Rostet Schwarzblech -
Korrosionsmechanismus und Schutz
Schwarzblech rostet immer dann, wenn auf seiner Oberfläche gleichzeitig Feuchtigkeit und Sauerstoff vorhanden sind. Die Norm ISO 9223 beziffert das Tempo dieses Vorgangs für unlegierten Stahl im ersten Jahr der Auslagerung: von 1,3 µm jährlich in der Kategorie C1, also in beheizten, sauberen Innenräumen, bis zu 700 µm jährlich in der Kategorie CX, die Meeres- und extrem industrielle Umgebungen erfasst. Zwischen diesen Extremen liegt die gesamte Lager- und Fertigungspraxis: typische Hallen und städtische Gebiete entsprechen den Kategorien C2 und C3, in denen die Abnahme 1,3 bis 50 µm jährlich beträgt.
Die Frage, ob Schwarzblech rostet, ist somit weniger nützlich als die Frage, wie schnell und mit welchen Folgen für das jeweilige Erzeugnis.
Warum Rost den Stahl nicht schützt
Die atmosphärische Korrosion von Kohlenstoffstahl ist ein elektrochemischer Vorgang, der in einer dünnen, auf der Metalloberfläche abgeschiedenen Elektrolytschicht abläuft. ISO 9223 beschreibt diese Bedingung mit dem Begriff der Zeit der Benetzung (TOW), also des Zeitraums, in dem die Oberfläche von einem Feuchtigkeitsfilm bedeckt ist, der die Reaktion tragen kann. Zu ihrer Bestimmung nimmt die Norm die Summe der Stunden im Jahr an, in denen die relative Luftfeuchte 80 Prozent bei Temperaturen über null überschreitet.
Der entscheidende Unterschied zwischen Rost und den Schutzschichten anderer Metalle betrifft Volumen und Haftung. Die Korrosionsprodukte des Eisens nehmen ein deutlich größeres Volumen ein als der Stahl, aus dem sie entstanden sind, und diese Ausdehnung führt zum Reißen und Abplatzen der Schicht vom Untergrund. Die Schicht bleibt porös und unterbrochen, sie sperrt den Zutritt von Sauerstoff und Feuchtigkeit zum frischen Metall darunter also nicht ab. Der Vorgang schreitet in die Tiefe fort.
Zum Vergleich: die Patina auf einem Zinküberzug bildet eine dichte, haftende und in Wasser unlösliche Schicht, die als physikalische Barriere wirkt. Zink schützt den Stahl zusätzlich kathodisch: an einer Stelle mit freiliegendem Metall, etwa an einer Schnittkante, entsteht ein Element, in dem das Zink korrodiert und nicht der Stahl. Rost besitzt solche Eigenschaften nicht und kann sie nicht besitzen.
Über das Korrosionstempo entscheiden drei in ISO 9223 erfasste Faktoren: das Zusammenspiel von Temperatur und Feuchte, die Verunreinigung mit Schwefeldioxid sowie der Salzgehalt der Luft. Chloride und Schwefelverbindungen wirken als Katalysator, sie senken den elektrischen Widerstand des Feuchtigkeitsfilms und beschleunigen die Reaktion. Deshalb verhält sich dieselbe Stahlgüte in einer Fertigungshalle im Landesinneren und auf einem Lagerplatz einige Hundert Meter vom Meer entfernt völlig unterschiedlich.
| Kategorie nach ISO 9223 | Korrosivitätsgrad | Dickenabnahme von unlegiertem Stahl im ersten Jahr |
|---|---|---|
| C1 | sehr gering | bis 1,3 µm |
| C2 | gering | 1,3-25 µm |
| C3 | mittel | 25-50 µm |
| C4 | hoch | 50-80 µm |
| C5 | sehr hoch | 80-200 µm |
| CX | extrem | 200-700 µm |
Walzzunder und Korrosion
Warmgewalztes Blech im Rohzustand ist mit Walzzunder bedeckt: einer dunklen, haftenden Schicht aus Eisenoxiden mit dreilagigem Aufbau. Am Stahl liegt Wüstit, darüber Magnetit und außen Hämatit.
Der Zunder sieht wie eine Schutzschicht aus und wird bisweilen auch dafür gehalten, elektrochemisch ist er gegenüber dem Stahl jedoch kathodisch, also edler. Solange er die Oberfläche dicht bedeckt, verlangsamt er die Korrosion. Sobald er reißt oder mechanisch beschädigt wird, entsteht an der Stelle des freiliegenden Stahls ein galvanisches Element, in dem der Stahl die Rolle der Anode übernimmt. Kleine Metallfreilegungen, umgeben von ausgedehntem, unversehrtem Zunder, sind dabei am ungünstigsten: eine kleine Anode arbeitet gegen eine große Kathode, und die Folge ist eine intensive, genau an dieser Stelle konzentrierte Lochkorrosion. Material mit teilweise abgelöstem Zunder korrodiert somit schneller und ungleichmäßiger als Material mit einheitlicher Oberfläche.
Das ist einer der Gründe, weshalb für lackierte, präzise geschweißte oder kaltumgeformte Erzeugnisse gebeiztes Blech eingesetzt wird, bei dem der Zunder in einem sauren Bad chemisch entfernt und die Oberfläche mit einem Ölfilm geschützt wurde. Die Wahl der Güte für den jeweiligen Prozess behandelt der Beitrag über Gütenbezeichnungen von Stahlblechen.
Flugrost und die Eignung des Materials
In der Lagerpraxis lautet die Frage meist anders: ob leichter Oberflächenrost auf dem Blech eine Partie disqualifiziert.
Den Oberflächenzustand warmgewalzter Erzeugnisse regelt EN 10163. Die Norm unterscheidet Unvollkommenheiten, also Ungänzen innerhalb der zulässigen Tiefengrenzen, die als verfahrensbedingt gelten, und Fehler, also Ungänzen jenseits dieser Grenzen sowie Risse, Einwalzungen und Nähte unabhängig von der Tiefe. Sie definiert außerdem die Klassen A und B samt Unterklassen, die die zulässigen Ausbesserungsverfahren festlegen. Der Unterschied zwischen den Klassen betrifft die Dicke: in Klasse A darf die unter der Ungänze und unter dem geschliffenen Bereich verbleibende Dicke unter das von der Maßnorm zugelassene Mindestmaß fallen, in Klasse B nicht. Von Bedeutung sind hier die Dickentoleranzen bei Stahlblech, denn sie legen die untere Bezugsgrenze fest.
Die Norm richtet sich auf Materialungänzen und nicht auf den Flugrost selbst, und sie weist ausdrücklich darauf hin, dass Zunder sie verdecken kann. Die Beurteilung des Rostgrades vor der weiteren Bearbeitung erfolgt nach ISO 8501-1, die vier Rostgrade des Ausgangszustands der Oberfläche definiert.
| Grad nach ISO 8501-1 | Oberflächenzustand |
|---|---|
| A | Oberfläche weitgehend mit haftendem Walzzunder bedeckt, praktisch ohne Rost |
| B | beginnende Korrosion, der Zunder beginnt abzublättern |
| C | Zunder verrostet oder abkratzbar, geringe mit bloßem Auge erkennbare Narben |
| D | Zunder verrostet, allgemeine Narbenbildung sichtbar |
Der praktische Schluss lautet, dass oberflächlicher Flugrost ohne Narben, dem Grad B entsprechend, über die Eignung des Materials nicht entscheidet. Maßgebend ist, ob unter dem Rost die Dicke unter die untere Toleranzgrenze gefallen ist und welcher Prozess dem Material bevorsteht. Vor dem Lackieren ist ohnehin eine Oberflächenvorbereitung erforderlich, und ISO 8501-1 legt die Normreinheitsgrade der Strahlreinigung fest: Sa 1 entfernt lose haftende Verunreinigungen, Sa 2 den überwiegenden Teil von Zunder und Rost, Sa 2½ lässt nur leichte Schattierungen in Form von Flecken oder Streifen zurück, und Sa 3 ergibt ein gleichmäßiges metallisches Aussehen. Ausführlicher behandelt die Beurteilung der Oberfläche von Material aus dem zweiten Vertriebskanal der Beitrag über Oberflächenfehler bei Blech 2. Wahl.
Lagerkorrosion und Kondensation
Lagerkorrosion ergibt sich selten aus langer Lagerung als solcher. Sie ergibt sich aus Kondensation. Gelangt kühles Material in einen wärmeren Raum, sinkt die Lufttemperatur unmittelbar an der Stahloberfläche unter den Taupunkt und auf dem Blech schlägt sich Feuchtigkeit nieder. Eng gestapelte Tafeln und die Windungen eines Coils halten sie zwischen den Lagen fest, wo keine Luftzirkulation herrscht und nichts das Verdunsten begünstigt.
Die Regeln, die dem entgegenwirken, sind einfach und für Stahlerzeugnisse unabhängig von der Oberflächenart gleich: Transport in gedeckten und dichten Fahrzeugen, Lagerung unter Dach und über dem Bodenniveau, trockene Zwischenlagen, die den Luftdurchtritt zwischen den Paketen sichern, eine Auflage mit leichtem Gefälle für den Wasserablauf sowie der Verzicht auf enges Umwickeln mit Folie, die das Kondensat darunter festhält. Material, das trocken bleibt, korrodiert nicht.
Vorübergehender und dauerhafter Schutz
Der Schutz von Schwarzblech stützt sich auf zwei Ebenen. Vorübergehend kommen in der Linie aufgebrachte Ölfilme zum Einsatz, die das Erzeugnis im Transport und bei kurzer Lagerung schützen, sowie die Kontrolle der Lagerbedingungen. Dauerhaft, wenn das Erzeugnis in korrosiver Umgebung arbeiten soll, ist eine Beschichtung erforderlich.
Die Wahl des Beschichtungssystems regelt ISO 12944, die die Korrosivitätskategorie der Umgebung mit der geforderten Schutzdauer verknüpft und auf dieser Grundlage die Oberflächenvorbereitung, die Art der Farbe, die Zahl der Schichten und die Trockenschichtdicke festlegt. Je höher die Korrosivitätskategorie und je länger der angenommene wartungsfreie Zeitraum, desto umfangreicher das System. Eine Alternative zum Lackieren ist der Zinkschutz, bei dem die Metallschicht zugleich als Barriere und als Opferanode wirkt.
Wetterfeste Stähle
Wetterfeste Stähle nach EN 10025-5, am Markt unter der Bezeichnung Corten bekannt, wirken nach einem anderen Prinzip. Die Zusätze von Chrom, Kupfer, Phosphor und Nickel bewirken, dass sich die Schicht der Korrosionsprodukte stabilisiert und eine dichte Patina bildet, die den weiteren Zutritt von Sauerstoff und Feuchtigkeit erschwert und die Korrosion deutlich verlangsamt.
Voraussetzung für die Bildung der Patina sind Zyklen aus abwechselndem Benetzen und Abtrocknen. Dort, wo die Oberfläche dauerhaft feucht, eingetaucht oder vergraben bleibt, greift der Mechanismus nicht und das Material verhält sich wie gewöhnlicher Baustahl, es verlangt also eine Lackierung. Branchenrichtlinien schließen den Einsatz von wetterfestem Stahl ohne Beschichtung in einem Streifen bis 2 km von Küstengewässern aus, es sei denn, der Chloridniederschlag bleibt unter der Kategorie S2 nach ISO 9223, also unter 300 mg je Quadratmeter und Tag. Ebenso werden industrielle Atmosphären mit hoher Schwefeldioxidkonzentration sowie als C5 und CX eingestufte Umgebungen behandelt, für die dieses Material nicht vorgesehen ist.
Kriterien für die Wahl des Oberflächenzustands
Die Entscheidung für den Kauf von Schwarzblech, gebeiztem oder verzinktem Blech läuft auf drei Fragen hinaus: in welcher Umgebung das Erzeugnis arbeiten wird, welcher Verarbeitungsprozess dem Material bevorsteht und wie lange es vor der Verwendung gelagert wird. Schwarzblech im Rohzustand ist die wirtschaftlichste Wahl für Erzeugnisse, die nach der Fertigung lackiert und kurz nach der Lieferung verarbeitet werden. Gebeiztes und geöltes Blech ist überall dort im Vorteil, wo Zunder beim Schweißen, Umformen oder Lackieren stört. Schmelztauchveredeltes Blech löst das Korrosionsproblem auf der Ebene des Materials und nicht auf der Ebene des fertigen Erzeugnisses.
Auf der einen Seite der Rechnung steht der Tonnenpreis, auf der anderen die Kosten des Korrosionsschutzes, die Kosten der Lagerverluste und das Stillstandsrisiko. Verfügbare Stahlsorten, Überzugsarten sowie Formate von Coils, Spaltband und Tafeln zeigt das Stahlblech-Angebot von HEN-STOL, mit eigenen Seiten zu verzinktem Stahlblech, kaltgewalztem Stahlblech und warmgewalztem Stahlblech.
Erfahren Sie, wie wir helfen können
Senden Sie uns die Spezifikation des Materials, das Sie derzeit einsetzen: Güte, Dicke, Breite, Oberflächenzustand, Überzugsart, bevorzugte Lieferform und Partiegröße. Wir prüfen die Verfügbarkeit und legen Ihnen die besten Konditionen vor, die wir anbieten können. Sollte sich der angenommene Oberflächenzustand als höher angesetzt erweisen, als der Prozess tatsächlich verlangt, weisen wir auf Material hin, das den realen Anforderungen des Erzeugnisses entspricht.
Häufig gestellte Fragen
Wie schnell rostet Schwarzblech im Lager?
Das hängt von den Bedingungen ab und nicht von der Lagerdauer an sich. In einer trockenen, beheizten Halle, die der Kategorie C1 nach ISO 9223 entspricht, überschreitet die Abnahme 1,3 µm jährlich nicht. In einer unbeheizten Halle mit Kondensation und im Freien steigt das Tempo auf einige Dutzend µm jährlich.
Schützt Walzzunder das Blech vor Korrosion?
Solange er dicht und unbeschädigt ist, verlangsamt er die Korrosion. Nach dem Reißen wirkt er umgekehrt: als gegenüber dem Stahl kathodische Schicht verursacht er beschleunigte Lochkorrosion an der Stelle des freiliegenden Metalls, am stärksten bei kleinen Freilegungen, die von unversehrtem Zunder umgeben sind.
Ist Flugrost ein Reklamationsgrund?
Oberflächenrost ohne Narben allein ist in der Regel kein Fehler im Sinne von EN 10163. Maßgebend ist, ob die Materialdicke nach der Reinigung innerhalb der Toleranz der Maßnorm liegt und ob der Oberflächenzustand der in der Bestellung festgehaltenen Klasse entspricht.
Worin unterscheidet sich Schwarzblech von gebeiztem Blech?
Schwarzblech hat eine Oberfläche mit dem nach dem Warmwalzen verbliebenen Walzzunder. Gebeiztes Blech hat ein saures Bad durchlaufen, das den Zunder entfernt, und ist mit Öl geschützt, was eine einheitliche, zum Schweißen, Umformen und Lackieren vorbereitete Oberfläche ergibt.
Benötigt wetterfester Stahl keinen Schutz?
In gemäßigten Umgebungen mit zyklischem Benetzen und Abtrocknen stabilisiert sich die Patina von selbst und ein zusätzlicher Schutz ist nicht erforderlich. Bei dauerhafter Durchfeuchtung, in Atmosphären mit hoher Konzentration von Chloriden oder Schwefeldioxid sowie in einem Streifen bis 2 km von Küstengewässern greift der Mechanismus nicht und eine Beschichtung ist notwendig.
Was begrenzt die Lagerkorrosion am wirksamsten?
Das Material trocken zu halten: Transport im gedeckten Fahrzeug, Lagerung unter Dach über dem Bodenniveau, trockene Zwischenlagen, Luftzirkulation zwischen den Paketen und der Verzicht auf enges Umwickeln mit Folie, unter der sich Kondensat sammelt.
Quellen
- ISO 9223, Corrosion of metals and alloys, corrosivity of atmospheres, classification, determination and estimation
- ISO 8501-1, Preparation of steel substrates before application of paints and related products, visual assessment of surface cleanliness
- ISO 12944, Paints and varnishes, corrosion protection of steel structures by protective paint systems
- EN 10163-2, Delivery requirements for surface condition of hot-rolled steel plates, wide flats and sections
- EN 10025-5, Hot rolled products of structural steels, technical delivery conditions for structural steels with improved atmospheric corrosion resistance
- The Steel Construction Institute, Corrosion protection und Weathering steel
- ArcelorMittal, Introduction to the corrosion process, Steel Academy
- Galvanizers Association, Corrosion protection