DE2461730A1

DE2461730A1 - Verfahren zur herstellung von aluminiumbeschichtetem stahl

Info

Publication number: DE2461730A1
Application number: DE19742461730
Authority: DE
Inventors: Katsuyasu Kawasaki; Saburo Nagata; Jiro Satake
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1973-12-28
Filing date: 1974-12-28
Publication date: 1975-07-10
Also published as: GB1489618A; FR2256258B1; FR2256258A1

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. F.¥eickmann,

Dipl.-Ing. H.Weickmann, Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke Dipl.-Ing. F. A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Hüber

8 MÜNCHEN 86, DEN

POSTFACH 860 820

MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 98 39 21/22

HtM

Sumikin 164

SUMITCMD METAL· INDUSTRIES LIMITED 15, 5-chome, Kitahaina, Higashi-ku, Osaka City, Japan

Verfahren zur Herstellung von aluminiumbeschichtetem Stahl

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von aluminiumbeschichtetem Stahl mit verbesserter Korrosionsbeständigkeit und Wärmebeständigkext durch Bespritzen der Oberfläche des Stahlsubstrats mit Aluminium.

Es ist gut bekannt, daß man Stahloberflächen zum Schutz gegen Korrosion mit Metallen wie beispielsweise Aluminium oder dgl. bespritzen kann. Die in herkömmlicher Weise durch Metallaufspritzen erhaltenen Überzüge haften im allgemeinen mechanisch an der Oberfläche des Stahlsubstrats an. Dies kann dazu führen, daß die Überzüge an dem Substrat schlecht haften und die Neigung besitzen, sich während der Handhabung abzulösen. Aus diesem

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Grunde wurden die Behandlungen nach der Fertigstellung der Konstruktion oder nach dem vollständigen Zusammenbau der Gegenstände durchgeführt. Die Vorbehandlung des Substrats und die Aufspritztechnik beeinflussen i_n starkem Maße das Haften des aufgesprühten Überzugsfilms und dessen Korrosionsbeständigkeit. Aus diesem Grund sind in den Standardvorschriften für das Spritzen d. h. den JIS H-9301 und H-9300 genaue Angaben bezüglich der Vorbehandlung und anderer Maßnahmen zur Behandlung des Substrats angegeben. Diesen Standards zufolge können zufriedenstellende Überzüge gebildet werden, wenn die vollständig zusammengebauten Gegenstände mit Aluminium beschichtet werden sollen, was zur Folge hat, daß die Standards im allgemeinen angewandt werden. Wenn Stahlbleche oder dgl. mit einem solchen Überzug versehen und dann gewalzt oder gezogen werden ergibt sich keine ausreichende Haftung des Überzugs an dem Substrat.

Es ist demzufolge die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren anzugeben, mit dem diese Nachteile überwunden werden können.

Gegenstand der Erfindung ist daher ein Verfahren zur Herstellung von aluminiumbeschichtetem Stahl, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man die auf einer Temperatur von 100 bis 500⁰C gehaltene Stahloberfläche mit Aluminium bespritzt.

Die Stahloberfläche kann vor dem Aufbringen des Aluminiums durch Strahlen mit Sand oder mit Grieß oder durch Ätzen und anschließendes Spülen mit Wasser oder dgl. gereinigt werden.

Der in dieser Weise durch Aluminiumbespritzen erhaltene aluminiumbeschichtete Stahl kann in wirksamer Weise als solcher verwendet werden. Wenn der aluminiumbeschichtete Stahl in Form von Produkten, die strengen Verarbeitungsbedingungen unterworfen werden, wie Drähte und Bleche, verwendet werden soll, kann er nach dem Kaltwalzen mit einer Querschnittsverminderung von 5 bis 80 % oder dem Heißwalzen, bei dem das Material auf eine Temperatur von 150 bis 600⁰C erhitzt wird, während 3 Minuten bis 24 Stunden ei-

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ner Nachbehandlung bei einer Temperatur von 150 bis 60Q⁰C unterzogen werden, wodurch man einen aluminiumbeschichteten Stahl mit ausgezeichneter Korrosionsbeständigkeit und Verarbeitbarkeit erhält. Die Wärmebehandlung nach dem Heißwalzen kann in gewissen Fällen unterlassen werden. Erfindungsgemäß wird die Temperatur der Oberfläche des Stahlsubstrats während des Bespritzens mit Aluminium in einem Bereich von 100 bis 500⁰C gehalten. Die Eigenschaften, wie die Haftung der Aluminiumschicht an dem Stahlsubstrat sind um so besser, je höher die Heiztemperatur innerhalb des angegebenen Bereiches liegt. Eine Temperatur oberhalb 500⁰C ist von Nachteil, da dann eine erhebliche Oxidation erfolgt und sich vor oder während des Bespritzens Schlacke auf der Stahloberfläche bildet. Bei einer Temperatur von weniger als 100°C ist die Haftung des Überzugs an dem Substrat unzureichend.

Erfindungsgemäß liegen die Heiztemperatur während des Heißwalzens und die letztendlich angewandte Heiztemperatur innerhalb eines Bereiches von 150 bis 600°C. Bei einer Temperatur von weniger als 15O⁰C ergibt sich kein zufriedenstellender Aluminiumüberzug auf dem Substrat und bei einer Temperatur von mehr als 600⁰C ergibt sich eine Legierung zwischen dem Stahl und dem Aluminiumüberzug. Das Walzen mit einer Querschnittsverminderung von weniger als 5 % führt zu einer unzulänglichen Beseitigung von Poren in dem Aluminiumüberzug, während eine Querschnittsverminderung von mehr als 80 % zu einer Steigerung der Härte des gewalzten Produkts und einer schlechten Verarbeitbarkeit führt. Eine Heizzeit von weniger als 3 Minuten ergibt auf den gewalzten Produkten keine zufriedenstellende Aluminiumschicht. Andererseits führt ein Erhitzen während mehr als 24 Stunden zu keiner weiteren Verbesserung des durch die Wärmebehandlung erzielten Effekts.

Erfindungsgemäß sollte der durch das Aufspritzen gebildete Aluminiumüberzug eine Dicke von 30 bis 300 μΐη besitzen. Überzüge mit einer Dicke von weniger als 3 0 μΐη zeigen, wenn die Substrate mit Lacken überzogen werden, eine schlechte Korrosionsbeständigkeit. Wenn der Überzug eine Dicke von mehr als 300 μπι besitzt, weist der Überzug starke Spannungen auf, die zur Folge haben,

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daß der überzug sich ablöst, wenn der aluminiumbeschichtete Stahl verschiedenen Behandlungsmaßnahmen unterworfen wird.

Die' folgenden Beispiele sollen die Erfindung weiter erläutern. Beispiel 1

Man sandstrahlt Stahlplatten für Schweißkonstruktionen mit einer Breite von 2 m, einer Länge von 4 m und einer Dicke von 12 mm und erhitzt sie dann schnell in einem Heizofen auf unterschiedliche Temperaturen. Unmittelbar nach dem Erhitzen wird jede Platte auf eine in der folgenden Tabelle I angegebene Temperatur erhitzt und durch eine Spritzvorrichtung geführt, in der eine Vielzahl von Spritzpistolen, denen das Spritzgut in Drahtform zugeführt wird, angeordnet sind, mit denen das Aluminium auf die gesamte Oberfläche der Stahlplatte aufgespritzt wird, indem man eine Reihe von Spritzpistolen senkrecht zu der Förderrichtung des Stahlblechs automatisch hin- und herbewegt. Von den aluminiumbeschichteten Stahlplatten werden Testproben genommen, die in bezug auf die Haftung, mit Hilfe des Biegetests (bei dem sie um 180° um eine Krümmung mit einem Krümmungsradius von 6 0 mm in der Mitte verbogen werden, worauf der verbogene Teil auf die Bildung von Rissen untersucht wird) und des Porentests (pinhole-Test), bei dem die Testproben während 72 Stunden in reines Wasser eingetaucht werden) untersucht werden. In der folgenden Tabelle I sind die Ergebnisse der Untersuchung von Testproben angegeben, die mit erfindungsgemäß hergestellten und nicht erfindungsgemäß hergestellten (Vergleichsbeispiele) Materialien erhalten wurden.

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Tabelle I

Heiztemperatur Dicke des Überzugs in μπι Haftung Biegetest Porentest ⁽°^C) Durchschnitt Minimum (kg/cm²)

Erfindungsgemäß

120	70	100
200	40	100
200	100	70
200	250
300	100
Vergleichsbeispiele
20
50
600

60 35 90 220 90

90 90 60

> 300
>300
7300
>300
>300

< 200

Δ
Δ

O O

O O O

O O

: Bei einer 10-fachen Vergrößerung kann in dem gebogenen Bereich keine Rißbildung festgestellt werden.

: Bei einer zehnfachen Vergrößerung können in dem gebogenen Bereich nur unbedeutende Risse festgestellt werden.

Δ : Rißbildung mit bloßem Auge zu erkennen.

X : In dem gebogenen Bereich erfolgt eine gewisse Ablösung.

: Keine Poren.

Δ: Unbedeutende Poren.

X : Eine Reihe von Poren

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- 6 Beispiel 2

Man behandelt kaltgewalzte Stahlbleche mit einer Dicke von 1,0 mm in verschiedenen, weiter unten angegebenen Weisen vor, und beschichtet sie durch Flammspritzen mit Aluminium mit einer Dicke von 100 μΐη, wobei man die vorbehandelten Substrate bei Raumtemperatur oder der in der folgenden Tabelle II angegebenen Temperatur hält. Die aluminiumbeschichteten Bleche werden in der Mitte um 180° und um eine Krümmung mit einem Radius von 4 mm gebogen, um die Haftung zu untersuchen. Die erhaltenen Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle II angegeben. Die Vorbehandlung A erfolgt durch Entfetten mit Trichloräthylen. Die Vorbehandlung B umfaßt ein Entfetten mit Trichloräthylen, ein Ätzen mit Chlorwasserstoff säure, ein Waschen mit Wasser und Trocknen. Bei der Vorbehandlung C wird das Material sandgestrahlt, während bei der Vorbehandlung D die Platten mit endlosem Polierpapier poliert werden.

Tabelle II

Temperatur des Sub- Vorbehandlung

strats (⁰C)

A BC D

Beispiel 150 O vJ

200 O O

300 O O 400

δ ο ο ο

Vergleichsbeispiel Raumtempe- X X A χ

ratur

50 X X A χ

@: Bei einer zehnfachen Vergrößerung kann in dem gebogenen Bereich keine Rißbildung festgestellt werden.

: Bei einer zehnfachen Vergrößerung können in dem gebogenen Bereich nur unwesentliche Risse festgestellt werden.

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/^ : Rißbildung mit bloßem Auge zu erkennen.

X : An der gebogenen Oberfläche ist eine Ablösung des Überzugs zu erkennen.

Wie aus der Tabelle II zu ersehen ist, kann bei den erfindungsgemäßen Testproben keine Ablösung des Aluminiumüberzugs festgestellt werden, während sich die Schicht der Vergleichsprobe bei dem Biegetest vollständig ablöst. Bei den auf 500⁰C erhitzten Testproben ist die Haftung etwas geringer, verglichen mit den auf 400⁰C erhitzten Proben. Dieser Effekt ergibt sich durch eine Oxidation des als Substrat verwendeten Stahlblechs. Wenn das Substrat unter einer reduzierenden Atmosphäre oder einer Argonatmosphäre mit Aluminium bespritzt wird, verschwindet dieser Effekt, und man erhält Überzüge mit guter Haftung. Wenn das Substrat auf eine Temperatur von mehr als 600⁰C erhitzt wird bildet sich eine Eisen-Aluminium-Legierung, die die Verarbeitbarkeit des Substrat verschlechtert.

Beispiel 3

Man behandelt Flußstahldraht mit einem Durchmesser von 5 mm durch Sandstrahlen bei einer Temperatur von 18O⁰C und bespritzt ihn unmittelbar nach der Vorbehandlung von drei Seiten in einer Dicke von 100 μΐη mit Aluminium. Der Draht wird anschließend auf 300⁰C erhitzt und mit einer Querschnittsverminderung von 25 % in der Hitze durch ein Mundstück gezogen und dann an der Luft abgekühlt.

Wenn man den aluminiumbeschichteten und gezogenen Draht dem 180°-Kontaktbiegetest unterwirft und bei dem Torsionstest um 10 Umdrehungen verdreht, kann keine Ablösung festgestellt werden, wobei das Material eine gute Verarbeitbarkeit behält. Der Draht zeigt beim Eintauchtest in Salpetersäure ebenfalls gute Ergebnisse dadurch, daß die aufgelöste Menge ebenso gering ist wie die von Aluminiumdraht.

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Beispiel 4

Man entfettet kaltgewalzte Stahlbleche mit einer Dicke von 1,0 nun mit Trichloräthylen und behandelt sie nach der in der folgenden Tabelle III angegebenen Weise. Die vorbehandelten Bleche werden durch Flammspritzen mit Aluminium in einer Dicke von 100 μπι beschichtet. Dann werden die aluminiumbespritzten Bleche unter Anwendung der in der folgenden Tabelle III angegebenen Bedingungen thermisch behandelt und kaltgewalzt. Die kaltgewalzten Bleche werden bei 90⁰C wiederholt dem Biegetest und dem 180°-Kontaktbiegetest zur Bestimmung der Haftung unterworfen. Zur Ermittlung der Korrosionsbeständigkeit werden die kaltgewalzten Bleche durch Besprühen mit einer 5 %igen Salzlösung gemäß der Standardvorschrift JIS Z 2371 untersucht.

In der folgenden Tabelle III sind die Untersuchungsergebnisse der Testproben angegeben, die aus den erfindungsgemäß hergestellten Materialien und den Materialien des Vergleichsbeispiels gewonnen wurden. Die erfindungsgemäßen Testproben zeigen ausgezeichnete Ergebnisse.

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Tabelle III

Vorbehandlung Temperatur des Nachbehandlung

• Stahlblechs beim Querschnitts- Walztem- Wärmebe-

Bespritzen (⁰C) verminderung peratur handlunys-

(%) (⁰C) bedingungen

Erfindungsgemäß	200	10	Raumtemp.	350⁰C χ 5 Std.
Sandstrahlen	200	20	Il	Il
	200	30	Il	Il
	200	10 '	Il	550⁰C χ 10 Min
	200	20	Il	Il
	200	30	Il	Il
-
Ätzen, Spülen und	300	• 10	Il	550⁰C χ 10 Min
Trocknen	300	20	M	Il
	300	30	Il	Il
	300	30	Il	35O⁰C χ 5 Std.
	300	30	300

Vergleichsbeispiel	Raumtemp.	10	Raumtemp.
Sandstrahlen	Il	10
Il	200	3	Il	55O⁰C χ 10 Min
Il	200	20	Il	,-, — ,--
Il

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- 10 Tabelle III

(Fortsetzung)

Biegetest, Anzahl der Biegetest Salzsprühtest Biegevorgänge

erfindungsgemäß

> 10 O >1000

^10 ^ς >1000

>10 >1000

>10 _ >1000

?1Q . >1-000

>10 . ^ >1000

> .1 O O O

>10 ^w >1000

>10 ^ >1000

>10 © >1000

Vergleichsbeispiel

Ablösung des Überzugs während des Walzens --

Il Il

3 X 1000

5 X 1000

'O) : Bei einer zehnfachen Vergrößerung kann in dem gebogenen Bereich keine Rißbildung beobachtet werden.

: Bei einer zehnfachen Vergrößerung können in dem gebogenen

Bereich nur unwesentliche Risse beobachtet werden. X : Ablösung auf der gebogenen Oberfläche.

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Claims

- 11 Patentansprüche

1.' Verfahren zur Herstellung von aluminiumbeschichtetem Stahl, dadurch gekennzeichnet, daß man die auf einer Temperatur von 100 bis 500⁰C gehaltene Stahloberfläche mit Aluminium bespritzt. .

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man zusätzlich eine Querschnittsverminderung des aluminiumbeschichteten Stahls von 5 bis 80 % bei einer Temperatur von 150 bis 600⁰C bewirkt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der behandelte Stahl während 3 Minuten bis 24 Stunden auf eine Temperatur von 150 bis 600⁰C erhitzt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den aluminiumbeschichteten Stahl zusätzlich mit einer Querschnittsverminderung von 5 bis 80 % kaltwalzt und den behandelten Stahl während 3 Minuten bis 24 Stunden auf eine Temperatur von 150 bis 600⁰C erhitzt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den Aluminiumüberzug mit einer Dicke von 30 bis 300 μπι aufträgt.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufspritzen des Aluminiums unter einer reduzierenden Atmosphäre erfolgt.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bespritzen mit Aluminium in einer Stickstoff-und/oder Argon-Atmosphäre erfolgt.

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8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stahloberfläche auf eine Temperatur von 120 bis 400⁰C erhitzt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stahloberfläche vor dem Bespritzen mit Aluminium durch Grieß-Strahlen gereinigt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stahloberfläche vor dem Bespritzen mit Aluminium durch Sandstrahlen gereinigt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stahloberfläche vor dem Bespritzen mit Aluminium durch Ätzen gefolgt von einem Spülen mit Wasser gereinigt wird.

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