Metallische Überzüge auf Stahlblech und ihre Austauschbarkeit
Ein Zinküberzug ist nicht die einzige Möglichkeit, Stahlblech vor Korrosion zu schützen, und immer seltener die optimale. EN 10346 definiert sechs Arten kontinuierlich schmelztauchveredelter Überzüge, EN 10152 ergänzt den elektrolytisch aufgebrachten Überzug. Sie unterscheiden sich in Zusammensetzung, Korrosionsbeständigkeit, Verhalten an Schnittkanten, Einsatztemperaturbereich und Eignung zum Lackieren. Bei gleicher Auflage verliert ein Zink-Magnesium-Überzug etwa 2,2-mal langsamer an Dicke als ein klassischer Zinküberzug. ZM310 bietet damit einen mit Z600 vergleichbaren Schutz bei nahezu halber Metallmenge.
Die Kenntnis dieser Unterschiede ist keine akademische Frage mehr, sobald eine bestimmte Auflage am Markt knapp ist und der Liefertermin drängt.
Was die Norm festlegt
EN 10346 erfasst kontinuierlich schmelztauchveredelte Flacherzeugnisse zum Kaltumformen. Das Überzugskurzzeichen bestimmt die Zusammensetzung, die vollständige Blechbezeichnung verbindet es mit der Stahlsorte.
| Kurzzeichen | Bezeichnung | Zusammensetzung nach Norm |
|---|---|---|
| Z | Zinküberzug | mindestens 99 % Zink |
| ZF | Zink-Eisen, galvannealed | 8-12 % Eisen, Rest Zink |
| ZA | Zink-Aluminium, Galfan | etwa 5 % Aluminium, Rest Zink |
| ZM | Zink-Aluminium-Magnesium | Aluminium und Magnesium zusammen 1,5-8 %, mindestens 0,2 % Magnesium |
| AZ | Aluminium-Zink, Aluzink | 55 % Aluminium, 1,6 % Silizium, Rest Zink |
| AS | Aluminium-Silizium, Alusi | 8-11 % Silizium, Rest Aluminium |
Die Zahl nach dem Kurzzeichen gibt die Auflage in Gramm pro Quadratmeter an, gerechnet für beide Seiten zusammen. Z275 bedeutet 275 g/m2, also etwa 20 µm je Seite. Verfügbar sind beim Zinküberzug Auflagen von Z80 bis Z725, bei Zink-Magnesium von ZM70 bis ZM430, bei Galfan von ZA095 bis ZA300 und bei Aluminium-Silizium von AS50 bis AS240.
Gesondert behandelt wird der elektrolytisch aufgebrachte Überzug nach EN 10152. Hier beschreiben die Bezeichnungen die Dicke jeder Seite einzeln: ZE25/25 steht für 2,5 µm und 18 g/m2 je Seite, ZE50/50 für 5 µm und 36 g/m2, ZE100/100 für 10 µm und 72 g/m2. Unsymmetrische Varianten sind möglich, wenn eine Seite des Erzeugnisses einen dickeren Überzug benötigt als die andere.
Zink-Magnesium-Überzüge
Die Zugabe von Magnesium und Aluminium zum Zinkbad verändert die Chemie der Korrosionsprodukte. Die entstehende Schicht ist dichter und haftet besser, und bei einer Beschädigung wandern Zinkprodukte über die freigelegte Stelle und stellen den Schutz wieder her.
Die öffentlich am besten dokumentierte Bewertung dieses Effekts ist ein Bericht des unabhängigen Instituts The Steel Construction Institute, erstellt für ArcelorMittal. Nach sechs Jahren atmosphärischer Bewitterung an küstenfernen Standorten lag das mittlere Verhältnis des Dickenverlusts des Zinküberzugs Z275 zum Zink-Magnesium-Überzug ZM250 bei 2,2, mit einem Minimum von 1,5 über die gesamte Versuchsdauer. Im zyklischen Test war die Probe Z600 nach vier Wochen vollständig mit Weißrost bedeckt, während ZM310 nach elf Wochen nur teilweise bedeckt war. Im Salzsprühtest erreichte ZM310 dieselbe Bewertung wie Z600 nach etwa doppelter Zeit.
Das Fazit des Berichts ist eindeutig: Unter den atmosphärischen Bedingungen Großbritanniens und für typische Anwendungen im Stahlleichtbau ist der Schutz durch ZM310 nicht schlechter als der durch Z600, sowohl auf der Fläche als auch an Schnittkanten.
Der Kantenschutz entwickelt sich über die Zeit. In den ersten Wochen oxidiert der freiliegende Stahlkern und es bildet sich Rost. Bei weiterer Feuchtebelastung breitet sich Überzugsmaterial über die Schnittkante aus. Nach einem Jahr weichen die Eisenkorrosionsprodukte weißen Zinkprodukten.
Die Zusammensetzung von ZM-Überzügen unterscheidet sich je nach Hersteller, liegt aber stets innerhalb der Norm. Beim Erzeugnis von ArcelorMittal sind es 93,5 % Zink, 3,5 % Aluminium und 3 % Magnesium, beim Erzeugnis von voestalpine 2,5 % Aluminium und 1,5 % Magnesium, Rest Zink. Beim Wechsel zwischen den Erzeugnissen empfiehlt sich ein Blick in das Werkstoffdatenblatt, nicht nur auf das Normkurzzeichen.
Aluminium- und Aluminium-Zink-Überzüge
Wo Temperaturbeständigkeit zählt, ist der Zinküberzug keine Lösung mehr. Zink bleibt bis etwa 200 Grad Celsius stabil. Zwischen 200 und 250 Grad beginnt die äußere Schicht aus freiem Zink abzublättern, weil die Diffusion von Zink in die Eisen-Zink-Legierungsschicht Hohlräume bildet. Oberhalb von 250 Grad beschleunigt sich der Vorgang, und die Legierungsschichten können reißen und sich vom Stahl lösen.
Der Aluminium-Silizium-Überzug verhält sich anders. Laut Herstellerdatenblatt bleibt er bis 450 Grad stabil und behält dabei etwa 80 % der Wärmereflexion, bis 650 Grad hält er ohne Abblättern stand. Der Aluminium-Zink-Überzug behält bis 400 Grad eine helle Oberfläche ohne Verfärbung und verträgt 650 Grad ohne starke Oxidation.
Der Aluminium-Zink-Überzug zeichnet sich auch durch hohe Langzeitbeständigkeit aus. Daten von GalvInfo zeigen gegenüber einem Zinküberzug mit einer Z275 entsprechenden Auflage einen Vorteil von etwa 3,8-mal in stark maritimer Umgebung, 6,4-mal in Industrieumgebung und 18,7-mal in ländlicher Umgebung. Der Mechanismus beruht darauf, dass das zinkreiche Gefüge bevorzugt korrodiert und die interdendritischen Räume der Aluminiumschicht ausfüllt. Die Korrosion verläuft dadurch parabolisch und nicht linear wie beim Zinküberzug.
Dieser Überzug hat jedoch klare Einsatzgrenzen. Er sollte weder in Kontakt mit frischem, nassem Beton verwendet werden, dessen Alkalität die Aluminiumschicht angreift, noch in Stallgebäuden oder in Kontakt mit Blei, Graphit und Kupfer.
Überzüge für Lackierung und Optik
Der Zink-Eisen-Überzug, bekannt als galvannealed, entsteht durch Diffusionsglühen unmittelbar nach dem Zinkbad. Ein Eisengehalt von 8-12 % ergibt eine feinstrukturierte Oberfläche mit sehr guter Lackhaftung und macht ihn zur ersten Wahl überall dort, wo das Erzeugnis lackiert wird. Das Eisen erweitert zudem den Schweißstrombereich und verringert den Elektrodenverschleiß, was in der Großserienfertigung von Bedeutung ist.
Der elektrolytisch aufgebrachte Überzug ist heller und gleichmäßiger, seine Dicke lässt sich für jede Seite präzise und unabhängig steuern. Deshalb wird er für sichtbare Teile mit höchsten optischen Anforderungen eingesetzt, insbesondere für lackierte.
Galfan mit seinem eutektischen, lamellaren Gefüge wirkt beim Umformen wie ein natürliches Gleitmittel, was Vorteile beim Tiefziehen und Rollprofilieren bringt. Der Hersteller gibt eine etwa doppelt so hohe Korrosionsbeständigkeit wie beim Zinküberzug an, wobei die Bedingungen dieses Vergleichs in öffentlichen Unterlagen nicht näher beschrieben sind.
Wann ein Austausch sinnvoll ist
In der Beschaffungspraxis lautet die Frage meist, ob anstelle der bestellten Zinkauflage ein anderer Überzug ohne Einbußen bei den Erzeugniseigenschaften akzeptiert werden kann. Die folgende Übersicht ordnet die häufigsten Fälle.
| Ausgangsanforderung | Möglicher Austausch | Begründung |
|---|---|---|
| Z600 oder Z450, Außenkonstruktion | ZM310 oder ZM250 | vergleichbare oder bessere Haltbarkeit bei geringerer Auflage, durch die Institutsstudie bestätigt |
| Z275, Erzeugnis mit vielen Schnittkanten | ZM mit ähnlicher Auflage | deutlich besseres Kantenverhalten nach dem Schneiden |
| Z275, Bauteil im Einsatz über 250 Grad | AS oder AZ | der Zinküberzug ist für diesen Bereich nicht vorgesehen |
| Z, lackiertes Erzeugnis | ZF | feinstrukturierte Oberfläche und Lackhaftung |
| Z, sichtbares Teil mit hohen optischen Anforderungen | ZE | gleichmäßige, helle Oberfläche und präzise Dickensteuerung |
| Z, tiefgezogenes oder rollprofiliertes Erzeugnis | ZA | Gefüge, das die Umformung erleichtert |
| Z, Kontakt mit frischem Beton | nicht durch AZ ersetzen | die Alkalität des Betons greift die Aluminiumschicht an |
Ein Austausch ist keine rein werkstoffliche Entscheidung. Unterliegt das Erzeugnis einer Konformitätsbewertung, einer Tragwerksplanung oder einer Kundenspezifikation, erfordert die Änderung des Überzugskurzzeichens die Zustimmung des Bestellers. Wo solche Einschränkungen fehlen, kann Flexibilität bei der Überzugswahl den Unterschied zwischen termingerechter Lieferung und Stillstand ausmachen.
Schweißen verzinkter Überzüge
Zink siedet bei etwa 907 Grad Celsius, also deutlich unterhalb der Temperatur im Lichtbogen. Der Überzug in der Schweißzone verdampft und oxidiert an der Luft zu Zinkoxid, das als Rauch vom Schweißer eingeatmet wird. Die American Welding Society nennt die Exposition gegenüber diesem Rauch als Ursache des Metallrauchfiebers, einer Beschwerde mit grippeähnlichen Symptomen, die einige Stunden nach der Exposition auftreten und meist innerhalb von ein bis zwei Tagen abklingen.
Die in den Vereinigten Staaten geltenden Expositionsgrenzen betragen 5 mg/m3 als zeitgewichteter Achtstundenmittelwert und 10 mg/m3 als Kurzzeitwert. Die praktischen Empfehlungen bleiben unverändert: Kopf aus dem Rauchstrom halten, Absaugung direkt am Lichtbogen, allgemeine Lüftung und bei unzureichenden technischen Maßnahmen Atemschutz. Hinzu kommt, dass jedes Schweißen den Überzug an der Naht zerstört und in der Wärmeeinflusszone beschädigt, sodass der Schutz mit zinkreicher Farbe wiederhergestellt werden muss.
Praktische Auswahlkriterien
Die Wahl des Überzugs ergibt sich aus vier Fragen: in welcher Umgebung das Erzeugnis arbeitet, wie lange es dort halten muss, was an den Schnittkanten geschieht und ob es lackiert, umgeformt oder erwärmt wird. Die Antworten führen selten zu nur einer Lösung, schließen aber meist mehrere aus.
Der europäische Markt verschiebt sich seit einigen Jahren deutlich in Richtung Zink-Magnesium-Überzüge, vor allem weil sie dieselbe Haltbarkeit mit weniger Metall erreichen, also bei geringerem Gewicht und niedrigeren Stückkosten des Überzugs. Für den Abnehmer bedeutet das auch eine größere Auswahl an Alternativen, wenn eine bestimmte Zinkauflage vorübergehend schwer erhältlich ist.
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
HEN-STOL unterstützt bei der Wahl von Überzugsart und Auflage passend zu den Einsatzbedingungen des Erzeugnisses und zeigt, welche Alternativen in der jeweiligen Anwendung gleichwertig sind und welche mit dem Planer oder Abnehmer abgestimmt werden müssen. Senden Sie uns die Spezifikation, wir prüfen die Verfügbarkeit und schlagen die günstigste Variante vor.
Häufig gestellte Fragen
Kann ein ZM-Überzug Z600 ersetzen?
Unter atmosphärischen Bedingungen und im Stahlleichtbau bietet ZM310 einen Schutz, der Z600 nicht nachsteht. Das bestätigt eine unabhängige Institutsstudie für Fläche und Schnittkanten. Bei Erzeugnissen mit Kundenspezifikation erfordert der Austausch die Zustimmung des Kunden.
Wie dick ist ein Z275-Überzug?
Eine Auflage von 275 g/m2, gerechnet für beide Seiten zusammen, entspricht etwa 20 µm je Seite. Dieselbe Umrechnung gilt für die übrigen Zinkauflagen.
Bis zu welcher Temperatur kann verzinktes Blech eingesetzt werden?
Der Zinküberzug ist für den Einsatz bis etwa 200 Grad Celsius vorgesehen. Oberhalb von 200-250 Grad beginnt die Schicht aus freiem Zink abzublättern. Bei höheren Temperaturen kommen Aluminium-Silizium- oder Aluminium-Zink-Überzüge zum Einsatz.
Welcher Überzug eignet sich am besten zum Lackieren?
Der Zink-Eisen-Überzug ZF, dank seiner feinstrukturierten Oberfläche mit guter Lackhaftung. Für sichtbare Teile mit höchsten optischen Anforderungen wird der elektrolytische Überzug ZE verwendet.
Kann verzinktes Blech geschweißt werden?
Ja, sofern die Sicherheitsanforderungen an Absaugung und Lüftung eingehalten werden, denn Zink verdampft bei Lichtbogentemperatur und bildet Zinkoxidrauch. Der Überzug in der Schweißzone muss wiederhergestellt werden, meist mit zinkreicher Farbe.
Wie unterscheidet sich Galfan von normaler Verzinkung?
Galfan ist ein Zink-Aluminium-Überzug mit etwa 5 % Aluminium. Sein Gefüge erleichtert die Umformung, was Vorteile beim Tiefziehen und Rollprofilieren bringt, und die Hersteller geben eine höhere Korrosionsbeständigkeit als beim reinen Zinküberzug an.
Quellen
- EN 10346, Kontinuierlich schmelztauchveredelte Flacherzeugnisse aus Stahl zum Kaltumformen - Technische Lieferbedingungen
- EN 10152, Elektrolytisch verzinkte kaltgewalzte Flacherzeugnisse aus Stahl zum Kaltumformen
- The Steel Construction Institute, Review of Magnelis coating performance as corrosion protection ZM310, Bericht RT1999
- GalvInfo Center, GalvInfoNote 1.4, 55 percent Aluminum-Zinc Alloy-Coated Steel Sheet
- American Galvanizers Association, Galvanized Steel Performance in Extreme Temperatures
- American Welding Society, Safety and Health Fact Sheet No. 25, Metal Fume Fever