ANWENDERHANDBUCH Metallisch beschichteter Stahl€¦ · 6 ANWENDERHANDBUCH - Metallisch...

56
Metallisch beschichteter Stahl ANWENDERHANDBUCH

Transcript of ANWENDERHANDBUCH Metallisch beschichteter Stahl€¦ · 6 ANWENDERHANDBUCH - Metallisch...

Page 1: ANWENDERHANDBUCH Metallisch beschichteter Stahl€¦ · 6 ANWENDERHANDBUCH - Metallisch beschichteter Stahl - Arcelor metallische Beschichtung Stahl metallische Beschichtung 1.1 Metallisch

Metallisch beschichteter Stahl

ANWENDERHANDBUCH

Page 2: ANWENDERHANDBUCH Metallisch beschichteter Stahl€¦ · 6 ANWENDERHANDBUCH - Metallisch beschichteter Stahl - Arcelor metallische Beschichtung Stahl metallische Beschichtung 1.1 Metallisch
Page 3: ANWENDERHANDBUCH Metallisch beschichteter Stahl€¦ · 6 ANWENDERHANDBUCH - Metallisch beschichteter Stahl - Arcelor metallische Beschichtung Stahl metallische Beschichtung 1.1 Metallisch

ANWENDERHANDBUCH

1 Einleitung 5 1.1 Metallisch beschichteter Stahl im Alltag 6 1.2 Definition 6 1.3 Umwelt 6

2 Produkte 9 2.1 Einleitung 10 2.2 Stahlgüte 10 2.3 Art der Beschichtung 10 2.4 Schichtmasse oder -dicke 12 2.5 Oberflächenaspekt 12 2.6 Oberflächengüte 13 2.7 Oberflächenbehandlung 13 2.8 Maß- und Formtoleranzen 14

3 Herstellungsverfahren 15 3.1 Feuerverzinkte Beschichtung 16 3.2 Elektrolytisches Verzinken 17

4 Langlebigkeit und Korrosionsschutz 19 4.1 Korrosionsschutz durch metallische Beschichtung 20 4.2 Beschleunigte Tests 22 4.3 Kontakt metallischer Beschichtungen mit anderen Materialien 22

5 Anwendungsempfehlungen 23 5.1 Allgemeine Empfehlungen 24 5.2 Empfehlungen für Transport und Lagerung 24 5.3 Empfehlungen für das Abhaspeln, Spalten, Längsschneiden, Abscheren und Schneiden 24 5.4 Beständigkeit der Schnittflächen 25

6 Umformen 27 6.1 Einleitung 28 6.2 Biegen 28 6.3 Profilieren 30 6.4 Tiefziehen 33

7 Fügetechniken 37 7.1 Kleben 38 7.2 Clinchverbindungen 39 7.3 Vernietung 39 7.4 Falzen 40 7.5 Verbindung mit Schrauben, Klammern, Bolzen usw. 41 7.6 Schweißen 41

8 Lackierung 47 8.1 Einleitung 48 8.2 Vorbehandlung 49 8.3 Lacke 52

9 Zusammenfassung 53

Bildmaterial und Copyright 55

Empfindliche Stellen schützen

sich immer von selbst – das ist

überall in der Natur so. Nehmen

Sie zum Beispiel das Federkleid

eines Vogels: Anordnung und

Struktur der Deckfedern schützen

die Haut vor Wind und Regen. Die

ölige Substanz, die Wasservögel

in ihrem Gefieder verteilen, macht

sie sogar absolut wasserfest.

Metallisch beschichteter Stahl

von Arcelor ist auf ähnliche Weise

vor Wind und Wetter geschützt.

Und weil wir Mensch und Umwelt

schonen, bieten wir metallische

Beschichtungen an, die keine gif-

tigen Stoffe wie Blei oder Chromat

enthalten. Arcelor hat sich für eine

nachhaltige Entwicklung entschie-

den, aus Respekt vor dem Leben.

Heute und morgen. Steel solutions

for a better world.

Metallisch beschichteter Stahl

Page 4: ANWENDERHANDBUCH Metallisch beschichteter Stahl€¦ · 6 ANWENDERHANDBUCH - Metallisch beschichteter Stahl - Arcelor metallische Beschichtung Stahl metallische Beschichtung 1.1 Metallisch
Page 5: ANWENDERHANDBUCH Metallisch beschichteter Stahl€¦ · 6 ANWENDERHANDBUCH - Metallisch beschichteter Stahl - Arcelor metallische Beschichtung Stahl metallische Beschichtung 1.1 Metallisch

Einleitung11.1 Metallisch beschichteter Stahl im Alltag 6

1.2 Definition 6

1.3 Umwelt 6

Page 6: ANWENDERHANDBUCH Metallisch beschichteter Stahl€¦ · 6 ANWENDERHANDBUCH - Metallisch beschichteter Stahl - Arcelor metallische Beschichtung Stahl metallische Beschichtung 1.1 Metallisch

6

ANWENDERHANDBUCH - Metallisch beschichteter Stahl - Arcelor

metallische Beschichtung

Stahl

metallische Beschichtung

1.1 Metallisch beschichteter Stahl im Alltag

Die große Vielfalt metallisch beschichteter Stahlprodukte begeg-net uns im Alltag auf Schritt und Tritt. Wir finden sie als Schutz, als Dachdeckung, in Lagern und im Transport. Metallisch beschichte-ter Stahl erfüllt außerdem Ihre Anforderungen bezüglich Solidität, Beständigkeit und Ästhetik. Seine Verwendung erfährt ein be-achtliches, anhaltendes Wachstum. Aufgrund seiner phänomena-len Vorzüge in wirtschaftlicher, technologischer und ökologischer Hinsicht wird er in den diversesten Bereichen hoch geschätzt.

Im Hoch- und Tiefbau wird metallisch beschichteter Stahl seit Jah-ren für Profile, Fassadenelemente und Dächer eingesetzt, doch auch bei Türen, Treppen, Decken usw. kommt dieses Produkt zur Anwendung.

Auch in der allgemeinen Industrie finden diese Produkte vielfach Verwendung, z. B. in Möbeln, Klimaanlagen, Tanks, Hitzeschil-dern.

Für die Gehäuse von Haushaltsgeräten wird ebenfalls metallisch beschichteter Stahl in großen Mengen verwendet. Die Tendenz geht derzeit sogar in Richtung komplett verzinkte Haushaltsgerä-te, und zwar sowohl für weiße Ware (Kühlschränke, Waschmaschi-nen, Herde usw.) als auch für braune Ware (Unterhaltungselektro-nik, Video, Hifi usw.).

1.2 Definition

Metallisch beschichteter Stahl besteht aus einem Trägermaterial aus Stahl, das mit Zink, einer Zink-Aluminium-Legierung, einer Aluminium-Silizium-Legierung oder sogar mit reinem Aluminium überzogen ist.

Diese Produkte werden in kontinuierlichen Beschichtungsanlagen hergestellt. Mehrere Beschichtungsverfahren sind möglich:

• Bei einer feuerverzinkten Beschichtung wird Bandstahl in eine Metallschmelze eingetaucht. Die Zusammensetzung der Schmelze (Zink, Zink/Aluminium, Aluminium/Silizium oder reines Aluminium) bestimmt die Art der metallischen Beschichtung.

• Beim elektrolytischen Verzinken wird Bandstahl kalt durch Elektrolyse beschichtet.

• Auf die Dünnschichtabscheidetechnologien PVD (Physical Vapour Deposition), CVD (Chemical Vapour Deposition) usw. wird in diesem Dokument nicht eingegangen.

Verfahren Feuerverzinkte Beschichtung

Elektrolytische Beschichtung

Produkte Verzinkt (Z):Beschichtung mit reinem Zink

Zincor® (ZE):Beschichtung mit reinem Zink

Galfan (ZA):Zink-Aluminium-Beschichtung

Aluzinc® (AZ):Aluminium-Zink-Silizium-Beschichtung

Alusi® (AS): Aluminium-Silizium-Beschichtung

Alupur® (AL):Beschichtung mit reinem Aluminium

1.3 Umwelt

Metallisch beschichteter Stahl ist zweifellos eine sehr gute Lösung, um den heute und auch in Zukunft geltenden Umweltvorschriften gerecht zu werden. Mit der bewussten Einbindung von Umwelt-faktoren in den Lebenszyklus seiner metallisch beschichteten Produkte hat Arcelor sich für einen proaktiven Ansatz im Hinblick auf die Weiterentwicklung dieser Vorschriften entschieden. Diese Strategie verfolgen wir in allen Phasen des Lebenszyklus eines Produkts:

• Entwicklung: Bei der Entwicklung neuer Produkte oder Herstellungsverfahren berücksichtigen die Forschungsteams deren mögliche Auswirkungen auf die Umwelt bereits in den frühesten Projektphasen.

• Herstellung: Metallisch beschichteter Stahl wird in Industrie-anlagen hergestellt, welche die strengsten Umweltbestim-mungen bezüglich Oberflächenbehandlung und Vermeidung von Schadstoffen bei der Zusammensetzung der metallischen Beschichtung erfüllen.

• Anwendung: Die Verwendung metallisch beschichteten Stahls birgt keine Gefahr für den Anwender oder die Umwelt in den verschiedenen Bereichen, in denen er eingesetzt wird, nämlich im Hoch- und Tiefbau, im Haushaltsgerätebereich und in der allgemeinen Industrie.

Einleitung1

Page 7: ANWENDERHANDBUCH Metallisch beschichteter Stahl€¦ · 6 ANWENDERHANDBUCH - Metallisch beschichteter Stahl - Arcelor metallische Beschichtung Stahl metallische Beschichtung 1.1 Metallisch

7

ANWENDERHANDBUCH - Metallisch beschichteter Stahl - Arcelor

• Wiederverwertung: Am Ende seines Lebenszyklus wird metallisch beschichteter Stahl genau wie jedes andere Stahl-erzeugnis der Wiederverwertung zugeführt.

Entscheidende Verbesserungen:

In Sachen Schadstoffvermeidung strebte Arcelor die Eliminierung von Blei und hexavalentem Chrom in seinen metallisch beschich-teten Stählen als wichtigstes Ziel an. In der Tat werden heute in den allermeisten Produktionslinien der Gruppe feuerverzinkte Produkte ohne Zusatz von Blei hergestellt. Ebenso gibt es chro-matfreie Beschichtungsverfahren.

Fortschritte konnten bei der Anbringung metallischer Beschich-tungen vor allem hinsichtlich des Energieverbrauchs der Industrie-anlagen (Optimierung der Öfen, Wärmerückgewinnungssysteme, Abgaswiederverwertung) und der Verringerung des Wasser-verbrauchs (keine Verluste, effiziente Filtersysteme für die Bäder dank geschlossener Systeme) verbucht werden.

Die Verbesserung der Leistungsfähigkeit bei der Verwendung metallisch beschichteter Produkte ist ein weiteres Ziel, das dank kontinuierlicher Maßnahmen durch die Verringerung der Schichtdicke und der Dickestreuung (zur Verbesserung der Ho-mogenität) erreicht wurde. Die Verringerung der „überschüssigen Beschichtung“ kommt auch der Optimierung anderer Eigenschaf-ten zugute, insbesondere der Schweißbarkeit und der Korrosions-beständigkeit.

Manche umweltfreundlichen Lösungen zum temporären Schutz der Produkte, wie z. B. Trockenschmiermittel, stellen ebenfalls einen Fortschritt dar. Sie ermöglichen eine bessere Umformbarkeit und sorgen für saubere Fabrikhallen. Bestimmte Vorbehandlungen können dem Kunden nämlich helfen, sich für gesundheitsfreundlichere, sicherere und umweltfreundlichere Produkte und Verfahren zu entscheiden.

Page 8: ANWENDERHANDBUCH Metallisch beschichteter Stahl€¦ · 6 ANWENDERHANDBUCH - Metallisch beschichteter Stahl - Arcelor metallische Beschichtung Stahl metallische Beschichtung 1.1 Metallisch

8

ANWENDERHANDBUCH - Metallisch beschichteter Stahl - Arcelor

Page 9: ANWENDERHANDBUCH Metallisch beschichteter Stahl€¦ · 6 ANWENDERHANDBUCH - Metallisch beschichteter Stahl - Arcelor metallische Beschichtung Stahl metallische Beschichtung 1.1 Metallisch

Produkte

2.1 Einleitung 10

2.2 Stahlgüte 10

2.3 Art der Beschichtung 10 2.3.1 Zincor®: Elektrolytisch verzinkter Stahl 10 2.3.2 Feuerverzinkter Stahl 10 2.3.3 Galfan: Zinkaluminiumbeschichteter Stahl 11 2.3.4 Aluzinc®: Aluminiumzinkbeschichteter Stahl 11 2.3.5 Alusi®: Aluminiumsiliziumbeschichteter Stahl 12 2.3.6 Alupur®: Aluminiumbeschichteter Stahl 12

2.4 Schichtmasse oder -dicke 12

2.5 Oberflächenaspekt 12

2.6 Oberflächengüte 13

2.7 Oberflächenbehandlung 13

2.8 Maß- und Formtoleranzen 14

2

Page 10: ANWENDERHANDBUCH Metallisch beschichteter Stahl€¦ · 6 ANWENDERHANDBUCH - Metallisch beschichteter Stahl - Arcelor metallische Beschichtung Stahl metallische Beschichtung 1.1 Metallisch

10

ANWENDERHANDBUCH - Metallisch beschichteter Stahl - Arcelor

2 Produkte

2.1 Einleitung

Das äußerst breit gefächerte Angebot metallisch beschichteter Bleche erfüllt die Anforderungen aller Branchen. Die Wahl des richtigen Materials hängt von einer Reihe von Merkmalen ab:

• Stahlgüte• Art der Beschichtung• Schichtmasse oder -dicke• Oberflächenaspekt• Oberflächengüte• Oberflächenbehandlung• Maß- und Formtoleranzen

2.2 Stahlgüte

Arcelor bietet im Wesentlichen drei Sorten Stahlgüte als Träger-material für die metallische Beschichtung an:

• Stahl für Biege- und Tiefziehanwendungen• Baustahl• Höherfester niedriglegierter Stahl

2.3 Art der Beschichtung

Arcelor bietet Beschichtungen auf Zinkbasis und Beschichtungen mit einer Legierung an.Sechs Arten von metallischer Beschichtung sind zu unterschei-den:

2.3.1 Zincor®: Elektrolytisch verzinkter Stahl

Zincor® ist ein Produkt aus Flachstahl mit einem Überzug aus reinem Zink auf einer oder auf beiden Seiten. Die elektrolytische Verzinkung ermöglicht eine hohe chemische Reinheit und eine ausgezeichnete Kontrolle der Schichtdicke in jeder Richtung. Auf-grund des Opfereffekts von Zink bleibt der Korrosionsschutz selbst dann erhalten, wenn die Beschichtung verletzt wird. Zink hat eine kathodische Schutzwirkung. Außerdem wirkt sich die Homoge-nität dieser Beschichtung positiv auf die Korrosionsbeständigkeit aus. Dank der qualitativ hochwertigen Oberfläche eignet sich

Zincor® hervorragend für die Herstellung sichtbarer Teile. Elektro-lytisch verzinkte Produkte werden daher auch für ihr fabelhaftes Aussehen nach dem Lackieren geschätzt.

Elektrolytisch verzinkten Stahl erhält man in einem elektrolytischen Überzugsverfahren. Mit diesem Verfahren lässt sich eine äußerst reine Beschichtung von extrem gleichmäßiger Schichtdicke auftragen, die durch die Anlagerung kleiner, sehr stark deckender, nicht baumartig verzweigter Kristalle gebildet wird. Deshalb ist elektrolytisch verzinkter Stahl besonders gut schweißbar.

Im Allgemeinen werden nur dünne Beschichtungen vertrie-ben, weshalb die Korrosionsbeständigkeit dieses Produkts im Rohzustand begrenzt ist (deshalb eignet sich Zincor® nicht für Außenanwendungen).

Zincor® findet im Allgemeinen in Innenanwendungen (Decken, Zwischenwände usw.), Elektro- und Elektronikgeräten (Gehäuse), Metallmöbeln usw. Verwendung. Bei diesen Anwendungen reicht schon eine wenige Mikrometer dicke Beschichtung für einen guten Korrosionsschutz aus.

2.3.2 Feuerverzinkter Stahl

Feuerverzinkter Stahl besteht aus einem Trägermaterial aus Stahl und einer metallischen Beschichtung aus Zink, die kontinuier-lich durch Eintauchen in eine Zinkschmelze aufgetragen wird. Feuerverzinkte Produkte weisen aufgrund der kathodischen Schutzwirkung des Zinks eine gute Korrosionsbeständigkeit auf. Sie lassen sich gut umformen. Die Beschichtung glänzt.

Die Verzinkung besteht aus drei Schichten:

• einer sehr dünnen intermetallischen Schicht (Fe2Al5) zwischen der Zinkschicht und dem Stahl (so dünn, dass sie unter dem Mikroskop nicht erkennbar ist, Dicke circa 100 nm)

• der Zinkschicht selbst

• einer oxidierten, mit Aluminium angereicherten oberen Schicht (extrem dünne Schicht, nur 50 nm)

10 µm

Page 11: ANWENDERHANDBUCH Metallisch beschichteter Stahl€¦ · 6 ANWENDERHANDBUCH - Metallisch beschichteter Stahl - Arcelor metallische Beschichtung Stahl metallische Beschichtung 1.1 Metallisch

11

ANWENDERHANDBUCH - Metallisch beschichteter Stahl - Arcelor

Feuerverzinkter Stahl zeichnet sich durch eine große Bandbreite von Beschichtungsdicken und Größen des Trägermaterials aus. Er eignet sich deshalb für die Anforderungen zahlreicher Anwen-dungsgebiete im Innen- und Außenbereich: Tragwerkselemente im Hochbau, Bleche und Rahmen von Haushaltsgeräten, Metall-möbel usw.

2.3.3 Galfan: Zinkaluminiumbeschichteter Stahl

2.3.4 Aluzinc®: Aluminiumzinkbeschichteter Stahl

Aluzinc® besteht aus einem Trägermaterial aus Stahl, das kontinu-ierlich durch Eintauchen in einer Aluminium-Zink-Schmelze auf beiden Seiten beschichtet wird. Die Beschichtung setzt sich aus Aluminium (55 %), Zink (43,4 %) und Silizium (1,6 %) zusammen.

Aluzinc® ist eine zweiphasige Beschichtung: Sie besteht aus Alu-miniumdendriten (80 % Vol.) und zinkreichen interdendritischen Zonen (20 % Vol.), die siliziumreiche Teilchen enthalten. Eine in-termetallische AlZnFeSi-Schicht (Dicke 1 bis 2 µm) befindet sich an der Kontaktfläche zum Stahl.

Aluzinc® vereint die Vorzüge zweier Komponenten der Beschich-tung: die Barrierewirkung von Aluminium und die kathodische Schutzwirkung von Zink. Die Oberfläche weist deshalb eine her-vorragende Korrosionsbeständigkeit auf. Das metallische Ausse-hen und die feinen Blumen verleihen Aluzinc® eine sehr reizvolle Optik. Der Metallicaspekt ist dank einer feinen transparenten Alu-miniumoxidschicht, die sich an der Oberfläche bildet, alterungs-beständig und verliert seinen Glanz nicht. Doch Aluzinc® bietet noch zahlreiche weitere Vorteile: gute Korrosionsbeständigkeit bei hohen Temperaturen, gute Abriebbeständigkeit aufgrund der Härte seiner Oberfläche und hervorragende Wärme- und Licht-reflexion.

Wegen der ausgezeichneten Korrosionsbeständigkeit und der vielen anderen Vorzüge von Aluzinc® wird dieses Produkt gerne für Außenanwendungen auf dem Bau eingesetzt, z. B. für Dächer, Siloverkleidungen und Profile. Die allgemeine Industrie und die Haushaltsgeräteindustrie greifen ebenfalls gerne auf dieses Produkt zurück. Sein elektrischer Oberflächenwiderstand wird bei der Herstellung von Schaltschränken geschätzt.

Diese Beschichtung wird durch Eintauchen in ein Schmelzbad auf-getragen und besteht aus circa 95 % Zink und 5 % Alumini-um. Die Zinkdendriten sind von einem zweiphasigen Eutektikum und einer dünnen (< 100 nm) intermetallischen FeAl3-Schicht an der Kontaktfläche zum Stahl umgeben. Dies führt zu einer hohen Elastizität und ermöglicht die Herstellung komplexer Teile. Die Korrosionsbeständigkeit ist beachtlich, im Durchschnitt doppelt so hoch wie die der normalen feuerverzinkten Produkte.

Diese hervorragende Korrosionsbeständigkeit wird bei ver-schiedenen Anwendungen hoch geschätzt, z. B. bei Garagentoren, Heizungs- oder Klimaanlagen, Waschmaschinen, in Schwimm-bädern usw.

10 µm

Zinkschicht obere Oxidschicht

Stahl

Fe2Al5-Schicht

Mikroskopischer Querschnitt der Struktur einer feuerverzinkten Beschichtung

20 µm

Lamellar-eutektische Struktur der Zn-Al-Schicht

Stahl

Intermetallische FeAl3-Schicht

Mikroskopischer Querschnitt der Struktur der Beschichtung Galfan

20 µm

zinkreiche Phase

Stahl

AlZnFeSi

aluminiumreiche Phase

Mikroskopischer Querschnitt der Struktur der Beschichtung Aluzinc®

Page 12: ANWENDERHANDBUCH Metallisch beschichteter Stahl€¦ · 6 ANWENDERHANDBUCH - Metallisch beschichteter Stahl - Arcelor metallische Beschichtung Stahl metallische Beschichtung 1.1 Metallisch

12

ANWENDERHANDBUCH - Metallisch beschichteter Stahl - Arcelor

2.3.5 Alusi®: Aluminiumsiliziumbeschichteter Stahl

Alusi® besteht aus einem Trägermaterial aus Stahl, das auf beiden Seiten mit einer Aluminium-Silizium-Legierung beschichtet ist, welche kontinuierlich durch Eintauchen in eine Metallschmel-ze aufgebracht wird. Die Beschichtung besteht aus Aluminium (90 %) und Silizium (10 %). Die Zusammensetzung der Beschich-tung macht Alusi® außerordentlich oxidationsbeständig bei ho-hen Temperaturen. Dank der Beimischung von Silizium kann es bei einer Temperatur von 650° C bis 800° C verwendet werden (je nach Qualität). Bei Kontakt mit Sauerstoff bildet sich sofort eine Passivierungsschicht aus Aluminiumoxid. Da diese Schicht sich bei Beschädigung (z. B. Kratzern) nachbildet, weist diese Beschichtung eine ausgezeichnete chemische Korrosionsbeständigkeit auf.

Das Alupur®-Sortiment kommt in zahlreichen Innen- und Außen-anwendungen zum Einsatz. Zu den gängigsten Anwendungs-bereichen gehören: Erdschächte, Schornsteinrohre, Heizungs-, Lüftungs- und Klimagerätegehäuse, Rohrummantelungen, Tanks usw. Mit seiner guten Beständigkeit gegen hohe Temperaturen und aggressive Verbrennungsprodukte ist Alupur® auch eine aus-gezeichnete Lösung für Anwendungen in Elektrizitätskraftwerken sowie in der chemischen und petrochemischen Industrie.

2.4 Schichtmasse oder -dicke

Bei kontinuierlich tauchveredeltem, metallisch beschichtetem Stahl entspricht die Nominalmasse der metallischen Beschichtung der Mindestmasse der auf beiden Seiten insgesamt aufgetragenen Beschichtung und wird in g/m2 angegeben.

Eine präzisere Kontrolle der Schichtdicke ist bei der elektro-lytischen Verzinkung möglich, bei der die Zinkmenge in µm pro Seite angegeben werden kann.

Wie dick die metallische Beschichtung auf dem Stahl sein muss, hängt von dem benötigten Korrosionsschutz oder der gewünsch-ten Haltbarkeit ab. Dünne Beschichtungen eignen sich für Be-dingungen, unter denen die Korrosionsgefahr nicht sehr hoch ist, beispielsweise Innenanwendungen. Stärkere Beschichtungen, z. B. eine Verzinkung mit 350 bis 900 g/m2, können für Außen-anwendungen oder den Einsatz in einer hochkorrosiven Umge-bung erforderlich sein.

2.5 Oberflächenaspekt

Die Bildung von Zinkkristallen bei der Verfestigung der Zinkbeschichtung im Tauchveredelungsverfahren führt bei entsprechender Anpassung des Tauchbads zum bekannten Effekt der Zinkblumenbildung. Dieser Effekt lässt sich durch die Zugabe bestimmter Mittel im Tauchbad kontrollieren. Arcelor bietet eine umweltfreundliche bleifreie metallische Beschichtung an.

Dank seiner hohen Temperaturbeständigkeit eignet sich Alusi® für die Verwendung als Hitzeschild. Bestimmte Güten können email-liert werden.Die wichtigsten Einsatzbereiche sind: Auspuffsysteme, Hitze-schutzsysteme, Heizungselemente, Heizkessel, Bratwannen, Grills, Backbleche usw. Unter bestimmten Bedingungen ist Alusi® lebens-mittelgeeignet.

2.3.6 Alupur®: Aluminiumbeschichteter Stahl

Alupur® besteht aus einem Trägermaterial aus Stahl, das auf bei-den Seiten mit reinem Aluminium beschichtet ist. Die Beschich-tung wird durch Eintauchen in eine Aluminiumschmelze ohne Zugabe von Silizium oder anderen Legierungselementen aufget-ragen, so dass sich eine intermetallische Aluminium-Eisen-Schicht zwischen den beiden Metallen bildet.

Alupur® weist eine sehr gute Korrosionsbeständigkeit bei allen Umgebungseinflüssen (Stadt, Industrie und Meeresatmosphäre) auf, ist beständig gegen hohe Temperaturen und extrem aggres-sive Verbrennungsprodukte. Mit Alupur® beschichteter Stahl re-flektiert Wärme und Licht sehr gut und eignet sich für den Einsatz bei Temperaturen bis maximal 650° C. Das Aussehen von Alupur® kann sich im Verlauf des Alterungsprozesses ändern.

2 Produkte

Al-Fe-Si-Nadel

Al-Si-Matrix10 µm

FeAl3 + Fe2 Al5

Mikroskopischer Querschnitt der Struktur der Beschichtung Alusi®

20 µm

FeAl3 + Fe2 Al5

Al

Stahl

Mikroskopischer Querschnitt der Struktur der Beschichtung Alupur®

Page 13: ANWENDERHANDBUCH Metallisch beschichteter Stahl€¦ · 6 ANWENDERHANDBUCH - Metallisch beschichteter Stahl - Arcelor metallische Beschichtung Stahl metallische Beschichtung 1.1 Metallisch

13

ANWENDERHANDBUCH - Metallisch beschichteter Stahl - Arcelor

Die Bildung von Zinkblumen kann reduziert oder verhindert wer-den, so dass zwei Arten von Oberflächenaspekten verfügbar sind:

N: Normale Zinkblume M: Minimierte Zinkblume

2.6 Oberflächengüte

Die Produkte werden nach der Güte ihrer Oberfläche eingeteilt, je nachdem, ob kleinere Unregelmäßigkeiten akzeptabel sind oder nicht:

A: Normale OberflächengüteB: Verbesserte OberflächengüteC: Beste Oberflächengüte

Die Güten B und C erhält man durch Dressieren der Oberfläche mit Walzen. Damit lässt sich der Glanz der Oberflächen beeinflussen.

2.7 Oberflächenbehandlung

Metallisch beschichteter Stahl kann zur Verbesserung der Leis-tungsmerkmale der metallischen Beschichtung einer Ober-flächenbehandlung unterzogen werden.

Chemische Passivierung (C)

Zur konsequenten Verbesserung des temporären Korrosions-schutzes (Vermeidung von Oberflächenbefall während des Trans-ports und der Lagerung) kann eine chemische Passivierung durch-geführt werden.

Umweltfreundlicher temporärer Schutz mit E-Passivierung (E)

Arcelor bietet eine chromatfreie Passivierung von verzinktem Stahl (ZE, Z) und von aluminiumbeschichtetem Stahl (ZA, AZ, AS, AL) an.Mit diesen neuen, chromatfreien Verfahren werden die gleichen Eigenschaften wie mit herkömmlichen, chromathaltigen Passi-vierungsmitteln (Cr6) erzielt.

Ölen (O)

Als Schmiermittel und temporärer Korrosionsschutz können Öle aufgetragen werden. Der Auftrag von Rostschutzöl lässt sich mit einer chemischen Passivierung kombinieren.

Phosphatierung (P)

Die Phosphatierung kann mit einer chemischen Passivierung und/oder Rostschutzöl kombiniert werden.

Dünne organische Beschichtung (S)

Neben diesen Oberflächenbehandlungen liefert Arcelor auch metallisch beschichteten Stahl mit einer dünnen organischen Easyfilm®-Beschichtung.

Bei Easyfilm® handelt es sich um eine auf den metallisch beschich-teten Stahl aufgebrachte transparente dünne organische Be-schichtung aus thermoplastischen Polymeren.

Easyfilm® ermöglicht:

• einen verbesserten Korrosionsschutz während der Lagerung und des Transports

• die Vermeidung von Fingerabdrücken auf den Blechen• eine vereinfachte Umformung (ohne Verwendung von

Schmiermitteln)• das sofortige Lackieren (ohne Vorbehandlung)

Die dünne organische Beschichtung hat so gut wie keine Auswirkung auf den Aspekt der metallischen Beschichtung. Die Masse der dünnen organischen Beschichtung beträgt normaler-weise ungefähr 1 g/m2 (Dicke circa 1 µm) auf jeder Seite.

Das Easyfilm®-Sortiment beinhaltet drei Versionen (Easyfilm® S, X oder E), deren Vorzüge je nach verwendeter dünner organischer Beschichtung variieren.

Easyfilm® S und X enthalten hexavalentes Chrom.

E-Passivierung

metallische Beschichtung

Stahl

Easyfilm®

metallische Beschichtung

Stahl

Page 14: ANWENDERHANDBUCH Metallisch beschichteter Stahl€¦ · 6 ANWENDERHANDBUCH - Metallisch beschichteter Stahl - Arcelor metallische Beschichtung Stahl metallische Beschichtung 1.1 Metallisch

14

ANWENDERHANDBUCH - Metallisch beschichteter Stahl - Arcelor

Mit Easyfilm® E bietet Arcelor eine umweltfreundliche dünne organische Beschichtung an (frei von Chromaten und anderen Schwermetallen), die die neuesten europäischen Richtlinien zum Verbot gefährlicher Stoffe erfüllt:

• Verwendung chromatfreier Passivierungssysteme• Hinzufügung eines oder mehrerer chromfreier organischer

oder metallorganischer Korrosionshemmer• Verwendung neuer funktionaler Harze zur Verbesserung der

Polymer-Polymer-Haftung beim Einbrennlackieren

2.8 Maß- und Formtoleranzen

Falls bei der Bestellung keine anderweitigen Vorgaben gemacht werden, werden die Coils mit dem metallisch beschichteten Stahl mit den Toleranzen geliefert, die in den aktuellen europäischen Normen bezüglich Dicke, Ebenheit und Breite angegeben werden. Sondertoleranzen für Abmessung und Ebenheit stehen ebenfalls zur Verfügung.

2 Produkte

Page 15: ANWENDERHANDBUCH Metallisch beschichteter Stahl€¦ · 6 ANWENDERHANDBUCH - Metallisch beschichteter Stahl - Arcelor metallische Beschichtung Stahl metallische Beschichtung 1.1 Metallisch

Herstellungsverfahren

3.1 Feuerverzinkte Beschichtung 16 3.1.1 Einlaufabschnitt 16 3.1.2 Zentraler Abschnitt 16 3.1.3 Auslaufabschnitt 17

3.2 Elektrolytisches Verzinken 17 3.2.1 Einlaufabschnitt 17 3.2.2 Zentraler Abschnitt 17 3.2.3 Auslaufabschnitt 18

3

Page 16: ANWENDERHANDBUCH Metallisch beschichteter Stahl€¦ · 6 ANWENDERHANDBUCH - Metallisch beschichteter Stahl - Arcelor metallische Beschichtung Stahl metallische Beschichtung 1.1 Metallisch

16

ANWENDERHANDBUCH - Metallisch beschichteter Stahl - Arcelor

3 Herstellungsverfahren

Bei der Feuerverzinkung handelt es sich um ein kontinuierliches Beschichtungsverfahren, bei dem das Band ein metallisches Schmelzbad durchläuft.Eine kontinuierliche Verzinkungsanlage besteht aus drei Haupt-abschnitten: dem Einlaufabschnitt, dem zentralen Abschnitt (Glüh-ofen, Aufbringen der metallischen Beschichtung, Oberflächen-behandlungen) und dem Auslaufabschnitt.

Damit das Band den Glühofen und die Metallschmelze mit dersel-ben Geschwindigkeit durchläuft (ein für die Qualität der verzink-ten Produkte wesentlicher Faktor), werden die drei Abschnitte von zwei Bandspeichern getrennt. Sie dienen als Pufferspeicher, wenn der Einlauf- oder Auslaufabschnitt zum Verschweißen oder Tren-nen des Bands angehalten werden muss.

3.1.1 Einlaufabschnitt

Die Coils werden auf eine Abhaspel gebracht. Da die Fertigung kontinuierlich verläuft, wird der Beginn des einlaufenden Coils an das Ende des zu verarbeitenden Coils verschweißt.Die nach dem Kaltwalzen auf der Oberfläche vorhandenen Öle müssen vor dem Glühofen vom Band entfernt werden, sonst haftet die Beschichtung nicht optimal auf dem Trägermaterial. Der Ölfilm wird in einem alkalischen Entfettungsbad entfernt oder mit Hilfe von Brennern in der Vorwärmstufe des Glühofens abgebrannt.

3.1.2 Zentraler Abschnitt

Glühofen

Aufgrund der beim Kaltwalzen erzielten Dickenverringerung ist das Trägermetall, der so genannte „walzharte Stahl“, sehr stark kaltverfestigt.

Durch Glühen soll der Stahl thermisch so behandelt werden, dass seine mechanischen Eigenschaften eingestellt werden. Bei dieser thermischen Behandlung rekristallisiert die nach der Reduktion entstandene Mikrostruktur.

Die Glühstufe besteht aus drei Bereichen:

• Vorwärmstufe• Haltezone• Kontrollierte Abkühlung

In der Haltezone wird ein Oxidieren des Bands durch Anlegen ei-ner Stickstoff-Wasserstoff-Schutzgasatmosphäre verhindert. Bei allen Brennern handelt es sich um Strahlbrenner, bei denen kein direkter Kontakt zwischen Flamme und Stahloberfläche besteht.

Die Glühzyklen werden so gesteuert, dass die letztendlich erfor-derlichen mechanischen Eigenschaften erreicht werden.Am Ende des Abkühlbereichs wird das Band auf eine Temperatur abgekühlt, die in etwa der Temperatur des geschmolzenen Be-schichtungsmetalls entspricht.

Aufbringen der metallischen Beschichtung

Sobald das Band die erforderliche Temperatur erreicht hat, wird es in eine Metallschmelze getaucht. Beim Verlassen der Schmelze weist es eine dicke Schicht flüssiges Metall auf. Über dem Schmelz-bad bilden Abstreifdüsen ein Luftmesser (bzw. Stickstoffmesser), das auf das Band wirkt und die Schichtdicke entsprechend der Kundenanforderung reguliert. Das Schichtgewicht wird perma-nent mit Hilfe automatischer Messvorrichtungen kontrolliert und überwacht. Das beschichtete Coil wird anschließend in einem Kühlturm auf Umgebungstemperatur abgekühlt.

3.1 Feuerverzinkte Beschichtung

Aufhaspel

Auslaufabschnitt

Nachbehandlung

Kühlturm

ÖfenBandspeicherEntfettung

Abhaspel

Einlaufabschnitt Schmelze

Dressiergerüst

Bandspeicher

Kontrolle

unbeschichteter Stahl

Metallschmelze

beschichteter Stahl

Abstreifdüse

Page 17: ANWENDERHANDBUCH Metallisch beschichteter Stahl€¦ · 6 ANWENDERHANDBUCH - Metallisch beschichteter Stahl - Arcelor metallische Beschichtung Stahl metallische Beschichtung 1.1 Metallisch

17

ANWENDERHANDBUCH - Metallisch beschichteter Stahl - Arcelor

Oberflächenbehandlungen

Zusätzliche Oberflächenbehandlungen sind ebenfalls möglich. Sie erfolgen im Spül- oder Tauchverfahren mit anschließendem Abstreifen oder durch direkten Auftrag mit Hilfe einer Beschich-tungsanlage.Als Nachbehandlung bietet sich entweder eine Passivierung der Oberfläche oder das Anbringen einer dünnen organischen Be-schichtung an. Diese werden teilweise im Auslaufabschnitt auf-gebracht.

3.1.3 Auslaufabschnitt

Der Auslaufabschnitt ist je nach Art des in der Feuerverzinkungs-anlage hergestellten Produkts entsprechend angepasst.Die neueste Generation von Feuerverzinkungsanlagen ist mit ei-ner Streckrichtmaschine und/oder einem Quatrogerüst mit einem Walzenständer (Dressieren) ausgestattet. Diese Maschinen sind unverzichtbar, damit eine einwandfreie Oberfläche und eine gute Ebenheit des Bands erreicht werden. Zum Erzielen engerer Brei-tentoleranzen kann das Coil im Auslaufabschnitt auch besäumt werden.Die Oberfläche beider Seiten wird in einem Kontrollraum von Qualitätsinspekteuren überprüft. Modernste Technologien im Bereich digitaler Sichtgeräte ermöglichen eine optimale visuelle Überprüfung.

Gegebenenfalls kann das Coil geölt und gekennzeichnet werden.

Schließlich wird das Coil auf das vom Kunden gewünschte Ge-wicht aufgehaspelt.

Zusätzlich zu den diversen oben beschriebenen Schritten dieses Verfahrens werden verschiedene Qualitätsprüfungen und Mes-sungen durchgeführt und aufgezeichnet.

3.2 Elektrolytisches Verzinken

Die elektrolytische Verzinkung erfolgt kontinuierlich durch Durch-führen des Trägermetalls durch ein galvanisches Bad.

Eine elektrolytische Verzinkungsanlage besteht aus drei Abschnit-ten: dem Einlaufabschnitt, dem zentralen Abschnitt (Vorbereitung der Oberfläche und Beschichtung) und dem Auslaufabschnitt.

Damit das Band die Oberflächenvorbereitung und die Beschich-tungsstufe mit derselben Geschwindigkeit durchläuft (ein für die Qualität der Verzinkung wesentlicher Faktor), werden die drei Ab-schnitte von zwei Bandspeichern getrennt. Sie dienen als Puffer-speicher, wenn der Einlauf- oder Auslaufabschnitt zum Verschwei-ßen oder Trennen des Bands angehalten werden muss.

3.2.1 Einlaufabschnitt

Die Coils werden auf eine Abhaspel gebracht. Da die Fertigung kontinuierlich verläuft, wird der Beginn des einlaufenden Coils an das Ende des zu verarbeitenden Coils verschweißt.Die Coils kommen entweder aus einem Haubenofen oder aus einem Durchlaufofen. In beiden Fällen wurden die geglühten Coils bereits nachgewalzt, um die Streckgrenzendehnung zu unterdrücken, die bei den meisten Stahlsorten nach dem Glühen auftritt.

3.2.2 Zentraler Abschnitt

Vorbereitung der Oberfläche

Zur Vermeidung von Rost während der Lagerung wurden die ein-laufenden Coils leicht geölt. Der Ölfilm wird in einem alkalischen Entfettungsbad entfernt. Nach Durchlaufen der Spülwannen wird das Band in ein Salzsäure- oder Schwefelsäurebad getaucht und anschließend noch einmal gespült.

Elektrolysezellen

Auf der elektrolytischen Verzinkungsanlage durchläuft das Band nacheinander mehrere Elektrolysezellen. Der elektrische Strom jeder dieser Zellen fließt über eine Zinklösung (Elektrolyt) von der Anode zur Kathode: Das Band läuft über die Stromrolle.

Es gibt zwei Arten von Anoden:

• lösliche, bestehend aus Zinkplatten; sie werden ersetzt, wenn sie aufgebraucht sind

• unlösliche, bestehend aus Blei, einer Blei- oder Titan-Platin-Legierung

Auslaufabschnitt

BandspeicherVorbehandlungBandspeicher

EinlaufabschnittElektrolyse

Nachbehandlung

Page 18: ANWENDERHANDBUCH Metallisch beschichteter Stahl€¦ · 6 ANWENDERHANDBUCH - Metallisch beschichteter Stahl - Arcelor metallische Beschichtung Stahl metallische Beschichtung 1.1 Metallisch

18

ANWENDERHANDBUCH - Metallisch beschichteter Stahl - Arcelor

Bei den Verfahren, die mit unlöslichen Anoden arbeiten, muss dem Elektrolytbad kontinuierlich Zink hinzugefügt werden. Dies geschieht mit Hilfe chemischer Produkte wie Zinksulfat.

Ein Elektrolytbad mit Zinkchlorid wird mit einer löslichen Anode verwendet. Elektrolytbäder auf der Grundlage von Zinksulfat kön-nen mit löslicher oder unlöslicher Anode verwendet werden.

Bei Arcelor sind drei Arten von Elektrolysezellen im Einsatz:

• Horizontalzellen: Die Anoden sind über und unter dem Band angeordnet.

• Vertikalzellen: Das Coil läuft vertikal zwischen zwei Anoden herunter und wieder hoch, die Stromrolle am Boden der Elektrolysezelle wirkt gleichzeitig als Umlenkrolle.

• Radialzellen: Das Band umhüllt die Stromrolle, die von zwei Anoden umgeben ist.

In jeder Zelle wird eine bestimmte Menge an Zink auf dem Band abgelagert, bis schließlich die gewünschte Schichtdicke auf jeder Seite erreicht ist.

Spülen

Nach dem Durchlaufen der Elektrolytbäder wird das Band in mehreren Stufen gespült, zuletzt mit deionisiertem Wasser. Anschließend er-folgt die Trocknung des Bands in einer Heißlufttrockenstufe.

Oberflächenbehandlungen

Zusätzliche Oberflächenbehandlungen sind ebenfalls möglich. Sie erfolgen durch Sprühen und Abblasen, Spülen und Trocknen oder mit Hilfe einer Beschichtungsanlage als so genannte „spülfreie Be-arbeitung”.

Die Nachbehandlung besteht aus einer Oberflächenumwandlung wie der Phosphatierung und/oder der chemischen Passivierung, die der Vorbereitung der Oberfläche auf das spätere Lackieren (Flüssig- oder Pulverlack) dient.

In manchen Nachbehandlungsanlagen kann mit einer Beschich-tungsanlage eine dünne organische Beschichtung (Easyfilm®) auf-gebracht werden.

3.2.3 Auslaufabschnitt

Die Oberfläche beider Seiten wird in einem Kontrollraum von Qua-litätsinspekteuren überprüft. Gegebenenfalls kann das Coil geölt werden. Zum Erzielen engerer Breitentoleranzen kann das Coil im Auslaufabschnitt auch besäumt werden.

3 Herstellungsverfahren

Page 19: ANWENDERHANDBUCH Metallisch beschichteter Stahl€¦ · 6 ANWENDERHANDBUCH - Metallisch beschichteter Stahl - Arcelor metallische Beschichtung Stahl metallische Beschichtung 1.1 Metallisch

4Langlebigkeit und Korrosionsschutz

4.1 Korrosionsschutz durch metallische Beschichtung 20 4.1.1 Verzinkter Stahl 21 4.1.2 Galfan 21 4.1.3 Aluzinc® 21 4.1.4 Alusi® 21 4.1.5 Alupur® 21 4.1.6 Schlussfolgerung 22

4.2 Beschleunigte Tests 22

4.3 Kontakt metallischer Beschichtungen mit anderen Materialien 22 4.3.1 Kontakt mit Metallen 22 4.3.2 Kontakt mit Nichtmetallen 22

Page 20: ANWENDERHANDBUCH Metallisch beschichteter Stahl€¦ · 6 ANWENDERHANDBUCH - Metallisch beschichteter Stahl - Arcelor metallische Beschichtung Stahl metallische Beschichtung 1.1 Metallisch

20

ANWENDERHANDBUCH - Metallisch beschichteter Stahl - Arcelor

4 Langlebigkeit und Korrosionsschutz

4.1 Korrosionsschutz durch metallische Beschichtung

Der Hauptvorteil metallisch beschichteter Stahlsorten besteht im Schutz des Trägermaterials vor Korrosion durch die Beschichtung.

Metallische Beschichtungen wie Zink, Aluminium oder Legierun-gen dieser Stoffe werden als Schutz des Stahls vor atmosphä-rischer Korrosion am meisten verwendet.

Zur Erinnerung: Bei Korrosion handelt es sich um einen elektro-chemischen Vorgang, bei dem sich ein Lokalelement bildet, bestehend aus einer Anode die sich zugunsten einer Kathode ver-braucht. In der Praxis bilden sich solche Lokalelemente, sobald auf der Stahloberfläche eine heterogene Situation entsteht, in der sich anodische und kathodische Zonen bilden, und Wasser als Elektro-lyt dient. Immer wenn Stahl in einem solchen Element als Anode fungiert, korrodiert er, wohingegen er intakt bleibt, wenn er als Kathode fungiert. Da Zink und Aluminium ein höheres negatives elektrochemisches Potenzial als Eisen haben, oxidieren sie eher und schützen so die Oberfläche des Stahls.

Die Passivierung der Beschichtungsoberfläche beeinflusst die Schutzfunktion ebenfalls. So verwandelt sich Aluminium in Alu-miniumoxid und bildet damit eine nicht poröse physische Bar-riere (außer in salzhaltiger Atmosphäre). Die Beschichtung ist somit quasi inert gegenüber dem Trägermetall und geht nicht in Lösung.

Elektrochemisches Potenzial der Metalle (Messung für Normal-Wasserstoffelektrode, Einheit Volt): siehe Grafik unten.

In der Praxis schützen Zink und andere Opferbeschichtungen Stahl in korrosiver Umgebung aufgrund der beiden folgenden Effekte:

• Barrierewirkung: Der Stahl wird durch das Vorhandensein der Beschichtung ganz einfach von der korrosiven Umgebung isoliert; zusätzlich bilden die Korrosionsprodukte der Beschich-

tung eine Schutzschicht, die den Verlauf der Oxidierung bremst und beschichtungsfreie Bereiche wieder schützt. Bei metallischen Beschichtungen, die Aluminium enthalten, ist eine Passivierung der Oberfläche durch die Bildung einer Aluminiumoxidschicht an der Oberfläche zu beobachten. Diese harte, nicht poröse Haftschicht sorgt für einen phy-sischen Schutz und verhindert das Vordringen von Rost in die Beschichtung. Je nach Säuregehalt des umgebenden Umfelds verläuft diese Passivierung mehr oder wenig aktiv. In einer landwirtschaftlichen oder industriellen Umgebung ist die Aluminiumoxidschicht zum Beispiel sehr stabil, nicht aber in einer salzhaltigen Lösung, wo sie sich auflöst und das Aluminium wieder als Opferbeschichtung fungieren kann.

• Kathodische Schutzwirkung: In den Bereichen ohne Beschich-tung (Kratzer, Schnittflächen, Löcher usw.) wird der Stahl da- durch geschützt, dass die umliegende Beschichtung eher in Lösung geht als der Stahl. Man spricht in diesem Fall von einer Opferbeschichtung.

Diese Fähigkeit der Beschichtung, das Trägermaterial zu schützen, ist auf einen sehr kleinen Bereich begrenzt (wenige Mikrometer), dehnt sicht jedoch dank der Korrosionsprodukte, die auf der Be-schädigung oder der Schnittkante entstehen, auf eine größere Fläche aus.

Die Opferkapazität einer Beschichtung hängt von ihren Korro-sionsprodukten ab, die je nach Art der metallischen Beschichtung unterschiedlich sind.

Elektropositivere Metalle

Elektronegativere Metalle

Kathodischer Schutz des Eisens Mechanischer und chemischer Schutz

Oxidiert eher

Kupfer

Nickel

Blei

Zinn

Eisen (-0,44)

Chrom

Zink (-0,76)

Mangan

Aluminium

(-1,67)

Aktiver Schutz

ZinkKratzer

Zinksalze

Stahl Stahl

Page 21: ANWENDERHANDBUCH Metallisch beschichteter Stahl€¦ · 6 ANWENDERHANDBUCH - Metallisch beschichteter Stahl - Arcelor metallische Beschichtung Stahl metallische Beschichtung 1.1 Metallisch

21

ANWENDERHANDBUCH - Metallisch beschichteter Stahl - Arcelor

4.1.1 Verzinkter Stahl (feuerverzinkt und elektrolytisch verzinkt)

In verzinktem Stahl bildet sich in erster Linie Zinkhydroxid. Da dessen Leitfähigkeit sehr niedrig ist, verlangsamt Zinkhydroxid den Korrosionsverlauf. Zinkhydroxid wandelt sich jedoch im Laufe der Zeit in Zinkoxid um, einen Halbleiter, der eine weniger gute Barrierewirkung hat, so dass die Fortsetzung der Korrosion wieder beginnen kann.Neben Zinkoxiden und -hydroxiden kommen Zinkkarbonate als Korrosionsprodukte von Zink am häufigsten vor, wenn dieses der Witterung ausgesetzt ist (städtisches Klima).

Je nach Umgebungsbedingungen findet sich auch Zinkhydro-chlorid (Meeresatmosphäre) und Zink-Hydroxysulfat (industrielle Umgebung).

Die Porosität dieser komplexen Oxide, welche die Ausbreitung der Korrosion stark beeinflussen, hängt von ihrer Zusammensetzung ab. Ihre Stabilität wird vom pH-Wert der ausgesetzten Atmosphäre bestimmt. Zinkkarbonate haben den größten Stabilitätsbereich und die beste Barrierewirkung, während Chloride und Sulfate in saurem Milieu in Lösung gehen.

Die Schichtdicke dieser elektrolytischen Beschichtungen ist je-doch viel geringer als die der verzinkten Beschichtung, so dass die Barrierewirkung und die kathodische Schutzwirkung und somit letztendlich die Korrosionsbeständigkeit eingeschränkt ist.

4.1.2 Galfan

Die Fachliteratur belegt, dass Galfan im Vergleich zu einer herkömmlichen verzinkten Beschichtung einen doppelt so hohen Schutz liefert, und dies unabhängig von der Umgebung.Dieses günstigere Verhalten ohne weitere Beschichtung beruht im Wesentlichen auf drei Hauptfaktoren:

• Das in der Oberfläche vorhandene Zink korrodiert als Erstes. Der Aluminiumanteil in der Beschichtung nimmt deshalb zu und diese wird immer passiver.

• Die entstehenden Korrosionsprodukte sind nicht so porös wie Oxide und Hydroxide von reinem Zink, wodurch sich die Kor-rosionsgeschwindigkeit verringert.

• Das eutektische Mikrogefüge besitzt eine geringere Reak-tivität als Zink, wodurch sich die Korrosionsgeschwindigkeit ebenfalls reduziert.

Aus diesen Gründen ist die Korrosionsgeschwindigkeit von Galfan annähernd so hoch wie die anfängliche Korrosionsgeschwin-digkeit von verzinktem Stahl, verringert sich jedoch mit zuneh-mender Auflösung der Beschichtung. Das Vorhandensein großer Mengen von Zink in der Beschichtung sorgt außerdem für eine kathodische Schutzwirkung bei Beschädigung und auf den unbe-schichteten Schnittflächen.

Die Korrosionsgeschwindigkeit von Galfan beträgt ein Drittel bis die Hälfte der Korrosionsgeschwindigkeit von verzinktem Stahl. Auch das Verhalten der Ränder ist besser als bei verzinktem Stahl, weil aufgrund der Beschichtung eine bessere kathodische Schutz-wirkung gegeben ist.

4.1.3 Aluzinc®

Verschiedene Korrosionstests zeigen eine hervorragende Flächenkorrosionsbeständigkeit von Aluzinc® (fast doppelt so gut wie Galfan). Dies erklärt sich durch den viel höheren Aluminium-anteil der Beschichtung, welcher die Reaktivität stark herabsetzt. Die Korrosionsbeständigkeit hängt jedoch von den Umgebungs-einflüssen ab: Insbesondere unter ausgesprochen alkalischen Bedingungen (wie z. B. in Ställen) ist von der Verwendung von Aluzinc® abzuraten.

4.1.4 Alusi®

Auf der Oberfläche von Alusi® kann sich sofort ein Aluminium-oxidfilm bilden. Dieser Film verhindert, dass die Beschichtung eher korrodiert als Stahl. In landwirtschaftlicher oder industrieller Umgebung ist deshalb keine kathodische Schutzwirkung durch die Beschichtung gegeben.Bei Berührung mit einer salzigen Lösung ist die Aluminiumoxid-schicht jedoch nicht stabil, geht in Lösung und ermöglicht, dass das Aluminium als Opferbeschichtung fungiert.Diese korrodiert mit gleichbleibender Geschwindigkeit. Durch die stabilen, undurchlässigen Korrosionsprodukte wird die Beschich-tung immer stärker passiviert und die Ausbreitung der Korrosion von den Schnittflächen aus wird verlangsamt.Bei abwechselnd salzhaltiger und trockener Atmosphäre korro-diert Alusi® eher als Stahl und bildet Korrosionsprodukte, die die vorhandenen Beschädigungen schrittweise verschließen während der Trockenzyklen. So schützt die Beschichtung sich selbst und zu-gleich den Stahl.

4.1.5 Alupur®

Alupur® basiert auf der Tatsache, dass Aluminium ein Metall ist, das noch schneller als Zink oxidiert. Deshalb bildet sich spontan Aluminiumoxid (Al2O3), sobald das Aluminium der Luft ausgesetzt ist. Dieser durchgehende Aluminiumoxidfilm passiviert das Alu-minium, indem er das Metall von der korrosiven Umgebung iso-liert. Unter bestimmten Einflüssen (sehr säurehaltig oder basisch, Vorhandensein von Chlor) tendiert dieser Film jedoch zur Auf-lösung, so dass die Korrosion rasch voranschreiten kann. Außer-dem kann die natürliche Oxidschicht stellenweise dünn werden, Brüche aufweisen oder verunreinigt sein. Dann kann sich Rost in Form von Lochfraß ausbreiten.In einer salzhaltigen Lösung ist die Aluminiumoxidschicht nicht stabil, geht in Lösung und das Aluminium fungiert dann wieder als Opferbeschichtung.

Page 22: ANWENDERHANDBUCH Metallisch beschichteter Stahl€¦ · 6 ANWENDERHANDBUCH - Metallisch beschichteter Stahl - Arcelor metallische Beschichtung Stahl metallische Beschichtung 1.1 Metallisch

50 10 15 20 25 30 35 40

4000

3500

3000

2500

2000

1500

1000

500

22

ANWENDERHANDBUCH - Metallisch beschichteter Stahl - Arcelor

4.1.6 Schlussfolgerung

Die Kenntnisse von Arcelor bezüglich des Verhaltens metallischer Beschichtungen sind das Ergebnis zahlreicher Tests in ausgeprägt marinem, landwirtschaftlichem und industriellem Umfeld, die eine Einordnung der verschiedenen Beschichtungen wie alumi-niumbeschichteter Stahl, Aluzinc®, Galfan und verzinkter Stahl erlauben.Es wird klar, dass die Begriffe Schutz und Korrosion einer metal-lischen Opferbeschichtung von der Art des Umfelds, dem die Be-schichtung ausgesetzt sein wird, und seiner Zusammensetzung abhängen. Welche metallische Beschichtung sich besten eignet, ist somit eine Frage der Umgebungsbedingungen, unter denen das Endprodukt zum Einsatz kommt.

4.2 Beschleunigte Tests

Verschiedene beschleunigte Tests erlauben eine Beurteilung der Leistungsmerkmale einer metallischen Beschichtung. Am häu-figsten wird in den technischen Eigenschaften auf die Salzsprüh-nebelbeständigkeit verwiesen. Dieser Test ermöglicht jedoch nur einen Vergleich der Geschwindigkeit, mit der sich metallische Beschichtungen auflösen, und sagt nichts über das tatsächliche Verhalten der Beschichtung aus, wenn diese in natürlicher Um-gebung und unter normalen Einsatzbedingungen der Luft ausge-setzt sind. Ergänzende beschleunigte Tests, wie z. B. zyklische Tests, sind durchzuführen, wenn die Eigenschaften der für bestimmte Einsatzbedingungen (Stadt, Industrie, Meeresatmosphäre) am besten geeigneten Beschichtung festgestellt werden sollen.

• Salzsprühnebeltest (ISO 9227): Bei diesem Test wird ein Probe einem Salzsprühnebel ausgesetzt und das Auftreten und die Entwicklung von Weißrost (bei Zinkbeschichtungen) und Schwarzrost (bei aluminiumhaltigen Beschichtungen) sowie Rotrost beobachtet. Die Proben werden ununterbrochen in einem Winkel von 15° und bei einer Temperatur von 35° C einem Salzsprühnebel mit 5 % NaCl und nach Kondensierung neutralem pH-Wert ausgesetzt. Das Ergebnis gibt Aufschluss darüber, welcher Prozentsatz der Oberfläche von Korrosion befallen ist.

• Kondenswasserprüfung (zyklischer Test KTW) (DIN 50017): Dieser Test entspricht einem 24-Stunden-Zyklus, davon 8 Stunden bei 40° C und anschließend 16 Stunden bei 20° C. Die Luft in der nicht belüfteten Klimakammer ist permanent gesättigt (rF = 100 %). Das Wasser schlägt sich permanent auf den vertikalen Proben nieder. Beobachtet wird das Auftreten und die Entwicklung von Korrosionsprodukten der metal-lischen Beschichtung sowie Rotrost.

4.3 Kontakt metallischer Beschichtungen mit anderen Materialien

4.3.1 Kontakt mit Metallen

Jeder Kontakt zwischen unterschiedlichen Metallen führt bei Feuchtigkeit zur Bildung eines korrosiven Elements. Dieses Phänomen lässt sich durch Zwischenlegen eines isolierenden Stoffs vermeiden. Schraub- oder Nietverbindungen werden des-halb mit isolierenden Beilegscheiben ausgeführt.

Aus den oben genannten Gründen sind mechanische Verbindun-gen (Bolzen, Muttern, Beilegscheiben, Schrauben usw.) aus rost-freiem Material oder beispielsweise durch Verzinken geschützt.

4.3.2 Kontakt mit Nichtmetallen

Bei Kontakt zu festen oder flüssigen Nichtmetallen (Beton, Gips, Meerwasser, tierischen Ausscheidungen usw.) kann je nach Art der metallischen Beschichtung von einer Verwendung abzuraten sein.Bitte beachten Sie unsere technischen Datenblätter oder fragen Sie unser technisches Team.

Salzsprühnebelbeständigkeit flacher Proben

Auftreten von 5 % Rotrost (Stunden)

Schichtdicke (Mikrometer)

aluminiumbeschichtet ~ 90 h/μm Aluzinc® ~ 100 h/μm Galfan ~ 25 h/μm verzinkt ~ 10 h/μm

4 Langlebigkeit und Korrosionsschutz

Page 23: ANWENDERHANDBUCH Metallisch beschichteter Stahl€¦ · 6 ANWENDERHANDBUCH - Metallisch beschichteter Stahl - Arcelor metallische Beschichtung Stahl metallische Beschichtung 1.1 Metallisch

5Anwendungsempfehlungen

5.1 Allgemeine Empfehlungen 24

5.2 Empfehlungen für Transport und Lagerung 24 5.2.1 Schutzbehandlung 24 5.2.2 Empfehlungen für Transport und Lagerung 24

5.3 Empfehlungen für das Abhaspeln, Spalten, Längsschneiden, Abscheren und Schneiden 24

5.4 Beständigkeit der Schnittflächen 25

Page 24: ANWENDERHANDBUCH Metallisch beschichteter Stahl€¦ · 6 ANWENDERHANDBUCH - Metallisch beschichteter Stahl - Arcelor metallische Beschichtung Stahl metallische Beschichtung 1.1 Metallisch

24

ANWENDERHANDBUCH - Metallisch beschichteter Stahl - Arcelor

5 Anwendungsempfehlungen

5.1 Allgemeine Empfehlungen

Bei einem guten Verarbeitungsverfahren werden sämtliche ur-sprünglichen Eigenschaften des metallisch beschichteten Stahls erhalten. Im Grunde bedeutet dies die Vermeidung exzessiver Umformungen und Beschädigungen der Oberflächen, um so Kor-rosionserscheinungen zu vermeiden.

5.2 Empfehlungen für Transport und Lagerung

5.2.1 Schutzbehandlung

So paradox dies scheinen mag: Der metallisch beschichtete Stahl muss zusätzlich geschützt werden. Bei schlechter Lüftung kann metallisch beschichteter Stahl auf Zinkbasis nämlich einen weißen Belag bilden, den so genannten „Weißrost”. Metallisch be-schichteter Stahl auf Aluminiumbasis bildet unter den gleichen Bedingungen den landläufig als „Schwarzrost” bekannten Rost. Im Zwischenraum zwischen den Windungen eines Coils oder zwischen zwei Blechen können sich bei falschen Lagerbedin-gungen Oxidationsprodukte bilden.

Um das zu vermeiden, empfehlen wir die Verwendung zusätzlicher Schutzbehandlungen, wie Ölen, chemische Passivierung oder gar dünne organische Beschichtungen, welche einen hervorragenden temporären oder permanenten Korrosionsschutz gewährleisten.

Mit der im Werk durchgeführten chemischen Passivierung wird die Gefahr des Oxidierens der metallischen Beschichtung redu-ziert. Je nach Transport- und Lagerbedingungen ist dieser Schutz drei bis sechs Monate wirksam.

5.2.2 Empfehlungen für Transport und Lagerung

Einfache und doch unabdingbare Vorkehrungen sind für den Transport und die Lagerung metallisch beschichteten Stahls zu treffen:

• Die Coils, Bleche und Zuschnitte sind zur Vermeidung von Feuchtigkeitsausbildung in klimatisierten Hallen zu lagern.

• Insbesondere sollte die Lagerung nicht in unmittelbarer Nähe von Gebäudeöffnungen erfolgen, um starke Temperatur-schwankungen zu vermeiden; diese können zu Kondens-wasserbildung führen.

• Es wird empfohlen, die Coils, Bleche und Zuschnitte während des Transports und bei der Lagerung im Freien zu schützen, wenn keine andere Möglichkeit besteht.

• Lagern Sie die Produkte nicht direkt auf dem Boden.

5.3 Empfehlungen für das Abhaspeln, Spalten, Längsschneiden, Abscheren und Schneiden

Für einen optimalen Produktfluss muss das Abhaspeln mit einem über die Anlagegeschwindigkeit gesteuerten Antriebssystem durchgeführt werden. In Extremfällen einiger Anlagen gleicht das Antriebssystem auch das Rucken sowie Aneinanderschlagen und Reiben nebeneinander liegender Bahnen aus.Beim Spalten und anderen Schneideverfahren müssen die Werkzeuge zur Vermeidung der Bildung von Schnittgraten sach-gemäß eingestellt und nachgeschliffen werden.

Das Spalten, Längsschneiden und Abscheren muss bereits im Ent-wicklungsstadium eingeplant werden, um sicherzustellen, dass eventuell vorhandene Schnittgrate sich nicht auf das Erschei-nungsbild des Fertigprodukts auswirken oder ein Sicherheitsrisiko (Schnittverletzungen) bei der Handhabung usw. darstellen. Fol-gende Regeln müssen zur Kontrolle der Position von Schnittgraten eingehalten werden.

Die Spalt- und Besäumköpfe sind vorzugsweise symmetrisch zu montieren.

Bei der symmetrischen Montage werden die Schnittgrate wie im unten stehenden Schaubild dargestellt ausgerichtet.

Vorderseite

Rückseite

Ausrichtung der Schnittgrate

Ausrichtung der Schnittgrate nach dem Spalten

Symmetrische Montage der Spaltköpfe

Asymmetrische Montage der Spaltköpfe

untere Achse

obere Achse

untere Achse

obere Achse

Page 25: ANWENDERHANDBUCH Metallisch beschichteter Stahl€¦ · 6 ANWENDERHANDBUCH - Metallisch beschichteter Stahl - Arcelor metallische Beschichtung Stahl metallische Beschichtung 1.1 Metallisch

25

ANWENDERHANDBUCH - Metallisch beschichteter Stahl - Arcelor

Beim Spalten wird das in folgender Abbildung dargestellte senk-rechte und waagrechte Messerspiel empfohlen.

Dies ist ein wesentlicher Gesichtspunkt, da es aus diesem Grund unerlässlich ist, die Bleche absolut senkrecht zu stapeln.

Die Verwendung von Scheibentrennmaschinen und ähnlichen Techniken ist zu vermeiden, da sie Späne und Schnittgrate erzeu-gen.

Der Einsatz von Laser- oder Plasmaschneidetechniken ist möglich. Diese Techniken bieten den Vorteil, dass sie sehr präzise sind und keine Schnittgrate verursachen.

5.4 Beständigkeit der Schnittflächen

Das Zink übt eine kathodische Schutzwirkung auf den Stahl aus, insbesondere an den Schnittflächen, an denen keine Beschich-tung vorhanden ist.

Die Beständigkeit der Schnittflächen hängt vom Verhältnis des Zinkanteils zur Blechdicke ab. Bei dicken Blechen mit einer dün-nen Zinkbeschichtung ist die Korrosionsbeständigkeit der Schnitt-flächen ungünstiger. Festzuhalten ist in jedem Fall, dass die kritische Dicke des Trägermaterials der Bleche im Hinblick auf die Korrosionsbildung jeweils nur für den Einzelfall, abhängig von der Anwendung, bestimmt werden kann.

Die Beständigkeit der Schnittflächen wird von der Art der Schnei-detechnik beeinflusst.

Bei jedem Schervorgang entsteht eine Schnittfläche, die sich aus folgenden Bereichen zusammensetzt:

• einer glänzenden Zone mit geringer Rauheit (Abscherzone). Bei der Umformung wird auf diesen Teil Zink geschmiert.

• einer matten Zone (Bruchzone), die durch den Abbruch be-einträchtigt ist. Sie ist rau und weist kein Zink auf.

Das Spaltergebnis ist als zufriedenstellend zu betrachten, wenn:

• die Umformungszone begrenzt ist• die Abscherzone ungefähr ein Drittel der Dicke ausmacht• die Bruchzone scharf abgegrenzt ist und einen Winkel unter 5°

aufweist• keine oder nur geringe Schnittgrate vorhanden sind

obere Achse

Messer

Blech

Messer

senkrechter Spielraum (Überschneidung)

waagrechter Spielraum (zwischen Stahl)

untere Achse

Spiel und Überschneidung

Blech

Beim Abscheren sind die Schnittgrate an den Kanten auf beiden Seiten des Blechs in entgegengesetzter Richtung ausgerichtet.

Umformungszone (plastische Ausbauchung)

Abscherzone

Bruchzone

keine oder geringe Bildung von Schnittgratenwaagrechter

Spielraum

Morphologie der Schnittkanten

6-8 %

25-40 %

50-60 %

α = 5°

Nieder- halter

abgehaspeltes Band

unbeweg- liches

Messer

bewegliches Messer

Blech

Ausrichtung der Schnittgrate beim Abscheren

Page 26: ANWENDERHANDBUCH Metallisch beschichteter Stahl€¦ · 6 ANWENDERHANDBUCH - Metallisch beschichteter Stahl - Arcelor metallische Beschichtung Stahl metallische Beschichtung 1.1 Metallisch

26

ANWENDERHANDBUCH - Metallisch beschichteter Stahl - Arcelor

Bei einem optimalen industriellen Zuschnitt besteht die Schnitt-fläche zu einem Drittel aus der Abscherzone und zu zwei Dritteln aus der Bruchzone.

Andere Zuschnittverfahren wirken sich günstig auf die Korrosions-beständigkeit der Schnittflächen aus.Beim Laserschneiden erzielt man ähnliche Ergebnisse der Be-ständigkeiten wie beim Abscheren.

Das Plasmaschneiden verbessert die Langlebigkeit der Schnitt-flächen, weil beim Schneidevorgang ein schützendes Eisenoxid gebildet wird.

Bestimmte Schneidetechniken verschlechtern die Langlebigkeit der Schnittflächen. Trennschneiden beeinträchtigt die Korrosions-beständigkeit der Schnittflächen. Das Zink wird vom Rand der Schnittflächen entfernt, es entstehen Schnittgrate und sehr raue Schnittflächen.Beim Wasserstrahlschneiden wird die Korrosionsbeständigkeit der Schnittflächen verringert, weil die Schnittflächen extrem rau wer-den und nicht mit Zink bedeckt sind.

glänzende, zinkbedeckte Zone

matte, zinkfreie Zone

Schnittfläche

5 Anwendungsempfehlungen

Page 27: ANWENDERHANDBUCH Metallisch beschichteter Stahl€¦ · 6 ANWENDERHANDBUCH - Metallisch beschichteter Stahl - Arcelor metallische Beschichtung Stahl metallische Beschichtung 1.1 Metallisch

6Umformen

6.1 Einleitung 28

6.2 Biegen 28

6.3 Profilieren 30 6.3.1 Beschreibung 30 6.3.2 Beschreibung des Profiliervorgangs 30 6.3.3 Einsatzmöglichkeiten des Profilierens 31 6.3.4 Grundregeln 31

6.4 Tiefziehen 33 6.4.1 Festigkeitswerte der Stähle 33 6.4.2 Unterschiedliche Arten der Umformung 34 6.4.3 Grenzformänderungskurven 34 6.4.4 Reibung und Schmierung 35 6.4.5 Verhalten metallisch beschichteten Stahls 36

Page 28: ANWENDERHANDBUCH Metallisch beschichteter Stahl€¦ · 6 ANWENDERHANDBUCH - Metallisch beschichteter Stahl - Arcelor metallische Beschichtung Stahl metallische Beschichtung 1.1 Metallisch

28

ANWENDERHANDBUCH - Metallisch beschichteter Stahl - Arcelor

6 Umformen

6.1 Einleitung

Bei metallisch beschichtetem Stahl lassen sich drei Gruppen von Umformvorgängen unterscheiden:

• Biegen, Biegewalzen, Hohlprägen, Ausklinken und Falzen, die häufigsten Formgebungsarbeiten bei Feinblech (Feinblechkonstruktionen, Kleinkesselbau, Metallbau)

• Bandprofilwalzen von Breitband und Schmalband• Umformarbeiten mit Pressen, insbesondere Tiefziehen,

die häufig in der Automobilindustrie zum Einsatz kommen

In den meisten Fällen ändern sich die Bearbeitungseigenschaften im Zusammenhang mit den genannten Formgebungsverfahren durch die Veredelung von Rohblech zu beschichtetem Blech kaum. Bei den gängigsten Umformvorgängen unterscheidet sich das Verhalten von beschichtetem Blech nämlich kaum von dem des Rohblechs.

Um die Eigenschaften dieser Produkte jedoch optimal zu nut-zen, sollten die durch die Oberflächenbeschichtung bedingten Besonderheiten berücksichtigt werden.Die Oberflächeneigenschaften sind in der Tat aufgrund der Schmierwirkung der Beschichtungen oft vorteilhaft, insbesondere wenn der einwirkende Druck gering oder mäßig ist. Bei stärkerer Beanspruchung besteht jedoch die Gefahr des Anhaftens an den Werkzeugen oder des Abreißens der Beschichtung.

Die Formbarkeitsgrenze eines beschichteten Blechs kann ab-hängig von der Art des Vorgangs und der plastischen Umformung anhand eines der folgenden Ereignisse bestimmt werden:

• Rissbildung oder Ablösung der Zwischenschicht zwischen Beschichtung und Stahl; dem besonders wenig streckbaren Bereich, durch zu starkes Biegen oder aufgrund einer kritischen Kombination von Dehnungs- und Streckvorgängen

• Übermäßiges Ausdünnen der Beschichtung mit entsprechen-der Beeinträchtigung der Korrosionsbeständigkeit

• Zu hohe Beanspruchung des Trägerstahls wie Bruch, Quer-schnittsverminderung oder Faltenbildung

Der Erfolg der Formgebung eines metallisch beschichteten Blechs hängt somit von der richtigen Wahl folgender Faktoren ab: Konzep-tion des Werkstücks, Qualität des Blechs und Art der Beschichtung sowie Qualität der Werkzeuge.

6.2 Biegen

Innerhalb der klassischen Blechbearbeitung wirken beim Biegen die höchsten Beanspruchungen. Es ist deshalb häufig entschei-dend für die Wahl der Stahlgüte.Während des Biegevorgangs wird das Metall um das Werkzeug herum gekrümmt. Wenn keine Reibung und keine äußeren Span-nungen auftreten würden, müssten Streckung in der Außenkante und Kompression in der Innenkante gleich sein. Doch die Reibung wirkt dem Kompressionsvorgang in der Innenkante entgegen und die Spannung erhöht die Tendenz zur Streckung. Die neutrale Faser bewegt sich zum Werkzeug hin und das Blech wird dünner. Damit geht natürlich eine Schwächung des Werkstoffs einher, und der einwirkende Druck würde rasch zum Bruch führen, wenn der Umformwiderstand des Metalls nicht durch die Kaltverfestigung erhöht würde. Wichtig ist deshalb die Verfestigungskapazität des Stahls, die mit dem Kaltverfestigungskoeffizienten n angegeben wird.

Unterschiedliche Biegetechniken können eingesetzt werden: Dornbiegen, Schwenkbiegen, automatisierte Biegeprozesse oder Bördeln.

Dornbiegen Schwenkbiegen

Automatisiertes Biegen von Paneelen

Page 29: ANWENDERHANDBUCH Metallisch beschichteter Stahl€¦ · 6 ANWENDERHANDBUCH - Metallisch beschichteter Stahl - Arcelor metallische Beschichtung Stahl metallische Beschichtung 1.1 Metallisch

29

ANWENDERHANDBUCH - Metallisch beschichteter Stahl - Arcelor

Die Biegegrenze kann durch den kleinsten Durchmesser ausge-drückt werden (auf der Innenseite der Biegekante), der ohne Abplatzen der Beschichtung und wahrnehmbare Rissbildung möglich ist. Diese Grenze hängt natürlich von der Dicke des Blechs und der Beschichtung ab, ja sogar von der metallurgischen Güte des Stahls.

Zincor®: Die hervorragende Haftung der Beschichtung auf dem Trägermaterial, die geringe Schichtdicke und das Fehlen einer intermetallischen Legierung machen Zincor® zu einem ausgezeich-net umformbaren Produkt. Beim Flachfalzen unterscheidet sich dieses Produkt nicht von Rohblech.

Feuerverzinktes Blech: Generell ist davon auszugehen, dass sich (mit reinem Zink) feuerverzinktes Blech unter einer Stärke von 3 mm und bis zu einer Schichtmasse von 275 g/m2 ebenso gut biegen lässt wie Rohblech.

Die unten abgebildeten Aufnahmen zeigen das unterschiedliche Biegeverhalten von feuerverzinktem Blech mit und ohne Blei. Ganz klar sind die zahlreichen Risse im bleihaltigen Werkstoff zu erkennen. Enthält die Beschichtung kein Blei, stellen selbst sehr starke Biegevorgänge mit sehr hoher Biegebeanspruchung (Flachfalzen) kein Problem dar.

Bei Biegevorgängen in Pressen muss das Blech zum Ausgleich des höheren Schlupfs mit größerem Druck eingespannt werden als Rohblech.

Galfan: Die intermetallische FeAl3-Schicht ist dünner als die Fe2Al5-Schicht von feuerverzinktem Blech. Aufgrund des lamellenartigen eutektischen Gefüges und der dünnen intermetallischen Schicht eignet sich diese Beschichtung sehr gut zur Umformung.

Aluzinc®: Sehr gute Umformbarkeit; bei hoher Biegebeanspru-chung ist die Bildung feiner Haarrisse in der Grenzflächenlegierung möglich, die jedoch im Allgemeinen nicht an die Oberfläche treten. Empfohlen wird ein Biegedurchmesser, der mindestens doppelt so groß wie die Metalldicke ist.

Alusi®: Die Biegekapazität von Alusi®-Beschichtungen entspricht der eines herkömmlichen feuerverzinkten Blechs. Die Grenz-flächenlegierung erlaubt keine extremen Umformungen, da sonst die Gefahr einer Rissbildung in der Beschichtung besteht.

Alupur®: Die Leistungsmerkmale von Alupur® sind hinsichtlich der Umformbarkeit eingeschränkt. Die Biegegrenzen (geringe Biege-beanspruchung) sind durch das Vorhandensein einer dicken, spröden Grenzflächenlegierung (Fe2Al5) bedingt.

Blechdicke < 1,25 mm > 1,25 mm

Biegedurchmesser 6 x Dicke 8 x Dicke

Biegegrenzen von Alupur®

Mit Blei

Ohne Blei

Page 30: ANWENDERHANDBUCH Metallisch beschichteter Stahl€¦ · 6 ANWENDERHANDBUCH - Metallisch beschichteter Stahl - Arcelor metallische Beschichtung Stahl metallische Beschichtung 1.1 Metallisch

30

ANWENDERHANDBUCH - Metallisch beschichteter Stahl - Arcelor

6.3 Profilieren

6.3.1 Beschreibung

Beim Kaltprofilieren handelt es sich um einen kontinuierlichen Umformprozess, bei dem aus flachem Blech oder Band Produkte mit konstantem Querschnitt erstellt werden, so genannte Profil-bleche.

Diese Profilbleche lassen sich in drei große Gruppen unterteilen:

• Breite Profilbleche: Dabei handelt es sich um sehr breite Produkte (circa 600 bis 1500 mm), die mehrere Wellen gleicher oder ähnlicher Form aufweisen. Dazu zählen insbesondere Dach- und Wandelemente.

• Rohre: Dies sind Produkte mit geschlossenem Querschnitt, die profiliert und nahtgeschweißt werden.

• Schmale Profilbleche: Hier handelt es sich um unverschweißte Produkte mit offenem oder geschlossenem Querschnitt, in deren Form sich keine Wellen wiederholen. Diese Produkt-kategorie umfasst unter anderem Tragwerkprofile, Kabeltröge, Leitplanken usw.

6.3.2 Beschreibung des Profiliervorgangs

Profilieren kann als kontinuierliches Biegen betrachtet werden. Während des Vorgangs wird das Blech nach und nach von den einzelnen Walzenpaaren so lange plastisch verformt, bis die ge-wünschten Winkel und die gewünschte Form erreicht sind. Ein Walzenpaar bestehend aus einer oberen und einer unteren Walze wird jeweils Profilierkopf genannt.

Der wichtigste Vorteil des Profilierens gegenüber dem Biegen ist die größere Produktionsgeschwindigkeit.

6 Umformen

Profilieren

Der Profiliervorgang

Die Form, die das metallisch beschichtete Stahlblech an jedem Walzenpaar oder bei jeder Umformstufe einnimmt, wird als Profil-blume dargestellt. Diese Darstellung ist sehr wichtig, denn mit ihr werden die Reihenfolge der Biegevorgänge sowie die Werte der Biegewinkel festgelegt.

Biegen Profilieren

Profilieren und Biegen

Page 31: ANWENDERHANDBUCH Metallisch beschichteter Stahl€¦ · 6 ANWENDERHANDBUCH - Metallisch beschichteter Stahl - Arcelor metallische Beschichtung Stahl metallische Beschichtung 1.1 Metallisch

31

ANWENDERHANDBUCH - Metallisch beschichteter Stahl - Arcelor

Generell wird das Profilieren eines Produkts in einer Maschine vor allem durch folgende Parameter definiert:

• Profilblume• Anzahl der Umformstufen oder Walzenpaare (dieser Wert geht

indirekt aus der Profilblume hervor)• Abstand zwischen den Walzenpaaren der Profiliermaschine• Position der Profilierebene, d. h. vertikale Position des Blechs

in der Maschine• Spiel zwischen den Walzen• Schmierung

6.3.3 Einsatzmöglichkeiten des Profilierens

Profilieren ist ein sehr flexibles Verfahren, was die Produktions-kapazitäten und die herstellbaren Formen angeht, auch wenn der Querschnitt in Längsrichtung konstant bleiben muss. Es bietet jedoch auch bezüglich folgender Parameter eine große Flexibi-lität:

• Dicke: Sie kann von 0,15 mm bis 12 mm betragen.• Breite: Es gibt keinen Mindestwert, da die Coils auch längs-

geteilt werden können. Der Höchstwert hängt von der maxi-mal herstellbaren Breite der Coils ab; diese beträgt in unserem aktuellen Lieferprogramm 2060 mm.

• Länge: Die Länge der Profile wird eigentlich nur dadurch begrenzt, was bei der Handhabung, dem Transport usw. der Produkte noch machbar ist.

• Stahlsorte: Sehr duktile Sorten mit niedriger Streckgrenze (circa 150 MPa) lassen sich ebenso verarbeiten wie sehr harte Stahlsorten mit einer Streckgrenze von 1000 MPa oder mehr. Mit der geeigneten Technik ist es möglich, Qualitätsprofile aus allen existierenden Stahlsorten herzustellen.

• Art des Ausgangsprodukts: Beim Profilieren spielt die Art des Ausgangsprodukts – ob warmgewalzter, kaltgewalzter oder verzinkter Stahl – keine große Coils. Von Materialmix wird jedoch dringend abgeraten. Da ein Verschmutzen der Werkzeuge unvermeidlich ist, muss man darauf achten, dass die Verunreinigungen nicht von einem Produkt aufs andere übertragen werden.

Die wichtigste Einschränkung beim Profilieren liegt darin, dass das Produkt auf der gesamten Länge eine konstante Form aufweisen muss, was nicht heißt, dass nicht auch bogenförmige Produkte durch Profilieren hergestellt werden können.

6.3.4 Grundregeln

Damit hochwertige Stahlprofile die Profiliermaschine verlas-sen, sind einige Grundregeln zu beachten. Sie hängen mit ver-schiedenen, beim Profiliervorgang auftretenden Phänomenen zusammen.

Umformung in Querrichtung

Um aus einem flachen Blech ein Profil herzustellen, muss es ge-bogen werden. Dadurch wird das Blech an bestimmten Stellen in Querrichtung plastisch verformt. Die Größe dieser plastischen Umformungen ε hängt prinzipiell von der Form des gewünschten Produkts ab. Sie lässt sich daher mit folgender Formel annähernd bestimmen:

ε = e

2R

Regel Nr. 1Zur Vermeidung von Rissbildungen in der Beschichtung und Korrosion des Profils bei der künftigen Verwendung ist die Form des Profils so zu wählen, dass das Verhältnis e/R so klein wie möglich ist, d. h. der Radius soll im Verhältnis zur Material-dicke möglichst groß sein.

Umformung in Längsrichtung

Die größte Schwierigkeit beim Profilieren ist die Beherrschung der verwundenen Bereiche des Blechs in der Profiliermaschine. Diese sind prozessinhärent. Es geht nicht darum, sie zu eliminie-ren – das ist völlig unmöglich – sondern sie zu begrenzen oder in bestimmten Fällen richtig zu verteilen. Die durch das Verwinden des Blechs in der Profiliermaschine entstandene Umformung in Längsrichtung muss im Elastizitätsbereich des Materials bleiben, andernfalls wird das Material plastisch verformt. Das Blech längt sich irreversibel in Längsrichtung und verwindet sich am Ausgang der Profiliermaschine.

Profilblume

Umformung in Querrichtung

wobei: e = Materialdicke R = Biegeradius

ε

R ε

e

Page 32: ANWENDERHANDBUCH Metallisch beschichteter Stahl€¦ · 6 ANWENDERHANDBUCH - Metallisch beschichteter Stahl - Arcelor metallische Beschichtung Stahl metallische Beschichtung 1.1 Metallisch

32

ANWENDERHANDBUCH - Metallisch beschichteter Stahl - Arcelor

6 Umformen

Deshalb muss ständig überprüft werden, ob:

ε in Längsrichtung ≤ Rp0,2

E

wobei: Rp0,2 = Streckgrenze des Materials E = Elastizitätsmodul des Materials

Aus diesem Grund sollten zum Profilieren Stahlgüten mit einer ho-hen Streckgrenze verwendet werden: Je höher die Streckgrenze des Materials, desto größer der Bereich, in dem Umformungen in Längsrichtung elastisch bleiben.

Das Erkennen dieser Umformungen in Längsrichtung ist daher äußerst wichtig. Sie lassen sich leider nicht so leicht vorhersagen, da man genau wissen muss, welche Form das Blech während des Vorgangs einnimmt.

Sie lassen sich jedoch mit spezieller Software an fertigen Elemen-ten simulieren. Für die Erstellung von Prototypen und Simulatio-nen verfügt Arcelor über Simulationsprogramme, mit denen die Profilblume festgelegt werden kann, die für die Möglichkeiten der Profilieranlage am besten geeignet ist.

Regel Nr. 2Streckgrenze des Materials bei Umformung in Längsrichtung nicht überschreiten. Gegebenenfalls Profilblume oder Profil-entwurf ändern. Falls nötig, Material mit höherer Streckgrenze wählen.

Regel Nr. 3Um die Umformung in Längsrichtung auf einen möglichst großen Bereich zu verteilen, den größten zulässigen Walzen-durchmesser und einen ausreichend großen Abstand zwischen zwei Walzenpaaren wählen (bei schmalen Profilen mehr als das 1,5-Fache der Umformlänge).

Geschwindigkeit von Blech und Werkzeugen

Zunächst sollte man nie vergessen, dass sich das Blech nur durch die Reibung mit den Profilierwerkzeugen bewegt. Wenn keine Reibung mehr vorhanden wäre, würde das Profilieren nicht mehr funktionieren.

Die erste Schwierigkeit besteht darin, dafür zu sorgen, dass sich das Blech in der Profiliermaschine mit konstanter oder leicht zu-nehmender Geschwindigkeit bewegt. So werden die Bildung von Blasen oder umgekehrt zu starke Zugkräfte vermieden.

Die zweite Schwierigkeit besteht darin, dass die Reibung zwischen Blech und Werkzeugen so stark sein muss, dass kein Schlupf auftritt. Wenn ein Werkzeug an einer Stelle in der Profiliermaschine über das Blech rutscht, ist die Gefahr von Oberflächenfehlern groß.

Regel Nr. 4Stahlblech bei konstanter oder leicht zunehmender Geschwin-digkeit laufen lassen. Für alle Antriebswalzen denselben Durch-messer verwenden und die anderen Walzen auf Wälzlagern montieren.

Regel Nr. 5Geschwindigkeitsabweichungen an jedem Werkzeugkopf durch die Verwendung von Wälzlagern oder geeignete Schmierung ausgleichen. Arcelor bietet Easyfilm® an, eine dünne organische Beschichtung auf metallisch beschichtetem Trägermaterial, der sich dank der homogenen Schmierwirkung nachweislich vorteilhaft auf den Profiliervorgang auswirkt.

Rückfederung

Die Rückfederung hängt sehr stark von den geometrischen Kenn-daten des Profils – insbesondere von der Größe seiner Radien – und von der Art des Materials und dessen Streckgrenze ab.

Regel Nr. 6Zur Verringerung der Rückfederung Profile mit kleinen Radien, großer Dicke und einer Stahlgüte mit geringer Streckgrenze planen. Um einen Widerspruch zu Regel Nr. 1 zu vermeiden, kann zum Ausgleich der Rückfederung der Nennwert des Winkels, den der Umschlag später haben soll, manchmal über-schritten werden (Verwendung eines „Überformungskopfs“).

Einfluss des Walzendurchmessers

Umformlänge

vor dem Walzenpaar

nach dem Walzenpaar

unter dem Walzenpaar

êin längsrichtung ≤ Rp0,2

E

Page 33: ANWENDERHANDBUCH Metallisch beschichteter Stahl€¦ · 6 ANWENDERHANDBUCH - Metallisch beschichteter Stahl - Arcelor metallische Beschichtung Stahl metallische Beschichtung 1.1 Metallisch

33

ANWENDERHANDBUCH - Metallisch beschichteter Stahl - Arcelor

Widersprüche beim Profilieren

Zum Erzielen korrekt profilierter Produkte sind die oben genann-ten Regeln zu beachten.

Da diese bisweilen widersprüchlich sind, hat es der Planer nicht immer leicht. Die verschiedenen Unvereinbarkeiten sind in der unten stehenden Tabelle aufgelistet:

Korro

sions

- be

ständ

igke

it

Behe

rrsch

ung d

er

Rück

fede

rung

Behe

rrsch

ung d

er

Umfo

rmun

g in

Läng

srich

tung

Behe

rrsch

ung d

er

Gesc

hwin

digk

eit

Erhöhung des Biegeradius ▲ ▼ = =

Erhöhung der Dicke ▲ ▼ = =

Erhöhung der Streckgrenze = ▲ ▼ =

▲ verbessert ▼ verringert = kein Einfluss

Aus dieser Tabelle wird deutlich, welche beiden Hauptkonflikte bei der Beherrschung des Profiliervorgangs auftreten.

Der erste Konflikt hängt mit der Wahl der Streckgrenze zusam-men. In Längsrichtung ist für das Profilieren ein Metall mit einer hohen Streckgrenze erforderlich, damit in Längsrichtung keine plastischen Umformungen auftreten. In Querrichtung ist hinge-gen eine geringe Streckgrenze wünschenswert, damit die Rück-federung gering ist. In der Praxis ist es besser, der Längsrichtung den Vorrang zu geben, d. h. eine eher „harte” Stahlgüte zu wählen und das Problem der Rückfederung durch die Verwendung eines Überformungskopfs zu lösen.

Der zweite Konflikt bezieht sich auf die Biegeradien und die Blech-dicke. Für eine gute Korrosionsbeständigkeit des Profils bei der späteren Verwendung sind große Radien und geringe Dicken güns-tiger. Für die Rückfederung gilt genau das Gegenteil. Es kommt also ganz auf den künftigen Verwendungszweck des Produkts und die gewählten Beschichtungen an. Innerhalb der Grenzen der Korrosionsbeständigkeit sollte die geometrische Form mit den kleinstmöglichen Radien und der größtmöglichen Blechdicke ge-wählt werden. Dabei sollte man jedoch nicht vergessen, dass die Dicke des Trägerstahls auch für die mechanische Festigkeit des Profils von Bedeutung ist.

6.4 Tiefziehen

Tiefziehen ist das Formgebungsverfahren, bei dem die Umform-barkeit des Blechs am besten ausgeschöpft werden kann. Dafür wurden spezielle Stahlgüten, so genannter Tiefziehstahl, ent-wickelt.Der Erfolg eines Tiefziehvorgangs hängt von der sorgfältigen Opti-mierung der Herstellungsparameter und einer gründlichen Pla-nung ab.Der wichtigste dieser vielen Parameter, auf die Einfluss genommen werden kann, ist natürlich das Material. Bei der Wahl eines Stahls für die Herstellung einer bestimmten Form ist zunächst darauf zu achten, dass das Endprodukt alle Eigenschaften aufweist, die nötig sind, um den im Lastenheft vorgesehenen Beanspruchungen standhalten zu können. Im Hinblick auf die Formgebung bedeutet dies dann, dass die Umformbarkeit des Metalls (Rheologie) und seine Oberflächeneigenschaften, die für den Kontakt zwischen Blech und Werkzeug von Bedeutung sind (Tribologie), auf die her-zustellende Form, das erwartete Aussehen des Endprodukts und die eingeplanten Kosten abgestimmt werden.

6.4.1 Festigkeitswerte der Stähle

Bei der Umformung von Stahlblechen ist zu berücksichtigen, dass diese je nach Art der Krafteinwirkung oder Umformung ganz un-terschiedlich reagieren.Meist werden die Festigkeitswerte verwendet, die bei einem uniaxialen Zugversuch ermittelt wurden. Dieser Versuch hat den Vorteil, dass er leicht durchzuführen ist und auf einen Schlag vie-le Daten liefert. Daraus lassen sich folgende mechanische Eigen-schaften ableiten:

• die Streckgrenze Re, d. h. der Wert der Spannung, ab dem die Umformung plastisch und damit unumkehrbar wird

• die Zugfestigkeit oder Bruchlast Rm

• die Bruchdehnung A%• der Anisotropiekoeffizient r, d. h. das Verhältnis zwischen der

Umformung in der Breite und der Umformung in der Dicke bei einer bestimmten Dehnung (im Allgemeinen 20 %); dieser Wert ermöglicht eine Einschätzung, inwieweit sich das Blech durch Streckzug umformen lässt, und variiert, je nachdem in welcher Richtung die Probe aus dem Blech entnommen wurde

• der Kaltverfestigungskoeffizient n; er gibt an, inwieweit sich der Stahl bei der plastischen Umformung verfestigen kann

Diese Kenndaten beschreiben das Verhalten des Stahls nur un-zureichend und nur unter einer isolierten, einfachen Beanspru-chung: bei uniaxialem Zug.

Page 34: ANWENDERHANDBUCH Metallisch beschichteter Stahl€¦ · 6 ANWENDERHANDBUCH - Metallisch beschichteter Stahl - Arcelor metallische Beschichtung Stahl metallische Beschichtung 1.1 Metallisch

34

ANWENDERHANDBUCH - Metallisch beschichteter Stahl - Arcelor

6.4.2 Unterschiedliche Arten der Umformung

Beim Umformen unterscheidet man zwei große Gruppen: das Dehnen und den Streckzug.

• Dehnvorgänge zeichnen sich durch eine Vergrößerung der Blechoberfläche und damit (bei konstantem Volumen) durch eine Verringerung der Dicke aus, die im Extremfall zum Bruch führt. Diese Art der Umformung ist am “Stempelkopf” zu beobachten (siehe Abbildung).

• Dem Streckzug liegt eine Druckspannung im Blech zugrunde, die zu einer Vergrößerung der Metalldicke oder zur Faltenbil-dung führen kann.

Diese beiden Arten der Umformung bestehen beim Tiefziehen nebeneinander. Es gilt daher, den besten Mittelweg zwischen Streckzug (Faltenbildung) und Dehnen (Bruch oder Querschnitts-verminderung) zu finden.

6.4.3 Grenzformänderungskurven

Zur Veranschaulichung dieser veränderlichen mechanischen Eigenschaften wurden zwei Arten der Darstellung entwickelt:

• Für die Spannungen lassen sich ausgehend von einer reinen Zugbeanspruchung mit Hilfe der Fließhypothesen von Tresca, Von Misès, Hill usw. die Verhaltensgesetze des Metalls für alle Umformungsarten berechnen.

• Für die Umformungseigenschaften wurde ein unverzichtbares Hilfsmittel entwickelt: die Grenzformänderungskurve oder FLC (Forming Limit Curve).

Für ein Blech einer bestimmten Güte und Dicke ergibt eine FLC auf dem ganzen Blech repräsentative Umformungspunkte sowie ei-nen Sicherheitsbereich bei der Herstellung von Tiefziehteilen. Die-se Kurve kann anhand verschiedener Annahmekriterien erstellt werden: Querschnittsverminderung oder Bruch des Stahls, Falten-bildung, übermäßiges Ausdünnen der metallischen Beschichtung, Rissbildung oder Ablösung der Beschichtung usw.

Mit Hilfe dieser Kurve kann der Tiefzieher:

• den Sicherheitsbereich des tiefgezogenen Teils festlegen• die kritischen Punkte feststellen, an denen das Material stark

beansprucht wird• ausschlaggebende Faktoren wie Stahlgüte, Bauteilplanung,

Schmierung, Werkzeuggeometrie (Ziehringe, Radien usw.) analysieren

Die folgende Abbildung zeigt ein Beispiel einer Grenzformände-rungskurve für beschichteten Stahl. Neben der Brucheinschnü-rung des Trägerstahls wurden auch Beschädigungskriterien der Beschichtung berücksichtigt.Die obere Hüllkurve zeigt die Brucheinschnürung des Grund-stahls.

Dehnung

Zug

Streckzug

Unterschiedliche Arten der Umformung an einem tiefgezogenen Teil

FLC für bleifrei verzinkten Stahl Z225 (Stahlgüte S320GD+Z, Dicke 0,7 mm)

maximale Umformung e1 (%)

minimale Umformung e2 (%)

Beschädigungsgrenze der Beschichtung

Brucheinschnürung des Stahls

Typ A (geringe Rissbildung)

Typ B

erfolgreich

Abplatzen

Typ B

Typ A

Abplatzen

Rissbreite an der Oberfläche (µm)

50

40

30

20

10

0-20 -10 0 10 20 30

6 Umformen

e1=e2

e1=e2

1020

30

5

Page 35: ANWENDERHANDBUCH Metallisch beschichteter Stahl€¦ · 6 ANWENDERHANDBUCH - Metallisch beschichteter Stahl - Arcelor metallische Beschichtung Stahl metallische Beschichtung 1.1 Metallisch

35

ANWENDERHANDBUCH - Metallisch beschichteter Stahl - Arcelor

Die untere Kurve zeigt den Grenzbereich der inneren Umformung, in dem die Beschichtung nicht beschädigt wird. Zwischen diesen beiden Hüllkurven wird die Beschichtung beschädigt (geringe bis starke Rissbildung oder Abplatzen).

6.4.4 Reibung und Schmierung

Reibung

Die Berührung von Metall und Werkzeug spielt beim Formen von gewalzten Flachstahlerzeugnissen häufig eine wichtige Rolle, da sie die Ursache des als Reibung bekannten Energieverlusts ist. Diese Reibung ist nicht nur ausschlaggebend für das spätere Aussehen der Oberfläche, sondern auch für den Durchlauf des Materials durch die Anlage. Damit hat sie oft entscheidenden Ein-fluss auf die Bauteilgeometrie oder gar die Festigkeitswerte des Produkts. Der Reibungskoeffizient µ ist das Verhältnis zwischen der Kraft, die aufgewendet werden muss, um einen Gegenstand in einer Ebene in Bewegung zu versetzen, und dem Gewicht dieses Gegenstands. Beim Tiefziehen stammt die Kraft vom Stempel und das „Gewicht” vom Niederhalter, der das Blech nach unten drückt. Der Reibungs-koeffizient wird von der Art der beiden aufeinandertreffenden Oberflächen (Materialart, Rauheit usw.), der Temperatur und gegebenenfalls dem Vorhandensein einer weiteren Materie wie Öl oder abgelösten Beschichtungspartikeln bestimmt.

Schmierung

Die Schmierung spielt beim Tiefziehen eine wesentliche Rolle, und eine gute Schmierung ist häufig der Schlüssel zum Erfolg.

Drei verschiedene Schmiertechniken sind zu unterscheiden:

• Vollschmierung (hydrodynamische Schmierung): Es besteht kein Kontakt zwischen dem Blech und dem Werkzeug. Das Blech ruht auf einem durchgehenden, relativ dicken Ölfilm und der Reibungskoeffizient ist sehr gering.

• Teilschmierung: Der Ölfilm ist sehr dünn. Deshalb berühren sich Blech und Werkzeug an den Rauheitsspitzen. Der Reibungskoeffizient ist daher sehr hoch.

• Mischreibungsschmierung: Diese Technik liegt zwischen den beiden vorgenannten Möglichkeiten. An manchen Stellen berühren sich Blech und Werkzeug, an anderen Stellen schwimmt das Blech auf einem Ölfilm. Der Reibungs-koeffizient ist daher variabel und liegt zwischen den beiden Extremwerten.

Niederhalten des Blechs

Stempel Niederhalter

Ziehwulst Matrize

Beim Tiefziehen kommt üblicherweise die Mischreibungsschmie-rung zum Einsatz, stellenweise auch die Teilschmierung.Die Radien und Ziehringe müssen poliert sein, und zwar aus zwei Gründen:

• Es wirken sehr hohe Kontaktdruckkräfte. Somit besteht die Gefahr, dass die Oberflächen beschädigt werden (Verkratzen oder Abreißen der Beschichtung, Verschleiß oder Beschädi-gung der Werkzeuge).

• Für die Mischreibungsschmierung muss das Öl in den Rauheitstälern der Beschichtung unter Druck gesetzt werden. Deshalb dürfen die Werkzeuge keine Kratzer aufweisen.

Die Mischreibungsschmierung ist ein sehr instabiles Verfahren und damit sehr anfällig für Veränderungen an den Einstellungen oder dem Zustand der Werkzeuge. Deshalb ist eine präventive Wartung der Werkzeuge und eine ständige Kontrolle der Herstel-lungsparameter notwendig.

Blech

WerkzeugLaufrichtung des Werkstücks

Teilschmierung

Schmiermittel

Vollschmierung

Mischreibungs- schmierung

Schmierung

Angesichts der geometrischen Anforderungen an das Endprodukt besteht für Veränderungen am Werkzeug nur wenig Spielraum. Hervorzuheben ist jedoch, dass der Zustand der Werkzeugober-fläche von enormer Bedeutung ist. Daher sind sehr geringe Rau-heitswerte (für Ra) in einer Größenordnung von 0,2 bis 0,3 µm bei den Werkzeugen anzustreben.

Page 36: ANWENDERHANDBUCH Metallisch beschichteter Stahl€¦ · 6 ANWENDERHANDBUCH - Metallisch beschichteter Stahl - Arcelor metallische Beschichtung Stahl metallische Beschichtung 1.1 Metallisch

36

ANWENDERHANDBUCH - Metallisch beschichteter Stahl - Arcelor

Das Angebot an beschichteten Produkten wächst ständig. Damit ergeben sich große Unterschiede beim tribologischen Verhalten, denn die Art der Beschichtung hat großen Einfluss auf die Tribolo-gie des Produkts und damit seine Formbarkeit.In zahlreichen Arbeiten wurde nachgewiesen, dass die Rauheit beschichteter Stahlbleche gegenüber der Schmierung zweitran-gig ist.

Aufschweißung

Wenn sich Beschichtungspartikel, die vom Blech abgerissen wur-den, an den Tiefziehwerkzeugen ablagern, kann es passieren, dass sich die Werkzeuge aufschweißen. Dieses Phänomen ist die Folge einer Anomalie (harte Stelle, Kratzer, aggressive Werkzeugform, Faltenbildung immer an derselben Stelle, Guss- oder Nachbe-arbeitungsfehler am Werkzeug). All diese Anomalien lassen lokal sehr starke Druckkräfte entstehen und führen daher zu einer Teil-schmierung. Daraufhin nutzt sich die Werkzeugoberfläche rasch ab, der Reibungskoeffizient steigt und schließlich bricht das Werk-stück.Um eine Aufschweißung zu vermeiden, gibt es mehrere Mög-lichkeiten:

• Sorgfältige Wartung der Werkzeuge: Polieren der Radien, regelmäßige Reinigung.

• Verwendung sehr harter Werkzeugbeschichtungen: Chrom, Titannitrid, Titancarbonitrid.

• Verwendung von Blechen mit entsprechender Rauheit: In tiefen Rauheitstälern können Splitter und Partikel der Beschichtung haften bleiben.

Ölen

Auch die Schmierstoffe entwickeln sich ständig weiter. Ziel ist es, dass zwischen Blech und Werkzeug ständig ein Ölfilm liegt. Dies erfordert leistungsstarke Schmiermittel und ein homogenes, kon-stantes Ölen der Zuschnitte. Am besten ist es, die Zuschnitte „mit Öl abzuspülen“ und gleich im Anschluss tiefzuziehen.In der Planungsphase ist die Kenntnis der Eigenschaften des Schmierstoffs (Öltyp, Gewicht und Verteilung) ebenso wichtig wie die der Blecheigenschaften.

Entnetzung

Eine Entnetzung ist eine Entölung, die spontan auf den einge-ölten beschichten Coils oder Blechen stattfindet. Sie erfolgt im Allgemeinen stellenweise, was unweigerlich zu heterogenen tribologischen Eigenschaften und damit zu Problemen wie Auf-schweißung oder Bruch führt. Dieses Phänomen tritt vor allem bei beschichtetem Stahl auf und ist von Dauer und Art der Lagerung, Art des Öls und Blecheigenschaften (Ebenheit, Rauheit usw.) ab-hängig. Eine Möglichkeit zur Vermeidung der Entnetzung ist die Verwendung von Trockenschmierfilmen.

6.4.5 Verhalten metallisch beschichteten Stahls

Beschichtungen auf Zinkbasis (Z, EZ, ZA) sind weiche Beschich-tungen, die große Umformungen vertragen (Vickershärte 50-70 HV im Vergleich zu 100 HV bei Rohblech).

Die Wahl der Materialien, aus denen die Werkzeuge bestehen, sowie ihre Oberflächenbehandlung (chromlegierte oder hartver-chromte Stähle) wirken sich auf Investitionskosten, Wartungs-kosten und Produktionsgeschwindigkeit aus.

Dank seines großen Erfahrungsschatzes kann Arcelor seinen Kunden bei der Wahl der optimalen Lösung, die den besten Kom-promiss bietet, beratend zur Seite stehen. Die Planung der Bauteile und die Palette der Tiefziehwerkzeuge haben beträchtlichen Einfluss auf ihr Verhalten im Produktions-betrieb. Arcelor verfügt über Simulationssoftware, mit der die optimale Zusammenstellung der Formwerkzeuge bestimmt werden kann. Weitere Informationen erteilen wir Ihnen gerne auf Anfrage.

Rauheitsspitze Rauheitstal

Blech

Anhaftende Splitter

Werkzeug

MikroverschweißungSplitter

Werkzeugfehler reißt Splitter

aus dem Blech

Schmiermittel transportiert die

Splitter ins Rauheitstal

Splitter

Aufschweißung

6 Umformen

Page 37: ANWENDERHANDBUCH Metallisch beschichteter Stahl€¦ · 6 ANWENDERHANDBUCH - Metallisch beschichteter Stahl - Arcelor metallische Beschichtung Stahl metallische Beschichtung 1.1 Metallisch

7Fügetechniken

7.1 Kleben 38

7.2 Clinchverbindungen 39

7.3 Vernietung 39

7.4 Falzen 40

7.5 Verbindung mit Schrauben, Klammern, Bolzen usw. 41

7.6 Schweißen 41

Page 38: ANWENDERHANDBUCH Metallisch beschichteter Stahl€¦ · 6 ANWENDERHANDBUCH - Metallisch beschichteter Stahl - Arcelor metallische Beschichtung Stahl metallische Beschichtung 1.1 Metallisch

38

ANWENDERHANDBUCH - Metallisch beschichteter Stahl - Arcelor

7 Fügetechniken

7.1 Kleben

Durch eine Klebeverbindung werden zwei Flächen mit Hilfe eines Klebstoffs fest miteinander verbunden.Diese Fügetechnik eignet sich für jeden Werkstoff und ermöglicht unter anderem die Verbindung verschiedenartiger oder unter-schiedlich dicker Materialien.

Um eine gute Haftung und Kohäsion der Bleche zu erzielen, muss vor Gebrauch geprüft werden, ob der Klebstoff mit den verwen-deten metallischen Beschichtungen kompatibel ist. Dieser Punkt ist äußerst wichtig, da jede Kombination aus metallischer Be-schichtung, Oberflächenbehandlung und Klebstoff besondere Eigenschaften aufweist. Beim Kleben entsteht eine komplexe Sandwichverbindung, deren Beständigkeit nicht nur von der Aus-wahl des geeigneten Klebstoffs, sondern auch von der Haftkraft der einzelnen Schichten abhängt.Im Allgemeinen werden beim Kleben von elektrolytisch verzink-ten und feuerverzinkten Beschichtungen mit Epoxidklebstoffen bessere Ergebnisse erzielt als mit Acryl- oder Polyurethanklebstof-fen. Sie weisen ein besseres Alterungsverhalten auf und scheinen sich nach einer Woche zu stabilisieren.Es bleibt jedoch anzumerken, dass bei Beschichtungen mit einem höheren Aluminiumgehalt wie z. B. Galfan mit Acryl- und Poly-urethanklebstoffen eine ausgezeichnete Haftung erzielt wird, was bei Epoxidklebstoffen nicht der Fall ist.Eine Untersuchung verschiedener Klebeverbindungen ergab, dass die Haftung auf elektrolytisch verzinktem Trägermaterial besser war als auf feuerverzinktem Trägermaterial. Kalt nachgewalzter feuerverzinkter Stahl liegt in seiner Reaktionsfreudigkeit zwischen elektrolytisch verzinktem Stahl und nicht kalt nachgewalztem feuerverzinktem Stahl.Jede Klebeverbindung ist ein Fall für sich. Auf Anfrage erteilen Ih-nen die Fachleute von Arcelor gerne weitere Auskünfte.

Eine rasche, effiziente Polymerisierung des Klebstoffs kann entwe-der chemisch (mit Hilfe von Katalysatoren oder Aktivatoren) oder thermisch (mit Hilfe von Trockenöfen, Heizpressen, Induktions-öfen, Infrarotstrahlern usw.) erreicht werden.Die problemlose Handhabung der Werkstücke vor Eintritt der voll-ständigen Polymerisierung kann durch zusätzliche Clinchverbin-dungen oder sonstige Verbindungen gewährleistet werden.

Zu einem Bruch der Verbindung kann es im Bereich der Klebe-fugen, der metallischen Beschichtung oder an den Grenzflächen (zwischen Metall, mechanischer Beschichtung und Klebstoff) kommen. Zudem ist die Beständigkeit der Klebeverbindung von den Umgebungsbedingungen abhängig, denen das fertige Teil später ausgesetzt ist.

Klebefugen werden normalerweise überlappend angelegt.

Abscher- und Druckbeanspruchungen sind zulässig, Schäl- oder Reißbeanspruchungen sind hingegen zu vermeiden.

überl

appe

nde V

erbind

ung

deck

ende

Verb

indun

g

Geeignete Verbindungsarten

Die Klebetechnik bietet zahlreiche Vorteile: Auf Grund der durch-gehenden Verbindung gewährleistet sie eine gleichmäßige Kräfte-verteilung. Im Gegensatz zu mechanischen Fügetechniken wie Vernietung oder Schrauben genügen Klebeverbindungen hohen ästhetischen Ansprüchen, schützen die metallischen Werkstoffe vor Korrosion und verursachen keine mechanische oder thermi-sche Beschädigung des Trägermaterials. Sie garantieren zudem eine gleichmäßige Spannungsverteilung und können möglicher-weise zur Schwingungsdämpfung beitragen.

Allerdings gelten für die Anwendung der Klebetechnik drei Ein-schränkungen: Die Teile müssen während der Verbindung an Ort und Stelle gehalten werden; geklebte Verbindungen lassen sich später nicht mehr lösen; die Alterung der Klebstoffe und ihre Feuer- und höhe Hitzebeständigkeit.

Druck Abscheren Zugbeanspruchung

Reißen Schälen

Verschiedene Arten der Beanspruchung

Page 39: ANWENDERHANDBUCH Metallisch beschichteter Stahl€¦ · 6 ANWENDERHANDBUCH - Metallisch beschichteter Stahl - Arcelor metallische Beschichtung Stahl metallische Beschichtung 1.1 Metallisch

39

ANWENDERHANDBUCH - Metallisch beschichteter Stahl - Arcelor

7.2 Clinchverbindungen

Das Clinchen (Durchsetzfügen) ist eine diskontinuierliche Füge-technik, bei der die Verbindungspunkte durch das gleichzeitige Stanzen von zwei oder mehr Blechen mit Hilfe eines Stempels und einer Matrize hergestellt werden.

In welchem Maß sich ein Blech zur Herstellung einer Clinch-verbindung eignet, hängt unmittelbar von der verwendeten Stahlgüte ab. Um ein einwandfreies Aussehen der Clinchpunkte zu gewährleisten, kann eine lokale Schmierung mit einem leicht-flüchtigen Öl erforderlich sein. Damit wird die Reibung zwischen Stempel, Matrize und Blech begrenzt.

Die metallische Beschichtung an sich spielt beim Clinchen eine un-tergeordnete Rolle. Sie hat wenig Einfluss auf die Kraftparameter und die Wahl der Werkzeuge. Allerdings wurde gelegentlich fest-gestellt, dass die Festigkeitswerte der Verbindung bei beschichte-tem Stahl geringfügig unter denen bei vergleichbarem Stahl ohne metallische Beschichtung liegen können. Dies lässt sich zweifellos darauf zurückführen, dass die Beschichtung, die geschmeidiger ist als der Trägerstahl, wie ein Schmiermittel wirkt.

7.3 Vernietung

Bei der Vernietung gibt es verschiedene Techniken:

• Herkömmliche Vernietung: Die Bleche werden mit einer Boh-rung versehen, und der Niet wird eingeführt und verformt.

Diese Technik ermöglicht die Verbindung sehr unterschiedlicher Materialen, auch solcher, die für das Schweißen nicht geeignet sind (organische Beschichtungen). Es ist weder ein Vorbohren des Werkstücks noch zusätzliches Material notwendig. Bei diesem Ver-fahren tritt keine Erwärmung auf, daher gibt es auch keine wärme-beeinflusste Zone.Die Korrosionsbeständigkeit der Beschichtungen bleibt beim Clinch-en weitgehend erhalten, wenn geeignete Vorkehrungen getroffen werden. Es wurde festgestellt, dass die Beschichtung nach dem Clinchen noch auf der gesamten Fläche des Clinchpunkts vorhan-den war, wenn auch manchmal mit einer geringeren Dicke.Das Clinchen ist ein geräuscharmes, sauberes Verfahren (keine Rauchgase und Schlacken) mit niedrigem Energieverbrauch, das sich problemlos automatisieren und in eine Umformanlage oder sonstiges integrieren lässt.

Optisch entstehen beim Clinchen ein Hohlraum und eine Ausbau-chung, was in bestimmten Anwendungen ein Ausschlusskriterium sein kann.Die statische mechanische Festigkeit ist geringer als die eines Schweißpunkts (30 bis 70 % der Festigkeit eines Schweißpunkts). Deshalb müssen die Verbindungspunkte dichter beieinander lie-gen. Bei der Herstellung der Clinchverbindung ist eine senkrechte Ausrichtung des Werkzeugs zum Blech und eine präzise Positio-nierung der Matrize zum Stempel erforderlich.Folgende Einschränkungen sind bei dieser Fügetechnik zu beachten:

• Das dünnere Blech darf nicht weniger als halb so dick sein wie das dickere Blech.

• Die Gesamtdicke nach der Verbindung beträgt maximal 6 mm.

• Dieser Höchstwert der Gesamtdicke nimmt mit steigender mechanischen Eigenschaften des Stahls ab.

Clinchpunkt

• Blindvernietung: Lediglich eine Seite der Verbindung muss zugänglich sein, da sich im Hohlkörper des Niets ein Dorn befindet, der dessen Umformung gewährleistet. Es gibt Niete mit Sollbruchkopf oder Sollbruchdorn, mit Gewindedorn, Sprengniete usw.

Niet

• Selbstlochende Niete: Es ist nur ein Arbeitsgang erforderlich, da der Niet die Bohrung selbst erzeugt.

Page 40: ANWENDERHANDBUCH Metallisch beschichteter Stahl€¦ · 6 ANWENDERHANDBUCH - Metallisch beschichteter Stahl - Arcelor metallische Beschichtung Stahl metallische Beschichtung 1.1 Metallisch

40

ANWENDERHANDBUCH - Metallisch beschichteter Stahl - Arcelor

7 Fügetechniken

Vernieten ermöglicht die Verbindung sehr unterschiedlicher Ma-terialen, auch solcher, die für das Schweißen nicht geeignet sind (organische Beschichtungen).Bei dieser Fügetechnik sind kaum besondere Vorkehrungen für kaltgewalzte, feuerverzinkte oder elektrolytisch verzinkte Bleche notwendig. Nur wenn das Metall der Niete nicht mit dem der zu verbindenden Teile identisch ist, kann es zur galvanischen Korro-sion kommen. Davon abgesehen ist die Art der Beschichtung für diese Fügetechnik kaum relevant.

Folgende Einschränkungen sind zu beachten:

• Bei selbstlochenden Nieten beträgt die Gesamtdicke der Verbindung maximal 6 mm.

• Dieser Höchstwert nimmt mit steigenden mechanischen Eigenschaften des Stahls ab.

• Für andere Arten von Vernietung gelten diese Einschrän-kungen nicht.

• Vernietung eignet sich nicht für dünne Bleche.

Die Vorteile selbstlochender Nietverbindungen sind mit denen der Clinchverbindungen identisch. Sie weisen jedoch eine höhere mechanische Festigkeit auf, insbesondere bei statischer Belas-tung.

Bei Vernietung bleibt die Korrosionsbeständigkeit der Beschich-tungen erhalten, da die gesamte Außenfläche des genieteten Blechs nach wie vor durch die Beschichtung geschützt wird. Die vom Niet bei der Vernietung erzeugte Aussparung wird durch den Niet verdeckt, der die Dichtheit der Verbindung auf jeden Fall sicherstellen muss.Die Verbindungen sind jedoch unlösbar und sehen nicht besonders schön aus.

Diese Fügetechnik ist geräuscharm und zeichnet sich durch einen geringen Energieverbrauch aus.Die Verfahren eignen sich zur Automatisierung, was sie gegenüber anderen mechanischen Fügetechniken wettbewerbsfähig macht. Nachteilig im Vergleich zu anderen Fügetechniken sind jedoch die höheren Kosten aufgrund der Materialkosten für die Niete.

7.4 Falzen

Unter dem Oberbegriff Falzen werden alle mechanischen Füge-techniken zusammengefasst, bei denen die Verbindung durch die plastische Umformung mindestens eines der zu verbindenden Teile hergestellt wird.Diese Technik kann für die Verbindung metallischer Beschichtun-gen verwendet werden, sofern diese sich für den Umformungs-grad im Falz eignen (siehe Kenndaten der metallischen Beschich-tungen).

Falzverbindungen lassen sich problemlos mit Klebeverbindungen kombinieren. Die Verbindungsstellen können durch Zugabe von Kitt, Klebstoff oder einer Dichtung abgedichtet werden.Bei Falzverbindungen sollte nach Möglichkeit darauf geachtet werden, dass die Schnittkanten nicht sichtbar sind (Erscheinungs-bild und Korrosionsschutz der Schnittkanten).

Die Anwendung des Falzverfahrens ist auf einfach geformte Teile beschränkt und damit zur Herstellung von Ecken nicht geeignet. Die hergestellte Verbindung ist unlösbar. Aus mechanischer Sicht weist die Verbindung einen geringen Gleitwiderstand in Richtung zum Falz sowie einen geringen Widerstand gegen Herausspringen auf.

Einfach- und Doppelfalzverbindungen

Page 41: ANWENDERHANDBUCH Metallisch beschichteter Stahl€¦ · 6 ANWENDERHANDBUCH - Metallisch beschichteter Stahl - Arcelor metallische Beschichtung Stahl metallische Beschichtung 1.1 Metallisch

41

ANWENDERHANDBUCH - Metallisch beschichteter Stahl - Arcelor

7.5 Verbindung mit Schrauben, Klammern, Bolzen usw.

Diese Fügetechniken ermöglichen die Verbindung sehr unter-schiedlicher Produkte. Sie sind leicht lösbar, jedoch ästhetisch nicht sehr gelungen, auch wenn farbige Kunststoffkappen ver-wendet werden können.Die Material- und Arbeitskosten sind relativ hoch, und die Ver-fahren lassen sich nur schwer automatisieren. Dafür sind sie geräuscharm und im Energieverbrauch günstig.

7.6 Schweißen

Punktschweißen

Dabei handelt es sich um ein komplexes Verfahren, bei dem zugleich elektrische (Stromfluss), thermische (Wärmeenergie-verbrauch), mechanische (Einwirkung großer Kräfte) und metal-lurgische Aspekte eine Rolle spielen. Es besteht darin, zwei Bleche durch Stromfluss an einem bestimmten Punkt zu erwärmen und anschließend miteinander zu verschmelzen.

In elektrischer Hinsicht lässt sich das Punktschweißen als Ab-folge Ohmscher Widerstände beschreiben, deren relative Werte eine lokale Erwärmung verursachen. Von der Höhe des Kontakt-widerstands zwischen den beiden Blechen hängt es ab, ob die Verbindung eine Schweißlinse ausbilden kann, aus welcher der Schweißpunkt hervorgeht.

Dieses Verfahren lässt sich für alle metallischen Beschichtungen gut verwenden. Doch treten bei einer zusätzlichen metallischen Beschichtung im Vergleich zu unbeschichtetem Stahl zwei ent-scheidende Effekte auf: Die Schweißstromstärken (und/oder die Schweißzeiten) sind bedeutend größer und die Breite der schweiß-baren Bereiche ist geringer. Die Art der metallischen Beschichtung (feuerverzinkt, Galfan, Aluzinc®, aluminiumbeschichtet oder elek-trolytisch verzinkt) ist für die Bildung der Schweißpunkte relativ unbedeutend, solange die Schweißparameter (Druck, Stromstärke usw.) auf die Dicke und die Art der metallischen Beschichtung ab-gestimmt sind. Mit diesen Parametern kann die Lebensdauer der Elektroden optimiert werden.

Da Zink und Kupfer bei Erwärmung eine starke Affinität haben, verwandeln sich die Elektrodenköpfe allmählich in Messing, das eine geringere mechanische Festigkeit und eine höheren spe-zifischen elektrischen Widerstand als die Kupferlegierung hat. Dieses Messing wird nach und nach in Form von Bördelrändern abgesondert oder bleibt an den Schweißpunkten kleben, was zu einer thermochemischen Elektrodenerosion führt.Die Art der metallischen Beschichtung ist ausschlaggebend für die Abnutzung der Elektroden.

Da diese Abnutzung der Elektrodenköpfe willkürlich erfolgt, wird empfohlen, einen Schaltschrank mit Schweißstromregelung zu verwenden. Bei Serien mit mehreren Hundert Schweißpunkten sollte zudem der Verlust der Stromdichte an den Elektrodenköp-fen durch eine stetige Inkrementierung des Schweißstroms in Abhängigkeit von der Anzahl der bereits geschweißten Punkte ausgeglichen werden. Außerdem sollten an den Elektrodenköp-fen in regelmäßigen Abständen bestimmte Reinigungsarbeiten vorgenommen werden (Nachformen mit Hilfe geeigneter Fräsen).Durch optimale Kühlung der Schweißelektroden mit Hilfe eines internen Kühlwasserkreises mit 20° C und einem Durchfluss von 4 bis 6 l/min lässt sich die Lebensdauer der Elektroden ver-längern.

Als Material für die Elektroden ist eine Cu-Cr-Zr-Legierung der Klasse 2 (NFA 82100) am besten geeignet.

einwirkender Druck

Strom ein Strom aus Druck wirkt ein

Druck beendet

Elektrode

Schweißpunkt

Schweißrand

Elektrodenkopf

Schweißpunkt

Elektrode

EindruckAbstehen des Blechs

Wärmeeinflusszone

Elektrode

Punktschweißen

Verschiedene Verbindungsarten (Schrauben, Klammern, Bolzen usw.)

Page 42: ANWENDERHANDBUCH Metallisch beschichteter Stahl€¦ · 6 ANWENDERHANDBUCH - Metallisch beschichteter Stahl - Arcelor metallische Beschichtung Stahl metallische Beschichtung 1.1 Metallisch

42

ANWENDERHANDBUCH - Metallisch beschichteter Stahl - Arcelor

7 Fügetechniken

Rollennahtschweißen

Im Vergleich zum Punktschweißen handelt es sich bei den Elek-troden in diesem Fall um Coils aus einer Cu-Cr-Zr-Legierung der Klasse 2 (NFA 82100).

Die Schweißnähte werden nach Möglichkeit mit Unterbrechun-gen (Roll Spot) ausgeführt, damit sich weder die Bleche noch die Elektroden zu stark erhitzen (Abbildung c)).

Eine Abwandlung dieses Verfahrens sieht eine Zwischenelektrode aus Kupferdraht (Soudronic-Patent) vor. Diese Methode, bei der der Draht mechanisch sehr präzise geführt werden muss, kann für größere Stückzahlen rentabel sein, denn sie garantiert auf Dauer eine ausgezeichnete interne Qualität der Schweißlinse, sofern die Schweißparameter gut optimiert wurden.

Dieses Verfahren ist für Bleche bis 1,2 mm Dicke geeignet (z. B. für Kraftstofftanks).

e)äußerst flächiger Elektrodenkopf

Blech

zu verschweißendes Werkstück eingeprägte

Vertiefungen

Kraft

Kraft

Produkt

Schweißpunkte

f )

g)Schweißpunkte

Mutter

h) SchweißpunkteBolzen

i)

a)

c)Schweißpunkte

b)

d)

Rollenelektroden

RollenelektrodenSchweißnaht Blech

Buckelschweißen

Buckel sind Vertiefungen, die durch Tiefziehen oder spanende Bearbeitung in einem der zu verschweißenden Teile angebracht wurden und eine genau festgelegte Form und Größe aufweisen. Der Abschnitt, in dem der Schweißstrom fließt, wird rechts auf den Buckel gerichtet. Das Buckelschweißen ist eine interessante Alternative, wenn relativ massives Zubehör auf dünnes Blech geschweißt werden muss, denn durch das geringe Volumen der Buckel wird das Abziehen der Wärmeenergie durch das massive Teil während des Schweißvorgangs reduziert (z. B. Befestigung von Gewindemuttern oder Bolzen auf Karosserieblech, siehe Ab-bildung g) und h)).

Um ein vorzeitiges Einebnen der Buckel zu vermeiden, muss die Elektrodenkraft genau dosiert werden. Die Schweißzeit ist im Allgemeinen kurz, vor allem wenn die Bleche sehr dünn sind.

Page 43: ANWENDERHANDBUCH Metallisch beschichteter Stahl€¦ · 6 ANWENDERHANDBUCH - Metallisch beschichteter Stahl - Arcelor metallische Beschichtung Stahl metallische Beschichtung 1.1 Metallisch

43

ANWENDERHANDBUCH - Metallisch beschichteter Stahl - Arcelor

Laserschweißen

Bei diesem Verfahren müssen die Kanten präzise aneinanderge-setzt werden.Der größte Vorzug des Laserschweißens liegt darin, dass sich die Wärmeeinflusszone nur wenige Millimeter um die Schweißnaht erstreckt. So wird die Beschichtung nur auf einer sehr geringen Fläche zerstört, die durch das Opferverhalten der Beschichtung ausgeglichen werden kann.

Die Bedeutung der Beschichtung ist je nach räumlicher Anordnung der verschweißten Teile sehr unterschiedlich. Das Problem ist, dass die metallische Beschichtung bei Erhitzung durch den Laserstrahl verdampft. Bestimmte Anordnungen begünstigen eine natürliche Entgasung, so dass der Einfluss der Beschichtung vernachlässig-bar ist. Beim Durchschweißen erfolgt die Entgasung zwangsläufig in die Metallschmelze, wenn die Bleche gegeneinander gepresst werden. Die Schweißnaht ist dann porös und minderwertig.Dieses Problem lässt sich auf unterschiedliche Weise angehen:

• Beschichtung vorher entfernen.• Zwischenraum zwischen den zu verbindenden Blechen

schaffen: Das Gas kann dann zwischen den Blechen ent-weichen. Die Toleranz ist jedoch gering. Wenn der Spalt kleiner als 0,05 mm ist, treten Porositäten auf. Ist der Spalt breiter als 0,20 mm, sackt die Stahlschmelze zwischen den Blechen ein und beeinträchtigt die mechanischen Eigen-schaften der Schweißnaht.

• Auch durch die Nutzung eines speziellen Lasers mit zwei Brennpunkten lassen sich in bestimmten Fällen gute Ergebnisse erzielen.

Lichtbogenschweißen mit Schutzgas

Beim Lichtbogenschweißen wird die Energie in Form eines Licht-bogens bei niedriger Spannung zwischen einer Elektrode und dem Blech zugeführt. Von den verschiedenen bestehenden Verfahren (Plasmastrahl, TIG, MAG) wird MAG empfohlen, da es besonders produktiv ist.Beim MAG-Schweißen schmilzt die Elektrode und fungiert als Zu-satzwerkstoff. Zum Korrosionsschutz des geschmolzenen Metalls wird ein Aktivgas aus reinem CO2 oder ein binäres Gasgemisch aus Argon+CO2 oder ein ternäres Gemisch aus Argon+CO2+O2

verwendet.

Laserschweißen an einer Kante

Mit diesem Verfahren können Werkstoffe unterschiedlicher Art und beliebiger Dicke zusammengefügt werden.Beim MAG-Schweißen dünner Bleche werden die beiden Bleche meistens übereinandergelegt. In diesem Fall spricht man vom Überlappschweißen.

elektrischer Leiter

Schweißrichtung

Gasdüse

Schutzgas

Lichtbogen

geschweißte Metallschmelze

erstarrtes geschweißtes Metall

Drahtführung und Kontaktrohr

Schutzgas

Schmelzelektrode

Trägermetall

Da dieses Schweißverfahren mit Materialzusatz erfolgt, können die verschweißten Teile keine besonderen ästhetischen Ansprüche erfüllen; die Schweißnaht sieht außen meist nicht sehr schön aus.Andererseits kann die metallische Beschichtung ausschlaggebend dafür sein, ob innere oder äußere Mängel auftreten.Dieser Aspekt lässt sich durch die Verwendung eines geeigneten Schweißdrahts verbessern.Bis vor gut zehn Jahren wurde bei metallischen Beschichtungen immer eine Kombination aus einem Massivdraht des Typs G2 Si oder G3 Si1 (EN 440) und dem Schutzgas Ar/CO2 des Typs M21 (EN 439) verwendet. Bei dieser Kombination, die heute noch zum Einsatz kommt, muss mit wenig Energie und somit mit geringer Arbeitsgeschwindigkeit geschweißt werden. Trotzdem werden die Schmelze und der Lichtbogen immer noch durch die Zink-dämpfe beeinträchtigt, die beim Schmelzen der metallischen Beschichtung entstehen. Folglich weist die Schweißnaht offene

Kehlnaht am Überlappstoß

Ecknaht in T-FormRinne

äußere Ecknaht

innere Ecknaht

Stumpfnaht

Schmalseite (hochkant)

Verschiedene Schweißpositionen

Page 44: ANWENDERHANDBUCH Metallisch beschichteter Stahl€¦ · 6 ANWENDERHANDBUCH - Metallisch beschichteter Stahl - Arcelor metallische Beschichtung Stahl metallische Beschichtung 1.1 Metallisch

44

ANWENDERHANDBUCH - Metallisch beschichteter Stahl - Arcelor

oder geschlossene Poren auf, deren Anteil und Größe in Spezifika-tionen festgelegt sind. Wenn man bei der Anordnung der zu ver-schweißenden Teile einen geringen Abstand zwischen den Teilen lässt, entstehen weniger Poren. Metallische Beschichtungen mit Zink können nur mit dieser Kombination geschweißt werden, wenn eine mangelnde Kompaktheit der Schweißnähte tolerierbar ist und das Aussehen keine Rolle spielt.Seit einiger Zeit gibt es nun einen Fülldraht ohne Schlacke mit der Bezeichnung SAFDUAL ZN (NF EN 758: T3 TZ V 1 H15), der übli-cherweise zusammen mit dem Schutzgas Ar/CO2 des Typs M21 (EN 439) verwendet wird. Damit lassen sich ausgezeichnete Ergeb-nisse hinsichtlich der Porenfreiheit und der Optik der Schweißnaht erzielen, sofern die Vorschriften im technischen Datenblatt des Herstellers genau beachtet werden. Dieser Draht weist einen ho-hen Gehalt an Aluminium auf, das sich mit dem geschmolzenen Zink aus der Beschichtung verbindet. Da mit niedriger Spannung gearbeitet werden muss, eignet sich dieser Fülldraht nur für Bleche mit weniger als 1 mm Dicke und bei einer Stromquelle mit niedriger Leistung (max. 200 A).Bei Verwendung eines Fülldrahts des Typs E70 C GS gemäß ASME SFA 5,18 kann feuerverzinkter Stahl ohne innere oder äußere Fehler verschweißt werden.Wie bei allen Fülldrähten muss der Schweißrauch mit einer wirksa-men Absauganlage abgesaugt werden.

In besonderen Fällen, in denen bestimmte Vorgaben für die me-chanischen Eigenschaften oder Bauteilgeometrie einzuhalten sind, bleibt nur die Entfernung der Beschichtung in den Schweiß-zonen. Nach dem Schweißen müssen die Schweißnähte und die betroffenen Zonen durch den Auftrag einer metallischen Be-schichtung wieder neu geschützt werden (z. B. durch thermisches Spritzen, Sprühen, Pinselauftrag).Auch wenn die Beschichtung in den Schweißzonen vorange-hend nicht entfernt werden musste, muss die Zinkschicht auf der Vorder- und Rückseite der Naht wieder hergestellt werden.

Alusi®-Beschichtungen werden dagegen normalerweise mit Standard-Massivdraht verschweißt.

Löten

Mit diesem Verfahren werden zwei Metallteile (die unterschiedli-cher Art sein können) mit Hilfe eines flüssigen Zusatzmetalls (Lot) zusammengefügt, das eine geringere Schmelztemperatur hat als die beiden zusammenzufügenden Teile, und das Grundmetall, das nicht durch Schmelzen zur Nahtbildung beiträgt, wird benetzt.

7 Fügetechniken

Man unterscheidet zwei Techniken:

• Beim Weichlöten liegt die Schmelztemperatur des Lots unter 450° C.

• Beim Hartlöten liegt die Schmelztemperatur des Lots über 450° C und unter der Schmelztemperatur des Grundmetalls.

Als Energiequelle dient im Allgemeinen eine Sauerstoff-Azetylen-Flamme.

Die Gaszufuhr ist auf neutrale Flamme einzustellen.

Lichtbogenlöten

Bei dieser Fügetechnik, die mit dem Autogenschweißen verwandt ist, wird die Verbindung nach und nach durch einen Schmelz-vorgang hergestellt, wobei die Schmelztemperatur des Lots über 450° C, aber unter der Schmelztemperatur des Grundmetalls liegt.

Als Energielieferant dient eine Sauerstoff-Azetylen-Flamme und/oder ein elektrischer Lichtbogen unter inertem Schutzgas (Argon).

Prinzipiell sind alle Werkstoffe unabhängig von ihrer Dicke zum Löten und/oder Schweißlöten geeignet.Da die Oberflächenbeschaffenheit ein ausschlaggebender Faktor ist, müssen die Teile beim Schweißlöten sauber sein.

Neutrale Flamme

Flammenkegel 3040-3000° C (5500-6000° F)

Flammenhülle

Oxidierende FlammeFlammenhülle

(klein und schmal)

Flammenkegel (spitz)

Aufkohlende (reduzierende) Flamme

Azetylen

heller Flammenkegel

blaue Flammenhülle

2100° C (3800° F)

1260° C (2300° F)

Page 45: ANWENDERHANDBUCH Metallisch beschichteter Stahl€¦ · 6 ANWENDERHANDBUCH - Metallisch beschichteter Stahl - Arcelor metallische Beschichtung Stahl metallische Beschichtung 1.1 Metallisch

45

ANWENDERHANDBUCH - Metallisch beschichteter Stahl - Arcelor

Widerstandsschweißen (ERW)

Dieses Verfahren wird für die Herstellung kleiner Rohre ange-wandt. Es basiert auf der allmählichen Umformung von Bandstahl mit Hilfe von Coils und der anschließenden Erwärmung der sich nun gegenüberliegenden Ränder des Bandes durch Induktion oder Kontakt, dem mechanischen Zusammenpressen während des Schweißvorgangs und dem Abstreifen der Schweißnaht auf der Innen- und Außenseite.

Zwei Verfahren sind zu unterscheiden:

• Hochfrequenz-Widerstandsschweißen (HFRW): Der hochfrequente Strom wird von zwei Gleitkontakten vor

dem Punkt, an dem die Schweißnaht zusammengepresst wird, in die Nähe der beiden Kanten geleitet.

Das Kontaktschweißverfahren weist einen hohen elektrischen Wirkungsgrad auf und wird vorzugsweise für dicke Rohre mit großem Durchmesser verwendet.

• Hochfrequenz-Induktionsschweißen (HFIW): Der hochfrequente Strom wird durch eine Leiterschleife rings

um das Rohr vor dem Schweißpunkt induziert.

Bei der Herstellung kleiner Rohre kommt üblicherweise das Hochfrequenz-Induktionsschweißen zum Einsatz.

Beim Verschweißen von Produkten mit metallischer Beschichtung muss die Schweißzone erneut geschützt werden. Dazu wird ein thermisches Spritzverfahren (Flammspritzen oder Lichtbogen-spritzen) verwendet, das in die Rohrherstellungsanlage integriert ist.

Bei metallischen Beschichtungen führt das HFRW-Verfahren manchmal zu Mikrolichtbögen an den Gleitkontakten, die eine Beschädigung der Beschichtung und der Kontakte selbst verur-sachen.

Bolzenschweißen

Bolzen sind Hilfsmittel für die Befestigung und als solche ei-gentlich Verbindungsmittel.Da sie zugleich als Zusatzwerkstoff fungieren, sind Bolzen Schweißprodukte.

Unabhängig von der gewählten Technik sind beim Bolzen-schweißen immer zwei Phasen zu unterscheiden:

• Schmelzen des Bolzens• Zusammenpressen im Schmelzbad

Bolzenschweißverfahren lassen sich in zwei Gruppen unterteilen:

• Widerstandsbolzenschweißen• Lichtbogenbolzenschweißen

Die Lichtbogentechnik ist am weitesten verbreitet. Hierbei wird zwischen vier verschiedenen Verfahren unterschieden:

• Hubzündung mit Keramikring (AFF – Arc Fusion Forging)• Kurzzeithubzündung ohne Schutzgas (ATC)• Stud Inert Gas (SIG)• Spitzenzündung mit Schutzgas (ADC)

Bolzenschweißen mit Hubzündung

Damit lassen sich Schweißverbindungen herstellen, die höchsten Anforderungen an die mechanische Festigkeit genügen und für die meisten Anwendungen im Maschinenbau, Stahlbau, Kessel-bau, Schienenbau, Schiffsbau usw. geeignet sind.

Bolzenschweißen mit Kurzzeithubzündung

Dieses Verfahren eignet sich für das Aufschweißen von Bolzen auf beschichtetem oder unbeschichtetem Stahl bis 3 mm Dicke. Die Eindringtiefe der Schweißnaht ist geringer als beim Hubzün-dungsverfahren.

Mit dieser Technik können Bolzen, Gewinde, Litzen, Ösen und andere Formen mit 3 bis 10 mm Durchmesser angeschweißt werden.

Bolzenschweißen mit Spitzenzündung

Mit dieser Technik lassen sich Bolzen, Gewinde, Litzen, Metall-ringe, Ösen, Nadeln und alle anderen Formen mit 2 bis 10 mm Durchmesser schweißen.

Schweißanlage

Schweißpunkt

Druckrolle

Schlitznaht (5 bis 7°)

Induktor

Laufrichtung des Rohrs

Widerstand

Widerstandsschweißen

Page 46: ANWENDERHANDBUCH Metallisch beschichteter Stahl€¦ · 6 ANWENDERHANDBUCH - Metallisch beschichteter Stahl - Arcelor metallische Beschichtung Stahl metallische Beschichtung 1.1 Metallisch

46

ANWENDERHANDBUCH - Metallisch beschichteter Stahl - Arcelor

Dieses Verfahren ermöglicht das Bolzenschweißen mit oder ohne Schutzgas.

Der Schweißvorgang und die Zufuhr der Bolzen kann von Hand oder automatisch erfolgen (außer beim Hubzündungsverfahren).

Schweißrauch

Beim Verschweißen von Stahl mit metallischen oder nicht metal-lischen Beschichtungen entsteht Schweißrauch.Deshalb müssen am Arbeitsplatz geeignete Mittel zum Absau-gen vorhanden sein, z. B. ein Absaugarm, eine Abzugshaube, ein Handschuhkasten usw.

Erneuter Schutz

Die herkömmlichen Schweißvorgänge verursachen generell eine Beeinträchtigung des Bereichs rings um die Schweißnaht. Nor-malerweise werden die geschweißten Zonen danach wieder ge-schützt.

Es ist wichtig, die Oberfläche sofort nach Abschluss des Schweiß-vorgangs zu reinigen, um eventuell beim Schweißen entstandene Ablagerungen, Oxide und Fremdkörper zu entfernen.

Für den erneuten Schutz stehen verschiedene Möglichkeiten zur Verfügung, z. B.:

• Bogen- oder Flammspritzen mit Zink- oder Aluminiumpulver• Anstrich mit hohem Zinkgehalt • Rostschutzanstrich

7 Fügetechniken

Page 47: ANWENDERHANDBUCH Metallisch beschichteter Stahl€¦ · 6 ANWENDERHANDBUCH - Metallisch beschichteter Stahl - Arcelor metallische Beschichtung Stahl metallische Beschichtung 1.1 Metallisch

8Lackierung

8.1 Einleitung 48

8.2 Vorbehandlung 49 8.2.1 Einleitung 49 8.2.2 Reinigung oder Entfettung 49 8.2.3 Phosphatierung 50 8.2.4 Chemische Passivierung 51 8.2.5 Dünne organische Beschichtung 51

8.3 Lacke 52

Page 48: ANWENDERHANDBUCH Metallisch beschichteter Stahl€¦ · 6 ANWENDERHANDBUCH - Metallisch beschichteter Stahl - Arcelor metallische Beschichtung Stahl metallische Beschichtung 1.1 Metallisch

48

ANWENDERHANDBUCH - Metallisch beschichteter Stahl - Arcelor

8 Lackierung

8.1 Einleitung

Metallisch beschichteter Stahl kann zur Verbesserung folgender Eigenschaften lackiert werden:

• Korrosionsbeständigkeit• Beständigkeit gegen Chemikalien, Lösungsmittel und Flecken• Lackhaftung• Mechanische Eigenschafen: Härte, Festigkeit und Biegsamkeit• Farbe und ästhetische Eigenschaften: Erscheinungsbild (glänzend/matt und glatt/strukturiert) Deckvermögen• Beständigkeit• Einhaltung von Gesundheits-, Sicherheits- und

Umweltvorschriften

In den letzten zehn Jahren wurde die Lackierung beträchtlich verbessert. Besonderes Augenmerk galt dem Erhalt oder der Ver-besserung der Leistungsmerkmale, dem Umweltschutz sowie der Kostensenkung.

Für die Lackierung metallisch beschichteten Stahls sind folgende Voraussetzungen besonders wichtig:

• Die Oberfläche muss fett- und ölfrei, trocken und rostfrei sein.• Vorbehandlung der Oberfläche zur Verbesserung der

Lackhaftung. • Mehrere übereinanderliegende Deckschichten können den

Umgebungsbedingungen während der gesamten Lebens-dauer des Produkts standhalten.

Abbildung a) zeigt ein Verfahren zum Nachlackieren metallisch beschichteten Stahls:

Die Vorbehandlung metallisch beschichteten Stahls erfolgt immer in mehreren Schritten.

Die Reinigung der metallischen Beschichtung mit organischen Lösemitteln oder (üblicherweise) alkalischen Lösungen ist der erste wichtige Schritt bei der Vorbehandlung. Nach der Reinigung muss eine Oberflächenbehandlung vorgenommen werden, um die Lackhaftung zu verstärken und die Korrosionsbeständigkeit zu verbessern.Unlackierte metallische Beschichtungen können vor dem Lackieren vom Endanwender einer Vorbehandlung durch Phosphatierung oder Chromatierung oder einer chromatfreien Vorbehandlung un-terzogen werden.

Eine Vorbehandlung kann auch direkt auf das Coil aufgetragen werden. Arcelor bietet seinen metallisch beschichteten Stahl mit einer breiten Palette von Oberflächenbehandlungen an: vorphos-phatierter (elektrolytisch) verzinkter Stahl, passivierter Stahl (mit oder ohne Chromat) oder Vorgrundierung mit dünner organischer Beschichtung (Easyfilm®).

Anmerkung: Zum temporären Korrosionsschutz während der La-gerung und des Transports (vor Weiß- und Schwarzrost) werden häufig Passivierungsmittel (mit oder ohne Chromat) auf metal-lisch beschichteten Stahl aufgetragen. Unter sehr korrosiven Bedingungen wird jedoch empfohlen, eine spezielle Vorbehand-lung aufzutragen und nicht die passivierte Metalloberfläche als solche zu verwenden.

Bei vorbehandeltem oder vorgrundiertem metallisch beschich-tetem Stahl kann das Nachlackierverfahren auf die in Abbildung b) dargestellten Schritte beschränkt werden.

alkalische Reinigung

Spülen Trocknen Oberflächen- behandlung

Spülen Trocknen Lackieren Einbrennen

leichte alkalische Reinigung

Spülen Trocknen Lackieren Einbrennen

a)

b)

Page 49: ANWENDERHANDBUCH Metallisch beschichteter Stahl€¦ · 6 ANWENDERHANDBUCH - Metallisch beschichteter Stahl - Arcelor metallische Beschichtung Stahl metallische Beschichtung 1.1 Metallisch

49

ANWENDERHANDBUCH - Metallisch beschichteter Stahl - Arcelor

Der Endanwender kann den vorbehandelten metallisch beschich-teten Stahl lackieren.

Die Lacksysteme können mehrere Beschichtungen oder Schichten umfassen, die jeweils ganz besondere Eigenschaften haben (diese Begriffe werden oft durcheinander geworfen):

• Die Grundierung verbessert die Lackhaftung, sorgt für Korrosionsschutz und verleiht Festigkeit gegen mechanische Einflüsse.

• Der Zwischenanstrich (oder Isolierschicht) unterbindet die Wanderung von Substanzen von einer Schicht in eine andere oder vom Trägermaterial in die Beschichtung.

• Die Deckschicht dient dem Dekor (Farbe, Erscheinungsbild), schützt vor Alterung (UV) und Kratzern.

• Der Klarlack ist ein transparenter Oberflächenlack mit guter Kratzfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit und/oder Chemikalienbeständigkeit.

Die folgende Abbildung zeigt, inwieweit sich metallisch beschich-teter Stahl für die Lackierung eignet.

Flüssiglack: auf Wasserbasis oder Lösemittelbasis

Vorbehandlung durch Passivierung

metallisches Trägermaterial:

Z, ZE, AZ, ZA, AS, AL

Easyfilm® Phosphatierung

Pulver

8.2 Vorbehandlung

8.2.1 Einleitung

Bei einem Standard-Nachlackierverfahren werden die Teile vor dem Lackieren vorbehandelt. Die Vorbehandlung umfasst die Reinigung der Metalloberfläche und den Auftrag einer Ober-flächenbehandlung zur Vorbereitung der Teile für den Lackauftrag. Dieser kann im Sprüh- oder Tauchverfahren erfolgen.Zur Verbesserung der Lackhaftung und der Korrosionsbeständig-keit ist eine geeignete Vorbehandlung erforderlich.Die folgende Abbildung zeigt, welche Vorbehandlungssysteme für metallische Beschichtungen in Frage kommen.

metallische Beschichtungen Z, ZE, AZ, ZA, AS, AL

Phosphatierung Passivierung dünne organische Beschichtung

8.2.2 Reinigung oder Entfettung

Wenn die Metalle für weitere Schritte wie Vorbehandlung, Verzin-kung, Lackierung oder Emaillierung vorbereitet werden müssen, müssen sie zunächst gründlich gereinigt und entfettet werden.Chlorierte Kohlenwasserstoffe sind zur Entfernung von Öl und Fett sehr wirksam, doch der Einsatz dieser Lösemittel ist durch Umweltschutzvorschriften streng reglementiert und einge-schränkt. Die Behandlung mit alkalischen Lösungen liefert eben-falls gute Ergebnisse bei der Entfernung von Ölen, Fetten, Oxiden, Pigmenten und Klebstoffen, die sich beim Schleifen oder Polieren festgesetzt haben. Außerdem wird damit die Benetzbarkeit oder Reaktionsfähigkeit der Oberfläche verbessert.

Die Auswahl hängt von der Art und Menge der Verschmutzun-gen, der Größe und Form der zu reinigenden Teile, den Qualitäts-anforderungen an die lackierten Teile, der Art des vorgesehenen Beschichtungssystems (Umwandlung + organische Schicht), den verwendeten Anlagen und anderen werkbedingten Faktoren (Ar-beitsablauf, Lagerbedingungen usw.) ab. Alkalische Reinigungs-mittel können im Sprüh- und Tauchverfahren verwendet werden und eignen sich für unterschiedliche Temperaturen. In der unten stehenden Tabelle sind die Reinigungsbedingungen für metal-lische Beschichtungen angegeben.

Trägermaterial pH-Wert Bestandteile Temp. (° C) Dauer (S)

Z, ZE, ZA, AZ, AS, AL

7 - 11 Phosphate, Karbonate, Borate, Komplexbildner, Tenside

50 - 60 120 - 240

Page 50: ANWENDERHANDBUCH Metallisch beschichteter Stahl€¦ · 6 ANWENDERHANDBUCH - Metallisch beschichteter Stahl - Arcelor metallische Beschichtung Stahl metallische Beschichtung 1.1 Metallisch

50

ANWENDERHANDBUCH - Metallisch beschichteter Stahl - Arcelor

Wenden Sie sich gegebenenfalls an die Ingenieure von Arcelor, die Ihnen das wirksamste Reinigungs- oder Entfettungsverfahren für jeden Produktionsschritt empfehlen können.

8.2.3 Phosphatierung

Die häufigste Behandlung metallisch beschichteten Stahls ist die Phosphatierung, die gute Schutzeigenschaften und eine aus-gezeichnete Lackhaftung bietet. Meist erfolgt die Phosphatierung bei metallisch beschichtetem Stahl in zwei Schritten:

• Saure Aktivierung der Oberfläche zur Erzeugung einer guten Oberflächenreaktivität

• Herstellung der Konversionsschicht durch die Abscheidung von Phosphatkristallen

Dieses Ergebnis kann durch Sprühen oder Tauchen erzielt werden.

Für die verschiedenen Anwendungen und Leistungsanforde-rungen gibt es unterschiedliche Arten der Phosphatierung. Man unterscheidet die metallischen Kationen eines oder mehrere Elemente (Fe, Zn, Ni, Mn usw.). Bei Zink (Z, ZE) oder aluminium-beschichtetem Stahl (ZA, AZ, AS, AL) wird am häufigsten die Zink-phosphatierung oder Trikationphosphatierung verwendet, um eine gute Lackhaftung und Korrosionsbeständigkeit zu erreichen. Bei den Phosphatierungsverfahren auf Zinkbasis (Zinkphos-phatierung oder Trikationphosphatierung mit den Kationen von Zn, Mn, Ni) entstehen kristalline Phosphatschichten, deren Schicht-masse zwischen 1 und 7 g/m2 beträgt.

Folgende Abbildungen verdeutlichen den Unterschied zwischen unbehandeltem Stahl und phosphatiertem verzinktem Stahl.

8 Lackierung

Eine Phosphatschicht verbessert die Lackhaftung und die Korro-sionsbeständigkeit aus folgenden Gründen:

• Da die Phosphatkristalle nicht leitend sind, entsteht eine Barriereschicht, die einen guten Schutz vor Korrosion gewährleistet.

• Die Hohlräume zwischen den Kristallen dienen der Lack-schicht als Verankerungspunkte und fördern damit die Lackhaftung.

• Nach Auftrag der Lackierung spielt die Phosphatschicht eine wichtige Rolle als Korrosionshemmer beim Erhalt der Grenzfläche zwischen Metall und Polymer, da sie aggressive Ionen, z. B. Hydroxide abfängt, den pH-Wert reguliert und das Abplatzen des Lacks verzögert.

In der nachfolgenden Tabelle sind die Kenndaten einer Phos-phatkonversionsschicht auf metallisch beschichtetem Stahl zusammengefasst:

Zink- oder Trikationphosphatierung

Schichtmasse (g/m2) 1 - 7

Kristallinität Kristallin

Aktivierung Titanphosphat

Trägermaterial Z, ZE, AZ, ZA, AS, AL

Hauptanwendungsbereich Temporärer Korrosionsschutz, bessere Umformbarkeit, als Lackuntergrund in hoch korrosiver Umgebung

Verarbeitungsweise Sprühen und Tauchen

Temperatur (° C) 40 - 60

pH-Wert 3 - 3,4

Phosphatierungsdauer 1 - 5 Min.

Zwischen der Metalloberfläche und dem Phosphatierungsbad fin-den diverse chemische Reaktionen statt. Verschiedene Vorgänge sind festzustellen: Oxidation des Metallträgermaterials (Säure-angriff), Reduktion von H+ und anderen Oxidantien im Phospha-tierungsbad, Abscheiden der Phosphatkristalle, Zementation der Schwermetallionen (Ni, Cu) und Keimbildung der Kristalle.

Folgende Tabelle zeigt den Ablauf der Phosphatierung:

Anwendung Ablauf des Standardverfahrens

Haushaltsgeräte und allgemeine Industrie

Reinigen, Spülen mit Wasser, Trocknen, Phosphatierung (Aktivierung und Zinkphosphatierung), Spülen mit Wasser und Trocknen

Phosphatierter verzinkter Stahl

Unbehandelter verzinkter Stahl

Page 51: ANWENDERHANDBUCH Metallisch beschichteter Stahl€¦ · 6 ANWENDERHANDBUCH - Metallisch beschichteter Stahl - Arcelor metallische Beschichtung Stahl metallische Beschichtung 1.1 Metallisch

51

ANWENDERHANDBUCH - Metallisch beschichteter Stahl - Arcelor

8.2.4 Chemische Passivierung

Chromatierung

Die Chromatierung ist ein Verfahren, bei dem eine Konversions-schicht aus Chromaten erzeugt wird. Sie kann separat als Pas-sivierung oder als Nachbehandlung nach einer Phosphatierung erfolgen. In beiden Fällen kann sie als Vorbehandlung vor dem Lackieren eingesetzt werden. Geeignet sind Sprüh- oder Tauch-verfahren. Chromate sorgen gleichzeitig für eine ausgezeichnete Lackhaftung und eine beachtliche Korrosionsbeständigkeit auch ohne Lackierung. Allerdings hat die Europäische Union kürzlich neue Richtlinien (W.E.E.E. und R.o.H.S.)1 verabschiedet, mit denen die Verwendung von hexavalentem Chrom für allgemeine Indus-trieanwendungen stark eingeschränkt wird. Die Verwendung von dreiwertigem Chrom ist weiterhin zulässig.

Meist muss auf die Oberflächenumwandlung ein Spülvorgang fol-gen, um Elemente, die nicht reagiert haben, und verbliebene oder aus den Konversionsschichten stammende Salzablagerungen von den Metalloberflächen zu entfernen.

Andere Lösungen ohne hexavalentes Chrom

Behandlungen ohne Cr+6 oder Schwermetalle, die den eu-ropäischen Sicherheits- und Umweltbestimmungen genügen, stehen zur Verfügung.

Arcelor bietet für zinkbeschichteten Stahl (ZE, Z) und alumini-umbeschichteten Stahl (ZA, AZ, AS, AL) Produkte mit umwelt-freundlicher Passivierung ohne Cr+6 an.Die Eigenschaften dieser neuen, chromfreien Formulierungen sind mit denen der herkömmlichen Passivierungsprodukte mit Cr+6 identisch.

8.2.5 Dünne organische Beschichtung

Arcelor bietet auch metallisch beschichtete Stähle mit dünner organischer Beschichtung, Easyfilm®, an. Easyfilm® ist eine dünne organische Beschichtung aus thermoplastischen Polymeren, die auf beiden Seiten des metallisch beschichteten Stahls aufge-bracht wird. Der wesentliche Zusatzvorteil dieses Produkts liegt darin, dass die Lackierung sofort aufgetragen werden kann, da alle Schritte zur Vorbehandlung der Oberfläche und der Ober-flächenumwandlung vor dem Lackieren entfallen (siehe Kapitel 2.7, Seite 13).

1 Auflösung des Metalls 2 lokaler Anstieg des pH-Werts 3 Abscheidung 4 Kristallbildung

Phosphatierung

Zn+2

Mn+2

Ni+2

HPO4-2

Zn+2 PO4-3

Zn Ni

Ni+2

H2H+

NO3-

1

2

34

Diffu

sion

1 W.E.E.E.: Waste of Electrical and Electronic Equipment R.o.H.S.: Restriction of the use of certain Hazardous Substances

Page 52: ANWENDERHANDBUCH Metallisch beschichteter Stahl€¦ · 6 ANWENDERHANDBUCH - Metallisch beschichteter Stahl - Arcelor metallische Beschichtung Stahl metallische Beschichtung 1.1 Metallisch

52

ANWENDERHANDBUCH - Metallisch beschichteter Stahl - Arcelor

8.3 Lacke

Lacke können auf die unterschiedlichsten Oberflächen aufgetra-gen werden und dienen dem Schutz des Trägermaterials, dessen Verschönerung, sie verleihen funktionale Eigenschaften, transpor-tieren Informationen usw. Sie können flüssig oder pulverförmig sein und bestehen im Allgemeinen aus folgenden Bestandteilen:

• Harz: Harz bindet die Pigmente und hält sie an der Oberfläche in einem homogenen Film zusammen. Es dient zugleich als Barriere und verleiht dem Endanstrich seine schützenden und mechanischen Eigenschaften. Die Wahl des Harzes hängt von der Art des Trägermaterials und den gewünschten Eigenschaf-ten ab.

• Pigmente: Pigmente haben meist Schutzfunktion und erfül-len dekorative Zwecke. Sie bestehen aus festen, unlöslichen, fein verteilten Partikeln mit einem Durchmesser von circa 0,2 bis 20 µm und können mineralischen oder organischen Ursprungs sein.

• Zusatzstoffe: Lacken können aus verschiedenen Gründen diverse Zusatzstoffe beigefügt werden. Dazu gehört die Vermeidung der Fixierung der Pigmente (Antifixiermittel) und der Hautbildung (Hautverhütungsmittel) im Gebinde sowie die Reduzierung von Mängeln wie Entmischen, Rissen und Löchern im Lackfilm (Entschäumer, Dispergiermittel, Rostschutz, Lichtstabilisator, UV-Absorber usw.).

• Füllstoffe: Meist anorganische Stoffe, häufig weiße Pulver mit einen Brechungsindex unter 1,7. Diese Stoffe sind kostengünstiger als Pigmente und dienen dazu, bestimmte Eigenschaften der Lacke zu verändern.

Bei Flüssiglacken:

• Lösemittel oder Verdünner: Lösemittel oder Wasser verdün-nen das aufzutragende Harz und verringern zugleich die Viskosität des Lacks, damit er sich leichter verarbeiten lässt. Zahlreiche Beschichtungen enthalten noch organische Lösemittel (Lacke auf Lösemittelbasis), doch der Marktanteil von wasserverdünnbaren Beschichtungen (mit Hilfslösemit-teln) nimmt aufgrund internationaler Umweltschutzbestim-mungen zu.

Die genaue Zusammensetzung ist je nach Trägermaterial, Verarbeitungsweise, Einsatzort und gewünschter Funktion der Beschichtung unterschiedlich.

8 Lackierung

Die folgende Abbildung zeigt, welche Lackiertechniken für (vorbehandelten) metallisch beschichteten Stahl geeignet sind.

vorbehandelte metallische Oberfläche

Flüssiglack

Pulverlack

auf Wasserbasis auf Lösemittelbasis

Je nach Anforderungen des Endanwenders können verschiede-ne Lackiertechniken und Lackzusammensetzungen verwendet werden.

Page 53: ANWENDERHANDBUCH Metallisch beschichteter Stahl€¦ · 6 ANWENDERHANDBUCH - Metallisch beschichteter Stahl - Arcelor metallische Beschichtung Stahl metallische Beschichtung 1.1 Metallisch

9Zusammenfassung

Metallische Beschichtungen bieten ein breites Spektrum an Verarbeitungs-möglichkeiten mit herausragenden ökonomischen, technologischen und ökolo-gischen Vorteilen.

Es gibt ganz bestimmt auch einen metallisch beschichteten Stahl für Ihre beson-deren Bedürfnisse. Arcelor bietet die nötige technische Unterstützung, um seine Kunden bei der Wahl des metallisch beschichteten Stahls, der für die jeweilige Anwendung am kostengünstigsten und optimal geeignet ist, zu beraten.

Das Bestreben der F+E-Abteilung von Arcelor ist ganz auf Kundenservice aus-gerichtet. Oberstes Ziel der Forschungsteams Steel Solutions and Design (SSD) ist dabei die Entwicklung innovativer Stahllösungen für den allgemeinen Indus-triemarkt.

Page 54: ANWENDERHANDBUCH Metallisch beschichteter Stahl€¦ · 6 ANWENDERHANDBUCH - Metallisch beschichteter Stahl - Arcelor metallische Beschichtung Stahl metallische Beschichtung 1.1 Metallisch
Page 55: ANWENDERHANDBUCH Metallisch beschichteter Stahl€¦ · 6 ANWENDERHANDBUCH - Metallisch beschichteter Stahl - Arcelor metallische Beschichtung Stahl metallische Beschichtung 1.1 Metallisch

55

ANWENDERHANDBUCH - Metallisch beschichteter Stahl - Arcelor

Bildmaterial

• Umschlag: Bild Ilona Wellmann• S. 9, 23, 53: Flughafen Basel-Mulhouse (FR), Architekt Denis

Dietschy, Architekturbüro Dietschy-Rey-Lesage-Weinmann, Mulhouse, Bild: Vic Fischbach, Agentur Imedia (LU)

• S. 15,19: Bild Tom D’Haenens

Copyright

Alle Rechte vorbehalten. Kein Teil dieser Veröffentlichung darf in irgendeiner Form oder mit irgendwelchen Mitteln ohne vor-herige Genehmigung von Arcelor FCS Commercial vervielfältigt werden.

Die Richtigkeit der in dieser Veröffentlichung enthaltenen Informationen wurde mit äußerster Sorgfalt geprüft. Dennoch haften weder Arcelor FCS Commercial noch irgendeine andere Gesellschaft der Arcelor Gruppe für eventuelle Fehler.

Da das vorliegende Dokument gegebenenfalls geändert werden kann, beachten Sie bitte immer die aktuelle Ausgabe der tech-nischen Informationen unter www.fcs.arcelor.com unter dem Modul „Library“.

Page 56: ANWENDERHANDBUCH Metallisch beschichteter Stahl€¦ · 6 ANWENDERHANDBUCH - Metallisch beschichteter Stahl - Arcelor metallische Beschichtung Stahl metallische Beschichtung 1.1 Metallisch

Arcelor hat sich für eine nachhaltige Entwicklung entschieden, aus Respekt vor dem Leben.

Heute und morgen. Steel solutions for a better world.

Flat Carbon Steel Europe

19, avenue de la Liberté LU-2930 [email protected] www.fcs.arcelor.com

PR-U

M-M

CO-D

E –

02/2

006