. Durch Einwirkung von Wasser bildet sich dann Zinkhydroxid, welches durch Reaktion mit dem Kohlendioxid der Luft zu einer dichten, festhaftenden und wasserunlöslichen Deckschicht aus basischem Zinkkarbonat umgewandelt wird. Diese Schutzschicht ist auch verantwortlich für den hohen Korrosionswiderstand derartiger Bänder und Tafeln.
Im Gegensatz zum Verhalten der der freien Atmosphäre zugewandten Oberfläche des Zinks gelten an der Unterseite der Zinkbänder und -tafeln, d.h. auf der von den Witterungseinflüssen abgewandten Seite, andere Kriterien. Wird darüber hinaus die Unterseite der Zinkbänder und -tafeln durch Feuchtigkeit oder Kondenswasser infolge mangelhafter Be- und Entlüftung über einen längeren Zeitraum belastet, muß, verursacht durch diese bauphysikalischen und verlegungstechnische Fehler, mit verstärkter Korrosion gerechnet werden. Derartige Wassereinschlüsse, Wassereinbrüche und Tauwasser führen schließlich zu einer punktweisen Tiefenkorrosion (Lochfraß), die sich flächenförmig ausbreiten kann.
Um diese Folgen zu vermeiden, ist für eine ausreichende Be- und Entlüftung der Unterkonstruktion von Zinkband- oder -tafeldeckungen zu sorgen, indem die Vorschriften und Bestimmungen der VOB und DIN-Normen sowie Fachregeln des Handwerks und Verordnungen der Baubehörden beachtet werden.
Gestiegene ökologische Anforderungen an die Beständigkeit dieser Werkstoffe haben die Aufgabe gestellt, Werkstoffe zu entwickeln mit vergleichbaren mechanischen Eigenschaften, die jedoch deutlich günstigere Korrosionseigenschaften aufweisen. Die bisher verwendeten Bänder und Tafeln verlieren als Bauzink 4 bis 5 μm pro Jahr.
Ein derartig verbessertes Material ist beschrieben in der DE-A-195 45 487, welches sich durch ein Kupfergehalt von 0,02 bis 0,075 Gew.-% und ein Mangangehalt von 0,075 bis 0,75 Gew.-% auszeichnet. Die Erprobung dieses Materials hat jedoch ergeben, daß, trotz der nicht unerheblichen Verbesserungen, die Anforderungen in der Praxis an ein derartiges Material noch bei weitem nicht erfüllt sind.
Aus der DD-4822 ist die Verwendung von Zmkaluminium-Legierungen bekannt, die 1 bis 63 % Aluminium und 99 bis 37 % Zink enthalten, welche durch eine spezielle Wärmebehandlung geeignet gemacht werden für Gegenstände mit hohem Formänderungsvermögen, d.h. dem sogenannten superplastischen Verhalten. Dies ist von Bedeutung für das Ziehen von Drähten sowie das Walzen, Strangpressen, Schmieden, Tiefziehen von Blechen sowie beim Biegen. Es finden sich keine Hinweise auf das Korrosionsverhalten dieser Legierungen und damit die Verwendbarkeit als Bauzink für Bänder und Tafeln.
Die DE-30 07 850 C beschreibt die Verwendung einer Zinklegierung als Pulver für das mechanische Plattieren. Dabei soll außer verbesserter Korrosionsbeständigkeit vor allen Dingen eine einwandfreie Haftung des Überzuges auf der Unterlage erzielt werden. Es handelt sich somit wiederum um eine andere Verwendung als die dieser Legierungen als Bauzink für Träger und Tafeln.
Die DE 914 785 beschreibt eine Lagerlegierung aus Zink, Aluminium sowie weiteren Komponenten, wobei der Gehalt an Kupfer und/oder Mangan etwa 1 % betragen soll. Diese Legierungen sind für Lager- und als Knetlegierungen verwendbar. Dies sind völlig andere Aufgabenstellungen als die Verwendung von Zinklegierungen als Bauzink für Bänder und Tafeln.
Die Aufgabe, Bänder und Tafeln aus legiertem Zink als Bauzink zur Verfügung zu stellen, die noch höheren Anforderungen genügen, wird jetzt dadurch gelöst, dass vor allem der Aluminiumgehalt eingestellt wird auf 5 bis 35 Gew.-%, vorzugsweise 5 bis 20 Gew.%, insbesondere 8 bis 15 Gew.%. Weitere Verbesserungen werden erzielt durch Zulegieren von 0,002 bis 0,04 Gew.-% Indium und/oder 0,002 bis 0,04 Gew.-% Calcium und/oder 0,002 bis 0,4 Gew.-% Titan und/oder 0,05 bis 0,8 Gew.-% Mangan. Kupfer, Eisen und Blei sollten nur in den Mengen enthalten sein, die als Verunreinigung des Zinks und Aluminiums unvermeidlich sind. Weitere Verbesserungen der Eigenschaften sind möglich durch 3 bis 100 ppm Bor, 3 bis 100 ppm Kohlenstoff, 3 bis 50 ppm Magnesium, 2 bis 500 ppm Vanadium, 2 bis 500 ppm Silicium und/oder 2 bis 500 ppm Nickel.
Die verbesserten Eigenschaften der erfindungsgemäß verwendeten Legierungen ergeben sich durch vergleichende Korrosionsuntersuchungen mit dem Salzsprühtest nach DIN 500 21- ss (Auslagerung 7 und 14 Tagen) sowie dem Kon- denswasser/S02-Test nach DIN 50 018 KFW 0,2s (Auslagerung 22 Zyklen). Nach der Auslagerung werden die Massenveränderungen und das optische Erscheinungsbild der Korrosion der Bleche ermittelt.
Es wurde dabei festgestellt, dass im Salzsprühtest die erfindungsgemäßen Tafeln und Bänder eine deutlich verbesserte Korrosionsbeständigkeit gegenüber den bisher eingesetzten Feinzinklegierungen aufweisen, was sich in einem um eine Zehnerpotenz verringerten Abtrag zeigt. Im Kondenswassertest- S02-Test nach DIN 50 018 KFW 0,2s wurde ebenfalls eine deutlich verbesserte Korrosionsbeständigkeit gegenüber bisher eingesetzten Feinzinklegierungen nachgewiesen.
Vergleichende Untersuchungen im Salzsprühtext nach DIN 50 021-ss im Vergleich zu Feinzinklegierungen I und II in der DE-A-195 45 487 haben ergeben, daß der Massenverlust um mindestens weitere 80% gesenkt werden kann. Im S02-Test nach DIN 50 018 KFW 0,2s sinkt der Massenverlust gegenüber diesen Legierungen um mindestens weitere 70%.
Von besonderer Bedeutung ist, dass bei den erfindungsgemäßen Legierungen die Gefahr einer punktweisen Tiefenkorrosion als Folge bauphysikalischer Fehler und/oder nicht fachgerechter Verlegung deutlich gesenkt wird und dass ein Verlust von Metall minimiert werden kann. Es wird somit auch der Eintrag von ausgewaschenen Metallen in die Umgebung deutlich verringert. Dieses wird beispielsweise von den niederländischen Behörden gefordert.
Die vorzugsweise zulegierten Elemente Indium, Calcium, Titan und Mangan beeinflussen vor allem die mechanischen Eigenschaften, verbessern aber obendrein auch noch das Korrosionsverhalten. Besonders gute Ergebnisse werden erzielt bei Legierungen mit einem Aluminiumgehalt von 5 bis 20 Gew.-% Aluminium, wobei der Bereich von 8 bis 15 Gew.-% Aluminium besonders bevorzugt ist.
Verunreinigungen von mehr als 0,1 Gew.-% Kupfer und mehr als 0,1 Gew.-% Eisen führen zu verschlechterten mechanischen Eigenschaften und verstärken insbesondere die interkristalline Korrosion. Diese Metalle und sonstige Verunreinigungen sollten somit nur in den üblichen unvermeidbaren Mengen vorhanden sein.
Der Gehalt an Indium, Calcium, Titan und Mangan kann zwar prinzipiell erhöht werden, jedoch führt dies nur zu einer unnötigen Verteuerung des Materials, ohne die Eigenschaften noch merklich zu verbessern.
Die als Bauzink verwendbaren Bänder und Tafeln können durch das übliche Gießen- Walz- Verfahren hergestellt werden. Als Zinkqualitäten können prinzipiell alle Zinkqualitäten gemäß EN 1179 verwendet werden, wobei die Zinksorte ZI bevorzugt ist, da sie relativ wenig Blei, Eisen und Kupfer enthält.
Aluminium als Legierungskomponente wird vorzugsweise eingesetzt in den Qualitäten gemäß EN 576.

Claims

Patentansprüche
1. Verwendung von Zinklegierungen mit 5 bis 35 Gew.% Aluminium sowie gegebenenfalls weiteren Legierungskomponenten als Bauzink für Bänder und Tafeln.
2. Verwendung gemass Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Aluminiumgehalt von 5 bis 20, vorzugsweise 8 bis 15 Gew.%.
3. Verwendung gemass den Ansprüchen 1 oder 2, gekennzeichnet durch:
0,002 bis 0,04 Gew.% Indium und/oder
0,002 bis 0,04 Gew.% Calcium und/oder
0,002 bis 0,4 Gew.% Titan und/oder
0,05 bis 0,8 Gew.% Mangan,
als weitere Legierungskomponenten.
4. Verwendung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch 3 bis 100 ppm Bor, 3 bis 100 ppm Kohlenstoff, 3 bis 50 ppm Magnesium, 2 bis 500 ppm Vanadium und 2 bis 500 ppm Silicium und/oder 2 bis 500 ppm Nickel als weitere Legierungskomponenten.
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