ZA150 vs ZA200 – Zusammensetzung, Wärmebehandlung, Eigenschaften und Anwendungen

Einführung

ZA150 und ZA200 sind Bezeichnungen, die häufig bei der Auswahl von beschichteten Stahlprodukten für strukturelle, architektonische und industrielle Anwendungen vorkommen. Ingenieure und Beschaffungsteams stehen häufig vor einem Kompromiss zwischen Korrosionsbeständigkeit, Formbarkeit, Schweißbarkeit und Kosten, wenn sie zwischen diesen beiden Optionen wählen. Typische Entscheidungskontexte umfassen Außenverkleidungen vs. Innenmöbel, Tiefziehlaminate vs. tragende Elemente und geschweißte Baugruppen vs. geschraubte oder mechanisch befestigte Teile.

Im Gegensatz zu standardmäßigen Stahlgradbezeichnern (z. B. S355 oder A36) beschreiben ZA150 und ZA200 am häufigsten mit Zink-Aluminium-Legierung beschichtete Stahlprodukte, die sich hauptsächlich durch die Beschichtungsmasse und den Legierungsgehalt der Beschichtung unterscheiden. Der Hauptunterschied liegt daher im Beschichtungssystem — dessen Legierungsanteil und Masse pro Flächeneinheit — was direkt den Korrosionsschutz, die Haftung und einige Fertigungsverhalten beeinflusst.

1. Normen und Bezeichnungen

• ZA150 / ZA200: Typischerweise als kommerzielle Bezeichnungen für beschichteten Stahl verwendet, wobei "ZA" auf eine Zink-Aluminium-Legierungsbeschichtung hinweist und die numerische Endung die nominale Beschichtungsmasse angibt (häufig als g/m² insgesamt beider Seiten oder pro Seite je nach Anbieter ausgedrückt). Diese sind keine universellen metallurgischen Stahlgradnamen in der ASTM/EN/JIS-Nomenklatur, werden jedoch häufig von Coil-Beschichtern und Stahl-Service-Centern verwendet.
• Relevante internationale Normen und Spezifikationen, die beschichtete Stähle (Substrat und Beschichtungen) regeln, umfassen:
• ASTM A653 / A792 Familie (feuerverzinkte und Zn–Al–Mg/Al–Zn-Beschichtungen) — behandelt beschichtete Kohlenstoffstähle.
• EN 10346 (kontinuierlich feuerverzinkter metallisch beschichteter Stahl) — umfasst Produktdefinitionen und Kennzeichnungen für beschichtete Stähle.
• JIS- und GB-Normen (nationale Spezifikationen), die kaltgewalzte Substrate und Beschichtungsprozesse regeln.
• Identifikation nach Materialklasse:
• Das Substratmaterial unter ZA-Beschichtungen ist typischerweise Kohlenstoff (milder) Stahl (niedriglegierter oder interstitialfreier kaltgewalzter Stahl) — nicht rostfrei, Werkzeugstahl oder HSLA in den meisten typischen ZA150/ZA200-Produktlinien.
• Die Beschichtung ist eine Legierung (Zn–Al-basiert), sodass das fertige Produkt ein beschichtetes Kohlenstoffstahlprodukt und keine andere Stahlklasse ist.

2. Chemische Zusammensetzung und Legierungsstrategie

Der funktionale Leistungsunterschied zwischen ZA150 und ZA200 wird überwiegend durch die Beschichtungschemie (relative Anteile von Zn, Al, Mg und geringfügigen Zusätzen) und die Beschichtungsmasse gesteuert. Die Chemie des Stahlsubstrats ist normalerweise ein konventioneller niedriglegierter Stahl, der für das Formen oder Lackieren optimiert ist.

Tabelle: Typische Zusammensetzungsfokusbereiche (Substrat vs. Beschichtung). Hinweis: Anbieter-spezifische Zusammensetzungen variieren; die Tabelle gibt typische Elementrelevanz anstelle von vorschreibenden Werten.

Element	Typisches niedriglegiertes Stahlsubstrat (Relevanz)	ZA-Beschichtung (Zn–Al-Typ) — Relevanz
C	Niedrig (steuert Festigkeit und Schweißbarkeit)	Nicht anwendbar
Mn	Vorhanden (Festigkeits-/Verformungssteuerung)	Nicht anwendbar
Si	Kleine Mengen (Entgasung; beeinflusst Beschichtungsbenetzung)	Spuren möglich
P	Niedrig (Versprödungsrisiko, wenn hoch)	Spuren möglich
S	Niedrig (Einschlüsse beeinflussen Formbarkeit)	Spuren möglich
Cr	In der Regel abwesend (es sei denn, spezielles Substrat)	Selten in ZA-Beschichtungen (Spuren, wenn überhaupt)
Ni	Für das Substrat nicht relevant, es sei denn, legiert	Selten in der Beschichtung
Mo	Nicht relevant	Selten
V, Nb, Ti	Mögliche Mikrolegierung im Substrat zur Festigkeitssteigerung	Nicht relevant
B	Manchmal Spuren im Substrat	Nicht relevant
N	Im Substrat für einige Stähle kontrolliert	Nicht relevant
Zn	Im Substrat nicht vorhanden	Hauptelement der Beschichtung (Mehrheit)
Al	Im Substrat nicht vorhanden	Legierungszusatz zu Zn — verbessert Barriere- und opfernde Leistung
Mg	Im Substrat nicht vorhanden	Wird oft in kleinen Mengen hinzugefügt, um die Korrosionsbeständigkeit und Haftung zu verbessern
Andere (Si, Sn, Bi)	Typischerweise Spuren im Substrat	Geringfügige Zusätze, die von einigen Beschichtern verwendet werden, um Eigenschaften anzupassen

Wie Legierung die Leistung beeinflusst: - Ein höherer Al-Gehalt in einer Zn–Al-Beschichtung verbessert im Allgemeinen den Barrierschutz und die Lackierbarkeit, reduziert weißen Rost und kann das opfernde Verhalten modifizieren. - Kleine Mg-Zusätze verbessern oft die atmosphärische Korrosionsbeständigkeit und reduzieren das Untercutting in Kratzern. - Eine höhere Beschichtungsmasse (z. B. ZA200 vs. ZA150) erhöht das verfügbare opfernde Zink und verlängert die Schutzdauer, alles andere gleich.

3. Mikrostruktur und Reaktion auf Wärmebehandlung

ZA150 und ZA200 unterscheiden sich hauptsächlich in der Mikrostruktur der Beschichtung, nicht in der Mikrostruktur des Grundstahls (es sei denn, es werden spezielle Substrate angegeben).

• Substratmikrostruktur:
• Der Grundstahl für diese beschichteten Produkte ist üblicherweise kaltgewalzter niedriglegierter Stahl mit einer Ferrit-Perlit-Mikrostruktur (oder vollständig ferritisch für interstitialfreie Stähle). Die Wärmebehandlung des Substrats beschränkt sich typischerweise auf Glühzyklen, die während der Kaltwalzverarbeitung verwendet werden; das Substrat ist nicht für eine zusätzliche Abschreckung/Anlassen nach der Beschichtung vorgesehen.
• Beschichtungsmikrostruktur:
• Zn–Al-Beschichtungen erstarren zu einer Duplexstruktur: einer äußeren Zn–Al-Legierungsschicht und einer intermetallischen Reaktionsschicht an der Stahl-Beschichtungsgrenze. Al reduziert die Wachstumsrate und modifiziert die Phasenbildung im Vergleich zu reinem Zn, was zu einer feineren intermetallischen Schicht und einem anderen Haftungsverhalten führt.
• ZA200 (höhere Beschichtungsmasse) wird eine dickere Legierungsschicht und eine dickere intermetallische Zone im Vergleich zu ZA150 aufweisen, wenn sie identisch verarbeitet werden.
• Reaktion auf Wärmebehandlung/Verarbeitung:
• Normalisierungs- oder Abschreck- & Anlasprozesse werden in der Regel nicht auf beschichtete Fertigteile angewendet, da sie die Beschichtung beschädigen würden; thermische Einwirkungen während der Verarbeitung (z. B. beim Formen oder Schweißen) können zu lokalem intermetallischen Wachstum oder Spangle-Änderungen führen.
• Thermische Zyklen während kontinuierlicher Verzinkungs-/Beschichtungsanlagen (kurze Glühungen) steuern die Benetzung der Beschichtung, die intermetallische Bildung und die endgültigen Legierungsanteile.

4. Mechanische Eigenschaften

Die mechanischen Eigenschaften des Fertigprodukts werden überwiegend vom Stahlsubstrat bestimmt; die Beschichtung trägt marginal zur mechanischen Festigkeit des Volumens bei, ist jedoch entscheidend für den Oberflächenschutz.

Tabelle: Vergleichende Erwartungen an mechanische Eigenschaften (typische Bereiche für beschichtete niedriglegierte Stahlprodukte).

Eigenschaft	ZA150 (typischer beschichteter niedriglegierter Stahl)	ZA200 (typischer beschichteter niedriglegierter Stahl)
Zugfestigkeit (MPa)	Typischer Substratbereich (z. B. 220–420) — Beschichtung vernachlässigbar	Gleicher, vom Substrat kontrollierter Bereich
Streckgrenze (MPa)	Vom Substrat kontrolliert (z. B. 140–350)	Gleich
Dehnung (%)	Vom Substrat kontrolliert (z. B. 15–40%)	Gleich
Schlagzähigkeit	Substratabhängig; Beschichtung hat bei Umgebungstemperaturen wenig Einfluss	Gleich
Oberflächenhärte	Beschichtung etwas härter als reines Zn, abhängig vom Al-Gehalt	Etwas höhere Oberflächenhärte mit dickerer/legierter Beschichtung

Welcher ist stärker, zäher, duktiler und warum: - Festigkeit/Zähigkeit/Duktilität stammen von der Metallurgie des Substrats. Wenn ZA150 und ZA200 identische Substrate verwenden, sind die Unterschiede in den mechanischen Eigenschaften vernachlässigbar. - Die Beschichtung beeinflusst die Oberflächenhärte und das lokale Verschleiß-/Schnittverhalten; eine dickere ZA200-Beschichtung kann eine marginal höhere Abriebfestigkeit der oberen Schicht aufweisen. - Duktilität/Formbarkeit kann durch die Beschichtungsmasse und Legierung beeinflusst werden: schwerere Beschichtungen und spröde intermetallische Schichten können die Umformleistung verringern und Rissbildung in der Beschichtung während starker Verformung fördern.

5. Schweißbarkeit

Die Schweißbarkeit wird weitgehend durch die Chemie des Substrats (Kohlenstoff und andere Härtbarkeitselemente) und durch die Anwesenheit und Zusammensetzung der Beschichtung bestimmt.

• Kohlenstoff und Härtbarkeit:
• Höherer Kohlenstoff- und Legierungselemente erhöhen das Risiko von Rissen in der Schweißzone. Viele ZA-beschichtete Produkte verwenden niedriglegierte, niedriglegierte Substrate, um eine gute Schweißbarkeit zu gewährleisten.
• Beschichtungseffekte:
• Beschichtungen führen Zink in das Schweißbad während des Lichtbogenschweißens ein, was Porosität, erhöhten Spritzer und dampfbedingte Defekte verursachen kann. Dickere Beschichtungen (ZA200) führen mehr Zink in die Verbindung ein als dünnere Beschichtungen (ZA150), was das Potenzial für diese Probleme erhöht.
• Bewertungsformeln (qualitative Verwendung):
• Kohlenstoffäquivalentindex (IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ Verwenden Sie dies zur Bewertung der Schweißbarkeit des Substrats: höherer $CE_{IIW}$ → größere Vorwärm- und Nachbehandlungsanforderungen.
• Pcm für Kaltverzugsempfindlichkeit: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$ Höherer $P_{cm}$ erhöht das Risiko von wasserstoffunterstütztem Kaltverzug.
• Praktische Implikationen:
• Für manuelles und robotergestütztes Lichtbogenschweißen verringert die saubere Entfernung der Beschichtung im Schweißbereich oder geeignete Schweißverfahren (z. B. MIG mit höherer Vorschubgeschwindigkeit, Laserschweißen oder Verwendung von Flussmitteln/Füllstoffen, die für verzinkten Stahl entwickelt wurden) Probleme.
• Vorwärmen, kontrollierte Wärmezufuhr und Nachreinigung sind gängige Maßnahmen. ZA200 kann aggressivere Maßnahmen als ZA150 für dasselbe Verbindungsdesign erfordern, aufgrund des höheren Zinkgehalts an der Schweißnaht.

6. Korrosion und Oberflächenschutz

ZA-Beschichtungen sollen den atmosphärischen Korrosionsschutz im Vergleich zu unbeschichtetem Stahl verbessern. Sie funktionieren durch eine Kombination aus Barriere- und galvanischem (opferndem) Schutz.

• Für nicht rostfreie Substrate:
• Schutzstrategien umfassen die Wahl der Beschichtungslegierung (Zn–Al–Mg-Formulierungen), die Beschichtungsmasse (ZA150 vs. ZA200), Lackierung oder Umwandlungsbeschichtungen über der ZA-Schicht und Kantenbehandlung.
• Dickere Beschichtungsmasse (ZA200) erhöht die Lebensdauer unter denselben Bedingungen, da mehr opferndes Material verfügbar ist und die Barriere-Schicht robuster ist.
• Rostfreier Index (PREN) nicht anwendbar:
• Für rostfreie Legierungen bewertet PREN die Lochkorrosionsbeständigkeit: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
• ZA-beschichtete Produkte sind keine rostfreien Stähle; daher ist PREN für ZA150/ZA200 nicht relevant.
• Praktische Hinweise:
• Wählen Sie ZA200 für rauere Außen- oder Küstenumgebungen, wenn eine erhöhte Beschichtungsmasse und möglicherweise modifizierte Legierung (z. B. Mg-Zusätze) verfügbar sind.
• Für lackierte Systeme bietet eine hochwertigere ZA-Beschichtung eine bessere langfristige Haftung und Barriereverhalten.

7. Verarbeitung, Bearbeitbarkeit und Formbarkeit

• Schneiden (Scheren, Laser, Plasma):
• Dickere Beschichtungen (ZA200) können mehr Schlacke erzeugen und die Kantenqualität beeinflussen. Die Laserschneidparameter müssen angepasst werden, um die Beschichtungszusammensetzung und -dicke zu berücksichtigen.
• Umformen und Biegen:
• ZA150 bietet im Allgemeinen eine bessere Formbarkeit bei stark bearbeiteten Teilen aufgrund der geringeren Beschichtungsdicke und dünneren intermetallischen Schichten; ZA200 kann anfälliger für Rissbildung und Verpulverung der Beschichtung bei engen Biegungen sein.
• Verwenden Sie Testproben für kritische Umformoperationen, um das Beschichtungsverhalten unter der beabsichtigten Belastung zu bestätigen.
• Bearbeitbarkeit:
• Beschichtete Produkte werden typischerweise vor der schweren Bearbeitung geschnitten oder gestanzt; das Bearbeiten durch die Beschichtung ist möglich, führt jedoch zu zusätzlichem Werkzeugverschleiß und erfordert eine Spänekontrolle für Zinklegierungen.
• Oberflächenbehandlung:
• Beschichtungssysteme haften effektiv an Zn–Al-Beschichtungen, aber die Oberflächenvorbereitung und Passivierungsbehandlungen sind wichtig für eine konsistente Oberflächenqualität.

8. Typische Anwendungen

ZA150 (leichtere Beschichtung)	ZA200 (schwerere Beschichtung)
Innere Gerätechassis, Innen-HVAC-Kanäle, lackierte Paneele mit kontrollierten Umgebungen	Außenbedachungen und Fassaden in mäßig aggressiven Atmosphären
Automotive Innenteile, bei denen Formbarkeit und Lackierbarkeit entscheidend sind	Bauverkleidungen, Regenrinnen und äußere Abdeckungen, die eine verlängerte Korrosionslebensdauer erfordern
Leichtbau-Stanzteile, bei denen die Kosten über die maximale Lebensdauer priorisiert werden	Außenbeschilderungen, Küsten- oder Industrieinstallationen, die zusätzlichen Schutz benötigen

Auswahlbegründung: - Wählen Sie ZA150, wenn hohe Formbarkeit, niedrigere Kosten und angemessener Schutz für milde Umgebungen die Hauptanforderungen sind. - Wählen Sie ZA200, wenn eine verlängerte Korrosionslebensdauer, ein dickerer opfernder Vorrat und eine robustere Barrierewirkung Prioritäten sind, trotz leicht höherer Kosten und möglicher Reduzierungen in der schweren Umformleistung.

9. Kosten und Verfügbarkeit

• Kostenfaktoren:
• Beschichtungsmasse (ZA200 > ZA150) — mehr Legierung verbraucht, höhere Materialkosten.
• Legierungs-Komplexität (zusätzliche Al/Mg-Zusätze erhöhen die Kosten).
• Verarbeitung und Zertifizierung durch den Anbieter.
• Verfügbarkeit:
• Sowohl ZA150 als auch ZA200 sind üblicherweise von großen Coil-Beschichtern und Servicezentren in standardmäßigen Blech-/Coil-Formen erhältlich. Maßgeschneiderte Legierungsformulierungen oder sehr dicke Beschichtungen können zu längeren Lieferzeiten führen.
• Produktformen:
• Üblicherweise angeboten als Coil, Blech und vorlackiertes Coil (PPCP). Dickere Beschichtungen sind möglicherweise in dünneren Stärken oder in speziellen Legierungsvarianten weniger verbreitet.

10. Zusammenfassung und Empfehlung

Tabelle: Schneller Vergleich

Merkmal	ZA150	ZA200
Schweißbarkeit (praktisch)	Einfacher (weniger Zink an der Schweißnaht)	Herausfordernder (mehr Zinkverdampfung)
Festigkeit–Zähigkeit (Substrat)	Vom Substrat kontrolliert; ähnlich	Vom Substrat kontrolliert; ähnlich
Korrosionsschutz	Geringere Lebensdauer als ZA200	Höherer opfernder Vorrat und längere Lebensdauer
Formbarkeit	Besser für starke Umformung	Verringert für starke Umformung (größeres Risiko von Rissbildung in der Beschichtung)
Kosten	Niedriger	Höher

Empfehlungen: - Wählen Sie ZA150, wenn: - Sie überlegene Formbarkeit und enge Biegeradien in Paneelen oder Stanzteilen benötigen. - Die Betriebsumgebung mild bis moderat ist und Kostenoptimierung wichtig ist. - Die Schweißfrequenz und das Management der Schweißqualität eine geringere Beschichtungsmasse begünstigen. - Wählen Sie ZA200, wenn: - Eine längere atmosphärische Korrosionslebensdauer erforderlich ist (außen, küstlich oder industriell). - Das Design die Langlebigkeit der Beschichtung und reduzierte Wartung gegenüber dem marginalen Anstieg der Kosten priorisiert. - Geschweißte Verbindungen minimiert oder Schweißverfahren optimiert werden, um mit höherem Zinkgehalt umzugehen.

Letzte Anmerkung: ZA150 und ZA200 werden am besten als beschichtete Systemwahl und nicht als unterschiedliche Grundstahlgrade bewertet. Für kritische Projekte fordern Sie die Datenblätter des Anbieters an, die die nominale Beschichtungsmasse (g/m²), die detaillierte Legierungszusammensetzung der Beschichtung, Haftungs- und Korrosionstestdaten zeigen, und führen Sie Umform-/Schweißversuche mit produktionsgerechten Materialien vor der endgültigen Auswahl durch.