EP0865510A1 - Bänder und tafeln aus legiertem zink - Google Patents
Bänder und tafeln aus legiertem zinkInfo
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C18/00—Alloys based on zinc
Definitions
- the invention relates to strips and sheets made of alloyed zinc based on at least 99.99% zinc with additions of 0.05 to 0.2% by weight of titanium, copper and 0.005 to 0.05% by weight of aluminum, preferably for the building industry .
- the production of the material is generally carried out using the casting-rolling process, in which strips in a continuous process (melting - casting - rolling - winding) are produced in predetermined thicknesses, which are then cut on scissor lines to narrow strips or sheets.
- the material is stable in the atmosphere.
- the surface initially reacts with the oxygen in the air to form zinc oxide.
- the action of water then forms zinc hydroxide, which, when reacted with the carbon dioxide in the air, converts it into a dense, firmly adhering and water-insoluble cover layer made of basic zinc carbonate. This protective layer is responsible for the high corrosion resistance.
- the underside of the zinc strips and tablets In contrast to the behavior of the surface of the zinc facing the free atmosphere, the following applies to the underside of the zinc strips and tablets, i.e. on the side facing away from the weather, other criteria.
- the underside of the zinc strips and sheets if the underside of the zinc strips and sheets is exposed to moisture or condensed water for a long period due to inadequate ventilation, caused by structural or installation errors, it must be subjected to increased corrosion, e.g. due to water inclusions, water ingress, condensation, etc., which ultimately leads to point-by-point deep corrosion (pitting), which can spread out in areas.
- the object of the present invention to reduce to a minimum the risk of punctiform deep corrosion as a result of physical defects and / or improper laying of strips and sheets consisting of the fine zinc alloy mentioned at the beginning.
- the solution to this problem is that the copper content of the fine zinc alloy is 0.02 to 0.075% by weight, preferably 0.03 to 0.06% by weight, and in addition a manganese content of 0.075 to 0.75% by weight, preferably 0, 2 to 0.75% by weight of manganese is provided.
- the samples of the examined zinc sheets consisted of a fine zinc alloy (I) with the composition belonging to the state of the art and of a fine zinc alloy (II) with the composition according to the invention (in% by weight):
- the sheets made of the known fine zinc alloy (I) showed a surface and local corrosion attack.
- the corrosion behavior of the fine zinc alloy (II) according to the invention could be influenced in such a way that the attack leading to localized deep corrosion was prevented.
- the area-related covering number density Z which represents the number of punctiform digits per centimeter, decreases significantly when the manganese content is added and the copper content is limited. Even in the "pre-weathered", ie in the pickled state, no local points of attack on the zinc strips and panels could be determined visually. In addition to the visual impression and the area-related covering number density Z, the area-related mass change can be taken into account as a classification of the fine zinc alloys.
- Electrolyte Zn (OH) ⁇ - saturated solution with NaCl adjusted to a conductivity of 500 ⁇ m / cm, ⁇ rinsing of the corrosion medium 30 min before
- the anodic patential profiles of the fine zinc alloys indicate, due to their comparable gradients, that there is no inhibition of the metal dissolution.
- the conversion of the necessary cathodic partial reaction which takes place in normal aqueous media after the reaction H 2 + V 2 0 2 + 2e " -> 2 (OH " ), can be seen from the curves as a cathodic potential curve depending on the alloy. This shows the positive influence of the addition of manganese already determined under condensation conditions.
- the cathodic current density (I) show the values of the cathodic current density (I), which were determined at a potential which is 50 mV more negative than the resting potential.
- the current densities indicate that the cathodic partial reaction of the fine zinc alloy (II) is reduced by approximately 60% compared to the fine zinc alloy (I).
- the cathodic potential curve of the fine zinc alloy (II) according to the invention is flatter, which is due to an inhibition of the oxygen reduction. If less oxygen is converted, less and less metal will dissolve.
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Abstract
Zur Verhinderung von Tiefenkorrosion enthält eine Feinzinklegierung mit 0,05 bis 0,2 Gew.-% Titan, Kupfer und 0,005 bis 0,05 Gew.-% Aluminium noch 0,075 bis 0,75 Gew.-% Mangan mit der Maßgabe, daß der Kupfergehalt 0,02 bis 0,075 Gew.-% beträgt.
Description
Bänder und Tafeln aus legiertem Zink
Beschreibung:
Die Erfindung betrifft Bänder und Tafeln aus legiertem Zink auf der Basis von wenigstens 99,99% Zink mit Zusätzen von 0,05 bis 0,2 Gew.% Titan, Kupfer und 0,005 bis 0,05 Gew.% Aluminium, vorzugsweise für das Bauwesen.
Dieser in der DE-C-1 758 498 beschriebene und nach DIN 17 770, Teil 1 genormte Werkstoff wird seit vielen Jahren, insbesondere im Bauwesen, wegen seiner vorzüglichen Werkstoffeigenschaften eingesetzt. Die aus diesem Werkstoff hergestellten Bänder und Tafeln sind unabhängig von der Walzrichtung anrißfrei um 180° faltbar, bleiben bruchfrei beim Wiederaufbiegen und zeichnen sich durch eine hohe Duktilität bei jeder Art Umformung, auch bei Kaltumformung, aus. Die Mindestanforderung an diese mechanisch-technologischen Eigenschaften der aus diesem Werkstoff hergestellten Bänder und Tafeln sind in DIN 17 770, Teil 1 aufgeführt. In DIN 17 770, Teil 2 sind die Maße für solche Bänder und Bleche angegeben.
Die Herstellung des Werkstoffs erfolgt im allgemeinen unter Anwendung des Gieß-Walz-Verfahrens, bei dem in einem ununterbrochenen Verfahrensgang (Schmelzen - Gießen - Walzen - Aufwickeln) Bänder in vorgegebenen Dicken hergestellt werden, die anschließend auf Scherenlinien zu Schmalbändern oder Tafeln geschnitten werden.
ORIGINAL UNTERLAGEN
Der Werkstoff ist in der Atmosphäre gut beständig. Die Oberfläche reagiert zunächst unter Bildung von Zinkoxid mit dem Sauerstoff der Luft. Durch Einwirkung von Wasser bildet sich dann Zinkhydroxid, das durch Reaktion mit dem Kohlendioxid der Luft zu einer dichten, festhaftenden und wasserunlöslichen Deckschicht aus basischem Zinkkarbonat umgewandelt wird. Diese Schutzschicht ist verantwortlich für den hohen Korrosionswiderstand.
Im Gegensatz zum Verhalten der der freien Atmosphäre zugewandten Oberfläche des Zinks gelten an der Unterseite der Zinkbänder und -tafeln, d.h. auf der von den Witterungseinflüssen abgewandten Seite, andere Kriterien. Wird darüber hinaus die Unterseite der Zinkbänder und -tafeln durch Feuchtigkeit oder Kondenswasser infolge mangelhafter Be- und Entlüftung über einen längeren Zeitraum belastet, verursacht durch bauphysikalische oder verlegungstechnische Fehler, muß mit verstärkter Korrosion, z.B. durch Wassereinschlüsse, Wassereinbrüche, Tauwasser usw. gerechnet werden, die schließlich zu einer punktweisen Tiefenkorrosion (Lochfraß) führt, die sich flächenförmig ausbreiten kann.
Um diese Folgen zu vermeiden ist für eine ausreichende Be- und Entlüftung der Unterkonstruktion von Zinkband- oder -tafeldeckungen durch eine Ausführung in Übereinstimmung mit den allgemeinen Vorschriften und Bestimmungen, wie den technischen Vorschriften für Bauleistungen (VOB) , den DIN-Normen, den Fachregeln des Handwerks, den Verordnungen der Baubehörden sowie den Hinweisen des Baustofflieferanten, zu sorgen.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Gefahr einer punktweisen Tiefenkorrosion als Folge bauphysikalischer Fehler und/oder nicht fachgerechter Verlegung von aus der eingangs angeführten Feinzinklegierung bestehenden Bändern und Tafeln auf ein Minimum zu senken.
Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß der Kupfergehalt der Feinzinklegierung 0,02 bis 0,075 Gew.%, vorzugsweise 0,03 bis 0,06 Gew.% beträgt und zusätzlich ein Mangangehalt von 0,075 bis 0,75 Gew.%, vorzugsweise 0,2 bis 0,75 Gew.% Mangan vorgesehen ist.
Zu Vergleichszwecken wurden Korrosionsuntersuchungen an gewalzten 0, 8 mm dicken Zinkblechen unter Anwendungen des Kondenswassertests nach DIN 50 017 KK durchgeführt, bei dem Zinkbleche in einer Kondenswasser-Klimaprüfeinrichtung bei einer Lufttemperatur von 40 °C und einer relativen Luftfeuchte von 100% 7 Tage lang ausgelagert wurden. Nach dieser Explositionsdauer wurden die Massenänderungen und das optische Erscheinungsbild der Korrosion der Zinkbleche ermittelt.
Die Proben der untersuchten Zinkbleche bestanden aus einer Feinzinklegierung (I) mit der zum Stand der Technik gehörenden Zusammensetzung und aus einer Feinzinklegierung (II) mit der erfindungsgemäßen Zusammensetzung (in Gew.%):
Mn Cu Ti AI Zn Feinzinklegierung (I) - 0,13 0,12 0,010 Rest (99,995%) Feinzinklegierung (II) 0,39 0,049 0,12 0,010 Rest (99,995%)
Bei den aus der bekannten Feinzinklegierung (I) bestehenden Blechen zeigte sich ein flächenmäßiger und örtlicher Korrosionsangriff. Durch die erfindungsgemäße Zurücknahme des Kupfers und Zugabe von Mangan konnte das Korrosionsverhalten der erfindungsgemäßen Feinzinklegierung (II) derart beeinflußt werden, daß der zur punktuellen Tiefenkorrosion führende Angriff verhindert wurde. Die flächenbezogene Belagszahldichte Z, die die Anzahl von punktuellen Stellen pro Zentimeter wiedergibt, nimmt deutlich bei Zusatz des Mangangehalts und Eingrenzung des Kupfergehalts ab. Selbst im "vorbewitterten" , d. h. im gebeizten Zustand konnten keine örtlichen Angriffsstellen an den Zinkbändern und -tafeln visuell ermittelt werden.
Neben dem visuellen Eindruck und der flächenbezogenen Belagszahldichte Z kann die flächenbezogene Massenänderung als Klassifizierung der Feinzinklegierungen berücksichtigt werden. Dazu wurden aus der bekannten Feinzinklegierung (I) und der erfindungsgemäßen Feinzinklegierung (II) bestehende 0,8 mm dicke Bleche gebeizt und anschließend 14 Tage dem Kondenswassertest gemäß DIN 50 017 (Konstantklima) unterzogen. Wie das in Fig. 1 dargestellte Säulendiagramm zeigt, beträgt der flächenbezogene Massenverlust w in mg/cnr bei der Feinzinklegierung (I) 1,2 mg/cm2 und bei der Finzinklegierung (II) nach der Erfindung nur 0,31 mg/cm1.
Zur Simulierung von Kondenswasserbedingungen wurde alε Korrosionsmedium ein mit Zinkhydroxid gesättigtes, destilliertes Wasser verwendet, wobei Natriumchlorid als Leitsalz zugegeben wurde. Folgende Prüfbedinungen wurden bei allen Proben zugrunde gelegt:
Elektrolyt: Zn (OH)^-gesättigte Lösung mit NaCl auf eine Leitfähigkeit von 500 μm/cm eingestellt, ^-Spülung des Korrosionsmediums 30 min vor
Versuchsbeginn eingeschaltet, Elektrolyttemperatur 40°C.
Die Fig. 2 gibt die Summenstromdichte-Potential-Kurven der Feinzinklegierung (I) und der erfindungsgemäßen Feinzinklegierung (II) wieder.
Die anodischen Patentialverläufe der Feinzinklegierungen deuten aufgrund ihrer vergleichbaren Steigungen darauf hin, daß eine Hemmung der Metallauflösung in keinem Falle vorliegt. Der Umsatz der notwendigen kathodischen Teilreaktion, die in normalen wäßrigen Medien nach der Reaktion H2 + V2 02 + 2e" -> 2(OH") abläuft, kann als kathodischer Potentialverlauf legierungsabhängig aus den Kurven entnommen werden. Hierbei zeigt sich der schon unter Kondenswasserbedingungen ermittelte positive Einfluß des Manganzusatzes. Inwieweit die Reduktion des
Sauerstoffes in Abhängigkeit von der LegierungsZusammensetzung verringert wird, zeigen die Werte der kathodischen Stromdichte (I), die bei einem Potential, welches um 50 mV negativer ist als das Ruhepotential, ermittelt wurden. Die Stromdichten lassen erkennen, daß die kathodische Teilreaktion der Feinzinklegierung (II) zu ca. 60 % gegenüber der Feinzinklegierung (I) reduziert ist. Im Vergleich zur Feinzinklegierung (I) verläuft die kathodische Potentialkurve der erfindungsgemäßen Feinzinklegierung (II) flacher, was auf einer Hemmung der Sauerstoffreduktion zurückzuführen ist. Wird weniger Sauerstoff umgesetzt, dann geht immer weniger Metall in Lösung.
Claims
1. Bänder und Tafeln aus legiertem Zink auf der Basis von Feinzink von wenigsten 99,99% Zink mit Zusätzen von 0,05 bis 0,2 Gew.% Titan, Kupfer und 0,005 bis 0,05 Gew.% Aluminium vorzugsweise für das Bauwesen, dadurch gekennzeichnet, daß der Kupfergehalt 0,02 bis 0,075 Gew.% beträgt und ein Mangangehalt von 0,075 bis 0,75 Gew.% vorgesehen ist.
2. Bänder und Tafeln nach Anspruch 1 gekennzeichnet durch einen Kupfergehalt von 0,03 bis 0,06 Gew.%
3. Bänder und Tafeln nach einem der Ansprüche 1 und 2 gekennzeichnet durch einen Mangangehalt von 0,20 bis 0,75 Gew.%.
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