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Stahl Warmband in Kaltbandqualität?

Autor / Redakteur: Thomas Schulz, Thorsten Müller, Adrian Jaime Torillo / Simone Käfer

Warmbandverzinken bietet eine bessere Öko-Bilanz. Doch schmelztauchveredeltes Warmband mit den Anforderungen der Kaltbandqualität zu fertigen, stellt die Stahlproduzenten vor Herausforderungen.

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Noch ist das Warmbandverzinken nicht so weit, Stähle mit den gleichen Eigenschaften zu erzeugen wie Kaltbandverzinken. Aber es wird daran gearbeitet.
Noch ist das Warmbandverzinken nicht so weit, Stähle mit den gleichen Eigenschaften zu erzeugen wie Kaltbandverzinken. Aber es wird daran gearbeitet.
(Bild: ©YariK - stock.adobe.com)
  • Beschichtungsprozesse dienen dazu, die schlechte korrosionsbeständigkeit von Stahl auszugleichen.
  • Eigentlich erlauben die DIN bei schmelztauchveredelte Flacherzeugnisse eine Wahl zwischen Kalt- oder Warmband. Doch Anwender bestimmen oft das Trägermaterial.
  • Primäres Ziel der Werkstoff- und Prozessentwickler von warmbandverzinkten Stahlsorten ist es, ein Produkt zu designen, das es mit den Materialeigenschaften in Kaltbandqualität aufnehmen kann.

Stahl ist heute bei weitem das am häufigsten verwendete metallische Konstruktionsmaterial, das viele Anforderungen seiner Schlüsselindustrien zu erfüllen hat. Jedoch sind die üblichen technischen Stähle nicht besonders korrosionsbeständig. Um diese Schwäche in eine Stärke zu wandeln, wird der Beschichtungsprozess seit seinem Beginn vor fast 90 Jahren weiter entwickelt.

Die erste Anlage zur Bandverzinkung baute Tadeusz Sendzimir im Jahr 1931 in Polen. Nun konnten dünne metallische Schichten auf Bandoberflächen aufgebracht und so die Korrosionsbeständigkeit von Stahl verbessert werden. 1952 wurde durch Ostrilion im argentinischen Buenos Aires die erste kontinuierliche Bandver­zinkungsanlage errichtet. Bis heute wurden zirka 750 kontinuierliche Schmelztauchveredlungsanlagen mit einer nominellen Tonnage von etwa 173 Mio. Jahrestonnen weltweit in Betrieb genommen. Nur ein sehr geringer Teil, schätzungsweise 0,4 % dieser Produktionsanlagen, verwenden Warmband als Trägermaterial für die metallische Beschichtung.

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Die Gesamtkapazität für Warmbänder, bezogen auf die Gesamtzahl der oben genannten Schmelztauchveredlungsanlagen mit Einsatzdicken ≥ 3,00 mm, beträgt weltweit etwa 29 Mio t. Von diesen 80 Anlagen weisen 14 Prozesslinien eine Mindesteinsatzdicke von 1 mm und nur 3 Anlagen eine Mindestdicke von 1,5 mm auf. Aktuell werden Warmbänder bis maximal 6,35 mm, bei einer normativen Maximaldicke von 6,5 mm, schmelztauchveredelt.

Bis Ende der 1990-Jahre waren die technischen Möglichkeiten, vor allem bei den darstellbaren Warmband-Grenzabmaßen, aber auch bezüglich der Oberflächenqualität, sehr eingeschränkt. Mit dem Schmelztauchveredeln von gebeiztem beziehungsweise kaltnachgewalztem Warmband werden Ressourcen geschont und somit der CO2-Fußabdruck der Produkte verbessert. Dem klimaneutralen Stahl wird schrittweise nähergekommen.

Normative

Die normative Entwicklung hielt mit der technischen Weiterentwicklung durchaus Schritt, wissend, dass die technischen Lieferbedingungen der Normative, stets nur den kleinsten gemeinsamen Nenner der Stahlhersteller darstellt. Die technischen Lieferbedingungen zu den Grenzabmaßen, wie den Dickentoleranzen, basieren auf der DIN 59232 vom Juli 1978, die 1993 in die EN 10143 überging. Die aktuelle Ausgabe ist von 2006. Der aktuelle Dickenbereich umfasst 0,2 bis 6,5 mm. Die technischen Lieferbedingungen für kontinuierlich schmelz­tauch­veredelte Flacherzeugnisse in der Gesamtnorm EN 10346 ermöglicht bei einer Vielzahl von Stahlsorten die Wahlfreiheit bezüglich des Einsatzes vom Warmband oder Kaltband. Das entsprechende Symbol in der Stahlsorte ist „X“, zum Beispiel bei DX… bei weichen Stählen beziehungsweise HX … bei höherfesten Stählen.

In der weltweiten Norm eines Stahlanwenders, der VDA 239-100, lässt dieser die Wahlfreiheit nicht zu und legt bei der Bestellung eindeutig das Trägermaterial fest, wobei CR für kalt gewalzt (cold rolled) und HR für warm gewalzt (hot rolled) steht.

Trägermaterial

Das Schmelztauchveredeln von Flachprodukten > 3 mm konnte nur mit Warmbandträgermaterial dargestellt werden. Seitens der Stahlhersteller wird eine Wahlfreiheit ≤ 3 mm beim Trägermaterial angestrebt, so dass neben der Verbesserung der ökologischen Bilanz bei der Herstellung, auch eine Flexibilität in der Fertigung gegeben ist.

Mit Zunahme der technischen Möglichkeiten in den Warmbreitbandstraßen könnte das Kaltbandträgermaterial durch Warmbandträgermaterial substituiert werden. Dabei waren die darstellbaren Dickentoleranzen und Oberflächen die entsprechende technische Triebkraft dieser Entwicklung. Denn die Anforderungen von Kunden an Ebenheit und Aussehen förderten die technischen Entwicklungen entlang der gesamten Prozesskette.

Beim Schmelztauchveredeln von Warmbandträgermaterial ergeben sich auch technologische Nachteile, die sich einzeln oder zusammen für die Produktion hochwertiger, verzinkter Bandoberflächen, wie MB und vor allem MC ungünstig auswirken können, wie die Bandrauheit aus der Vorprozessstufe.

Bei den Stahlsorten mit Warmbandträgermaterial dominierten die Maschinenfalzgüte DX51D, die Ziehgüte DX52D, die Tiefziehgüte DX53D; die Gesamtheit der neun Baustahlgüten und vorrangig die sieben mikrolegierten höherfesten Stahlsorten (LAD), in den Oberflächen NA und MA, je nach Verwendungszweck auch in MB.

Bedingt durch den Verzicht des qualitätsbeeinflussenden Kaltwalzens, befürchteten die Stahlanwender, dass es zu nachteiligen Veränderungen, Einschränkungen hinsichtlich der Dickentoleranzen, mechanischen Kennwerte und der Oberflächenausführung beim Übergang von Kaltband zu Warmband kommen würde. Daher wurde die Wahlfreiheit beim Trägermaterial durch die Stahlhersteller weitestgehend nicht akzeptiert.

Eigenschaften

Primäres Ziel der Werkstoff- und Prozessentwickler von warmbandverzinkten Stahlsorten ist es, ein Produkt zu designen, das es mit den Materialeigenschaften in Kaltbandqualität aufnehmen kann. Dabei liegen neben den erreichbaren mechanischen Eigenschaften, die darstellbare Gefügestruktur und die finale Bandgeometrie (Dickenprofil/Bombierung, Dickentoleranzen) im Fokus.

Es zeigen sich folgende technische Möglichkeiten:

  • die Glühtemperaturen zwischen Schmelzbadtemperatur und Ac1 abzusenken und quasi eine „Kaltschmelztauchveredlung“ umzusetzen,
  • die Anlagengeschwindigkeit in Bezug auf Leistung zu steigern und dadurch das Oberflächenaussehen zu verbessern,
  • Mikrolegierungselemente einzusparen und
  • Substitute zu aufwendigen Mehrphasenstählen, wie HX340LAD vs. HDT580XD, den Stahlanwendern zur Verfügung zu stellen.

In den zurückliegenden 70 Jahren gab es stetige Weiterentwicklungen bei den Schmelztauchveredlungs-Anlagen mit seinen aktuell sechs Überzugsarten Z, ZF, ZA, ZM, AZ und AS. Um ein klimaneutrales Stahlproudkt zu erreichen, das zu 100 recyclefähig ist, liefert das Warmbandverzinken einen wichtigen Beitrag. Nach unserer Einschätzung werden nicht nur die Automobilisten und deren Zulieferern werden auch Stahl-Service-Center, die Bauindustrie und vor allem die Profilierer davon profitieren.

Die Herausforderungen schmelztauchveredeltes Warmband mit Kaltbandqualitäts-Anforderungen zu fertigen, wird den technischen Fortschritt entlang der gesamten metallurgischen Prozesskette, auch die nächsten Jahre prägen. Die RDX – MET/Con Technologie Consulting wird die Anlagentechnik und Technologie aktiv begleiten.

* Thomas Schulz ist Technischer Berater Feuerverzinkte Flachprodukte, Thorsten Müller ist Leiter Technik, Adrian Jaime Torillo ist Projektingenieur bei SMS group GmbH, RDX – MET/Con Technologie Consulting in 40237 Düsseldorf, Tel. (02 11) 8 81 40 59

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