Galvalume vs Galvanisiert – Zusammensetzung, Wärmebehandlung, Eigenschaften und Anwendungen

Einführung

Galvalume und verzinkte Stähle sind zwei der häufigsten beschichteten Kohlenstahlprodukte, die im Bauwesen, in der Geräteherstellung und in der allgemeinen Fertigung verwendet werden. Ingenieure, Einkaufsleiter und Fertigungsplaner wägen routinemäßig Korrosionsschutz, Kosten, Formbarkeit und Verbindungseigenschaften ab, wenn sie zwischen ihnen wählen. Typische Entscheidungskontexte umfassen: die Auswahl einer Dachplatte für ein Küstengebäude (Korrosionsbeständigkeit vs. Kantenschutz), die Spezifikation von Strukturblechen für Fertigungslinien (Schweißbarkeit und Beschichtbarkeit) und die Wahl des Materials für langlebige Verkleidungen (Anschaffungskosten vs. Wartungskosten über die Lebensdauer).

Der Hauptunterschied zwischen den beiden liegt im Beschichtungssystem, das auf den Basis-Kohlenstahl aufgebracht wird. Der eine verwendet eine rein verzinkte Beschichtung, die opfernden (galvanischen) Schutz bietet, während der andere eine Aluminium-Zink-Legierungsbeschichtung verwendet, die den Barriere-Schutz betont, ergänzt durch galvanische Wirkung. Da beide Produkte beschichtete Versionen ähnlicher Kohlenstahlsubstrate sind, betonen Vergleiche die Beschichtungschemie und -leistung anstelle einer Änderung der Stahlmetallurgie des Substrats.

1. Normen und Bezeichnungen

Vertretende internationale Normen und Spezifikationsfamilien, die beschichtete Flachstahlprodukte regeln, umfassen:

• ASTM/ASME
• ASTM A653 — Feuerverzinkte und verzinkte-aluminiumbeschichtete (Z) und galvannealed Beschichtungen auf kaltgewalztem Blech (Z, AZ, GA Varianten).
• ASTM A792 — Stahlblech, 55% Aluminium-Zink-Legierung beschichtet (häufig für Galvalume/AZ55 referenziert).
• EN (Europäisch)
• EN 10346 — Kontinuierlich feuerverzinkte Stahlflachprodukte (deckt Zn- und Al-Zn-Beschichtungen und deren Klassifikationen ab).
• JIS (Japanisch)
• JIS G3302 — Feuerverzinktes Stahlblech und -band (Zinkbeschichtungen).
• JIS G3321 — Aluminium-Zink-Legierung beschichtete Stähle (Al-Zn-Beschichtungen).
• GB / Chinesische nationale Standards
• GB/T Serien-Spezifikationen für feuerverzinkte Stähle (decken sowohl Zn- als auch Al-Zn-beschichtete Produkte ab).

Klassifikation: Sowohl Galvalume als auch verzinkte Produkte sind beschichtete Kohlenstähle (nicht rostfrei, Werkzeug- oder HSLA im Legierungsbezeichnungs-Sinn). Basis-Substrate sind in der Regel niedriglegierte kaltgewalzte oder warmgewalzte Stähle; höherfeste beschichtete Produkte können unter Verwendung von HSLA- oder mikrolegierten Substraten hergestellt werden, bleiben jedoch beschichtete Kohlenstahlprodukte.

2. Chemische Zusammensetzung und Legierungsstrategie

Beschichtete Stähle werden durch die Substratchemie und die Beschichtungszusammensetzung spezifiziert. Die Beschichtungschemie ist der entscheidende Unterschied:

• Verzinkt: Die Beschichtung besteht im Wesentlichen aus metallischem Zink (Zn) oder Zink mit kleinen Zusätzen/Variationen (z.B. galvannealed ist Zn-Fe legiert an der Oberfläche).
• Galvalume (typisches AZ55): nominal 55% Al / 43,4% Zn / 1,6% Si nach Gewicht in der Beschichtungslegierung (die „AZ“-Familie; Al-reiche Legierung bildet stabile Al2O3-Barriere).

Tabelle — Typische Substratchemie-Bereiche (Gew.-%) für kommerzielle beschichtete Kohlenstähle (Hinweis: Die genaue Zusammensetzung hängt von der Sorte und der Walzpraxis ab):

Element	Typischer Bereich (Gew.-%)	Kommentar
C	0.02 – 0.12	Niedriger Kohlenstoff zur Erhaltung der Formbarkeit und Schweißbarkeit
Mn	0.10 – 1.50	Stärke- und Härtbarkeitsteuerung
Si	≤ 0.30 (oft <0.10)	Entgasung; höherer Si kann die Beschichtungsadhäsion beeinflussen
P	≤ 0.04	Verunreinigung; niedrig gehalten für Duktilität und Umformung
S	≤ 0.05	Für die Bearbeitbarkeit kontrolliert; Sulfide beeinflussen die Oberflächenqualität
Cr	Spuren – 0.30	Geringe Legierung in einigen Sorten
Ni, Mo, V, Nb, Ti, B, N	Spuren – kleine Zusätze	Verwendet in HSLA- oder mikrolegierten Stählen; oft nicht in standardmäßigen kommerziellen Substraten vorhanden

Wie die Legierungsstrategie die Leistung beeinflusst: - Kohlenstoff und Mangan bestimmen hauptsächlich die Basisstärke und Härtbarkeit; höherer C und Mn erhöhen die Stärke, verringern jedoch die Schweißbarkeit und Formbarkeit. - Silizium und Phosphor beeinflussen die Oberflächenchemie und die Beschichtungsadhäsion; sehr hoher Si kann „siliziumgetöteten“ Stahl erzeugen, der die Benetzung der Beschichtung verändert. - Mikrolegierung (Nb, V, Ti) erhöht die Stärke durch Ausscheidung und Kornkontrolle, kann jedoch das Umformen und Schweißen komplizieren, wenn sie ohne Prozesskontrollen verwendet wird.

3. Mikrostruktur und Reaktion auf Wärmebehandlung

Mikrostruktur: - Typische beschichtete Produkte verwenden niedriglegierte Ferrit-Perlit- oder Ferrit-Bainit-Substrate, abhängig vom Festigkeitsniveau und der Verarbeitung. Kaltgewalzte Substrate, die für gute Formbarkeit vorgesehen sind, sind normalerweise vollständig ferritisch mit polygonalem Ferrit und sehr feinem Perlit oder vollständig ferritisch in einigen niedrigfesten Sorten. - Für höherfeste beschichtete Produkte können Mikrolegierung und kontrolliertes Walzen raffinierten Ferrit mit dispergierten Karbiden/Nitriden erzeugen (HSLA-Eigenschaften).

Wärmebehandlungs- und Verarbeitungseffekte: - Die Beschichtungsanwendung erfolgt normalerweise durch kontinuierliches Feuerverzinken (sowohl für Zn als auch für Al-Zn), wobei das Band durch ein geschmolzenes Bad hindurchgeht und dann luft- oder zwangsgekühlt wird. Die Badchemie und die Kühlkontrolle beeinflussen das Wachstum intermetallischer Schichten. - Glühen und Anlassen vor der Beschichtung setzen die Substratmikrostruktur und mechanischen Eigenschaften fest; thermische Exposition nach der Beschichtung (z.B. galvannealed) kann lokale Diffusionsschichten (Zn-Fe intermetallisch) erzeugen. - Normalisieren ist für dünnwandige beschichtete Bleche unüblich; Abschrecken & Anlassen oder starke Wärmebehandlungen sind typischerweise nur erforderlich, wenn die Substratsorte höhere Festigkeit erfordert, in diesem Fall müssen die Beschichtungsüberlegungen (thermische Stabilität der Beschichtung, Diffusion) berücksichtigt werden. - Für Galvalume bildet der Al-Gehalt eine schützende Al-Fe intermetallische/vermischte Schicht an der Stahl/Beschichtungsgrenze; bei verzinkten Beschichtungen bilden sich Fe-Zn intermetallische Schichten (z.B. Gamma-, Delta-Phasen), die die Haftung und Sprödigkeit beeinflussen.

4. Mechanische Eigenschaften

Da Galvalume und verzinkte Produkte ähnliche Substrate teilen, werden die mechanischen Eigenschaften hauptsächlich durch den Basisstahl und die Verarbeitung bestimmt. Beschichtungen tragen minimal zur Zug-/Streckgrenze bei, beeinflussen jedoch die bruchbezogene Initiation (z.B. Beschichtungsrisse während der Umformung).

Tabelle — Typische mechanische Eigenschaftsbereiche für kommerzielle beschichtete kaltgewalzte Kohlenstähle (indikativ; hängt von der Substratsorte und dem Temperament ab):

Eigenschaft	Typischer Bereich	Hinweise
Zugfestigkeit (Rm)	270 – 450 MPa	Höhere Werte möglich für HSLA-Substrate
Streckgrenze (Rp0.2 oder ReH)	140 – 350 MPa	Abhängig von der Sorte (kommerziell vs. hochfest)
Dehnung (A%)	15 – 40%	Der Beschichtungstyp hat minimalen direkten Einfluss
Schlagzähigkeit	mäßig bis gut (temperaturabhängig)	Bestimmt durch die Substratmikrostruktur
Härte	niedrig bis mäßig (HV relativ zum Substrat)	Die Härte der Beschichtung variiert; Galvalume-Beschichtung kann härter sein als reines Zn

Interpretation: - Keine Beschichtung verändert die Kernfestigkeit erheblich; wählen Sie die Substratsorte, um die strukturellen Anforderungen zu erfüllen. - Die Wahl der Beschichtung beeinflusst die Oberflächenzähigkeit und die Anfälligkeit für Beschichtungsrisse während des Biegens — Galvalume-Beschichtungen sind typischerweise härter und können bei scharfen Biegungen sichtbare Risse zeigen als duktilere Zn-Beschichtungen.

5. Schweißbarkeit

Überlegungen zur Schweißbarkeit werden von der Substratchemie und dem Verhalten der Beschichtung unter Hitze dominiert:

• Entfernung der Beschichtung im Schweißbereich: Beide Beschichtungen brennen ab oder werden im Schmelzbereich verdrängt und können Dämpfe erzeugen; Vorreinigung und geeignete Dampfabsaugung sind erforderlich.
• Der Kohlenstoffgehalt des Substrats und die Legierung bestimmen die Härtbarkeit und die Anfälligkeit für Kaltverzug. Verwenden Sie akzeptierte Kohlenstoffäquivalente, um die Anforderungen an Vorwärmung/Wärmeeintrag zu bewerten.

Nützliche Schweißbarkeitsindizes (Beispiele): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$

$$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Qualitative Interpretation: - Niedriglegierte, niedriglegierte Substrate, die für beschichtete Bleche verwendet werden, ergeben normalerweise niedrige $CE_{IIW}$- und $P_{cm}$-Werte, was auf eine gute allgemeine Schweißbarkeit mit Standardprozessen (GMAW, SMAW, Widerstandsschweißen) hinweist. - Die Al-Zn-Beschichtung von Galvalume kann refraktäre Aluminiumoxide und erhöhten Spritzer/Dämpfe erzeugen; die Schweißparameter und die Reinigung unterscheiden sich geringfügig von verzinkten (Zn) Produkten. - Verzinkte Beschichtungen bieten besseren opfernden Korrosionsschutz an Schnittkanten, können jedoch das Risiko von Porosität erhöhen, wenn Zn während hochtemperaturprozesse verdampft; geeignete Schweißverfahren und Belüftung sind erforderlich.

6. Korrosion und Oberflächenschutz

Schutzmechanismen: - Verzinkt (Zn-Beschichtung): Primärschutz ist galvanisch (opfernd) — Zink korrodiert bevorzugt und bietet kathodischen Schutz für freiliegenden Stahl an Kratzern und Schnittkanten. Im Laufe der Zeit haften Zinkkorrosionsprodukte und bieten eine gewisse Barriere. - Galvalume (Al-Zn-Legierungsbeschichtung): Primärschutz ist eine dichte Al-Oxid-Barriere, die an der Oberfläche gebildet wird und Korrosion widersteht; die Zn-Komponente bietet sekundären galvanischen Schutz, wo die Beschichtung durchbrochen ist.

Wenn rostfreie Eigenschaften relevant sind, wird PREN verwendet, um die Lochfraßbeständigkeit zu schätzen: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ Hinweis: PREN ist nicht anwendbar auf nicht-rostfreie beschichtete Kohlenstähle; es wird als Referenzindikator für rostfreie Stähle aufgenommen.

Praktische Implikationen: - Atmosphärische Exposition: Galvalume zeigt typischerweise eine überlegene allgemeine atmosphärische Korrosionsbeständigkeit und Langlebigkeit für Dach- und Wandverkleidungen in vielen Umgebungen. - Kanten- und mechanische Schäden: Verzinkte Beschichtungen bieten oft besseren opfernden Schutz an Schnittkanten und tiefen Kratzern, da Zink anodischer ist. - Marine und hochkorrosive Umgebungen: Keine Beschichtung erreicht die Eigenschaften von rostfreiem Stahl; Galvalume übertrifft oft Zn in einigen marinen Atmosphären, aber lokale galvanische Effekte und mechanische Schäden müssen berücksichtigt werden. Die Materialauswahl sollte auf spezifischen Korrosionstests oder der Servicehistorie basieren.

7. Verarbeitung, Bearbeitbarkeit und Formbarkeit

• Schneiden und Schneiden: Beide schneiden ähnlich; die härtere Beschichtung von Galvalume kann leicht erhöhten Werkzeugverschleiß und unterschiedliche Gratbildung erzeugen.
• Umformen und Biegen: Verzinkte (reine Zn) Beschichtungen sind typischerweise duktiler und widerstandsfähiger gegen sichtbare Risse bei akuten Biegungen als Al-Zn-Beschichtungen. Enge Radien beim Biegen können Schmierung und sorgfältiges Werkzeugdesign für Galvalume erfordern, um Beschichtungsbrüche zu vermeiden.
• Stanzen und Prägen: Galvalume kann ausgeprägtere Beschichtungsabplatzungen erzeugen, wenn die Werkzeuge nicht optimiert sind; galvannealed (Zink-Eisen-Legierung) kann eine bessere Farbhaftung für nachfolgende Oberflächenbehandlungen bieten.
• Beschichten und Fertigen: Die Haftung der Farbe hängt von der Oberflächenvorbehandlung ab. Galvannealed und vorbehandelte Zinkoberflächen bieten oft eine überlegene Farbhaftung; Galvalume lässt sich typischerweise gut beschichten, wenn es ordnungsgemäß vorbehandelt wird und kann unterschiedliche Vorbehandlungschemie erfordern.

8. Typische Anwendungen

Galvalume (Al-Zn-beschichtet)	Verzinkt (Zn-beschichtet)
Dach- und Verkleidungspaneele, bei denen Langlebigkeit und Barriere-Schutz geschätzt werden	Strukturelle Elemente, Rahmen, Befestigungen, Regenrinnen, bei denen opfernder Kantenschutz wichtig ist
Hochtemperaturdienst (wärmereflektierende Eigenschaften der Al-Schicht)	Zäune, Träger, Stützen und kaltgeformte Profile
Gehäuse für Geräte und HVAC-Kanäle, bei denen Korrosionsbeständigkeit und Aussehen wichtig sind	Automobilinnenteile, Chassis-Komponenten (häufig galvannealed für Beschichtbarkeit)
Industriegebäude, Lagerhäuser und landwirtschaftliche Strukturen	Allzweck-Blech, Rohre und Tuben, die wirtschaftlich und weit verbreitet sind

Auswahlbegründung: - Wählen Sie Galvalume, wenn langfristige atmosphärische Korrosionsbeständigkeit und thermische Reflexion wichtig sind und wenn Kanten so gestaltet werden können, dass eine schnelle Exposition gegenüber korrosiven Elementen vermieden wird. - Wählen Sie verzinkte Produkte, wenn Kosten und opfernder Schutz an Schnittkanten, Befestigungen oder Bereichen, die mechanischen Schäden ausgesetzt sind, dominierende Überlegungen sind.

9. Kosten und Verfügbarkeit

• Relativer Preis: Verzinkte (Z) Produkte sind in der Regel pro Flächeneinheit günstiger als Galvalume (AZ55) aufgrund der Kosten für Aluminium in der Beschichtung. Tatsächliche Preise schwanken mit den Rohstoffmärkten für Zn und Al.
• Verfügbarkeit: Beide Beschichtungen sind weltweit in Coils, Blechen, Paneelen und vorlackierten Produkten weit verbreitet. Verzinkte Produkte sind historisch die häufigsten und können in einigen Rohstoffformen leichter vorrätig sein; Galvalume ist häufig für Dach- und Verkleidungsmärkte erhältlich.
• Produktformen: Coils, Bleche, vorlackierte Coil-beschichtete Paneele, Dach-Coils und geformte Profile. Die Lieferzeiten sind für Standardstärken und -breiten in der Regel kurz, länger für Speziallegierungen oder vorlackierte Oberflächen.

10. Zusammenfassung und Empfehlung

Tabelle — Vergleichszusammenfassung (qualitativ)

Metrik	Galvalume (Al-Zn)	Verzinkt (Zn)
Schweißbarkeit	Gut (erfordert Aufmerksamkeit auf Al-bezogene Dämpfe)	Gut (Zn-Dampf/Dämpfe-Management erforderlich)
Festigkeit-Zähigkeit (substratgesteuert)	Ähnlich (Substratauswahl bestimmt)	Ähnlich (Substratauswahl bestimmt)
Korrosionsbeständigkeit (allgemeine atmosphärische)	Höher (Barriere + galvanisch)	Gut (starker opfernder Schutz)
Kanten-/Schnittschutz	Mäßig (weniger opfernd an Kanten)	Besser (opfernder Schutz an freiliegenden Kanten)
Formbarkeit / Biegbarkeit	Mäßig (Beschichtung härter; auf enge Radien achten)	Besser (Beschichtung duktiler)
Kosten	Höher (Al in der Beschichtung)	Niedriger (generell wirtschaftlich)

Wählen Sie Galvalume, wenn: - Langfristige atmosphärische Korrosionsbeständigkeit und Ästhetik für Dach-, Verkleidungs- oder Geräteoberflächen Priorität haben. - Thermische Reflexion oder überlegener Barriere-Schutz gewünscht ist und die Gestaltung eine längere Exposition von Schnittkanten minimiert. - Sie eine moderat höhere Materialkosten für eine längere Lebensdauer akzeptieren.

Wählen Sie verzinkte Produkte, wenn: - Kostenempfindlichkeit, opfernder Schutz an Schnittkanten oder starke mechanische Handhabung die Auswahlkriterien dominieren. - Anwendungen strukturelle Rahmen, Befestigungen oder Allzweckbleche umfassen, bei denen Formbarkeit und Kantenschutz wichtig sind. - Die Verbreitung in der Lieferkette und niedrige Investitionskosten bedeutende Faktoren sind.

Letzter Hinweis: Da die mechanische Leistung vom Substrat dominiert wird, geben Sie immer die richtige Basisstahlgüte und das Temperament für strukturelle Anforderungen an und spezifizieren Sie das Beschichtungsgewicht/die Dicke sowie Nachbehandlungen (Lack, Passivierung, Galvannealing), um den Korrosions- und Fertigungsanforderungen gerecht zu werden. Im Zweifelsfall fordern Sie vergleichende Korrosionstests für die beabsichtigte Expositionsklasse an und bestätigen Sie die Schweiß-/Prozesskompatibilität mit Ihrem Hersteller.