Galvannealed vs. verzinkter Stahl: Was ist der Unterschied?

Im nächsten Jahrzehnt wird die Weltwirtschaft jährlich nahezu 4,2 Billionen Dollar investieren müssen, um ihre Infrastruktur zukunftssicher zu machen, wobei etwa zwei Drittel dieser Investitionen in Schwellenländern getätigt werden.

Von der Ausdehnung von Megastädten bis hin zur Verstärkung alternder Brücken und Fabriken wird vieles dieses Wachstums auf widerstandsfähigem, beschichtetem Stahl basieren.

Das setzt die Stahlindustrie unter erheblichen Druck: Hochwertigen verzinkten und galvannealed Stahl in großem Maßstab mit minimalen Kosten, Abfall und Prozessvariabilität liefern.

Aber die Aufrechterhaltung der strengen Prozesskontrolle, die dafür erforderlich ist, stellt eine große Herausforderung dar.

Präzise chemische und physikalische Behandlungen sind erforderlich, um langlebigen, korrosionsbeständigen verzinkten und galvannealed Stahl zu produzieren, und viele traditionelle Analysemethoden können nicht die Echtzeiteinblicke bieten, die notwendig sind, um Ineffizienzen zu minimieren und Ihre Marge zu schützen.

In diesem Blog zerlegen wir die Unterschiede zwischen der Produktion und den Endprodukten von galvannealed vs. verzinktem Stahl.

Wir erforschen auch, wie bahnbrechende Technologien wie On-line XRD Stahlherstellern die Daten liefern, die sie benötigen, um sofortige Entscheidungen zu treffen, die ihren Gewinn schützen.

Hauptpunkte

• Verzinkter Stahl ist Stahl, der mit einer Schutzschicht aus metallischem Zink beschichtet wurde, in der Regel durch Eintauchen in ein Bad aus geschmolzenem Zink und Abkühlung, was ihm hohe Korrosionsbeständigkeit und Zugfestigkeit verleiht.
• Galvannealed Stahl ist verzinkter Stahl, der anschließend durch ein Glühofen geleitet wird, um eine Eisen-Zink-Intermetallschicht zu bilden, die ihm verbesserte Oberflächenhärte und Lackhaftung verleiht.
• Schnelle Röntgenfluoreszenz (XRF)-Analyse während des Verzinkungsprozesses hilft, die optimale Zinkbadechemie und die Endkontrolle der Qualität sicherzustellen.
• On-line Röntgenbeugungs (XRD)-Technologie während des Galvannealing-Prozesses kennzeichnet Beschichtungsfehler, die andernfalls erst bei der Weiterverarbeitung auffallen würden, sodass Echtzeitprozessanpassungen vorgenommen werden können, um kostspielige Nacharbeiten zu verhindern.

Was ist verzinkter Stahl?

Verzinkter Stahl ist Stahl, der mit einer Schutzschicht aus metallischem Zink überzogen wurde, am häufigsten durch Batch- oder kontinuierliche Feuerverzinkungsverfahren. Dies schützt den Stahl über die Zeit vor Korrosion und senkt die Wartungskosten im Laufe der Lebensdauer, was ihn in der Bau-, Infrastruktur- und Automobilbranche nützlich macht.

Feuerverzinken vs. Elektroverzinken

In diesem Blog konzentrieren wir uns hauptsächlich auf das Feuerverzinken, das das Eintauchen von Stahl – normalerweise kaltgewalzter Stahl – in ein „Zinkbad“ beinhaltet, wo eine Zink-Eisen-Legierungsreaktion stattfindet. Diese Legierung bietet eine dickere und haltbarere Beschichtung, geeignet für größere Außenstrukturen wie Bau-Träger.

Elektroverzinken hingegen beschichtet das Metall durch einen elektrochemischen Prozess mit Zink, was eine dünnere, glattere Zinkschicht ergibt, die sich für kleinere Innenanwendungen wie Schrauben eignet.

Welche Unterschiede bestehen zwischen verzinktem und galvannealed Stahl?

Der Unterschied zwischen verzinktem vs. galvannealed Stahl besteht darin, dass galvannealed Stahl ein zusätzliches Glühverfahren unmittelbar nach dem Verzinken durchläuft. In diesem Prozess wird der Stahl wiedererhitzt, um die Diffusion zwischen der Zinkschicht und dem Stahlsubstrat zu fördern und Fe-Zn-Legierungsphasen zu erzeugen, die eine härtere, vollständig legierte Beschichtung erzeugen.

Galvannealed Stahl ist matt grau und bietet eine bessere Lackhaftung und Schweißbarkeit, während feuerverzinkter Stahl glänzender ist und vor dem Lackieren mehr Oberflächenvorbereitung erfordert. Die Unterschiede zwischen elektroverzinktem vs. galvannealed Stahl sind ähnlich. 

Wie wird verzinkter Stahl hergestellt?

Verzinkter Stahl wird hergestellt, indem Stahl mit einer Zinkschicht überzogen wird, üblicherweise durch das Feuerverzinkungsverfahren, welches wie folgt abläuft:

1. Entfernung harter Verunreinigungen und Qualitätskontrolle

Der Basistahl, normalerweise in Rollen- oder Blechform, wird auf Oberflächenfehler überprüft, die die Zinkhaftung beeinträchtigen könnten. Harte Verunreinigungen werden entfernt, üblicherweise mit Farbentferner oder durch Strahlen oder Schleifen.

2. Chemische Reinigung und Vorbehandlung

Der Stahl wird dann chemisch behandelt, um mögliche weitere Verunreinigungen zu entfernen:

• Entfettung entfernt Öle, Schmiermittel und Schmutz
• Beizen entfernt Rost und Zunder durch Eintauchen des Stahls in ein Säurebad
• Spülen wäscht restliche Säuren und andere Verunreinigungen ab
• Flussmittelung verhindert Oxidation vor dem Eintauchen und fördert die metallurgische Bindung durch Aufbringen einer Flussmittellösung, häufig Zinkammoniumchlorid

3. Trocknung

Bevor der Stahl in das Zinkbad eingetaucht werden kann, muss jegliche Restfeuchtigkeit entfernt werden. Dies verhindert Spritzer im geschmolzenen Zinkbad, die zu Inkonsistenzen in der Endbeschichtung führen können, und wird normalerweise durch Trocknen in einem Ofen durchgeführt.

4. Feuerverzinkung

Der Stahl wird durch ein Bad aus geschmolzenem Zink bei etwa 450°C geführt, und Eisen-Zink-Legierungsreaktionen beginnen.

Um die Konsistenz der Beschichtungsqualität zu gewährleisten, müssen die Chemie des Zinkbads und die Betriebsparameter streng kontrolliert werden, einschließlich:

• Temperatur: Die Temperatur eines Zinkbads muss innerhalb eines bestimmten Bereichs gehalten werden – normalerweise 445°C–465°C –, um die richtige Fließfähigkeit, Benetzung, Drainage und kontrollierte Legierungsbildung zu gewährleisten.
• Aluminiumgehalt: Eine geringe Menge Aluminium wird dem Zinkbad hinzugefügt, um eine Sperrschicht zu schaffen, die die Fe-Zn-Reaktion reguliert. Zu viel Aluminium könnte zu Oberflächendefekten und schlechter Benetzung führen, während zu wenig zu übermäßiger Legierungsbildung und dicken oder spröden Beschichtungen führen kann.
• Drosselmassen-Management: Während des Verzinkens bilden sich intermetallische Partikel, die verwaltet werden müssen, um Defekte in der Beschichtung zu verhindern.

Schnelle elementare Analyse-Lösungen wie das Axios FAST wavelength-dispersive X-ray fluorescence (WDXRF)-Spektrometer ermöglichen die hochfrequente Überwachung der Chemie des geschmolzenen Zinkbads.

Das Stratos-Softwaremodul ermöglicht es Ihnen, gleichzeitig die chemische Zusammensetzung und Dicke von schichtartig angeordneten Materialien zu bestimmen und hilft bei der Kontrolle des Legierungsverhältnisses und der Spurenelemente, die das Benetzungsverhalten, die Beschichtungsdicke und die „Spangle“-Bildung auf der Stahloberfläche beeinflussen.

5. Dickenkontrolle und „Abwischen“

Überschüssiges geschmolzenes Zink wird vom verzinkten Objekt entfernt, indem es beispielsweise mit komprimiertem Stickstoff aus „Luftmessern“ bearbeitet wird.

6. Abkühlung

Eine schnelle Abkühlung durch „Abschreckung“ in einem Wasserbad setzt die Zinkschicht und etabliert das endgültige Oberflächenfinish.

7. Inspektion und Qualitätssicherung

Der verzinkte Stahl wird zur Qualitätskontrolle inspiziert, wobei die Zinkbeschichtung in Hinsicht auf folgende Aspekte untersucht wird:

• Dicke
• Gleichmäßigkeit
• Haftung
• Oberflächenqualität

Mit unserem Zetium XRF-Analyzer können Sie nicht nur die endgültige Beschichtungsdicke messen, sondern auch die Konformität Ihres Produkts mit Beschichtungsspezifikationen und OEM-Standards überprüfen.

Zusätzlich bietet unser Empyrean-Multipurpose-XRD-Instrument eine detaillierte Offline-Charakterisierung der Beschichtungsmikrostruktur und unterstützt:

• Fehlerursachenanalyse in Ihrem Endprodukt
• Phasenquantifizierung
• R&D-Optimierung

Für was wird verzinkter Stahl verwendet?

Verzinkter Stahl wird hauptsächlich in Anwendungen verwendet, die Korrosionsbeständigkeit, Langlebigkeit und mechanische Festigkeit erfordern. Die Hauptanwendungsgebiete sind:

1. Bau und Infrastruktur, z.B. in Dachblechen, Wandpaneelen, Dachrinnen, Zäunen und Trägern.
2. Die Automobilindustrie, in Karosserieteilen, Fahrgestellkomponenten und Fahrzeugrahmen.
3. Haushalts- und Industrieelektronikgeräte wie Waschmaschinen, Kühlschränke und Regale.

Vorteile von verzinktem Stahl vs. galvannealed Stahl

Die Hauptvorteile von verzinktem Stahl vs. galvannealed Stahl sind:

1. Überlegene Korrosionsbeständigkeit im unbehandelten Zustand. Die dicke Zinkschicht schützt den unverlackten verzinkten Stahl vor Korrosion, was ihn für den Außeneinsatz geeignet macht, auch ohne Anstrich.
2. Längere unverlackte Lebensdauer. Im Gegensatz zu galvannealed Stahl kann verzinkter Stahl über einen längeren Zeitraum ohne Anstrich benutzt werden, ohne dass er rostet.
3. Niedrigere Kosten. Ohne den zusätzlichen Prozessschritt des Glühens ist verzinkter Stahl in der Regel günstiger in der Herstellung und im Einkauf.
4. Größere Beschichtungsdichte. Verzinkter Stahl lässt sich leichter biegen, rollen und stanzen, mit geringerem Risiko des Reißens.
5. Helles, metallisches Finish. Verzinkter Stahl erscheint glatt und glänzend, was bedeutet, dass er oft in sichtbaren Anwendungen ohne Anstrich verwendet werden kann.

Nachteile von verzinktem Stahl vs. galvannealed Stahl

Die Hauptnachteile von verzinktem Stahl vs. galvannealed Stahl sind:

1. Verminderte Lackierbarkeit. Die freie Zinkoberfläche von verzinktem Stahl ist schwerer zu lackieren oder pulverbeschichten, ohne zusätzliche chemische Vorbehandlung, was höhere Kosten und weitere Prozessschritte verursacht.
2. Schwieriger zu verschweißen. Bei Widerstandspunktschweißungen verursachen verzinkte Beschichtungen in der Regel einen stärkeren Elektrodenverschleiß und weniger stabile Nuggetbildungen, während galvannealed Beschichtungen eine gleichmäßigere Schweißbarkeit bieten.
3. Geringere Verschleißfestigkeit. Die weichere Zinkbeschichtung von verzinktem Stahl bietet weniger Haltbarkeit als die Fe-Zn-Intermetallschichten in galvannealed Stahl, was ihn für Anwendungen mit hoher Reibung oder werkzeugintensiven Anwendungen, wie die Herstellung der Innenverkleidung von Autotüren, weniger geeignet macht.

Was ist galvannealed Stahl?

Galvannealed Stahl ist verzinkter Stahl, der unmittelbar nach dem Verzinken in einem Ofen erhitzt wird, um Diffusion zu fördern und Eisen-Zink-Intermetallphasen zu bilden. Diese Phasen bieten eine härtere, matte Oberfläche und eine konsistentere Widerstandsschweißleistung als alleine durch Verzinkung erreicht wird.

Wie wird galvannealed Stahl hergestellt?

Galvannealed Stahl wird hergestellt, indem feuerverzinkter Stahl einer präzisen Wärmebehandlung unterzogen wird, die eine kontrollierte Diffusionsreaktion zwischen Eisen und Zink antreibt:

1. Wiedererwärmung von verzinktem Stahl in einem Galvannealing-Ofen

Während die Zinkschicht auf dem verzinkten Stahl noch flüssig ist, wird der Streifen in einen Glühofen eingeführt. Dort wird er auf Temperaturen erhitzt, die normalerweise zwischen 500°C und 565°C liegen, um die Diffusion zwischen der neuen Zinkschicht und dem Eisen im Substrat zu fördern und Fe-Zn-Intermetallphasen zu bilden.

2. On-line Phasenüberwachung

Unsere On-line Röntgenbeugung (XRD)-Technologie, entwickelt in Zusammenarbeit mit einem führenden globalen Stahlhersteller, überwacht die Phasenentwicklung Ihres galvannealed Stahlblechs in Echtzeit, während der Streifen den Ofen verlässt.

Anstatt Stunden auf Labormessungen zu warten, können die Bediener sofort sehen, ob der Streifen:

• Sich einer Unterlegierung nähert
• Zur Überlegierung tendiert
• Inkonstante Intermetallphasenbildung über die Streifenbreite zeigt

Mit diesen Daten vorliegen, können die Betreiber schnell handeln, um Parameter wie Ofentemperaturen, Bäderchemie oder Liniengeschwindigkeit anzupassen, um Defekte auf dem restlichen galvannealed Stahlcoil zu vermeiden.

3. Frühe Fehlererkennung und -verwaltung

Mit On-line XRD erhalten Sie umsetzbare Warnungen über Beschichtungsprobleme – beispielsweise Inkonsistenzen bei der Schichtdicke –, die normalerweise erst nach der nachgelagerten Erkennung auftreten würden.

In Kombination mit einer detaillierten Offline-Analyse mittels Empyrean-XRD können Sie eine schnelle, datengetriebene Ursachenanalyse durchführen, um Prozessanpassungen zu leiten – was die Verschwendung reduziert, Nachbearbeitungen minimiert und die Prozesssicherheit erhöht, bevor Ihr Streifen zur Prüfung gelangt.

4. Kontrolliertes Abkühlen

Sobald die gewünschten Intermetallphasen entstanden sind, wird die galvannealed Stahlcoil für kurze Zeit auf hoher Temperatur gehalten, bevor sie allmählich abkühlt. Das Ergebnis ist ein mattes, graues Finish, das nicht den „gesprenkelten“ Look von verzinktem Stahl hat.

5. Endgültige Qualitätssicherung

On-line XRD-Ergebnisse werden durch laborbasierte Zetium-XRF- und Empyrean-XRD-Messungen bestätigt, die kollektiv folgende Aspekte verifizieren:

• Phasenzusammensetzung
• Beschichtungszusammensetzung und -dicke
• Gesamte Oberflächenuniformität

Mit diesem Grad an Prozesssichtbarkeit können Sie mit Vertrauen versenden, gestützt von Daten, die eine Beschichtungskonsistenz, OEM-Konformität und Einhaltung von Kundenspezifikationen demonstrieren.

Für was wird galvannealed Stahl verwendet?

Galvannealed Stahl wird typischerweise in Anwendungen verwendet, bei denen Oberflächenfinish, Lackhaftung und mechanische Festigkeit entscheidende Prioritäten sind, zum Beispiel:

1. Automobilanwendungen, wie Karosserieteile, Türen und Fahrgestellkomponenten.
2. Haushaltsgeräte und Elektronik, einschließlich Kühlschrankpaneelen und Waschmaschinengehäusen.
3. Bau- und Baumaterialien, wie Lüftungsschächte und Metallmöbelkomponenten.

Vorteile von galvannealed Stahl vs. verzinktem Stahl

Die Hauptvorteile von galvannealed Stahl vs. verzinktem Stahl sind:

1. Verbesserte Lackierbarkeit. Der matte Oberfläche von galvannealed Stahls aus legiertem Fe-Zn verbindet sich besser mit Farben und Grundierungen ohne vorherige Behandlung, im Gegensatz zu verzinktem Stahl.
2. Konsistentere Widerstandspunktschweißleistung. Galvannealed Stahl zeigt ein stabileres Elektrodenverhalten und erzeugt weniger Zinkdämpfe während des Widerstandspunktschweißens – wichtige Vorteile für Automobilanwendungen.
3. Härtere Oberfläche. Die durch den Glühprozess entstehende Legierung macht galvannealed Stahl widerstandsfähiger gegen Abrieb während des Stanzens, Walzens und Handhabens.
4. Stabile Oberflächeneigenschaften. Gesteuerte Diffusion verleiht galvannealed Stahl vorhersehbare mechanische und Oberflächeneigenschaften, was ihm ein wiederholbares Umformungs-Verhalten verleiht.

Nachteile von galvannealed Stahl vs. verzinktem Stahl

Die Hauptnachteile von galvannealed Stahl vs. verzinktem Stahl sind:

1. Niedrigere Korrosionsbeständigkeit im unbehandelten Zustand. Die dünnere Zinkschicht auf galvannealed Stahl macht ihn weniger geeignet für raue Außenumgebungen ohne vorherigen Anstrich im Vergleich zu verzinktem Stahl.
2. Höheres Risiko der Pulverisierung bei starker Verformung. Die Fe-Zn-Legierungsschicht, obwohl härter als die Oberfläche von verzinktem Stahl, ist weniger flexibel, was zu Rissen oder Ablösungen führen kann, wenn der Stahl gebogen oder tiefgezogen wird. Sorgfältige Kontrolle der Ofentemperatur und der Phasenbildung kann diese Risiken bekämpfen.
3. Höhere Kosten. Durch den zusätzlichen Glühschritt entstehen bei galvannealed Stahl höhere Energie-, Verarbeitungs- und Wartungskosten im Vergleich zur alleinigen Verzinkung.

Was ist der Unterschied zwischen galvannealed vs. verzinktem Stahl? Zusammenfassungstabelle

Was ist also der Unterschied zwischen galvannealed vs. verzinktem Stahl? Hier ist unsere Gesamtzusammenfassung.

Verstärken Sie galvannealed vs. verzinkte Stahloperationen mit fortschrittlicher Analyse

Stahlhersteller können es sich nicht leisten, auf eine nachgelagerte Analyse zu warten, um Defekte in verzinkten oder galvannealed Stahlprodukten zu identifizieren.

Früherkennung mit XRF- und XRD-Technologie hilft dabei, datengetriebene Prozessanpassungen vorzunehmen, die Abfall, Nacharbeit und Lieferverweigerungen verhindern.

Um zu erfahren, wie Sie hochfrequente XRF-Spektrometrie in Ihre Stahlproduktionsprozesse integrieren können, lesen Sie mehr über Axios FAST.

Oder entdecken Sie das Geheimnis der Echtzeitprozesssteuerung in Ihrer galvannealed Stahlproduktion mit unserem On-line XRD-Instrument.

Weiterführende Literatur:

• Galvannealed vs. verzinkter Stahl: Was ist der Unterschied?
• Warmgewalzter vs. kaltgewalzter Stahl: Was ist der Unterschied?
• Was sind Seltene Erden? Ein Leitfaden zur REE-Gewinnung und -Analyse
• 6 Methoden zur Analyse von Edelmetallen mit fortschrittlichen analytischen Technologien
• Optimierung des XRD-Durchsatzes mit dem Aeris Hochkapazitäts-Probenwechsler: Wichtige Erkenntnisse aus unserem Webinar