Schicht- und Technologieentwicklung einer ZnAlMg-Schmelztauchbeschichtung

Abstract

Höhere Ansprüche an die Korrosionsbeständigkeit oder der Wunsch nach geringeren Schichtauflagen bei gleich bleibendem Schutz erfordern neue Legeierungssysteme beim kontinuierlichen Feuerverzinken von Stahlblechen. Magnesiumhältige Schmelzen scheinen ein Weg dies zu erreichen. Diese werden bereits von verschiedenen japanischen und koreanischen Herstellern eingesetzt, um in Meeresnähe Bleche ohne nachfolgende Lackierung zu schützen. Die dort verwendeten Schichten enthalten gewöhnlich zu hohe Magnesium- und Aluminiumkonzentrationen für das vorhandene beziehungsweise gewünschte Anlagen- und Produktspektrum der voestalpine.<br />Ziel der Arbeit war es, ein optimales Legierungssystem zu finden, dass sowohl einen verbesserten Schutz vor Korrosion, eine unproblematische Produktion und eine übliche Verarbeitung beim Umformen, Schweißen und Lackieren ermöglicht.<br />Für die Produktion einer guten Oberflächenqualität soll die Legierung eine niedrige Sauerstoffaffinität haben, denn es gibt offene Bereiche des Schmelzbades, die nicht durch Schlacke abgedeckt sind, wodurch ständig neue Schlacke entsteht, die die Beschichtung des austauchenden Bandes beschädigen kann. Daneben kommt das frisch beschichtete Stahlband auch mit der Umgebungsluft in Kontakt und bildet eine Oxidhaut die während des Abstreif- und Kühlvorganges aufreißen kann.<br />Eine ausreichend niedrige Sauerstoffaffinität lässt sich mit einer geringen Konzentration von Magnesium lösen. Allerdings ist dadurch der Schutz vor Korrosion, der unter den meisten Bedingungen mit mehr Magnesium besser wäre, nicht maximal. Neben dem Magnesium hat auch das Aluminium eine wichtige Bedeutung für die Schutzwirkung des Systems und ermöglicht erst die Herstellung einer einigermaßen sauerstoffbeständigen Zink-Magnesiumlegierung. Da solche Bleche zukünftig auch im Fahrzeug verwendet werden sollen, wo sehr viele Teile mittels Punkschweißen verbunden werden, ist der Aluminiumanteil limitiert. Denn höhere Aluminiumkonzentrationen in der Schicht führten zu einer Verminderung der Schweißeignung.<br />Das Schichtsystem wurde mikroskopisch untersucht, wobei festgestellt werden konnte, dass die beim kontinuierlichen Feuerverzinken gebildeten Phasen vom berechneten thermodynamischen Gleichgewicht abweichen. An der Oberfläche der Schicht sind grundsätzlich alle enthaltenen Phasen mit abweichender Häufigkeit wieder zu finden, wodurch verschiedene Oxide der Legierungselemente lokal konzentriert auftreten.<br />Die gebildete Schicht hat im Vergleich zu einer Feuerverzinkungsschicht eine deutlich höhere Härte, und einzelne Phasen zeigen ein glasartiges Bruchbild.<br />

A better corrosion resistance or the objective of a lower zinc coating weight with similar protection demands a new alloy for continuous hot dip galvanizing of sheet steel. Melts which contain magnesium are already used by Japanese and Korean manufacturers to produce goods without painting. But these zinc coatings generally contain too high concentrations of magnesium and aluminium for both, the existing equipment and the product mix favoured by voestalpine.<br />The aim of this work was to find the best alloy, combining all the requirements for a new, superior product, such as improving the protection against corrosion, making no problem in the HDG-production line and being able to be used like a standard hot dip galvanized steel sheet for painting, forming and welding.<br />The oxygen affinity of different alloys is a serious problem for the production. On the one hand there are some complications where the coated steel sheet leaves the melt and gets into contact with air, and on the other hand there is a relatively large unprotected area on the surface of the melt being in contact with air. Both are important for the surface quality of the steel sheet. These problems could be solved by optimizing the magnesium concentration as a trade-off between oxygen affinity and corrosion performance because under most conditions a higher magnesium level leads to a better corrosion protection. Apart from magnesium, aluminium is also important for the corrosion performance of the whole system and makes it possible to produce a magnesium containing alloy with a lower affinity to oxygen. Due to the use in vehicle construction, where a lot of the parts are spot-welded, the unfavourable aluminium in the galvanizing layer is limited.<br />The coating was microscopically analysed, showing that the generated phases in thermodynamic equilibrium are not the same predicted by calculations. All these phases detected within the coating were also found on the surface of the coating but in a different distribution.<br />Therefore various oxides on the surface have different concentrations.<br />Finally the produced coating is slightly harder than a normal hot dip galvanized coating and several phases crack like glass.<br />