AZ100 vs AZ150 – Zusammensetzung, Wärmebehandlung, Eigenschaften und Anwendungen
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Einführung
AZ100 und AZ150 sind Bezeichnungen, die häufig in der Metallbeschichtungs- und Blechstahl-Lieferkette verwendet werden, um zwischen zwei Aluminium-Zink-Legierungsbeschichtungen zu unterscheiden. Ingenieure, Einkaufsleiter und Fertigungsplaner stehen häufig vor der Wahl zwischen dünneren und dickeren Al-Zn-Legierungsbeschichtungen: Die Abwägungen konzentrieren sich normalerweise auf Korrosionsbeständigkeit versus Kosten und Formbarkeit versus Beschichtungsbeständigkeit. In der Praxis liegt der wesentliche technische Unterschied zwischen AZ100 und AZ150 in der Beschichtungsspezifikation – hauptsächlich Beschichtungsmasse (Dicke) und das Legierungsverhältnis von Aluminium und Zink – und nicht in einer grundlegend anderen Grundstahlmetallurgie. Dieser Unterschied beeinflusst die Haltbarkeit in korrosiven Umgebungen, die Leistung des opfernden Schutzes und einige Fertigungsreaktionen, sodass diese Varianten verglichen werden, wenn Projekte optimierte Lebenszykluskosten, Oberflächenleistung und Formbarkeit erfordern.
1. Standards und Bezeichnungen
Mehrere internationale und nationale Standards regeln Aluminium-Zink-beschichtete Stähle und die Substratstähle, auf die sie aufgebracht werden. Typische Standards und Dokumente, die konsultiert werden sollten, sind: - ASTM/ASME: ASTM A792/A792M – Spezifikation für Stahlblech, 55 % Al-Zn-Legierung beschichtet durch das Feuerverzinkungsverfahren (und verwandte ASTM-Dokumente für Substrat kaltgewalzte oder warmgewalzte Stähle). - EN: EN 10346 – kontinuierlich feuerverzinkte Stahlflachprodukte (spezifiziert Produktfamilien und Beschichtungsarten). - JIS: JIS-Standards, die metallisch beschichteten Stahl für Bau- und Industrieanwendungen behandeln (verweisen Sie auf das entsprechende JIS für Al-Zn-Legierungen und Substratstähle). - GB: Chinesische GB/T-Standards, die metallisch beschichtete Stahlprodukte und die Beschichtungsmasse/-merkmale abdecken.
Klassifikationshinweis: AZ100 und AZ150 sind Beschichtungs-/Typbezeichner (Al-Zn-beschichtet). Der zugrunde liegende Stahl ist meist ein Kohlenstoff- oder niedriglegierter Struktur-/Formstahl (kaltgewalzt oder warmgewalzt). Diese beschichteten Produkte sind keine Werkzeugstähle oder rostfreien Stähle; sie sind typischerweise Kohlenstoff/niedriglegierte Substratstähle mit einer aufgebrachten Aluminium-Zink-Schutzbeschichtung.
2. Chemische Zusammensetzung und Legierungsstrategie
AZ-Beschichtungen sind Aluminium-Zink-Legierungen, die durch kontinuierliche Feuerverzinkungsverfahren aufgebracht werden. Die schützende Leistung ergibt sich aus einer Kombination von Barriere-Schutz (aluminiumreiche Oberflächenschicht) und galvanischer Wirkung (Zinkbeitrag). Die Chemie des Grundstahls wird ausgewählt, um mechanische und Formanforderungen zu erfüllen und unterscheidet sich von der Beschichtungschemie.
Tabelle: Typische Zusammensetzungsbeschreibungen für Substrat und Beschichtung (qualitativ/repräsentativ)
| Element | Substrat (typisches Kohlenstoff/niedriglegiertes Substrat) | AZ100-Beschichtung (repräsentativ) | AZ150-Beschichtung (repräsentativ) |
|---|---|---|---|
| C | Niedriger Kohlenstoff für Formbarkeit; oft ≤ ~0,12–0,20 % für Formgrade | — | — |
| Mn | Kontrolliert für Festigkeit und Härtbarkeit; oft 0,3–1,5 % je nach Grad | — | — |
| Si | Kleine Mengen zur Unterstützung der Entgasung; substratabhängig | Kleine Zugabe zur Beschichtungsbad kann verwendet werden, um die Benetzung zu steuern | Kleine Zugabe zum Beschichtungsbad; ähnlich wie AZ100 |
| P, S | Niedrig gehalten für Duktilität und Oberflächenqualität | Spurenverunreinigungen kontrolliert | Spurenverunreinigungen kontrolliert |
| Cr, Ni, Mo, V, Nb, Ti, B | Vorhanden in mikrolegierten Substraten, wie nötig für Festigkeit oder Kornkontrolle | Typischerweise keine primären Bestandteile der Al-Zn-Beschichtung | Gleich wie AZ100; primärer Unterschied ist die Beschichtungsmasse und mögliche leichte Anpassungen des Legierungsverhältnisses |
| Al (Beschichtung) | N/A | Vorherrschendes Legierungselement in der Beschichtung – bietet Barriereeigenschaft | Vorherrschend; Beschichtungsmasse höher im Vergleich zu AZ100 |
| Zn (Beschichtung) | N/A | Bietet galvanischen Schutz; relatives Verhältnis zu Al kann leicht variieren | Höherer Gesamtzinkgehalt pro Flächeneinheit aufgrund der erhöhten Beschichtungsmasse |
Wie die Legierungselemente die Eigenschaften beeinflussen: - Die Legierung des Substrats (C, Mn, mikrolegierte Elemente) steuert die intrinsischen mechanischen Eigenschaften, Härtbarkeit und Kornstabilität. - Die Zusammensetzung und Dicke der Al-Zn-Beschichtung steuern den Korrosionsschutz: Aluminium trägt zur Barriere und Haftung bei, während Zink opfernden (galvanischen) Schutz bietet. Eine schwerere Beschichtungsmasse erhöht die Lebensdauer in korrosiven Atmosphären; bescheidene Anpassungen im Al:Zn-Verhältnis können das Verhalten von Barriere- versus kathodischem Schutz abstimmen.
3. Mikrostruktur und Wärmebehandlungsreaktion
Da AZ100 und AZ150 hauptsächlich Beschichtungsunterschiede bezeichnen, ist die Mikrostruktur des Stahlsubstrats der bestimmende Faktor für die Wärmebehandlungsreaktion. Typische Beobachtungen:
- Mikrostruktur des Substrats: abhängig von Legierung und Verarbeitung sind typische Grundmikrostrukturen Ferrit-Perlit für gängige kaltgewalzte/formbare Grade und bainitische oder vergütete martensitische Strukturen für hochfeste, vergütete oder thermomechanisch bearbeitete Stähle.
- Mikrostruktur der Beschichtung: Die heißgetauchte Al-Zn-Beschichtung erstarrt und erzeugt eine aluminiumreiche äußere Schicht und eine Al-Zn-intermetallische Region an der Beschichtungs-Substrat-Grenzfläche; die intermetallische Morphologie und Dicke werden durch die Abkühlrate und die Beschichtungsmasse beeinflusst.
Auswirkungen der thermischen Verarbeitung: - Normalisieren oder Glühen des Substrats vor der Beschichtung beeinflusst die Haftung der Beschichtung und die Entwicklung intermetallischer Phasen; die Beschichtung wird normalerweise nach einer letzten Glühbehandlung (oder in-line Verarbeitung) aufgebracht. - Härten & Vergüten oder thermomechanische Behandlungen, die zur Erreichung hoher Festigkeit angewendet werden, erfolgen auf dem Substrat vor der Beschichtung in den meisten kommerziellen Verfahren; Wärmebehandlungen nach der Beschichtung, die die Temperaturen erheblich erhöhen, können die Mikrostruktur der Beschichtung verändern und die Leistung verringern. - Dickere Beschichtungen (AZ150) erzeugen eine größere intermetallische Zone und eine dickere äußere Legierungsschicht; übermäßige Wärmeexposition nach der Beschichtung kann die Interdiffusion fördern, was möglicherweise die Haftung und Duktilität unter extremen Bedingungen beeinträchtigt.
4. Mechanische Eigenschaften
Mechanisch sind AZ100 und AZ150 ähnlich, da die Beschichtung wenig zur Zugfestigkeit beiträgt. Die Beschichtungsmasse kann jedoch das lokale Oberflächenverhalten, die Ermüdungsinitiierung, die Biegefestigkeit und die Formgrenzen beeinflussen.
Tabelle: Vergleichende Beschreibungen mechanischer Eigenschaften
| Eigenschaft | AZ100 (typisches Verhalten) | AZ150 (typisches Verhalten) |
|---|---|---|
| Zugfestigkeit | Vom Substrat bestimmt; Beschichtung hat vernachlässigbaren Einfluss | Gleich wie AZ100 (substratkontrolliert) |
| Streckgrenze | Substratkontrolliert | Substratkontrolliert |
| Elongation | Substratkontrolliert; etwas bessere Formbarkeit bei sehr engen Biegungen aufgrund der dünneren Beschichtung | Leichte Verringerung der Duktilität bei extremen lokalen Dehnungen aufgrund der dickeren, weniger duktilen Beschichtung |
| Schlagzähigkeit | Substratkontrolliert; Beschichtungsdicke hat minimalen Einfluss auf die Gesamtzähigkeit | Gleich für die Gesamtzähigkeit; die Schlagfestigkeit an der Oberkante kann aufgrund der dickeren opfernden Schicht geringfügig verbessert sein |
| Härte (Oberfläche) | Etwas niedrigere Oberflächenhärte als AZ150 aufgrund der niedrigeren Beschichtungsmasse | Etwas höhere Oberflächenhärte und Abriebfestigkeit aufgrund der dickeren Metallschicht |
Interpretation: Wählen Sie den Substratstahl, um die Anforderungen an Festigkeit und Zähigkeit zu erfüllen; wählen Sie AZ100, wenn eine höhere Formbarkeit und niedrigere Kosten Priorität haben; wählen Sie AZ150, wenn erweiterter Korrosionsschutz und Oberflächenhaltbarkeit Priorität haben. Unterschiede in den mechanischen Eigenschaften sind größtenteils sekundäre Effekte der Beschichtungsmasse und nicht intrinsische metallurgische Unterschiede.
5. Schweißbarkeit
Die Schweißbarkeit hängt hauptsächlich von der Chemie des Substrats (Kohlenstoff, Legierung und Mikrolegierung) und von der Wirkung der Beschichtung auf das Schweißverhalten (Spritzer, Porosität, Notwendigkeit der Beschichtungsentfernung) ab.
Wichtige Kohlenstoffäquivalente und Schweißbarkeitsindizes, die zu berücksichtigen sind: - Das IIW-Kohlenstoffäquivalent: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Der internationale Pcm-Parameter: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
Qualitative Interpretation: - Die Beschichtung selbst kann Zinkdampf und Porosität erzeugen, wenn sie ohne Vorbereitung geschweißt wird; schwerere Beschichtungen (AZ150) neigen dazu, mehr Beschichtungsdampf zu erzeugen und erfordern eine rigorosere Beschichtungsentfernung oder spezielle Schweißparameter im Schweißbereich als AZ100. - Substrate mit niedrigem Kohlenstoff- und niedrigem CE-Wert sind besser schweißbar; Mikrolegierung (Nb, Ti, V) erfordert Aufmerksamkeit für Vorwärmen/Nachwärmen, abhängig vom CE. - Für Widerstandsschweißen oder Punktschweißen können dickere Beschichtungen die Lebensdauer der Elektroden und die Bildung von Schweißknötchen beeinflussen; die Prozessparameter müssen möglicherweise angepasst werden, wenn von AZ100 auf AZ150 gewechselt wird.
Praktische Anleitung: Für kritische geschweißte Strukturen die Schweißvorbereitung (Abziehen oder Verwendung kompatibler Füllmetalle) angeben, CE des Substrats kontrollieren und Schweißverfahren für die spezifische Beschichtungsmasse testen.
6. Korrosion und Oberflächenschutz
AZ-Beschichtungen bieten gemischte Schutzmodi: eine aluminiumreiche Barriere und kathodischen Schutz durch Zink. Die nützliche Lebensdauer in einer bestimmten Umgebung skaliert mit der Beschichtungsmasse und den Betriebsbedingungen.
- Für nicht rostende Substrate: Die Korrosionsminderung wird durch die legierte Al-Zn-Beschichtung erreicht, und zusätzlicher Schutz kann durch Lackieren, Umwandlungsbeschichtungen oder Dichtstoffe bereitgestellt werden. AZ150, mit größerer Beschichtungsmasse, bietet typischerweise eine erheblich längere Lebensdauer in korrosiven Atmosphären als AZ100, da die opfernde Zinkkapazität und die Barrieredicke höher sind.
- Für rostfreie Indizes: PREN ist nicht auf Al-Zn-Beschichtungen oder Kohlenstoffsubstrate anwendbar. PREN ist nur für rostfreie Legierungen relevant: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{