EP1157140B1 - Verwendung von zinklegierungen - Google Patents

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EP1157140B1
EP1157140B1 EP99960970A EP99960970A EP1157140B1 EP 1157140 B1 EP1157140 B1 EP 1157140B1 EP 99960970 A EP99960970 A EP 99960970A EP 99960970 A EP99960970 A EP 99960970A EP 1157140 B1 EP1157140 B1 EP 1157140B1
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Jochen Spriestersbach
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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
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    • 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 Zinc for strips and sheets.
  • strips and sheets made of alloyed zinc for building purposes contain zinc as well a content of 99.99% 0.005 to 0.05% by weight aluminum and additions of 0.05 up to 0.2% by weight of 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 a continuous process (melting - Casting - rolling - winding) strips are produced in predetermined thicknesses, which are then cut into narrow strips or sheets on scissor lines.
  • This material is very stable in the atmosphere.
  • the surface reacts initially with the formation of zinc oxide with the oxygen in the air.
  • By The action of water then forms zinc hydroxide, which by reaction with the air's carbon dioxide into a dense, firmly adhering and water-insoluble Base layer of basic zinc carbonate is converted.
  • This protective layer is also responsible for the high corrosion resistance of such strips and Panel.
  • DE-715 511 C describes the use of a zinc alloy with 6 to 15% by weight aluminum for deep-drawing ticks.
  • the task of making strips and sheets of alloyed zinc available as construction zinc positions that meet even higher requirements are now solved by: all the aluminum content is set to 8 to 15% by weight with further alloy components as defined in A1.
  • the alloy contains 0.002 to 0.4 wt .-% Ti and / or 3 to 100 ppm boron and / or 3 to 50 ppm magnesium. 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 0.05 to 0.8% by weight Manganese. Copper, iron and lead should only be included in the amounts that are considered Contamination of the zinc and aluminum are inevitable. Improvements in the properties are possible according to claim 1 by 3 to 100 ppm carbon, 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 condensation / SO 2 test according to DIN 50 018 KFW 0.2 s (aging 22 cycles). After aging, the changes in mass and the visual appearance of the corrosion of the sheets are determined.
  • the preferred alloyed elements are indium, calcium, titanium and manganese mainly affect the mechanical properties, but also improve also the corrosion behavior.
  • Impurities of more than 0.1% by weight copper and more than 0.1% by weight iron lead to deteriorated mechanical properties and in particular reinforce intergranular corrosion. These metals and other contaminants should thus only be present in the usual unavoidable amounts.
  • the strips and sheets that can be used as building zinc are made by the usual casting-rolling process manufactured. In principle, all can be considered as zinc qualities Zinc grades according to EN 1179 are used, with the Z1 grade preferred is 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

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 Verfahrensgang (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 Zinkaluminium-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 DE-715 511 C beschreibt die Verwendung einer Zinklegierung mit 6 bis 15 Gew% Aluminium für Tiefziehzmecke.
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 8 bis 15 Gew.% mit weiteren Legierungskomponenten wie in A1 definiert werden. Gemäß Anspruch 1 enthält die Legierung 0.002 bis 0.4 Gew.-% Ti und/oder 3 bis 100 ppm Bor und/oder 3 bis 50 ppm Magnesium. 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 0,05 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. Verbesserungen der Eigenschaften sind gemäß Anspruch 1 möglich durch 3 bis 100 ppm Kohlenstoff, 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 Kondenswasser/SO2-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/SO2-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 SO2-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.
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 werden durch das übliche Gießen-Walz-Verfahren hergestellt. Als Zinkqualitäten können prinzipiell alle Zinkqualitäten gemäß EN 1179 verwendet werden, wobei die Zinksorte Z1 bevorzugt ist, da sie relativ wenig Blei, Eisen und Kupfer enthält.
Aluminium als Legierungskomponente wird vorzugsweise eingesetzt in den Qualitäten gemäß EN 576.

Claims (1)

  1. Verwendung als Bauzink von im Gießen-Walzverfahren hergestellten Bändern und Tafeln aus Zinklegierungen mit 8 bis 15 Gew.% Aluminium
    0,002 bis 0,4 Gew.% Titan und/oder
    3 bis 100 ppm Bor und/oder
    3 bis 50 ppm Magnesium
    3 bis 100 ppm Kohlenstoff, 2 bis 500 ppm Vanadium und 2 bis 500 ppm Silicium und/oder 2 bis 500 ppm Nickel
    gegebenenfalls
    0,002 bis 0,04 Gew.% Indium und/oder
    0,002 bis 0,04 Gew.% Calcium und/oder
    0,05 bis 0,8 Gew.% Mangan,
    jedoch weniger als 0,1 Gew.-% Kupfer und weniger als 0,1 Gew.-%. Eisen, außer den unvermeidlichen Verunreinigungen auch an Blei Rest Zink.
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