Metallbeschichtungen von Stählen

Metallbeschichtungen von Stählen

Metallisch beschichtete Stähle sind definiert als Stahlsubstrate, die mit einer Schicht aus Zink, Zn/Al (Zink/Aluminium)-Legierung, Zn/Si (Zink/Silizium)-Legierung oder reinem Al usw. beschichtet sind. Die schematischen Anordnungen der Metallbeschichtungsstruktur mit und ohne Passivierung ist in Bild 1 gezeigt,

Abb. 1 Struktur der Metallbeschichtung mit und ohne Passivierung

Metallbeschichtungen von Stählen verbessern die Lebensdauer und die Leistung der Stähle. Sie bieten die effektivste und wirtschaftlichste Art, Stähle vor Korrosion zu schützen. Metallbeschichtete Stähle bieten eine einzigartige Kombination von Eigenschaften, darunter hohe Festigkeit, Formbarkeit, geringes Gewicht, Korrosionsbeständigkeit, Ästhetik, Recyclingfähigkeit und niedrige Kosten.

Es gibt mehrere Verfahren zur Metallbeschichtung von Stählen, wie unten angegeben.

• Das Schmelztauchbeschichtungsverfahren, bei dem das Stahlband in ein Bad aus geschmolzenem Metall getaucht wird. Die Zusammensetzung des geschmolzenen Metalls (Zn, Zn/Al, Al/Si oder reines Al usw.) bestimmt die Art der Metallbeschichtung.
• Das galvanische Verzinkungsverfahren, bei dem Metall elektrolytisch auf dem kalten Stahlband abgeschieden wird.
• Beschichten im Vakuum wie PVD (Physical Vapour Deposition), CVD (Chemical Vapour Deposition) etc.

Schmelztauchbeschichtungsverfahren sind die gängigsten Verfahren zur Metallbeschichtung von Stahlbändern. Normalerweise werden kontinuierliche Beschichtungslinien für die Herstellung der metallbeschichteten Stahlprodukte eingesetzt.

Metallisch beschichtete Stähle, die in kontinuierlichen Beschichtungsanlagen hergestellt werden, haben ein bemerkenswertes Wachstum erfahren und werden weiterhin in immer unterschiedlicheren neuen Bereichen verwendet. Dies liegt an ihren herausragenden wirtschaftlichen, technologischen und ökologischen Vorteilen.

.Das heute verfügbare breite Spektrum an metallisch beschichteten Stahlprodukten erfüllt die Anforderungen aller Branchen. Die folgenden Parameter bestimmen die Wahl des metallbeschichteten Stahlmaterials.

Qualität oder Güte des Stahlsubstrats

• Art der Metallbeschichtung
• Masse oder Dicke der Metallbeschichtung
• Oberflächenaspekt
• Oberflächenqualität
• Oberflächenbehandlung
• Abmessungs- und Formtoleranzen

Die Metallbeschichtung verbessert die Korrosionsbeständigkeit von Stahl und verlängert die Lebensdauer des Produkts. Durch eine geeignete Metallbeschichtung lassen sich die Umform- und Widerstandsschweißeigenschaften sowie die Lackierbarkeit von Stahl verbessern.

Arten von beschichteten Produkten

  Im Folgenden sind die Haupttypen der metallbeschichteten Produkte aufgeführt.

• Feuerverzinktes Stahlblech – ASTM-Standards für diese Stahlbleche sind A653M und A1063M. Die Galvanisierungsbeschichtung ist im Wesentlichen eine Zn-Beschichtung auf Stahlblech. Das Wort Verzinkung kommt von dem galvanischen Schutz, den Zn Stahl bietet, wenn er einer korrodierenden Umgebung ausgesetzt wird. Es ist bei weitem das am häufigsten schmelztauchbeschichtete Produkt mit einem breiten Anwendungsspektrum. Zn bietet sowohl galvanischen als auch Barriereschutz. Der galvanische Schutz ist größer als bei jeder anderen Art der Schmelztauchbeschichtung auf Stahl. Die Beschichtung enthält Al, das typischerweise im Bereich von 0,20 % bis 0,30 % liegt. Al wird dem geschmolzenen Zn-Bad hinzugefügt, um die Wachstumsrate der Legierungsschicht (Verbindungszone zwischen dem Stahl und der Zn-Beschichtung) zu steuern. Es verbessert die Haftung der Beschichtung dramatisch, um ein starkes Formen des beschichteten Blechs zu ermöglichen. Die Beschichtung kann eine kleine Menge Blei (Pb) und/oder Antimon (Sb) für die Entwicklung von Zinkblumen enthalten. Fast alle galvanisch beschichteten Stähle enthalten kein Pb, und wenn, dann liegt der Pb-Gehalt unter 0,03 %. Das Beschichtungsgewicht (Masse) liegt normalerweise im Bereich von 90 bis 1200 g/m² für A653M und 90 bis 600 g/m² für A1063M insgesamt auf beiden Seiten.
• Feuerverzinktes galvannealed Stahlblech – ASTM-Spezifikation für diese Stahlbleche ist A653M. Bei der Herstellung des Galvannealed-Stahlblechs wird die Feuerverzinkungsbeschichtung durch zusätzliches Erhitzen im Turm über dem Beschichtungsbad mit dem Stahl diffusionslegiert. Eine typische Metallbeschichtung enthält 8 % bis 11 % Eisen. Diese Bleche sollen normalerweise für die meisten Anwendungen lackiert werden. Diese Bleche zeichnen sich durch ihre hohe Härte und ihr sprödes Verhalten beim Umformen aus. Galvannealed-Bleche lassen sich leichter punktschweißen und lackieren als verzinkte Bleche. Die Leistung beim Lackieren wird aufgrund der hervorragenden Bindung, die zwischen dem Lack und der Oberfläche der Beschichtung gebildet wird, synergistisch verbessert. Im Vergleich zu galvanisiertem Stahl weisen Galvannealed-Stahlbleche normalerweise weniger Unterätzungskorrosion unter der Farbe an freiliegenden Kanten, Kratzern oder anderen Defekten in der Farbe auf. Diese Stahlbleche werden für Karosseriebleche verwendet. Das Beschichtungsgewicht (Masse) liegt normalerweise im Bereich von 90 bis 180 g/m² insgesamt auf beiden Seiten.
• Feuertauchbad mit 55 % Al – Zn-Legierung beschichtetes Stahlblech – Diese beschichteten Bleche sind auch als Galvalume-Bleche bekannt. Der ASTM-Standard für diese Blätter ist A792M. Die Beschichtung ist eine Al-Zn-Legierungsbeschichtung, die etwa 55 % Al, 43,5 % Zn und 1,5 % Si enthält. Diese Beschichtung bietet einen hervorragenden Barriereschutz in Kombination mit einem gewissen galvanischen Schutz. Die Beibehaltung des galvanischen Schutzes ist ein wichtiges Merkmal dieser Beschichtung. Diese besondere Kombination von Al und Zn bewirkt die Bildung einer Beschichtungsmikrostruktur, die für eine gute Leistung sehr wichtig ist. Diese Beschichtung bietet eine sehr gute Balance zwischen galvanischem und Barriereschutz. Si wird hinzugefügt, um die Wachstumsrate der Legierungsschicht zu steuern. Die Beschichtung verbessert die Haftung beim Umformen. Die Beschichtung hat in den meisten Umgebungen eine viel höhere Korrosionsbeständigkeit als galvanisierte Beschichtungen. Seine Langzeithaltbarkeit wurde nachgewiesen. Das Beschichtungsgewicht (Masse) liegt normalerweise im Bereich von 100–210 g/m² insgesamt auf beiden Seiten.
• Feuertauch-Zn-5% Al-Legierung beschichtetes Stahlblech – Diese beschichteten Bleche sind auch als Galfan-Bleche bekannt. Der ASTM-Standard für diese Blätter ist A875M. Die galvanische Beschichtung enthält etwa 95 % Zn und 5 % Al. Diese Beschichtung bietet in den meisten Umgebungen ungefähr den gleichen galvanischen Schutz wie verzinkte und eine verbesserte Korrosionsbeständigkeit. Diese Beschichtung wird normalerweise hauptsächlich für Anwendungen verwendet, die eine gute Duktilität der Beschichtung (z. B. tiefgezogene Teile und vorlackierte Bleche) und eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit erfordern. Das Beschichtungsgewicht (Masse) liegt normalerweise im Bereich von 90 – 700 g/m² insgesamt auf beiden Seiten.
• Zn – Al – Mg (Magnesium) legierungsbeschichtetes Stahlblech im Schmelztauchbad – ASTM-Standard für diese Bleche ist A1046M. Die Beschichtung ist eine galvanische Beschichtung, die Zn, Al (5 % bis 11 %) und Mg (2 % bis 4 %) enthält. Diese Beschichtung bietet überlegene Korrosionsbeständigkeit in vielen aggressiven Umgebungen. Die Beschichtung wird in solchen Anwendungen wie Transport, Infrastruktur, Bau, Landwirtschaft, elektrische Energie und Automobil verwendet. Das Beschichtungsgewicht (Masse) liegt normalerweise im Bereich von 60 – 600 g/m² insgesamt auf beiden Seiten.
• Feueraluminisiertes Stahlblech – ASTM-Spezifikation für diese Bleche ist A463M. Es gibt zwei Arten aluminierter Beschichtungen, nämlich (i) Typ 1 – Al zusammen mit 5 % bis 11 % Si und (ii) Typ 2 – reine Al-Beschichtung. Die häufigste Form ist die Beschichtung vom Typ 1; Wird für Anwendungen verwendet, die Wärmeoxidationsbeständigkeit erfordern, wie z. B. Ofenteile, kleine Geräte und Abgassysteme usw. Die aluminisierte Beschichtung ist die beste Beschichtung auf Stahlblech für Wärmeoxidationsbeständigkeit. Es kann auf Edelstahl aufgetragen werden, um eine noch bessere Leistung bei hohen Temperaturen zu bieten. Reine Al-Typ-2-Beschichtung wird für Außenanwendungen verwendet. Die Korrosionsleistung dieser Beschichtung basiert in den meisten Umgebungen auf Barriereschutz ohne galvanischen Schutz. Der Barriere-Korrosionsschutz ist hier sehr gut, da das Al der Beschichtung einen stabilen Aluminiumoxidfilm auf der Oberfläche der Beschichtung bildet. Das Beschichtungsgewicht (Masse) liegt normalerweise im Bereich von 75 – 300 g/m² insgesamt auf beiden Seiten für Typ 1 und für Typ 2 im Bereich von 200 – 300 g/m² insgesamt auf beiden Seiten.
• Terne-beschichtetes Stahlblech – ASTM-Standard für diese Bleche ist A308M. Diese Beschichtung ist eine Pb-Legierungsbeschichtung, die 3 % bis 15 % Sn (Zinn) enthält. Sn wird hinzugefügt, um eine Bindung zwischen der Beschichtung und dem Stahl zu entwickeln. Die Beschichtung ist sehr formbar und verbessert das Tiefziehverhalten. Außerdem kann das beschichtete Blech leicht geschweißt werden. Das beschichtete Blech hat eine sehr gute Beständigkeit gegenüber Benzin, obwohl die Verwendung für Kraftstofftanks abnimmt (bezogen auf das Umweltproblem im Zusammenhang mit Pb und nicht im Zusammenhang mit der Leistung des beschichteten Blechs). Das Beschichtungsgewicht (Masse) liegt normalerweise im Bereich von 75–335 g/m² insgesamt auf beiden Seiten.

  Metallbeschichtungsanlage

  In der Metallbeschichtungslinie wird das Stahlsubstrat mit einer schützenden, bewährten Kombination von Metallen beschichtet, die eine wirksame Korrosionsbeständigkeit bieten. Die Linie verfügt über zwei Bandspeicher, je einen am Ein- und Ausgang der Linie, die es ermöglichen, das Stahlband für kurze Zeit zu stauen. Diese Fähigkeit ermöglicht es der Linie, auf ein neues Coil umzusteigen oder ein fertiges Coil zu entfernen, während der Rest der Linie mit konstanter Geschwindigkeit weiterläuft. Die Präzision kann in jedem Teil des Prozesses aufrechterhalten werden, was zu einer konsistenten Oberfläche und einer gleichmäßigen Beschichtung führt. Im Folgenden sind die grundlegenden Komponenten einer Metallbeschichtungsanlage aufgeführt.

• Das Coil kommt vom Kaltwalzwerk (CRM) über eine von zwei Ablaufhaspeln zur Beschichtungslinie. Das hintere Ende des vorherigen Coils und das vordere Ende des neuen Coils werden abgeschert. Die neuen Enden werden entweder mit einem elektrischen Nahtschweißgerät zusammengeschweißt oder im Prozessabschnitt der Linie mechanisch zu einem durchgehenden Stahlband verbunden.
• Der Stahl tritt in den ersten Bandspeicher üblicherweise in Form eines Turms ein.
• Nach der Kaltumformung im CRM muss der restliche Schmierölfilm vor dem Glühen vom Stahl entfernt werden, um sicherzustellen, dass die Metallbeschichtung perfekt auf dem Stahlsubstrat haftet. Der Ölfilm wird in einem alkalischen Entfettungsbecken entfernt. Nach der Reinigung wird das Stahlband gespült und getrocknet.
• Das kalte Stahlband tritt in den Ofen ein. Der Zweck des Ofens besteht darin, eine Endreinigung der Oberfläche durch Abbrennen des verbleibenden Ölfilms auf der Stahloberfläche durch Brenner mit offener Flamme in der Vorwärmzone des Glühabschnitts durchzuführen. Der zweite Zweck des Ofens besteht darin, den Stahl zu erhitzen, um die richtigen mechanischen Eigenschaften zu entwickeln.
• Aufgrund des Kaltwalzens des Stahls weist das Stahlsubstrat eine extreme Kaltverfestigung auf und wird üblicherweise als vollharter Stahl bezeichnet. Der Glühabschnitt sorgt für eine Wärmebehandlung des Stahls, um seine mechanischen Eigenschaften wiederherzustellen und den Stahl für die beabsichtigte Verwendung geeignet zu machen. Während der Wärmebehandlung wird das stark kaltreduzierte Gefüge rekristallisiert.
• Der Glühabschnitt ist in drei Zonen unterteilt, nämlich (i) Vorwärmen, (ii) Halten und (iii) kontrolliertes Abkühlen. Innerhalb der Glühzone wird eine Oxidation des Stahls durch ein Wasserstoff-Stickstoff-Gasgemisch verhindert. Alle Brenner sind normalerweise Strahlungsbrenner, um einen direkten Kontakt zwischen der Flamme und der Oberfläche des Stahls zu vermeiden. Die Glühzyklen werden in Übereinstimmung mit den erforderlichen endgültigen mechanischen Eigenschaften verwaltet.
• Am Ende der Kühlzone wird die Temperatur des Bandes auf ein angemessenes Niveau in Bezug auf die Temperatur des zu beschichtenden geschmolzenen Metalls abgekühlt.
• Sobald das Stahlband die erforderliche Temperatur erreicht hat, wird es in ein Bad aus geschmolzenem Metall getaucht. Wenn das Band das Bad verlässt, wird es mit einer dicken Schicht aus geschmolzenem Metall überzogen. Eine Reihe von Luft- (oder Stickstoff-) Messern, die sich über dem Bad befinden, stellt das Beschichtungsgewicht auf das erforderliche Niveau ein. Das Beschichtungsgewicht wird in der Regel durch automatische Messeinrichtungen permanent kontrolliert und überwacht
• Das beschichtete Stahlband läuft durch einen Kühlturm, der das beschichtete Band fast wieder auf Raumtemperatur bringt.
• Bei Bedarf kann der Stahl durch ein Oberflächenbehandlungswalzwerk geführt werden, um eine glatte Oberfläche für die Farbbeschichtung zu erzeugen.
• Die Streckrichtmaschine zieht das metallbeschichtete Stahlband, während es über eine Reihe von Walzen läuft, um eine hervorragende Ebenheit zu erzielen.
• Das metallbeschichtete Stahlband, das nicht für die Farbbeschichtungslinie bestimmt ist, erhält eine chemische Behandlung, die einen vorläufigen Schutz vor Beschichtungsverschlechterung bietet. Diese Oberflächenbehandlung erfolgt durch herkömmliches Sprühen oder Tauchen und anschließendes Abquetschen oder durch direktes Auftragen mit einem Rollcoater. Nachbehandlungen sind entweder Oberflächenpassivierung oder dünne organische Beschichtungen. Sie können in einigen Fällen im Ausgangsabschnitt angewendet werden.
• Das beschichtete Stahlband gelangt in den Ausgangsakkumulator und wartet darauf, erneut aufgewickelt zu werden.
• Das beschichtete Stahlband wird wieder auf die Zughaspel aufgewickelt und zur Farbbeschichtung oder Verpackung geschickt.?

Ein typisches schematisches Diagramm einer Metallbeschichtungslinie, das die Hauptausrüstung zeigt, ist in Abb. 2 zu sehen.

Abb. 2 Typisches schematisches Diagramm einer Metallbeschichtungslinie mit Hauptausrüstung

  Bewerbungen

Die Verwendung einer Vielzahl von metallisch beschichteten Stählen ist aus dem täglichen Leben der Menschen nicht mehr wegzudenken. Diese Stähle werden zum Schutz, zur Unterbringung, Verpackung und zum Transport verwendet und erfüllen gleichzeitig die Nachfrage nach soliden, langlebigen und ästhetisch ansprechenden Materialien.

Im Bauwesen werden metallbeschichtete Stähle seit vielen Jahren für Profile, Verkleidungen und Dächer verwendet, aber auch für Anwendungen wie Türen, Treppen und Decken usw.

Die metallbeschichteten Stahlprodukte haben ein sehr breites Anwendungsspektrum in der allgemeinen Industrie. Beispiele sind Möbel, Klimaanlagen, Kanäle, Tanks und Hitzeschilde usw.

Auch die Haushaltsgerätebranche ist ein großer Anwender von metallbeschichteten Stählen. Es gibt heute sogar einen Trend, Haushaltsgeräte vollständig aus metallbeschichtetem Stahl zu bauen, sowohl weiße Ware (Kühlschränke, Waschmaschinen und Öfen usw.) als auch braune Ware (Elektronik, Video und Hi-Fi usw.).