FEUERVERZINKUNG. Leitfaden für Konstrukteure, Techniker und Bauherren

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1 FEUERVERZINKUNG Leitfaden für Konstrukteure, Techniker und Bauherren

2 Dieser Leitfaden, ständig aktualisiert, ist im Laufe der Jahre zu einem wichtigen Hilfsmittel für Projektanten, Technikern und Auftraggebern geworden. Eine Verpflichtung von allen Mitarbeitern der Zincheria Valbrenta, Zincheria Seca und DMW Logistic. Ein wichtiger Beitrag zur Förderung der Kultur des feuerverzinkten Stahls Giuseppe Bordignon Presidente

3 DAS ZINK SCHÜTZT DIE UMWELT FEUERVERZINKEN UMWELTFREUNDLICH UND NACHHALTIG Stahl ist das weltweit am meisten recycelte Baumaterial, in Europa erreicht der Wert der Wiederverwertung Spitzen bis zu 87%. Komplette Gewerke aus Stahl, wie z.b. Autobahnleitplanken, werden nach Gebrauch zur Gänze recycelt. ZINK IST EIN NICHTEISENMETALL UND KOMPLETT RECYCELBAR Während des Feuerverzinkens bleibt das Zink, das nicht auf dem Stahl haftet, zur Weiterverwendung im Bad. Es erfolgt kein Materialverlust, wie etwa bei Korrosionsschutz durch Farbbeschichtung im Sprühverfahren. Zinkasche, die bei der Oberflächenoidation des Zinkbades entsteht und Hartzink, eine Mischung aus Zink und Eisen, die sich am Boden des Zinkbades ansammelt, werden vollständig wiederverwertet. Das in der Zinkasche enthaltene Zinkmetall wird häufig schon in der Feuerverzinkerei recycelt, oder es wird zusammen mit dem Hartzink für eine Reihe von Anwendungen, wie Kautschukadditive, Kosmetika und elektronische Bauteile aufbereitet. ZINKRESERVEN Hinsichtlich der Häufigkeit des Vorkommens in der Erdkruste steht das Element Zink an 27. Stelle. Es gibt weltweit einen natürlichen Überfluss an Zink und diese Resourcen werden durch recyceltes Zink noch erhöht. ZINK IST LEBENSWICHTIG Zink ist lebensnotwendig und für einen gesunden und aktiven Lebensstil unentbehrlich; es zählt zu den essentiellen Spurenelementen für den Stoffwechsel und ist Bestandteil einer Vielzahl von Enzymen. Unter allen Vitaminen und Mineralien besitzt Zink die stärkste Wirkung auf unser Immunsystem. Zink verbessert deutlich die geistige Leistungsfähigkeit, das visuelle Gedächtnis und die Konzentrationsfähigkeit. Zink ist für das Wachstum von Säuglingen, Kindern und Jugendlichen unverzichtbar. FEUERVERZINKTER STAHL UND NACHHALTIGES BAUEN Die Langlebigkeit der Feuerverzinkung wird mit einer relativ geringen Umweltbelastung in Bezug auf Energie und andere global relevante Auswirkungen erreicht, insbesondere im Vergleich zum Energiewert des Stahls, der geschützt wird. Mehrere Vergleichsstudien zwischen der Feuerverzinkung und Beschichtungen, mit Lebenszyklusanalysen zur Bewertung der Umweltfolgen, zeigten, dass durch wiederholte Instandhaltungsbeschichtungen hohe ökonomische und ökologische Kosten entstehen. Diese können durch eine Anfangsinvestition in ein langlebigeres Korrosionsschutzsystem erheblich reduziert werden. Eine lange Nutzungsdauer und Wartungsfreiheit sind bekannte Argumente für das Feuerverzinken, die Basis für die umweltspezifischen Vorteile des Prozesses.

4 Wie erhält man ein Qualitätsprodukt von der Zinkerei EINLEITUNG Diese Broschüre wurde erstellt, um dem Konstrukteur hilfreiche Informationen zur Qualitätsoptimierung beim Feuerverzinkungsprozess zu liefern. Dies ist durch ein verzinkungsgerechtes Konstruieren der Teile möglich. Um dieses Ziel zu erreichen, ist sowohl die Planung, als auch die Wahl des Stahls auschlaggebend. Auf diese Weise werden die kritischen Aspekte, welche das Qualitätsniveau der Struktur herabsetzen, auf ein Minimum reduziert. 1A KORROSION 2A VERZINKUNG Seite 2 VERZINKUNGSGERECHTES KONSTUIEREN UND FERTIGEN 3A Entlüftungs- und Ablauföffnungen 3B Verstärkungselemente und Stirnplatten 3C Überlappungen 3D Aufhängepunkte Seite 3 WERKSTOFFWAHL 4A Chemische Zusammensetzung von Stahl 4B Walzfehler Seite 10 1 PROBLEME BEI VERZINKTEN TEILEN 5A Farbflecken und Aufschriften Stiftaufschriften Walzzeichen Farbflecken Klarlack (Rohre mit großen Wandstärken) Übermäßiger Fett-/Ölanteil auf den Bauteilen 5B Schweißnähte Schlacke Lunker/Blasen Unterbrechungen glatt geschliffen 5C Verzinkte und anschließend bearbeitete Teile GELTENDE NORM FÜR DAS FEUERVERZINKEN 6A Güteeigenschaften der Zinkschicht 6B Graue und weiße Flecken auf der Oberfläche Seite 14 Seite 18

5 1A Korrosion Metalle entstehen durch die Transformation von in der Natur vorhandenen Oiden und Salzen, die über mechanische Prozesse in einen höheren Energiezustand gebracht werden. Eine der besten Methoden der Korrosionsbekämpfung ist das Auftragen eines so genannten Opfermaterials auf das Metall, das langsamer korrodiert und dadurch das darunter liegende Metall schützt. 2A Verzinkung Die Feuerverzinkung ist ein Verfahren, bei dem ein Bauteil aus Stahl durch das Eintauchen in ein flüssiges Zinkbad mit einer Zinkschicht überzogen wird. Dadurch erfolgt die Bildung einer Schutzschicht aus einer Zink-Eisen-Legierung mit Härte- und Widerstandseigenschaften, die über denen von Eisen liegen. PHASE FORMEL Fe-ANTEIL (Gewichtsanteil) KRISTALLSTRUKTUR DICHTE (g/cm 3 ) Zeta Zn ma 0,003 Sechseckig mit zentriertem Körper 7,14 Delta FeZn 13 5,7-6,3 Monoklin 7,18 Eta FeZn 10 7,0-11,5 Sechseckig mit zentriertem Körper 7,24 Gamma Fe 5 zn 21 21,0-28,0 Kubisch mit zentrierten Flächen 7,36 (1000) Schichtmorphologie 2

6 VERZINKUNGSGERECHTES KONSTUIEREN UND FERTIGEN 3A Entlüftungs- und Ablauföffnungen Die Hauptmaßnahme besteht im Vorsehen von Entlüftungs- und Ablauföffnungen. Bei Hohlkörpern müssen an den richtigen Stellen ausreichend große Zu- und Ablauflöcher vorgesehen werden, um auf diese Weise sicher zu stellen, dass beim Eintauchen in das Zinkbad keine Lufteinschlüsse entstehen und somit auch der Innenraum einwandfrei verzinkt wird. ABB. 1: Alternativvorschläge zur Anbringung von Löchern an Profilen, die an Grundplatten befestigt sind. ENTLÜFTUNGSÖFFNUNGEN Schnitt A-A ABLAUFÖFFNUNGEN Schnitt B - B Schnitt B - B Schnitt B - B 3 HINWEIS: Die Entlüftungs- bzw. Ablauföffnungen sollten an beiden Enden und diagonal gegenüberliegend angebracht sein. Gegebenenfalls sollte der Konstrukteur die optimale Lösung in Abstimmung mit dem Verzinker suchen.

7 JA Material, das gemäß der Bohranweisung gefertigt wurde; für die Verzinkung geeignet. FREISCHNITTE NEIN Material, das nicht gemäß der Bohranweisung gefertigt wurde; für die Verzinkung nicht geeignet. KEINE FREISCHNITTE MINDESTABMESSUNGEN FÜR DURCHFLUSSÖFFNUNGEN BEI HOHLPROFILEN QUADRAT- U. RECHTECKROHRE Ø ÖFFNUNG IN mm Ø RUNDROHRE Ø ÖFFNUNG IN mm Rohre, die an den Enden mit Platten verschlossen sind, müssen mit Öffnungen mit einem Durchmesser von mind. 1/15 des Rohrquerschnittes versehen sein. In der Tabelle sind einige Beispiele bzgl. Öffnungsdurchmesser angegeben, die zur Gewährleistung einer einwandfreien Verzinkung notwendig sind. 4

8 Beispiel eines Rohrprofils ohne Entlüftungsöffnung DURCH DRUCK EXPLODIERTES GESCHLOSSENES ROHR Bei unsachgemäßer Ausführung der Entlüftungsöffnungen können Probleme, wie unverzinkte Stellen und Zinkanhäufungen entstehen. KEIN ENTLÜFTUNGSLOCH 5

9 3B Verstärkungselemente und Stirnplatten Achtung: die Abbildungen zeigen Lösungen zur Gewährleistung einer angemessenen Drainage des Zinks. Achtung: zu vermeiden sind so genannte tote Winkel, an denen sich das Zink stauen kann. Achten Sie beim Verwenden von Winkelprofilen darauf, dass am Ende des Profils ein Freiraum gelassen wird, um den freien Durchlauf des Zinks zu gewährleisten. Versichern sie sich beim Verwenden von Aussteifungen, wie z.b. zwischen einer Grundplatte einer Stütze und deren Profil, dass die Ecken der Aussteifungen abgerundet sind, damit der Durchfluss des Zinks gewährleistet ist. Versichern Sie sich beim Einsatz von Verstärkungsplatten bei Doppel-T-Profil oder U-Profil, dass die inneren Ecken abgerundet sind, um auf diese Weise das Durchfliessen des Zinks zu gewährleisten. 6

10 Sollten Sie Stegbleche o.ä. zur Verstärkung von Hohlkörpern verwenden, stellen Sie sicher, dass die Ecken ausreichend abgerundet sind. Bei größeren Hohlkörpern sollten Sie darauf achten, dass das Verstärkungselement neben den abgerundeten Ecken auch einen Freischnitt in der Mitte hat. Achtung: Verwenden Sie NIE Elemente, die den gesamten Querschnitt verschliessen. Bei der Verzinkung könnte dies sehr gefährlich werden. Eplosionsgefahr! 7 Denken Sie beim Einsatz rohrförmiger Teile daran, dass diese zur einwandfreien Entlüftung und Drainage des Zinks sachgemäß mit Öffnungen versehen sein müssen. Ausserdem ist es wichtig, dass die Öffnungen entsprechend der Auslassrichtung angebracht sind, um zu vermeiden, dass die Struktur beschädigt wird und sich Zink in toten Winkeln ansammelt. Spitzkerben sind eine gute Alternative zu gebohrten Löchern.

11 3C Überlappungen Achtung: Eingeschlossene Feuchtigkeit im Inneren von Hohlkörpern oder zwischen zwei Flächen kann beim Eintauchen in das Zinkbad zu Eplosionen führen und somit auch das Verzinkungspersonal gefährden; deshalb muss ab einer bestimmten Größe bei Überlappungsflächen eine Entlastungsbohrung angebracht werden. Beispiel rundum verschweißter Platten, bei denen die innere Feuchtigkeit eplosionsartig verdampft ist und das Bauteil dadurch zerstört wurde. DRUCKABLASS Achtung: fehlende Öffnungen werden bei uns im Werk, aufgrund der Schwierigkeit der Verwendung einer Standbohrmaschine oder anderen speziellen Werkzeugen, mit Hilfe einer Acetylen-Sauerstoffflamme ausgeführt. Sollten Sie Zweifel bezüglich der Bauteile und deren Verzinkungseignung haben, wenden Sie sich bitte an unser Technisches Büro. 8

12 3D Aufhängepunkte Auf günstige und sichere Aufhängepunkte ist zu achten, da der Verzinker Ihre Konstruktion anheben und drehen muss. Bis zu einer Länge/Höhe von 2,8m ist ein Fiierpunkt ausreichend, bei längeren Teilen sind zwei Punkte erforderlich. Kleinere Bauteile aus Profilen oder Blechen müssen zum Durchziehen von Befestigungshaken oder Drähten mit einer Bohrung versehen werden. WIR VERZINKEN AUCH ÜBERGRÖSSEN Gewicht: bis zu 28 Ton Länge: bis zu 19 m ANBINDEBEISPIELE Die Abmessungen unseres Kessels sind: Länge 16,5m, Breite 2,2m und Tiefe 3,4m. Dank dieser Abmessungen können große Bauteile (maimal verzinkbare Länge 19m bei einem Gewicht bis zu kg) mit hohem Qualitätsstandard bearbeitet werden. NEIN Auf diesen Teilen bleiben nach der Verzinkung sichtbare Zeichen des Eisendrahts. 9 JA Das Teil kann an der Bohrung fiiert werden. Auf diese Weise wird die Kontaktfläche verkleinert, und es sind nach der Verzinkung wesentlich weniger Spuren sichtbar.

13 WERKSTOFFWAHL 4A Chemische Zusammensetzung von Stahl Stahl ist eine Legierung mit den Hauptbestandteilen Eisen (Fe) und Kohlenstoff (C), sowie weiteren Elementen, deren Menge und Art die Bildung und die Vergrößerung der Zinkschutzschichten beeinflussen. In der Metallurgie ist bekannt, daß Silizium (Si) und Phosphor (P) Legierungselemente sind, die normalerweise mit dem Ziel des Erhalts bestimmter mechanischer Eigenschaften dem Stahl beigemengt werden. Gleichzeitig beeinflussen diese Elemente aber auch die Reaktion beim Verzinkungsprozess: hohe Anteile davon bewirken vergleichsweise dickere Schichten, jedoch mit hoher Brüchigkeit. Elemente, welche die gleiche Wirkung hervorrufen sind z.b. Schwefel (S), Mangan (Mn), Chrom (Cr), Nickel (Ni), Niob (Nb), Titan (Ti) und Vanadium (V); diese Elemente bewirken eine erhebliche Beschleunigung der Reaktionsgeschwindigkeit zwischen Zink und Stahl und verhindern somit die normale Ausbildung der Schutzschichten. Bei normalen Konzentrationen tritt dieser Effekt allerdings nicht ein. Aus Sicht des Verzinkungsverhaltens werden die Stähle, die den kompletten Schichtaufbau bei hohem Qualitätsstandard zulassen, entsprechend ihres prozentuellen Anteils an Silizium und Phosphor in vier Gruppen unterteilt. Gruppe A Gruppe C Gruppe B Gruppe D ABBILDUNG 1: Grafische Darstellung der Stahlklassen nach Verzinkungsverhalten laut Norm UNI EN ISO :

14 TABELLE 1: Eigenschaften der Stahlklassen laut Norm UNI EN ISO :2010 EIGENSCHAFTEN DES ÜBERZUGS NORM UNI EN ISO Zu dieser Gruppe gehören (Si+P)-arme Stähle, mit normaler Fe-Zn-Reaktion, Oberfläche silbrig glänzend, geringe und gleichmäßige Schichtdicke. Der Schichtaufbau beinhaltet die oberflächliche Reinzinkschicht. Gruppe A Si 0.04% P<0.02% Die selben Eigenschaften gelten für kaltgewalzte Stähle, wenn die chemische Zusammensetzung des Stahls folgender Formel entspricht: Si+2,5P 0,04% Das erhöhte Reaktionsvermögen dieser Gruppe oder Stahlklasse (Sebisty-Stähle) sorgt für ein besseres Eindringen des Zinks und somit für die Bildung einer stärkeren Schutzschicht mit einer Oberfläche von heller bis mattgrauen Färbung. Gruppe B 0,14<Si 0,25% P<0,035% Die Stähle dieser Gruppe (Sandelin-Stähle) erhalten beim Feuerverzinken sehr hohe Schichtstärken bei gleichzeit geringer Kohäsion mit dem Stahl: folglich können schon einfache Schläge und Stöße zu großflächigen Abplattungen führen. Der Zinküberzug ist grau, mit z. T. grießiger Oberfläche. Gruppe C 0,04<Si 0,14% Der hohe Si- und P-Gehalt bewirkt eine beschleunigte Fe-Zn-Reaktion beim Verzinkungsprozess und es ergeben sich große Schichtstärken. Bei einem nachträglichen Biegen der Bauteile kann die Zinkschicht aufbrechen und absplittern. Die Oberflächenfarbe liegt bei einem matten Dunkelgrau. Gruppe D Si>0.25% 11

15 OPTISCHE ERSCHEINUNGSBILDER AUFGRUND DER CHEMISCHEN ZUSAMMENSETZUNG DES STAHLS Die verschiedenen Oberflächenstrukturen, die auf diesen Fotos dargestellt sind, hängen von der chemischen Zusammensetzung des vom Kunden verwendeten Materials ab und sind vom Verzinker nicht beeinflussbar. Zwei formgleiche und gleichzeitig verzinkte Teile mit unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung. 12

16 4B Walzfehler Wenn das Material nicht einwandfrei gewalzt wurde, kann die Oberfläche durch das Abheben von Eisensplittern oder so genannten Walznarben sehr rau und fehlerhaft sein. ZINK STAHL 13 (A) Auf dem Blech befindet sich ein Walzfehler. (B) Auf dem Rohr ist die Verzinkung gleichmäßig. Gepaartes Material mit Walzfehler im Bereich A und gleichmäßiger Verzinkung in Bereich B

17 PROBLEME BEI VERZINKTEN TEILEN 5A Farbflecken und Aufschriften Bei Resten von Farbbeschichtungen, Verwendung von öl- oder fetthaltigen Stiften zur Beschriftung und Einsatz von silikonhaltigen Schweißsprays, muss beachtet werden, dass solche Verunreinigungen von der Säure in den Vorbehandlungsbädern nicht einwandfrei entfernt werden. Die Folge ist eine fehlerhafte Verzinkung, wobei entweder die betroffenen Stellen ausgebessert oder sogar das ganze Bauteil neu verzinkt werden muss. BEISPIELE VON ROHMATERIALIEN MIT AUFSCHRIFTEN STIFTAUFSCHRIFT WALZAUFZEICHNUNGEN 14

18 15 BEISPIELE VON VERZINKTEN MATERIALIEN MIT AUFSCHRIFTEN

19 BEISPIELE VON ROHMATERIALIEN MIT FARBFLECKEN UND -MARKIERUNGEN BEISPIELE VON VERZINKTEN MATERIALIEN MIT RESTEN VON FARBE 16

20 5B Schweißnähte Die Schweißnähte werden genauso gut verzinkt wie das gesamte Bauteil aus Stahl. In manchen Fällen kann die unterschiedliche chemische Zusammensetzung der Schweißzusätze zu ungleichen Schichtdicken und Aussehen der Schweißstellen führen. BEISPIELE NICHT KONFORMER SCHWEISSNÄHTE HINWEIS: Achten Sie darauf, die Schweißnähte nicht übermäßig abzuschleifen, weil dies zu kleinen Rissbildungen führen kann. Alle Schweißnähte sollen frei von Schlacken, Blasen und Unterbrechungen sein. 5C Verzinkte und anschließend bearbeitete Teile Bauteile oder Elemente werden nach dem Verzinken bearbeitet oder geändert und müssen erneut verzinkt werden. Bevor dies geschieht, muss jedoch der Ausgangszustand wieder hergestellt werden, d.h. die vorhandene Zinkschicht muss mittels einer Entzinkung entfernt werden. Dieser Vorgang ist zum Erhalt einer Qualitätsverzinkung absolut unerlässlich. 17

21 GELTENDE NORM FÜR DAS FEUERVERZINKEN 6A Güteeigenschaften der Zinkschicht Unser Unternehmen bezieht sich auf die Norm UNI EN ISO 1461 Hot dip galvanized coatings on fabricated iron and steel articles. In genannter Norm werden alle Informationen bzgl. der Eigenschaften des verzinken Materials aufgelistet. GÜTEEIGENSCHAFTEN DER ZINKSCHICHT 1. AUSSEHEN Dunkel- oder hellgraue Stellen (ebenso netzförmig-graufleckiges Aussehen) sind kein Grund zur Aussonderung; selbst weiße oder dunklere Korrosionsflecken (überwiegend bestehend aus Zinkoid), die sich nach der Verzinkung durch Lagerung in feuchter Umgebung gebildet haben, sind kein Grund zur Beanstandung, sofern der geforderte Mindestwert der Dicke des Zinküberzuges noch vorhanden ist. Hartzinkauftragungen und Zinkascheflächen sind dann nicht zulässig, wenn sie den bestimmungsmäßigen Gebrauch des Stahlteils stören, bzw. dessen Korrosionsverhalten beeinträchtigen. Sollten nachträgliche Bearbeitungen mit besonderen Anforderungen folgen (wie z.b. Lackierung mit speziellem Schichtaufbau), kann auf Anfrage eine Bemusterung gemacht werden. 2. SCHICHTDICKE Zinküberzüge, die durch das Stückverzinkungsverfahren aufgebracht werden, dienen dem Schutz von Eisen- und Stahlteilen vor Korrosion. Die Schutzdauer dieser Überzüge (gleichgültig, ob silbriges oder dunkelgraues Aussehen) ist etwa proportional der Schichtdicke. Für außergewöhnlich hohe Korrosionsbelastung und/oder für eine außergewöhnlich lange Schutzdauer können Zinküberzüge mit größerer Dicke als in der Norm festgelegt eingesetzt werden. Die Ausführung derartiger Zinküberzüge muss zwischen Auftraggeber und Feuerverzinkungsunternehmen vereinbart werden. Dicke von Zinküberzügen auf Prüfteilen, die nicht geschleudert wurden. TEILE UND IHRE DICKE ÖRTLICHE SCHICHTDICKE (MINDESTWERT) μm DURCHSCHNITTLICHE MINDESTSCHICHTDICKE μm Stahl > 6 mm mm < Stahl < 6 mm mm < Stahl < 3 mm Stahl < 1.5 mm Gusseisen > 6 mm Gusseisen < 6 mm

22 Dicke von Zinküberzügen auf Prüfteilen, die geschleudert wurden. TEILE UND IHRE DICKE ÖRTLICHE SCHICHTDICKE (MINDESTWERT) μm DURCHSCHNITTLICHE MINDESTSCHICHTDICKE μm Gewindeteile: Durchmesser > 6 mm Durchmesser < 6 mm Andere Teile (inkl. Guss): >3mm <3mm GRUNDWERKSTOFF Unlegierte Baustähle, niedrig legierte Stähle, sowie Gusseisen sind allgemein zum Feuerverzinken geeignet. Ob andere Stähle zum Feuerverzinken geeignet sind, sollte anhand von Informationen und Mustern, die der Auftraggeber dem Unternehmen zur Verfügung stellt, geklärt werden. Schwefelhaltige Automatenstähle sind üblicherweise zum Feuerverzinken ungeeignet. 6B Graue und weiße Flecken auf der Oberfläche Das Auftreten von großflächigen grauen und weißen Flecken (so genannter Weißrost, überwiegend bestehend aus Oiden und Salzen von Zink) an feuerverzinkten Stahlteilen, beruht meistens auf Lagerung und Transport in feuchter und nasser Umgebung. Diese Flecken beeinträchtigen in keiner Weise die Schutzfunktion der Zinkschicht und lösen sich normalerweise von selbst auf, sobald die Strukturen den örtlichen Umwelteinflüssen ausgesetzt sind. Durch Abbürsten kann sofort ein besseres ästhetisches Ergebnis erzielt werden. In den neuesten Ausgaben der Normen zum Thema Korrosionsschutz durch Feuerverzinken wird festgehalten, dass das Vorhandensein von Flecken, entstanden durch Lagerung unter feuchten Bedingungen, kein Grund zur Beanstandung oder Zurückweisung sind. 19

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24 zincherie.com Zincheria Valbrenta Spa Via Dell Artigianato 6, Rosà - Vicenza - Italia Tel Fa valbrenta@zincherie.com Zincheria Seca Spa Loc. Santa Lucia, 23, Ala - Trento - Italia Tel Fa seca@zincherie.com S. C. Zincheria S.A. Soseaua Unitatii nr , Balotesti, Judetul Ilfov (Soseaua Tunari - Dimieni - Balotesti) Tel Fa Mail: zincheria@zincherie.com DMW Logistic Srl Via Dell Artigianato 6, Rosà - Vicenza - Italia Tel Fa dmwlogistic@zincherie.com