Z140 vs Z180 – Zusammensetzung, Wärmebehandlung, Eigenschaften und Anwendungen

Einführung

Z140 und Z180 sind weit verbreitete Klassen von Feuerverzinkungen, die für Stahlprodukte spezifiziert sind. Ingenieure, Einkaufsleiter und Fertigungsplaner wägen häufig die Kompromisse zwischen Korrosionsschutz, Formbarkeit, Schweißbarkeit und Kosten ab, wenn sie eine Zinkbeschichtungsklasse auswählen. Typische Entscheidungskontexte umfassen Außen- vs. Innenaussetzung, Umform- und Biegeoperationen, Schweiß- und Verbindungstechniken sowie Lebenszykluskostenziele.

Der wesentliche praktische Unterschied zwischen Z140 und Z180 ist die nominale Zinkbeschichtungsmasse (und die entsprechende Beschichtungsdicke): Z180 hat eine schwerere Zinkbeschichtung als Z140. Dieser Unterschied beeinflusst die Lebensdauer des opferanodischen Schutzes, verändert das Umform- und Schweißverhalten an der beschichteten Oberfläche und wirkt sich auf die Stückkosten und Oberflächenmerkmale aus – daher die häufige Vergleichbarkeit in Design- und Beschaffungsentscheidungen.

1. Normen und Bezeichnungen

• Z-Bezeichnungen sind Beschichtungsmasseklassen, die in der europäischen und internationalen Praxis häufig verwendet werden (z. B. EN-Systemterminologie für kontinuierliches Feuerverzinken). Entsprechende oder verwandte Spezifikationen erscheinen in nationalen Normen und Produktspezifikationen (zum Beispiel Beschichtungsarten in der EN 10346 / EN 10142-Familie und ASTM/ASME-Normen, die die Beschichtungsleistung angeben, anstatt das "Z"-Label).
• Z140 und Z180 sind keine Basisstahlgüten. Sie sind Oberflächenbeschichtungsarten, die auf eine Vielzahl von Substratstählen angewendet werden, die selbst sein können:
• Kohlenstoffstähle (niedriglegierte) (häufigste Substrate für kontinuierliches Verzinken)
• HSLA/Strukturstähle (wenn vom Hersteller spezifiziert)
• Kaltgewalzte oder warmgewalzte Handelsstähle
• Edelstähle werden typischerweise nicht auf die gleiche Weise verzinkt; Edelstahl ist eine andere Korrosionsstrategie
• Klassifizierung: Z140/Z180 = Beschichtungskategorien (Oberflächenbehandlung). Der zugrunde liegende Stahl kann Kohlenstoff, HSLA oder andere Typen je nach Produktform und Lieferant sein.

2. Chemische Zusammensetzung und Legierungsstrategie

Die "Z"-Klassen beschreiben die Beschichtungsmasse aus Zink; sie definieren nicht direkt die Substratlegierung. Die chemische Zusammensetzung, die für Korrosion und mechanische Eigenschaften relevant ist, ist daher zweigeteilt: die Zinkbeschichtung (hauptsächlich Zn mit intermetallischen Fe–Zn-Phasen) und die Chemie des Basisstahls (variiert je nach Güte).

Tabelle: Typische Spezifikationsrolle (qualitativ) für die aufgeführten Elemente

Güte / Element	C	Mn	Si	P	S	Cr	Ni	Mo	V	Nb	Ti	B	N
Z140 (Beschichtungsklasse)	Nicht spezifiziert — nur Beschichtungsmasse; substratabhängig	"	"	"	"	"	"	"	"	"	"	"	"
Z180 (Beschichtungsklasse)	Nicht spezifiziert — nur Beschichtungsmasse; substratabhängig	"	"	"	"	"	"	"	"	"	"	"	"

Hinweise: - Für sowohl Z140 als auch Z180 ist die Beschichtung selbst überwiegend Zink; Fe–Zn-intermetallische Schichten bilden sich an der Grenzfläche während der Feuerverarbeitung. Legierungselemente in der Beschichtung (z. B. kleine Al-Zugaben im Bad) oder absichtlich legierte Zinkbeschichtungen verändern das Oberflächenerscheinungsbild und die Wachstumsdynamik, ändern jedoch nicht die Tatsache, dass die Z-Bezeichnung sich auf die Beschichtungsmasse bezieht. - Die Chemie des Basisstahls (C, Mn, Si usw.) wird gemäß den mechanischen Anforderungen und Normen für das Produkt (Blech, Band, Struktur) ausgewählt. Typische kontinuierlich verzinkte Substrate sind niedriglegierte Stähle; spezifische Werte werden durch die Norm des Substratstahls und das Werkszertifikat definiert, nicht durch die Z-Klasse.

Wie Legierungen die Leistung beeinflussen (allgemein): - Substratlegierung (C, Mn, Si): steuert die Festigkeit, Härtbarkeit und Reaktion des Basisstahls auf das Umformen; höherer Si- oder P-Gehalt kann das Wachstum der Fe–Zn-intermetallischen Schichten während des Verzinkens beschleunigen. - Zusätze im Beschichtungsbad (Al, Ni, Pb, Bi, Sn, Mg in speziellen Bädern): beeinflussen das Erscheinungsbild der Beschichtung, die Benetzbarkeit und die Schweißbarkeit; diese werden separat von der Z-Masseklasse spezifiziert.

3. Mikrostruktur und Reaktion auf Wärmebehandlung

Die Mikrostruktur des beschichteten Systems umfasst: - Zinkaußenschicht (in vielen Fällen nahezu reines Zn η-Phase) - Intermetallische Schichten an der Zn–Fe-Grenzfläche (häufig als ζ-, δ- und Γ-Phasen für traditionell feuerverzinkte Stähle beschrieben) - Mikrostruktur des Basisstahls (Ferrit/Perlit, Bainit/vergüteter Martensit für hochfeste Stähle)

Wesentliche mikrostrukturelle Unterschiede, die durch die Beschichtungsmasse bedingt sind: - Dickere Beschichtungen (Z180) erzeugen im Allgemeinen eine dickere äußere Zinkschicht und können, abhängig von der Badchemie und der Eintauchzeit, eine dickere intermetallische Zone entwickeln. Eine dickere intermetallische Zone kann die Haftung und Sprödigkeit der Beschichtung während des Umformens beeinflussen.

Wärmebehandlungs- und Verarbeitungseffekte: - Die Beschichtung wird bei Temperaturen von geschmolzenem Zink gebildet; nachfolgende Wärmebehandlungen (z. B. Galvanisieren: Glühen in einer kontrollierten Umgebung zur Erzeugung einer Fe–Zn-legierten Oberfläche) verändern die Mikrostruktur, um die intermetallischen Schichten für die Haftung von Farben zu betonen. - Normalisieren/Abschrecken & Anlassen beeinflussen nur die Mikrostruktur des Substrats; die Beschichtung wird diese Änderungen nicht replizieren, es sei denn, Wärmebehandlungen, die nach dem Verzinken durchgeführt werden, können die Beschichtung modifizieren (Diffusion von Fe in Zn-intermetallische Verbindungen, potenzieller Verlust der Duktilität der Beschichtung). - Thermo-mechanisches Walzen/Glühen vor dem Verzinken bestimmt die Korngröße und Festigkeit des Substrats und beeinflusst das Wachstumsverhalten der Beschichtung über die Chemie des Substrats (Si, P).

4. Mechanische Eigenschaften

Die Beschichtungsmasse verändert nicht grundlegend die Zug-/Streckgrenzeigenschaften des Basisstahls, aber dickere Beschichtungen beeinflussen das Oberflächenverhalten während des Umformens, die lokale Ermüdungsinitiierung und den Verschleiß.

Tabelle: Vergleichende Effekte (qualitativ)

Eigenschaft	Z140	Z180
Zugfestigkeit (Basissubstrat)	Gleich wie der zugrunde liegende Stahl (Beschichtung ≈ kosmetisch/opferanodisch)	Gleich wie der zugrunde liegende Stahl
Streckgrenze (Basissubstrat)	Gleich wie das Substrat	Gleich wie das Substrat
Dehnung / Formbarkeit	Etwas besser für dünnere Beschichtung bei scharfen Biegungen; weniger Beschichtungsrisse	Etwas reduzierte lokale Formbarkeit bei starken Biegungen; Beschichtung kann reißen oder abblättern, wenn der Biegeradius klein ist
Schlagzähigkeit (Substrat)	Unbeeinflusst (außer an der unmittelbaren Oberfläche, wo Beschichtungsfehler als Spannungsanreicherungen wirken können)	Gleiches Substratverhalten; dickere Beschichtung kann in einigen Fällen Oberflächenrisse unter Schlagbelastung initiieren
Oberflächenhärte (Beschichtung)	Härte dominiert von Zn-Schicht und intermetallischen Verbindungen; typischerweise weicher als Stahl	Etwas höhere Härte an der Grenzfläche, wenn die intermetallische Schicht dicker ist

Erklärung: - Die mechanische Kapazität des Strukturbauteils wird durch die Güte des Basisstahls bestimmt. Die Zinkschicht ist opferanodisch; ihre Dicke beeinflusst die lokale Oberflächenleistung (Haftung der Beschichtung während des Umformens) mehr als die mechanischen Eigenschaften des Volumens.

5. Schweißbarkeit

Die Schweißbarkeit hängt hauptsächlich von der Chemie des Substrats und der Anwesenheit von Zink an der Verbindung ab. Zink verdampft und kann Porosität, erhöhten Spritzer und durch Wasserstoff oder Zink verursachte Fehler verursachen, wenn es nicht kontrolliert wird.

Relevante Schweißbarkeitsindizes (keine numerischen Eingaben): - International Institute of Welding Kohlenstoffäquivalent: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Professionelle Kohlenstoff-Mangan-Formel: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretation und praktische Hinweise: - Die Z-Nummer an sich ändert $CE_{IIW}$ oder $P_{cm}$ nicht, aber eine schwerere Zinkschicht (Z180) erhöht die lokale Menge an Zink im Schweißbereich, was zu folgendem führt: - Erhöhtes Risiko von Porosität und Zinkdampfbildung während des Lichtbogenschweißens. - Notwendigkeit der Entfernung der Vorbeschichtung (mechanisches Schleifen, lokales Abrennen oder chemisches Abbeizen) oder angepasste Schweißparameter (höhere Vorschubgeschwindigkeit, geringere Wärmeaufnahme, Verwendung von Schutzgas). - Berücksichtigung der Auswahl von Elektrode/Füllmaterial und Schutzgas zur Steuerung der Porosität. - Beim Punktschweißen von beschichtetem Blech können dickere Beschichtungen den Elektrodenverschleiß erhöhen und die Nuggetgröße verringern; Anpassungen der Prozessparameter sind erforderlich.

6. Korrosion und Oberflächenschutz

• Die Zinkbeschichtung bietet kathodischen (opferanodischen) Schutz für exponierten Stahl und Barriere-Schutz für die Oberfläche. Eine höhere Beschichtungsmasse verlängert im Allgemeinen die Lebensdauer des opferanodischen Schutzes.
• PREN ist nicht auf zinkbeschichtete Kohlenstähle anwendbar (PREN gilt für die Korrosionsbeständigkeitsbewertung von Edelstahl). Zum Vergleich sind die Leistungskennzahlen von Edelstahl unterschiedlich: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ (Dieser Index ist für verzinkten Stahl irrelevant.)

Überlegungen zum Korrosionsschutz: - Z180 bietet eine dickere opferanodische Schicht als Z140 und liefert daher typischerweise eine längere wartungsfreie Lebensdauer in ähnlichen Umgebungen. - Dickere Beschichtungen können während der frühen Exposition in feuchter/lüftiger Lagerung eine ausgeprägtere Bildung von weißem Rost zeigen, wenn sie nicht ordnungsgemäß behandelt und entwässert werden. - Oberflächenveredelung (Lackierung, Umwandlungsbeschichtungen, Passivierung) wird weiterhin für aggressive Atmosphären empfohlen – dickere Zinkschichten kaufen Zeit, bevor die Farbe abgebaut wird.

Umrechnung zwischen Beschichtungsmasse und ungefähren Dicken (nützliche Faustregel): - Die physikalische Beziehung ist: $$t = \frac{m}{\rho}$$ wobei $t$ die Dicke in μm ist, wenn $m$ in g/m² angegeben ist und $\rho$ die Zinkdichte in g/cm³ ist (entsprechende Einheit Umrechnungen eingebettet). - Die Verwendung der Zinkdichte (~7,14 g/cm³) ergibt ungefähre Dicken: - Z140 → ungefähr $140/7.14 \approx 19.6\ \mu m$ - Z180 → ungefähr $180/7.14 \approx 25.2\ \mu m$ - Dies sind ungefähre Einzelzahlenumrechnungen; die tatsächliche Beschichtungsmorphologie (intermetallisch vs. reine Zn-Schicht) beeinflusst die funktionale Dicke und Leistung.

7. Verarbeitung, Bearbeitbarkeit und Formbarkeit

• Schneiden und Scheren: sowohl Z140 als auch Z180 können mit Standardmethoden geschnitten werden; dickere Zink kann mehr Schlacke erzeugen und erfordert möglicherweise eine leicht andere Werkzeugwartung.
• Umformen und Biegen: Z140 ist im Allgemeinen besser für enge Biegungen und stark geformte Teile, da die dünnere Beschichtung weniger wahrscheinlich reißt oder abblättert. Z180 kann größere Biegeradien, zusätzliche Schmierung oder Nachbearbeitung nach dem Umformen erfordern.
• Bearbeitbarkeit: Die Zinkschicht ist im Vergleich zu Stahl weich; dickere Zink kann die Oberflächenveredelungen beeinflussen und erfordert möglicherweise aggressivere Nachbearbeitung nach der Bearbeitung oder dem Drehen.
• Veredelung: Lackierung, Pulverbeschichtung oder andere Deckbeschichtungen haften typischerweise an beiden – dennoch werden galvanisierte Oberflächen (durch Wärmebehandlung hergestellt) oft bevorzugt, wenn eine überlegene Haftung der Farbe erforderlich ist.

8. Typische Anwendungen

Z140 — Typische Anwendungen	Z180 — Typische Anwendungen
Innere Strukturteile, leichte Bauabschnitte, Automobil-Innenverkleidungen, Anwendungen, bei denen ein moderater Korrosionsschutz akzeptabel ist und die Formbarkeit entscheidend ist	Außenarchitekturkomponenten, Zäune, Außenbefestigungen, mäßig exponierte Gebäudeverkleidungen, Anwendungen, bei denen eine zusätzliche opferanodische Lebensdauer gewünscht wird
Geformte Stanzteile mit engen Biegeradien und schwerem Umformen	Teile, die längere Wartungsintervalle bei atmosphärischen Expositionen erfordern; Anwendungen mit periodischem Nassen und Trocknen

Auswahlbegründung: - Wählen Sie dünnere Beschichtungen, wenn die Umformleistung und minimierte Kosten Prioritäten sind und die Betriebsbedingungen mild sind. - Wählen Sie schwerere Beschichtungen, wenn erhöhter Korrosionsschutz und längere Lebensdauer die zusätzlichen Kosten und potenziellen Umform-/Schweißanpassungen überwiegen.

9. Kosten und Verfügbarkeit

• Relativer Kosten: Z180 kostet mehr als Z140 auf einer Flächenbasis aufgrund des höheren Zinkverbrauchs und möglicherweise längerer Bearbeitungszeit.
• Verfügbarkeit: Beide Beschichtungsarten werden häufig in kontinuierlichen Feuerverzinkungsprozessen für Blech und Coil hergestellt; die Verfügbarkeit hängt von der Mühle und der Produktform (beschichtetes Coil, zuschnittfertiges Blech, Rohre oder gefertigte Strukturteile) ab.
• Beschaffungsüberlegungen: Geben Sie die Beschichtungsklasse, die Basisstahlgüte und alle speziellen Badchemien oder Nachbehandlungen (Galvanisieren, Passivierung) in den Bestellungen an. Werkszertifikate sollten die Beschichtungsmasse (g/m²) und die Güte des Substratstahls bestätigen.

10. Zusammenfassung und Empfehlung

Zusammenfassungstabelle (qualitativ)

Attribut	Z140	Z180
Schweißbarkeit (wie beschichtet)	Besser für Schweißen ohne Vorreinigung; weniger Zink zum Verdampfen	Höheres Risiko von Porosität und Dampf; Vorreinigung oft erforderlich
Festigkeit–Zähigkeit (Basissubstrat)	Bestimmt durch das Substrat; Beschichtung hat minimalen Effekt	Bestimmt durch das Substrat; Beschichtung hat minimalen Effekt
Formbarkeit	Besser für enge Biegungen und starkes Umformen	Leicht reduziert für scharfes Umformen; kann größere Radien erfordern
Korrosionslebensdauer (opferanodisch)	Moderat	Verlängert (besserer opferanodischer Schutz)
Kosten	Niedriger	Höher

Schlussfolgerungen und Empfehlungen: - Wählen Sie Z140, wenn: - Das Bauteil stark geformt oder mit engen Biegeradien gestanzt wird. - Die Expositionsumgebung mild bis moderat ist und die Lebenszykluskorrosionsanforderungen bescheiden sind. - Niedrigere Materialkosten und einfache nachgelagerte Verarbeitung (Schweißen, Lackieren) Prioritäten sind.

• Wählen Sie Z180, wenn:
• Längere opferanodische Korrosionsschutz erforderlich ist (Außenexposition, periodisches Nassen oder reduzierte Wartungsintervalle).
• Leicht höhere Materialkosten akzeptabel sind im Austausch für eine verlängerte Lebensdauer.
• Umform- und Schweißprozesse angepasst werden können, um die dickere Beschichtung zu berücksichtigen (Vorreinigung vor dem Schweißen, angepasste Biegeradien, Anpassung der Prozessparameter).

Letzte Anmerkung: Da Z140 und Z180 Beschichtungsmasse-Spezifikationen und keine Substratstahlgüten sind, geben Sie sowohl die Z-Klasse als auch die genaue Substratstahlgüte an, wenn Sie Beschaffungsdokumente ausstellen. Bestätigen Sie die Beschichtungsmasse und die Badchemie mit den Prüfberichten der Mühle und führen Sie Umform-/Schweißversuche durch, bei denen die Beschichtungsdicke die Prozessfenster beeinflussen kann.