Stahl und Eisen, Jg. 59, Heft 45

(1)

STAHL UND EISEN

Z E I T S C H R I F T F Ü R D A S D E U T S C H E E I S E N H Ü T T E N W E S E N

Herausgegeben vom Verein Deutscher Eisenhütten leute Geleitet von Dr.-Ing. Dr. mont. E. h. O. P e te r s e n

unter Mitarbeit von Dr. J. W. Reichert uncl Dr. W. Steinberg für den wirtschaftlichen Teil

HEFT 45 9. N O V E M B E R 1939 59. J A H R G A N G

Angriffsarten des Z in k s auf Stahl bei der Feuerverzinkung.

Von W ilh e lm R ä d e k e r und R o l f H a a r m a n n in Mülheim (Ruhr).

[B ericht N r. 483 des W erkstoffausschusses des Vereins D eutscher E isenhüttenleute*).]

(Schrifttumsangaben über die Umsetzungen zwischen Eisen und Z in k. Versuche über den E in flu ß des Kohlenstoff-, S iliziu m  u n i Stickstoffgehaltes, von nichtmetallischen Einschlüssen u nd Oxydhäutchen sowie einer Kaltverformung des Stahles, des Aluminiumgehaltes des Zinkbades, der Verzinkungsdauer und -temperatur auf die flächige Abtragung des Stahles durch das Zinkbad und auf die Ausbildung der Hartzinkschicht. Verhältnisse beim Blei-Zink-Verfahren. Lochfraß durch den Zinkangriff.

Korngrenzenzerstörung bei Verzinkungsgut sowie bei Zinkkesseln aus Stahlguß und zusammengeschweißten Blechen; Ursachen dieser Erscheinung.)

I

n der letzten Zeit ist eine R eihe w ertvoller w i s s e n s c h a f t li c h e r U n t e r s u c h u n g e n ü b e r d ie U m setzu n g e n z w is c h e n E i s e n u n d Z i n k b e i h o h e n T e m p e ra tu r e n durchgeführt und veröffentlicht w orden1).

Dadurch wurde es auch dem V erzinkereibetriebsm ann m ög

lich, in die V ielheit der zwischen Eisen und Z in k a u f

tretenden Gefügeerscheinungen Ordnung zu bringen und nach ihren Entstehungsbedingungen Rückschlüsse au f die Betriebsweise zu ziehen. Im V erzinkereibetrieb können sich jedoch die im Lab oratoriu m durch Schaffu ng der geeig

neten Umsetzungsbedingungen erzeugten Gleichgewichte nicht immer einstellen. Außerdem treten durch die V er

unreinigungen und Legierungszusätze des Eisens, durch Temperaturwechsel, ferner durch zusätzliche W ärm e- und Betriebsspannungen so viel neue E in flü sse hinzu, daß Erscheinungen beobachtet werden, fü r die die U rsache nicht immer k lar erkennbar ist. Diese Nebenerschei

nungen sind fü r die laboratorium sm äßige B etrach tu n g von untergeordneter B ed eu tung; sie werden sogar durch die Versuchsanordnung größtenteils bew ußt ausgeschaltet und haben sich dadurch der theoretischen B etrach tu n g ent

zogen. Wegen ihrer W ichtigkeit fü r den Betriebsm an n lohnt es sich jedoch, ihrer N atu r und den durch sie ausgelösten Wirkungen nachzugehen. N icht selten w ird die W irtsch aft

lichkeit betrieblicher M aßnahm en w esentlich vo n derartigen Einflüssen m itbestim m t.

Aus diesem Grunde sollen einige eigene Beobachtungen über die Umsetzungen von E isen m it Z in k , die sich bei der Zusammenarbeit zwischen V ersuch sanstalt und B etrieb ergeben haben, m itgeteilt werden. E in A nspruch auf V oll

ständigkeit wird dabei keineswegs gestellt. D a fü r den Betrieb die W irtschaftlichkeit naturgem äß an erster Stelle steht, mußte die A u s w e r t u n g zusätzlicher Versuche neben der wissenschaftlichen a u c h d ie w i r t s c h a f t l i c h e S e i t e b e r ü c k s ic h t ig e n . Besonders einleuchtend ist dies bei allen Fragen, die die Eignun g und die Lebensdauer der Zinkpfannen

*) Sonderabdrucke sind vom V erlag Stahleisen m. b. H ., Düsseldorf, Postschließfach 664, zu beziehen.

H S c h r a m m , J . : Z. M etallkde. 28 (1936) S. 203/07; 29 (1937) S. 222/24; 30 (1938) S. 122/30 u. 131/35; vgl. S tahl u. Eisen 57 (1937) S. 1082. G r u b i t s c h , H ., u n d ,E . B r ü c k n e r : K orrosion u. Metallsch. 14 (1938) S. 345/49. B a h l i k , H .: K orrosion u.

Metallseh. 13 (1937) S. 248/54; 14 (1938) S. 168/72.

sowie den Ein flu ß auf alle längere Zeit m it dem Zinkbad in Berührung kommenden M etallteile betreffen. A ber auch am V erzinkungsgut selbst machen sich m anchm al Einflüsse des Zinkbades unerwünscht wertm indernd bem erkbar.

B ei einer oberflächlichen U eberpriifung der Z e r s t ö r u n g s f o r m e n , in denen sich der A n g r i f f v o n f l ü s s i g e m Z i n k a u f S t a h l äußert, kann m an auch hier die bei E in w irkung ionisierter Flüssigkeiten auf m etallische W erkstoffe möglichen drei A ngriffsarten beobachten:

1 . flächige Abtragung, 2. Lochfraßbildung, 3. Korngrenzenzerstörung.

E s soll versucht werden, die Entstehungsbedingungen dieser drei durch Z in k bew irkten Zerstörungsarten klarzulegen.

Flächige Abtragung des Stahles durch das Zinkbad.

B ekanntlich ist Eisen in flüssigem Z in k nur in v e r

schwindend geringem U m fange löslich; bei gegenseitiger Ein w irku n g bilden sich vielm ehr die verschiedenen, als

„H a rtz in k “ bekannten interm etallischen V erbindungen, die sich gewöhnlich auf der Eisenoberfläche absetzen. Die U m setzung zwischen Eisen und Zink verläu ft nach B ildu ng der ersten dünnen H artzinkh aut auf dem Wege der D iffusion durch diese gewachsene Sch icht2), die som it — im Grunde genommen — einen Schutz des Eisens gegen allzu schnelle Korrosion durch das Z in k darstellt.

Gleichm äßige D urchlässigkeit des H artzinkes fü r Zink und gleichm äßige Zusam m ensetzung des Eisens vo raus

gesetzt, läßt sich auf diese Weise nur eine flächige A btragung des Eisens erw arten. Man findet sie dem entsprechend in allen F älle n , in denen Eisen und Z in k ungestört m iteinander re a

gieren können. A n Zinkkesseln, die richtig beheizt w aren und deren Betriebsw eise sonstige Ueberbeanspruchungen aus

schloß, konnte eine gleichm äßige flächige Abzehrung in einer D icke bis zu

6

m m nach längerer Gebrauchsdauer gemessen werden. A uch in allen F ällen , in denen man versuchsm äßig die Ein w irku n g von Z ink auf Stah l unter

sucht und störende Einflüsse fernhält, bildet sich eine flächige, d. h. parellel zur Oberfläche erfolgende Abzehrung.

2) S c h e il , E ., u n d H . W u r s t : Z. M etallkde. 29 (1937) S. 224/29; vgl. S tah l u. E isen 57 (1937) S. 1082.

3) Arch. E isenhüttenw . 9 (1935/36) S. 301/04.

1217

(2)

1218 Stahl und Eisen. Rädelcer v. Haarmann: Angriffsarten des Zinks auf Stahl bei der Feuerverzinkung. 59. Jahrg. Nr. 45.

A l s B e i s p i e l s e i B ild 1 g e z e i g t , in d e m d ie E n d e n d e s H a r t  z i n k b a r t e s , d e r s ic h a u f d e r w e g e n ih r e r s t ä r k e r e n L i c h t  s p i e g e l u n g s c h w a r z e r s c h e in e n d e n P r o b e a b g e s e t z t h a t , p a r a l l e l z u r P r o b e n o b e r f l ä c h e s t e h e n . D i e s e l b e g l a t t e A b  z e h r u n g w u r d e a u c h a n e in e r P l a t t e v o n 8 0 X 8 0 m m 2 a u s k o h l e n s t o f f r e i c h e m s i l i z i e r t e m S t a h l b e o b a c h t e t , d ie in 2 4 h e in e n H a r t z i n k k l u m p e n v o n e t w a 2 k g a n g e s e t z t h a t t e .

D a g e g e n s o ll d a s V e r z i n k u n g s g u t , s o f e r n e s e in e r n a c h t r ä g  li c h e n V e r f o r m u n g u n t e r z o g e n w ir d , e in e H a r t z in k f o r m a n  s e t z e n , d ie s ic h n o c h i m Z in k b a d v o n d e r U n t e r la g e lö s t . D ie v o n E . S c h e i l u n d H . W u r s t 2), H . G r u - b i t s c h 4) u . a . a n g e g e b e n e n Z a h l e n w e r t e ü b e r d ie B e e in  f l u s s u n g d e r H a r t z i n k b i l d u n g d u r c h L e g i e r u n g d e s E is e n s b e w e i s e n , w i e s c h w e r in d ie v o r h a n d e n e n V e r s u c h s e r g e b  n is s e U e b e r s i c h t z u b r in g e n i s t . Z u m T e il l i e g t d ie s a u c h a n u n v o l l s t ä n d i g e r A u s w e r t u n g v o n U n t e r s u c h u n g e n , b e s o n d e r s d a , w o e s s i c h u m z a h l e n m ä ß i g e F e s t s t e llu n g e n h a n d e l t . D e r V e r z in k e r e ib e t r ie b b e v o r z u g t a u s w ir t s c h a f t  lic h e n E r w ä g u n g e n d ie A n g a b e d e s A u f l a g e g e w ic h t e s je F l ä c h e n e i n h e i t . D i e s e Z a h le n s a g e n n i c h t s ü b e r d ie V er

t e i l u n g d e r e i n z e ln e n G e f ü g e f o r m e n i n n e r h a l b d e r A u fla g e . D i e r e i n m e t a l l o g r a p h i s c h e M e s s u n g d e r H a r tz in k d ic k e a lle in b e f r i e d i g t a u c h n i c h t , d a h ä u f i g d ie D i c h t e d e r L a g e  r u n g , b e s o n d e r s in n e r h a l b d e r ¿ ¡- S c h ic h t, u n g le ic h m ä ß ig i s t . S c h l i e ß l i c h m u ß m a n n o c h e in e E i g e n s c h a f t d e s H a r t  z in k s b e a c h t e n , a u f d ie b e i d e r b is h e r ig e n B e s p r e c h u n g s e in e r k r i s t a l l o g r a p h i s c h e n E i g e n s c h a f t e n w e n i g R ü c k s ic h t g e n o m m e n w u r d e , n ä m l i c h s e in B e s t r e b e n , s ic h a m O rt s e in e r E n t s t e h u n g z u h a l t e n o d e r s ic h v o n d e r U n te r la g e zu lö s e n . F ü r d e n e r s t e n F a l l i s t B ild 1 e in g u t e s B e i

s p ie l, f ü r d e n z w e i t e n B ild 2. I m l e t z t e n F a l l e w ü r d e ein R ü c k s c h l u ß v o n d e r f e h l e n d e n H a r t z i n k s c h i c h t a u f eine e n t s p r e c h e n d e R e a k t i o n s t r ä g h e i t z u I r r t ü m e r n fü h r e n .

D e s h a l b s c h e i n t f o l g e n d e s V o r g e h e n b e i d e r P r ü f u n g e in e e i n d e u t ig e r e U e b e r s i c h t ü b e r d i e m e n g e n m ä ß ig e U m  s e t z u n g z w is c h e n E i s e n u n d Z in k z u v e r s c h a f f e n : 1. D ie e i n s e i t i g e A b z e h r u n g d e s E i s e n s w ir d g e m e s s e n oder

d u r c h W ä g u n g e r m i t t e l t ;

2 . d ie D i c k e d e r v e r s c h i e d e n e n E is e n - Z i n k - G e f ü g e s c h ic h t e n

— r - M i s c h k r i s t a l l m i t 2 1 b is 2 8 % F e , 8 ,-M is c h k r is ta ll m i t 7 b is 1 1 , 5 % F e u n d ¿ ¡-M is c h k r is ta ll m i t r d . 6 % F e

— w ir d g e m e s s e n ;

3 . e r g ä n z e n d k a n n m a n n o c h f e s t s t e l l e n , o b v i e l ¿ ¡-K rista lle in d ie S c h m e l z e a b g e s c h w o m m e n s i n d ;

4 . d ie R e a k t i o n s d a u e r i s t e b e n f a l l s z u b e r ü c k s ic h t ig e n .

Bild 3. Angriff des Zinkbades auf aufgekohltes Weicheisen.

(Schräg angeschliffen.) (X 20.)

B e i W e r k s t o f f e n fü r Z in k w a n n e n s i n d z w e c k m ä ß ig L a n g  z e i t v e r s u c h e , b e i s o l c h e n f ü r V e r z i n k u n g s g u t K u r z z e it

v e r s u c h e d u r c h z u f ü h r e n . D i e e ig e n e n V e r s u c h e ü b e r den E i n f l u ß d e r L e g i e r u n g s z u s ä t z e d e s S t a h l e s w u r d e n v or a l l e m a u f d ie f ü r d e n B e t r i e b w i c h t i g e n F r a g e n a b g e s te llt.

B e i U n t e r s u c h u n g d e s K o h l e n s t o f f e i n f l u s s e s i s t m a n in d e r g ü n s t i g e n L a g e , d e n K o h l e n s t o f f g e h a l t in ein em S t a h l s t ü c k d u r c h Z e m e n t a t i o n s t e t i g z u v e r ä n d e r n . D e m  e n t s p r e c h e n d w u r d e n e in t e c h n i s c h e s R e in e is e n ( m i t 0 ,0 2 % C, S p u r e n S i u n d 0 ,0 2 % M n ) u n d e in w e ic h e r u n s iliz ie r te r S t a h l ( m i t 0 ,1 % C, S p u r e n S i u n d 0 , 5 % M n ) im E in s a t z a u f g e k o h l t u n d s c h r ä g a n g e s c h l i f f e n , s o d a ß d e r K o h le n  s t o f f g e h a l t in e in e r E b e n e v o n e t w a 0 ,0 3 b z w . 0 ,1 0 a u f 0 , 8 % z u n a h m . D i e s o v o r b e r e i t e t e n P r o b e n w u r d e n in

4) Stahl u. Eisen 51 (1931) S. 1113/16.

Bild 1. H artzinkbildung an einem Stahl m it 0,1 % C u nd 0,4 % Si nach 90 min

bei 480° im Zinkbad.

(rd. X 2,5.)

Bild 2. Angriff bei Stahl m it 0,1 % C, 0,3 % Mo und 0,2 % Si nach 5 h im Zinkbad. ¿¡-Kristalle

nach u n ten gesunken.

(rd.

X

0,75.)

W e l c h e G r ö ß e n b e s c h l e u n i g e n o d e r v e r z ö g e r n n u n d i e s e f l ä c h i g e A b z e h r u n g ? D e n k b a r s in d a lle d ie  j e n ig e n , d ie d ie W a n d e r u n g d e s Z in k e s z u m E i s e n h e m m e n , fö r d e r n o d e r d ie F o r m d e r H a r t z i n k a u s b i l d u n g b e e in f l u s s e n k ö n n e n , z . B . f o l g e n d e :

1 . c h e m is c h e Z u s a m m e n s e t z u n g d e s S t a h l e s ;

2. n i c h t m e t a l l i s c h e E i n s c h l ü s s e i m S t a h l b z w . n ic h t r e d u z i e r - b a r e O x y d h ä u t e a u f d e r S t a h l o b e r f l ä c h e ;

3 . c h e m is c h e Z u s a m m e n s e t z u n g d e s Z i n k b a d e s ;

4 . A u f l o c k e r u n g d e s S t a h l g e f ü g e s d u r c h K a l t v e r f o r m u n g v o r d e m V e r z in k e n ;

5 . T e m p e r a t u r u n d Z e i t ;

6. ä u ß e r e E i n w i r k u n g e n , w ie A b d e c k u n g e in z e ln e r T e i le o d e r f o r t g e s e t z t e s B e s c h ä d i g e n d e r H a r t z i n k d e c k e .

E i n f l u ß d e r c h e m i s c h e n Z u s a m m e n s e t z u n g d e s S t a h l e s .

N a c h d e n U n t e r s u c h u n g e n v o n W . P ü n g e l , E . S c h e i l u n d R . S t e n k h o f f 3) k a n n d ie U m s e t z u n g v o n E i s e n u n d Z i n k i n z w e i v e r s c h i e d e n e n A r t e n e r f o lg e n : B i l d e t s ic h d ie d i c h t a b s c h lie ß e n d e K r i s t a l l a r t F e Z n 3 b z w . ih r M is c h k r i s t a l l, so i s t d e r A n g r if f s c h w a c h ( A n g r i f f s a r t I ) ; b l e i b t d ie E n t s t e h u n g v o n F e Z n 3 a u s , so b i l d e t s i c h e in l o c k e r e s K r is t a llg e r i p p e v o n F e Z n , b z w . d ie s e s M is c h  k r i s t a l l s , w o b e i s t ä n d i g n e u e s Z in k m i t d e m E i s e n in V e r b in d u n g t r e t e n k a n n , a ls o e in s t a r k e r A n g r if f e r f o lg t ( A n g r i f f s a r t I I ) . Z u n ä c h s t i s t a n z u n e h m e n , d a ß g e w is s e L e g i e r u n g s z u s ä t z e d ie R e a k t i o n i m B e r e ic h d e r g e b r ä u c h  l ic h e n A r b e i t s t e m p e r a t u r e n g r u n d s ä t z l i c h n a c h d e r e in e n o d e r a n d e r e n A r t h i n v e r s c h ie b e n k ö n n e n . D a r ü b e r h in a u s d ü r f t e n a u c h i n n e r h a l b e in e r R e a k t i o n s a r t n o c h B e e i n f l u s s u n g e n d e r U m s e t z u n g s g e s c h w i n d i g k e i t d u r c h d ie H ö h e d e r L e g i e r u n g s z u s ä t z e m ö g l i c h s e in . V o m B e t r i e b e i s t n u n d ie F o r d e r u n g z u s t e l l e n , d a ß a lle S t ä h l e , d ie fü r Z in k p f a n n e n g e b r a u c h t w e r d e n , i n e in e m m ö g l i c h s t w e i t e n T e m p e r a t u r g e b i e t d ie g e d r o s s e l t e R e a k t i o n s a r t a u f w e is e n .

(3)

9. N o v e m b er 1939. Rädelcer u. Haarnmn-n: Angriffsarten des Zinks auf Stahl bei der Feuerverzinkung. Stahl und Eisen. 1219

i:

f e iii:

.

l't*

f ' Alf

&

B ild 4. A u f g ek o h lter Teil.

Bild 4 un d 5. H artzinkbildung an unsiliziertem daraus, d a ß a u c h b e i m W e i c h e i s e n e in s c h n e l l e r e r A n g r i f f ein tritt, w e n n a n s t a t t d e s d i c h t e n § ! - H a r t z i n k s d ie lo c k e r e r e

£-F orm g e b ild e t w ir d . N u n s o l l t e d a s W e i c h e i s e n n a c h S c h r ifttu m s a n g a b e n 3) 4) in d e m u n t e r s u c h t e n T e m p e r a t u r  g eb iet d ie g e d r o s s e lt e H a r t z i n k b i l d u n g a u f w e i s e n . D i e V e r  suche g e b e n k e in e n A n h a l t , w e s h a l b h i e r s o a u s g e s p r o c h e n e

^ -B ild u n g v o r l i e g t . A u f j e d e n F a l l b e w e i s e n s i e , d a ß s e l b s t bei W e ic h e ise n n o c h e in e V e r l a n g s a m u n g d e s A n g r i f f e s durch L e g i e r u n g s m a ß n a h m e n m ö g l i c h i s t .

E in e e r h e b lic h e W i r k s a m k e i t a u f d ie H a r t z i n k b i l d u n g übt a u c h d e r S i l i z i u m g e h a l t d e s S t a h l e s a u s 5). D i e älteren d e u t s c h e n u n d a m e r i k a n i s c h e n V o r s c h r i f t e n 6) , d a ß der W e r k s to ff v o n S t a h l g u ß k e s s e l n k e i n S i l i z i u m e n t h a l t e n dü rfte, b e r u h e n a u f b e r e c h t i g t e n E r f a h r u n g e n . L e i d e r reichen d ie in B e t r i e b s s t a t i s t i k e n v o r l i e g e n d e n U n t e r l a g e n über d ie A b h ä n g i g k e i t v o n L e b e n s d a u e r u n d S t a h l  z u s a m m e n s e tz u n g n i c h t a u s , u m g r o ß z a h l m ä ß i g e in e in jeder R ic h t u n g e i n d e u t i g e A u s w e r t u n g z u e r m ö g l i c h e n . U n te r s c h ie d lic h e , d u r c h d ie B e t r i e b s w e i s e b e d i n g t e B e  la stu n g b r in g t n o c h d e r a r t i g z u s ä t z l i c h e E i n f l ü s s e , d a ß d ie W irk u n g d e r S t a h l l e g i e r u n g n i c h t i m m e r k l a r i n E r s c h e i  nu n g t r i t t . J e d o c h k ö n n e n e i n i g e a n d e r e B e i s p i e l e f ü r d ie E rh ö h u n g d e r H a r t z i n k b i l d u n g d u r c h S i l i z i u m z u s a t z a n  gefü h rt w e r d e n .

5) P a c k : D rahtw elt 32 (1939) N r. 5, S. 57/60.

#) B a b lik , H .: Grundlagen des Verzinkens. Berlin 1930.

S. 124.

E i n w e i t e r e s , s e h r d e u t l i c h e s B e i s p i e l i s t i n B ild 6

w ie d e r g e g e b e n . H i e r w u r d e e in B l e c h a u s A r m c o - E i s e n u n d e in e s a u s s i l i z i e r t e m S t a h l u n t e r A n w e n d u n g e in e r T r e n n  s c h i c h t m i t e i n a n d e r v e r s c h r a u b t u n d 6 h in e in a u f 4 7 0 ° e r h i t z t e s Z in k b a d g e h ä n g t . D i e d a r a u f f e s t g e s t e l l t e D i c k e n  a b n a h m e d e s B l e c h e s s e l b s t u n d d ie D i c k e d e r H a r t z i n k  s c h i c h t s i n d in Zahlentafel 1 a n g e g e b e n . W e i t e r h i n w u r d e in d e r g e s c h i l d e r t e n F o r m e in e V e r s u c h s r e ih e ü b e r d e n E i n f l u ß e in e s h ö h e r e n S i l i z i u m g e h a l t e s b e i v e r s c h i e d e n e n T e m p e r a t u r e n d u r c h g e f ü h r t , d e r e n E r g e b n i s s e Zahlentafel 2 A n g r i f f v o n Z i n k i n 6 h b e i

einen k le in e n , m i t Z in k g e  füllten T ie g e l g e h ä n g t u n d 6 h einer T e m p e r a t u r v o n 4 5 0 und 5 0 0 ° a u s g e s e t z t . D a n a c h wurde d ie S c h m e lz e a b g e  kü hlt u n d m i t s a m t d e r S t a h l  probe d u r c h s c h n it t e n u n d zum S c h liff v e r a r b e i t e t . S e n k  recht zu d ie s e r E b e n e w u r d e n die in Büd 3 bis 5 d a r g e  stellten S c h liff e g e l e g t . B e i beiden S tä h le n i s t b e i 4 5 0 u n d 500° ein d e u t lic h e r E i n f l u ß der A u fk o h lu n g v o r h a n d e n . In ih rem B e r e ic h s t e h t ü b e r der d ü n n e n F - S c h i c h t e in e dicke W a n d v o n S . - K r i s t a l - len; d ie h e lle Z o n e a u f d e r

S ta h lseite i s t l e d i g l i c h e in e A e t z e r s e h e i n u n g . V o n e in e m gew issen K o h l e n s t o f f g e h a l t a b n i m m t d ie S x- W a n d s c h n e l l an D ic k e a b . Z u g le ic h s t e l l t m a n a n d e r E i n k n i c k u n g in der G r e n z eb en e z w is c h e n S t a h l u n d Z h i k e in e B e s c h l e u n i  gung d es Z in k a n g r i ffe s f e s t . A n s t a t t d e r S r K r i s t a l l e f i n d e n sich nu r w e n ig e ^ - K r i s t a l l e a m E i s e n ; d e r g r ö ß t e T e i l v o n ihnen is t a u f d e n B o d e n d e s T ie g e ls g e s u n k e n . M a n e r s i e h t

Z ah len ta fe l 1.

4 7 0 ° a u f A r m c o - E i s e n u n d s i l i z i e r t e n S t a b l .

W erkstoff

Zusam m ensetzung Dicke der

H a rt zinkschicht m m

Einseitige Dicken

abnahm e des Bleches mm 0

% Si

% Mn

% P

% °//O A r m c o - E i s e n ...

S ie m e n s-M artin -S tah l

0,02 0,19

0,00 0,30

0,03 0,53

0,00 0,03

0,00 0,04

0,35 7,5

n ic h t m eß b a r 0,4 Z a h len ta fe l 2. V e r s u c h e ü b e r d e n E i n f l u ß v o n S i l i z i u m a u f d e n D i c k e n v e r l u s t

v o n S t a h l b l e c h e n b e i z w e i s t ü n d i g e m A u f e n t h a l t i n Z in k . Blech

0 ^Si ^Mn ^p s U rsp rü n g Einseitige A bzehrung in m m n ach h bei

1 % liche Dicke

% % % % ^{m m} ^430° ^460° 500° 540° 880°

1 0,05 0,00 0,45 0,06 0,05 0,58 0,15 0,07 0,07 > 0,19 > 0,19 2 0,02 0,68 0,32 0,02 0,05 0,55 0,10 0,11 0,07 > 0,28 > 0.28

3 1 0,03 2,25 0,25 0,01 0,05 0,53 0,08 0,10 0,11 0,02 0,04

4 0,02 2,74 0,12 0,01 0,02 0,57 0,02 0,11 0,22 0,01 0,01

5 0,03 3,07 0,11 0,01 0,02 0,57 0,04 0,12 0,25 0,01 0,01

6 0,03 3,65 0,05 0,01 0,02 0,38 0,03 0,11 0,20 0,01 0,01

D i e i n B ild 1 w ie d e r g e g e b e n e P r o b e m i t d e m s t ä r k e r e n H a r t z i n k a n s a t z w u r d e n a c h e in e r 9 0 m in l a n g e n T a u c h  d a u e r b e i 4 8 0 ° e r h a lt e n . D e r S t a h l e n t h ä l t 0 , 4 % S i.

D e r s t a r k e H a r t z i n k a n s a t z e in e s S t a h l e s m i t 0 , 7 % C, 0 , 4 % S i u n d 0 ,8 % M n w u r d e s c h o n e r w ä h n t . D a s G e fü g e d e s H a r t z i n k s b e s t e h t g r ö ß t e n t e i l s a u s ^ - K r is t a lle n . B e i a n d e r e n s i l i z i e r t e n P r o b e n , d ie 5 h im T ie g e l d e m Z in k -

Bild 5. U n v erän d erter K ern.

Stahl m it 0,1 % C nach Aufkohlung, (rd. X 70.)

e in f l u ß a u s g e s e t z t w a r e n , f a n d s ic h a n d e r P r o b e n o b e r  f l ä c h e n u r w e n i g H a r t z i n k w ie d e r , w o g e g e n e r h e b lic h e M e n g e n d e n g a n z e n u n t e r e n T i e g e l t e i l a ls ^ - K r is t a lle a u s  f ü l l t e n ( B ild 2).

Bild 6. H artzinkbildung an Blech aus Armco-Eisen (A) u n d siliziertem S tahl (B).

(T = T rennschicht, H Z = H artzinkschicht.) ( x 1.)

(4)

1220 Stahl und Eisen. Rädeker u. Haarmann: Angriffsarten des Zinks auf Stahl bei der Feuerverzinkung. 50. Jahrg. Nr. 45.

enthält. B ei kurvenm äßiger D arstellung dieser Ergebnisse findet m an zwei deutlich voneinander unterscheidbare G rupp en : die eine m it 0,7 % Si und darunter, welche im Tem peraturbereich zwischen 460 und 500° einen Gering

w ert der Abzehrung aufw eist (B ild 7), während die andere m it mehr als 2 ,3 % Si hier ihren H öchstwert h at (B ild 8).

Temperatur desZ/nkbades 7n °C

Bild 7 un d 8. Einseitige Abzehrung siliziumlegierter Stahl

bleche im Zinkbad in Abhängigkeit von der T em peratur.

(Reaktionszeit 120 min.)

E s e r z e u g t e in e n H ö c h s t w e r t d e s A n g r i f f e s z w isch e n 4 3 0 u n d 4 6 0 °. M it steigender Tem peratur wächst die Größe der ^ -K ristalle auf K osten ihrer Zahl. Wieder ist auf Nebenerscheinungen hinzuweisen, die auf die Güte der Verzinkung E influ ß ausüben können: An den Schliffen in Bild 9 bis 12 erkennt m an, daß die höhersilizierten Bleche starke Absprengungen und K o r n g r e n z e n r i s s e aufweisen.

Dies ist der Grund, weshalb solche Bleche überhaupt nicht sauber verzin kt w erden können.

Neben den w illkürlich beeinflußbaren Legierungsele

menten üben auch die zw angläufig vorhandenen, z. B.

S t i c k s t o f f , einen deutlichen E influ ß aus, wie aus Bild 13 und 14 hervorgeht. F ü r diesen Versuch wurde auf je eine Stah lp latte eine D eckschicht aus nebeneinanderliegenden Schweißraupen einm al m it einem blanken, einmal mit einem um hüllten D rah t im Lichtbogen aufgetragen. Das Schweiß

gut der blanken Elektroden wurde bei fünfwöchigem Ver

weilen im Z inkbad erheblich stärker abgezehrt als das der um m antelten. Man erkennt dies besonders deutlich an der scharfen Abgrenzung gegen die K anten, die in beiden F ällen m it um m antelten Elektroden hergestellt wurden.

Erfahrungsgem äß unterscheiden sich die m it ummantelten

Bild 9. 2 ,7 % S i; 430°. B ild 10. 0 ,0 % S i; 460°. B ild 11. 2 ,3 % S i; 4 60°. B ild 12. 3 ,1 % S i; 540°.

Bilder 9 bis 12. H artzinkgefüge der silizium legierten Proben, (rd. X 75.)

B ild 13. U m m an telte E lek tro d e. B ild B lanke E lek tro d e.

Bild 13 und 14. Unterschiedliches Verhalten von Auftragschw eißungen m it u m m antelten u n d blanken Elektroden bei fünfwöchigem Verweilen im Zinkbad. (rd. X 0,4.)

D er bei unsiliziertem W erkstoff bei 430° liegende H öchst

w ert des A ngriffs wandert m it steigendem Silizium gehalt zu höheren Tem peraturen — etw a 500° — . Die Stähle m it den höheren Silizium gehalten — zwischen

2,7

^und

3,7 % — unterscheiden sich in ihrem Verhalten kaum noch wesentlich untereinander. Die Vergleiche zwischen dem W ert der Abzehrung und dem Aufbau der H artzinkschicht ergeben nun keinen festen Zusam m enhang zwischen beiden. Auch bei langsam em A n griff tritt Bildung von £ ohne F - oder

§r Schicht auf. E inige kennzeichnende Gefügebilder sind in den Bildern 9 bis 12 wiedergegeben.

D as Ergebnis der gesam ten Beobachtungen über die W irkung des Silizium s ist folgendes. S i l i z i u m fördert die U m wandlung von F und zugunsten von ^-K ristallen.

Elektroden hergestellten Schweißnähte von den anderen durch einen erheblich niedrigeren Stickstoffgehalt, aller

dings auch durch einen geringeren Sauerstoffgehalt7). Ein hoher G asgehalt w irk t sich som it in Richtung einer erhöhten A n greifbarkeit durch Z ink aus. Das ist für alle an Zinkkesseln durchgeführten Schweißarbeiten von Wich

tigkeit. Im m er w ieder konnte im Betriebe festgestellt werden, daß porige und dam it wahrscheinlich stickstoff

haltige Schweißen von Z in k sta rk angefressen wurden.

N i c h t m e t a l l i s c h e E i n s c h l ü s s e können, nur wenn sie in größeren Fläch en im B lech vorhanden sind, einen E influ ß auf die A ng reifb arkeit des Stahles durch Zink aus

7) H a c k e r t , R ., und K. L. Z e y e n : Techn. Mitt.Krupp 5 (1937) S. 22/31; vgl. Stahl u. Eisen 57 (1937) S. 526/27.

(5)

9

. N o v e m b e r 1939. Rädeker u. Haarmann: Angriffsarten des Zinks auf Stahl bei der Feuerverzinkung. Stahl und Eisen. 1221 üben. Jedoch verhalten sich nicht alle Einschlüsse dem

Zinkangriff gegenüber gleichartig. D ie in Bild 15 und 16 wiedergegebenen Schliffe entstam m en Schweißstahlproben, die 120 h dem A n griff von Z in k ausgesetzt w aren. O ffenbar werden Eisenoxyde vom Z in k reduziert (B ild 15). S ilik a t

haltige Einschlüsse, die sich ebenfalls im Schweißstahl finden, werden nicht reduziert, sondern durchstoßen die Hartzinkschicht un verän dert ( Bild 16). Dem nach würden solche Einschlüsse eine gewisse Schutzw irkung ausüben können, sofern sie parallel zur angegriffenen Oberfläche liegen.

Bild 15. Oxydischer Einschluß in Schweißstahl, vom Zinkbad reduziert, (rd. X 75.)

B i l d 1 8 .

Bild 16. Silikatische Einschlüsse in Schw eißstahl, vom Z inkbad nicht reduziert, (a—a ' = Grenze E isen-H artzink.) (rd. X 75.)

Besonders w i c h t i g ist die F ra g e der R e d u z i e r b a r k e i t der E i s e n o x y d e f ü r d ie H e r s t e l l u n g e i n w a n d f r e i e r fle c k e n lo s e r V e r z in k u n g e n . A n sich sollen O xydhäute durch Beizen von der Stahloberfläche entfernt sein. Jedoch findet man häufig Zunderschichten, die der Beizsäure außergewöhnlichen W iderstand entgegensetzen. W erden sie nicht vom Zink reduziert, so bilden sie nachher au f der Oberfläche schwarze Stellen, oder sie sind m it einem Z in k häutchen überzogen, das bei m echanischer Beanspruchung leicht abgewischt w ird. Die Schw ierigkeiten, die im B etrieb gelegentlich m it derartigen Erscheinungen auftreten, sind nicht gering.

Durch eine voraufgegangene K a l t V e r f o r m u n g des Metalles wird beim A n g riff ionisierter F lüssigkeiten eine deutliche Erhöhung des Lösungsbestrebens b ew irkt. Beim Angriff von flüssigem Z in k auf E ise n ist eine ähnliche Virkung wohl kaum zu erw arten, v o r allem auch, weil bei der verhältnism äßig hohen Tem peratur bereits ein A b bau der im Stahl herrschenden inneren Spannungen durch

Kristallerholung erfolgen muß. E inige Versuchsergebnisse bestätigen diese Annahm e. So wurden a u f Stahlproben Eindrü cke m it der Brinell-Presse oder durch Einschlagen von Buchstaben erzeugt und der Ein w irku n g flüssigen Zinks bei 500° ausgesetzt. B ei der nachherigen metallo- graphischen U ntersuchung w a r weder eine Veränderung in der H artzinkm enge noch im H artzinkaufbau zwischen dem verform ten und nichtverform ten S tah l zu beobachten.

Trotz dieser m ehr im K urzversuch gewonnenen E rken n t

nisse könnten bestim m te Beobachtungen doch auf eine Bild 17. A usblühungen am unteren Teil ehies Zinkkessels.

B i l d 1 8 a.

Bild 18 u n d 18 a. Aufbau der A uswachsungen in Bild 17.

[U nten Stahl, darü b er T-Schicht (dunkel geätzt); anschließend Sj-K ristalle, die oben oxydisch zerfallen, (rd. X 80.)]

(6)

1222 Stahl und Eisen. R ä d e k e r u . H a a r m a n n : Angriffsartendes Zinks auf Stahl beider Feuerverzinkung. 59. Jahrg. Nr. 45.

Zahlentafel 3. Z u s a m m e n s e t z u n g v o n A u s b l ü h u n g e n a n S t a h l b l e c h - Z i n k k e s s e l n .

Zn

%

F e 0/ /o

F e : Zn Unlösliche

B estandteile

%

oa 0/_/o

G roßer Pilz . . . . 88,7 6,88 7,2 : 100 0,4 Rest

L an g er Z apfen . . 83,3 5,05 5,7 : 100 1,2 Rest

F l a d e n ... 80-^82 4 ,7 -f-6 ,l 5 ,7-f-7,6 : 100 0,6 Rest Beeinflussung des Stahles durch

K altverform ung hindeuten. A n d e n u n t e r e n K a n t e n größerer, aus S t a h l b l e c h g e b o g e n e r K e s s e 1 findet man häufig p i 1 z - o d e r t r o p f s t e i n ä h n l i c h e A u s w ü c h s e (Bild 17). Einige

dieser Gebilde hatten die Zusammensetzung

nach

Zahlentafel

3.

D as Gefüge des Pilzes w ar schwammig (Bild 18), während die Zapfen und Fladen ziemlich dicht aufgebaut waren.

Durch Auftropfen von Z ink von außen her können diese Auswüchse nicht entstanden sein, denn sie sitzen m it V or

liebe am unteren Teil der Rundung. Auch eine K onden

sation von Zinkdam pf in dieser merkwürdigen Form ist kaum denkbar, zumal da die Gebilde nach außen zu durch

in letzter Zeit von H . B a b l i k und F . G ö t z l behandelt worden8), welche nachwiesen, daß bei kurzen Tauchzeiten der E isen an griff m it steigendem Alum inium gehalt geringer, bei längeren größer w ird und fü r Tauchtemperaturen bis 490° ein Alum inium zusatz eine Erhöhung des Angriffes b ew irkt. Abgesehen davon, daß noch manche Fragen der Legierungstechnik selbst zu beantworten sind, treten auch hier Begleitum stände auf, deren technische Beherrschung

Bild 19. Stahlprobe im Blei-Zink-Bad 120 h auf 425° gehalten, (rd. X 1,2.)

O xydation zerfallen sind, während sie nach der Stahlseite hin völlig dicht aufgebaut sind. Außerdem ist der E isen gehalt außen höher, ein Bew eis, daß ein Teil des Zinks durch O xydation oder Verdam pfung entfernt wurde. Die teilweise deutliche Schichtung und die Verbreiterung zum Stahlkessel hin lassen auf ein Wachsen von unten her schließen. Man könnte demnach zu der Verm utung kommen, daß das Stahlblech durch die K altverform ung eine gewisse kapillare Durchlässigkeit fü r Zink erhält, das unter hohem Flüssigkeitsdruck steht und sich durch feinste Oeffnungen hindurchzwängt. E s bot sich Gelegenheit, die W and einer derartig ausgewachsenen Zinkwanne eingehend zu unter

suchen. Metallograpliisch waren unm ittelbar m it Zink gefüllte K anäle nicht zu beobachten. Auch eine Tiefätzung m it öOprozentiger Salzsäure führte zu keinem Ergebnis.

Dann wurden aus einem Probestück, von dem die beiden Oberflächenschichten in Dicke von je 2 5 % abgehobelt worden w aren, an d en Stellen Späne ausgebolirt, an denen besonders starke Auswachsungen vorhanden w aren. Auch hier w ar analytisch kein Zink nachzuweisen. Die E n t

stehungsursache dieser Auswüchse muß daher nach wie vor ungeklärt bleiben. Eine unm ittelbare Gefährdung der Wannen an derartigen Stellen besteht nicht.

E i n f l u ß d e s Z in k b a d e s u n d d e r V e r z i n k u n g s b e d in g u n g e n .

Die F rag e, ob die L e g i e r u n g d e s Z in k b a d e s einen E influ ß auf seine A ngriffsfähigkeit gegen Stah l ausübt, ist

Bild 21. Stahlprobe im Blei-Zink-Bad 120 h auf 475° gehalten, (rd. X 1.) schw ierig ist. So gelang es z. B . lange Zeit nicht, für das durchlaufende Verzinken von B an dstah l a lu m in iu m - l e g i e r t e B ä d e r anzuwenden, weil die eisernen Abstreif

walzen an der A u strittsfläche des Zinkbades oberflächlich schwarze Flecken ansetzten, die sich auf das Verzinkungs

gu t übertrugen. O ffenbar handelt es sich dabei um Reaktionserzeugnisse zwischen dem Fluß m ittel und Alu

m inium verbindungen. E r s t der U ebergang auf einen nicht- m etallischen W alzenw erkstoff schuf hier Abhilfe.

U nter den M aßnahm en, die durch Behinderung einer unm ittelbaren B erüh rung zwischen Stahl und Zink eine H artzinkbildung verringern sollen, ist das B le i- Z in k - V e r f a h r e n 9) zu nennen, bei dem der größte Teil des Zinkkessels m it flüssigem B lei, auf dem nur eine verhält

nismäßig dünne Z inkschicht schw im m t, gefüllt ist.

Beobachtungen an K esseln, die trotz dieser Maßnahme am Boden deutliche H artzinkb ild u ng aufwiesen, führten zu der Verm utung, daß das Z in k a u c h im flü s s ig e n B l e i sich zu lö s e n und von hier aus m it dem Stahl unter H artzinkbildung um zusetzen verm ag. Laboratorium sver

suche bestätigten diese Verm utung. Sie wurden in der Art durchgeführt, daß Stahlproben durch Porzellanstäbchen in eine Blei-Zink-Schm elze hineingedrückt und fünf Tage auf Tem peratur (425, 450, 475 und 5 0 0 “) gehalten wurden.

8) K orrosion u. M etallsch. 14 (1938) S. 350/53.

9) H a a r m a n n , R ., un d W . R ä d e k e r : Stahl u. Eisen 58 (1938) S. 397/401 u. 405 (W erkstoffaussch. 413).

Bild 20. S tahlprobe im Blei-Zink-Bad 120 h auf 450° gehalten, (rd. X 1.)

(7)

9. N o v e m b e r 1939. Rädeker u. Haarmann: Angriffsarten des Zinks auf Stahl bei der Feuerverzinkung. Stahl und Eisen. 1223

Bei einer Versuchsreihe w aren die Probekörper nur vom Blei umgeben, bei der anderen ragten sie noch in das Zink hinein. Kennzeichnende Proben sind im Schnitt in Bildern 19 Hs 21 wiedergegeben. Im Bild 19 erkennt m an auf der Probenoberfläche eine deutliche, einheitliche H artzin k schicht, die m it wachsender Entfern u n g vom Zinkspiegel dünner wird. D as Sch liffb ild zeigte einen sehr dichten, völlig gleichartigen, von zahlreichen Sprüngen durchsetzten Aufbau; es handelte sich um eine sehr dichte Packung von Sj-Kristallen, unter denen eine dünne T -Sch ich t nach

weisbar war. M it steigender T em peratur w ird die ^ -S ch ich t bei sonst gleichen äußeren V erhältnissen dicker (B ild 22).

r

!

k

!

<

s

ßOLHernp era lu^r»;

)

M

" S

0500 ,075°

¥25°'^C

0 5 70 75 20 2S 30 35 00 05 T ie fe u n terh alb d e r G nenzebene ß/ei-Z ink in mm Bild 22. Abhängigkeit der Dicke der S1-H artzinkschieht von der

Badtemperatur u nd der Tiefe u n te r der Grenzebene Blei-Zink.

Ganz anders ist die Erscheinung jedoch, wenn die S ta h l

probe in das Zinkbad hineinragt. D ie D icke der Sj-Schicht ist jetzt von oben bis unten völlig gleichm äßig ( Bild 20).

Auch hier wächst ihre D icke m it der Tem peratur ( Bild 23).

M erkwürdigerweise ist die D icke dieser

H artzinkschicht gleich derjenigen, die sich rechne

risch aus der V er

längerung der in Bild 22 wieder

gegebenen K urven bis zur Grenzlinie ergibt. U eber der

§r Schicht liegt bei den ins Z in k herein

ragenden Proben noch eine H aut von lose gepackten (-Kristallen (vgl. besonders Bild 21). B e i U m satz der

8

,-Haut mit der Schmelze zur (-F o rm scheint noch eine Auflockerung in der P ackung einzutreten, denn anders ist die in Bild 21 noch beobachtete F a ltu n g der äußeren Schicht nicht zu erklären. Im Z in k bad werden die (-K rista lle durch die Volum envergrößerung offenbar abgesprengt und sinken zu B oden; bei den vorliegenden Proben w ar dies wegen des gegendrückenden B leies nicht m öglich.

Durch diese Versuche ist som it bewiesen w orden:

1. daß auch das im flüssigen B le i gelöste Z in k sich mit Eisen unter H artzinkbildung um setzt;

2. daß die Menge des gebildeten S ^ H artzin k es m it stei

gender Tiefe abnim m t, wenn das Eisen m it dem Zink keine unm ittelbare V erbindung h a t;

3. daß die Dicke der Sj-H artzin ksch ich t erheblich zunim mt, wenn das Eisen m it dem Z in k un m ittelbare V erbin

dung h at;

025 050 0 7 5 50 0 ß a d tem p era tu r in °C Bild 23. A bhängigkeit der H a rtz in k

schicht beim Blei-Zink-V erfahren von der B adtem peratur.

500 ßand-

dic/re:

-o rm m ..

i 7 »

Terzlnkungs- tem peralur:

000° _ 0 3 0 0 oeo°030°.

4. daß im letzten F a lle die D icke der H artzinkschicht unabhängig von der Tiefe ist und daß die

8

^,-Schicht

sich bereits in erheblichem U m fange in ( umzuwandeln beginnt;

5. daß bei der U m wandlung von

8

, in ( ein starkes Streben nach lockerer Packung entsteht.

W enngleich laboratorium sm äßig bei Untersuchung des T e m p e r a t u r - u n d Z e i t e i n f l u s s e s auch in höheren Tem peraturbereichen eine Verm inderung des Zinkangriffes festgestellt w ird, so kom m t im B etrieb von Zinkkesseln erschwerend das Tem peraturspiel von Erw ärm ung und A b kühlung hinzu. D er fast doppelt so große Ausdehnungs

w ert des Zinkes im V er

gleich zu dem des Stahles muß beim Abkühlen stets „ eine Auflockerung det bei V5° , höherer Tem peratur ent- ^ standenen H artzinkdecke |> ^ bewirken. Im Betriebe findet m an denn auch häufig beschleunigten A n griff und D urchfressung im Bereich ^ der Brenner bei stark be

anspruchten K esseln, zu

m al da hier erheblich höhere Tem peraturen, als sie üblicherweise versuchs

mäßig nachgeprüft w ur

den, möglich sind. Auch beim Verzinkungsgut selbst, das doch verhältnism äßig rasch durch das Zinkbad

geführt w ird, ist eine A bhängigkeit zwischen der B ad tem peratur, Durchziehgeschwindigkeit, Abkühlungsgeschw indig

keit einerseits und der auf dem Stah l erzeugten H artzin k menge anderseits festzustellen.

Bandstahl von 7 mm Bandstahl oon 3,5 mm

200 50 700 750 200

Tauchdauer in s Bild 24. Abhängigkeit der Zink

auflage von der Tauchdauer und B adtem peratur.

^ 73

I

\ 7 0

•SS

&

§ ZT

I

I '

1 1 .1 1 1 „ 1

o--- oVerzinkung bei V60° Luffabkäb/ung 0—

•---• // /; 490° ”

•---4 77

77 77 i£0° Was

*90,

seinabspr/f

77 zong

50 700 750 200 0 50

Tauchdauer in s

700 750 200 Bild 25 u n d 26. Abhängigkeit der H artzinkm enge von T auch

dauer, B ad tem p eratu r u nd A bkühlungsgeschwindigkeit.

Alle diese Einflüsse lassen sich gu t beim Verzinken von B andstah l, der stetig durch das Z inkbad geführt w ird, nachprüfen. B ei entsprechenden Versuchen wurden g e w ä h lt:

1 . zwei verschiedene Bandstahldicken — 1 und 3 ,5 mm — bei 40 mm B re ite ;

2. fü nf verschiedene D urchziehgeschwindigkeiten von

6

bis 1,8 m /m in, dem entsprechend fü n f verschiedene V erw eil

zeiten im Z in k b ad : 50, 78, 1 3 2 , 14 8 und 16 8 s ; 3. zwei verschiedene B adtem peraturen : 460 und 490°;

4. zwei verschiedene A bkühlungsgeschw indigkeiten: L u ft abkühlung und A bspritzen m it W asser.

D as Ergebn is der Messungen ist in Bild 24 bis 26 zusam mengefaßt. Die gebildete H artzinkm enge w ird durch die an Z in k gebundene Eisenm enge gekennzeichnet. Aus den Messungen sind folgende Feststellungen ableitbar.

(8)

1224 Stahl und Eisen. Rädeker u.Haarmann: Angriffsarten des Zinks auf Stahl bei der Feuerverzinkung. 59. Jahrg. Nr. 45.

B ei großer D u r c h z i e h g e s c h w i n d i g k e i t und dem

entsprechend kurzer Tauchdauer ist die Zinkauflage hoch.

Sie hat bei m ittlerer Tauchdauer einen K leinstw ert und steigt darüber hinaus wieder an. D er Vollständigkeit halber sei erwähnt, daß diese Gesetzm äßigkeit auch bei der V er

zinkung von Gasrohren betriebsm äßig erm ittelt wurde.

Die Verzinkung bei einer T e m p e r a t u r von 460° führt sowohl zu höheren Auflagen als auch zu größerer H a rt

zinkauflage als die Verzinkung bei 490°. D am it ist nicht gesagt, daß bei 490° an sich weniger H artzink gebildet w ird; nur kann dies infolge der Um wandlung von

8

^{in £}

in das Zinkbad abgeschwemmt sein.

Die gebildete H artzinkm enge wächst im geraden \ er- hältnis m it der T a u c h d a u e r . D abei besteht kein wesent

licher Unterschied zwischen dickem und dünnem Bandstahl.

Auch nach dem Verlassen des Z in k bades findet, solange die Tem peratur hoch genug ist, noch eine Fortsetzung der H artzinkbildung auch im festen Zustand statt. Infolgedessen läßt sich die endgültige H artzinkm enge durch A b s p r it z e n m it W a s s e r verringern.

Wegen des größeren W ärm einhaltes des dickeren Bandes ist die hier erzielbare Verringerung erheblich höher als bei dem dünneren B and (durchschnittlich 7,6 gegenüber 2 ,1 g F e /m

2

Oberfläche).

Soweit die H artzinkkristalle auf der Stahlunterlage Sitzenbleiben, verhindern sie nach Maßgabe ihres A ufbaues eine unbeschränkte Umsetzung zwischen Eisen und Zink. Je d e w eitere d i f f u s io n s h e m m e n d e M a ß n a h m e , wie z. B . Abdecken einzelner Flächen, muß daher eine geringere Abzehrung des Stahles zur Folge haben. A us diesem Grunde findet m an in älteren Kesseln häufig an Stellen, an denen Einbauten, Führungsbleche oder ähnliches die Pfannenwand innen berührt haben, die entsprechenden U m risse erhaben auf der Blechoberfläche stehend wieder.

Im Gegensatz dazu fü h rt das ständige L o s s c h a b e n d es H a r t z i n k s , z. B . an Führungsblechen in D urchlaufkesseln,

D u a z i. ö c n m tx ° ’

durch den oberen zu einem erheblich beschleunigten Ver- Teil einer ausge- schleiß durch Zinkangriff. A ls Beispiel laufenen Zink- sei ein Schnitt durch die obere W andung wanne, (rd.

x 0,3.) eineg

K esgeis (2000

x

¹⁰⁰⁰

x

800 m m 3, W anddicke 30 mm) fü r Verzinkung von Kleineisenzeug w ie

dergegeben ( B ild 27), der bis zu der Ebene A A ' m it Blei und zwischen A A ' und B B ' m it Zink gefüllt w ar. A

11

einer Stelle in dem am stärksten abgetragenen Gürtel w ar die W and so hauchdünn abgezehrt, daß sie vom Zink durchgedrückt wurde. Verursacht wurde dies durchEntlang- schaben der m it dem Verzinkungsgut gefüllten K örbe, wo

durch der H artzinkbelag von der Kesselw and im m er wieder abgestreift wurde.

F o lg e r u n g e n .

Aus den Arbeiten von W. Püngel, E . Scheil und R . Stenkhoff sowie von E . Scheil und H . W urst geht her

vor, daß eine gedrosselte H artzinkbildung m it dem A u f

treten der r-Sc.hicht zusam menfällt. Man könnte daraus den Schluß herleiten, daß diese T-Schicht auch den eigent

lichen Diffusionsschutz darstellt. Die vorliegenden Beobach

tungen zeigen eine hierüber hinausgehende Möglichkeit. In

Bild 3 bis 5 wurde gezeigt, w ie lediglich durch den unter

schiedlichen K ohlenstoffgehalt der Proben eine Aenderun»

im A u fbau der H artzinkschicht vo r sich geht. Dabei wird die r - S c h ic h t noch am w enigsten beeinflußt. Dagegen findet am kohlenstoffärm eren Teil eine erheblich schnellere U m w andlung der

8

, -Phase in X, statt, und hiermit hängt eine schnellere A bzehrung des Eisens — kenntlich an der Einbuchtung der Probenbegrenzung — zusammen. Im all

gemeinen lösen sich die ^ -K ristalle von ihrer Unterlage ab und sinken im Z inkbad zu Boden (Bild 2). Aber auch da, wo sie sich an der Probe halten (B ild 1), wirken sie in keiner Weise diffusionshem m end. Anders dagegen bei der S j - S c h i c h t . Diese s t e l l t d e r D i f f u s i o n d es Z in k e s zum E i s e n h in e r h e b lic h e W id e r s t ä n d e e n tg e g e n , wie die Zipfelbildung an den E ck en der Stahlprobe in Bild 19 beweist. D urch die streng senkrechte Wachstumsrichtung der

8

, -Säulen sind an den Probenkanten Rinnen gebildet, denen das Z in k auch von den Seiten her auf kürzerem Wege zum Eisen wandern und eine verstärkte (^-Bildung bewirken konnte.

W e lc h e H a r t z i n k - A u s b i l d u n g m u ß nun der B e t r i e b f o r d e r n ? F ü r die Erhöhung der Lebensdauer der Zinkkessel ist die diffusionsfeindliche

8

,-Phase erwünscht, während m an bei dem V erzinkungsgut selber, wenn man schon eine H artzinkbildung nicht ganz vermeiden kann, m öglichst auf die B ildu ng von X, hinarbeiten sollte, denn

8

, ist spröde und zerspringt vielfach schon unter Abküh

lungsspannungen. Die (^-Schicht dagegen ist erheblich ver

form ungsfähiger, schon allein dadurch, daß sie stark mit gu t verform barem Z in k (yj) durchsetzt ist.

Lochfraß durch den Zinkangriff.

U nter ähnlichen Erscheinungsform en w ie beim Angriff ionisierter Flüssigkeiten au f M etalle lassen sich auch loch

fraßartige Erscheinungen an Stahlgegenständen, die längere Zeit m it flüssigem Z in k in B erührung gestanden haben, beobachten.

U eber ihren E n t s t e h u n g s v o r g a n g kann man sich die f o lg e n d e V o r s t e l l u n g m achen. C. C a r i u s 10) wies nach, daß an den R ändern eines an sich nicht angreifbaren K örpers, der eine m etallische F läch e in einem Angriffs

m ittel teilweise abdeckt, die letzte v e rstärk t angegriffen w ird ; m an h at diese Erscheinung m it Spaltkorrosion bezeichnet. D en kt m an sich den indifferenten Körper — im weitesten Sinne eine Schutzschicht — über die gesamte m etallische F läch e ausgebreitet und nur an einzelnen Punkten unterbrochen, so muß unter diesen die Spalt

korrosion lochfraßartige Form en annehmen. Undichtigkeiten oder Auflockerungen in einer Schutzschicht, also auch in einer natürlich gewachsenen H artzinkh aut, können dem

nach zu Lochfraß führen.

U ebereinstim m end m it dieser Ueberlegung wurde v o r w ie g e n d a n s o lc h e n S t e l l e n L o c h f r a ß beobachtet, ü b e r d e n e n e in e H a r t z i n k s c h i c h t l a g e r t e , so die in Bild 28 wiedergegebenen Zerstörungen au f dem Boden von Zinkpfannen oder zeilenförm ige Bildungen unter der H art

zinkhaut an den W andungen einer Pfanne (Bild 29). Ein weiteres Beispiel ist in Bild 30 wiedergegeben. Die abgebil

dete W alze diente zum Abstreifen der O xydhaut vom Spiegel eines D urchlaufkessels. D urch die dauernde Kühlwirkung der L u ft ist der Verschleiß derartiger W alzen durch Ab

zehrung gering. N ur an vereinzelten Stellen, an denen das Zink offenbar leichter zum S ta h l w andern konnte, haben sich N ester m it verstärktem A n g riff gebildet, die mit einem H artzinkpflock verschlossen sind. Gegenüber der gesamten

10) Korrosion, Bd. V. Ber. K orrosionstagung Berlin 1935.

Berlin 1936. S. 61/72.

(9)

9

. N o v e m b e r 1939. Rädeker u. Haarmann: Angriffsarten des Zinks auf Stahl bei der Feuerverzinkung. Stahl und Eisen. 1225 Schutzschicht stellt also der H artzinkpflock kein D iffusions

hindernis dar. V or allem scheint die in Bild 31 dargestellte Schraube, die einige Wochen in einem H artzinksum pf gelegen hatte, als Beweis fü r die Lochfraßbildung bei örtlich be

günstigter Diffusionsm öglichkeit anzusprechen sein. Vorher war bereits davon die R ede, daß beim Vorhandensein der an sich stark diffusionshemm enden S,-Sch ich t eine bevor

zugte Korrosion an scharfw inkligen K örperkanten wegen des kürzeren D iffusionsweges m öglich is t; ähnliche B e dingungen scheinen auch hier Vorgelegen zu haben.

grenzenzerstörungen und Verform ungen m it Spannungen durchaus möglich.

B ei der ersten Anwendung der Stum pfschweißung zur H erstellung größerer Gefäße pflegte m an die Nähte durch Aufschweißen von Laschen zu verstärken. Im allgemeinen h at m an neuerdings auf ihre Anwendung verzichtet, da durch Messungen eine ungünstige H äufung von Spannungen an ihrem R ande nachgewiesen wurden. In elektrisch ge

schweißten Zinkkesseln hat m an ebenfalls versuchsweise zur En tlastu n g der Schweißnaht Laschen auf geschweißt.

Korngrenzenzerstörung durch flüssiges Zink.

Korngrenzenzerstörung im Stah l durch Z in k wurden zuerst an dickeren B and- und Stabstählen, welche in einem Durchlaufkessel verzin kt w aren, beobachtet. D er Stah l brach nach dem Verzinken beim R ich ten oder Aufhaspeln spröde durch. Zuerst w urde die U r s a c h e in A lterung oder Blaubrüchigkeit als F olge ungewöhnlicher Stahlzusam m en

setzung verm utet11), zum al da sich die F eh ler anfangs bei Bandstahl m it m ehr als 0 ,0 7 % P häuften. D ann tra t der Fehler aber auch an B ändern von üblicher Zusam m en

setzung und offenbar gu ter m etallurgischer Beschaffenheit auf. Schliffbilder durch derartige F eh lstellen bewiesen die unmittelbare Ein w irkun g des Z inks bis in den letzten feinen Rißauslauf. D as flüssige Z in k verm ag som it in ähnlicher Weise zerstörend auf die K orngrenzen einzuwirken, w ie z. B . bestimmte wäßrige Lösungen bei Vorhandensein von V er

formungen und elastischen Spannungen.

Nach diesem B eispiel ist es natü rlich w ichtig zu wissen, ob zur E n t s t e h u n g d e s K o r n g r e n z e n a n g r i f f e s d u r c h Z in k ebenfalls V e r f o r m u n g e n u n d S p a n n u n g e n n o t w en d ig sind. D ie nachfolgenden Beobachtungen sprechen durchaus fü r diese V erm utung. D ie geschilderten Brüche an Band- und V ierk an tstah l traten näm lich vorw iegend bei dickeren Abm essungen auf. D a die K essel verhältnism äß ig kurz sind, werden die B än d er beim D urchgang gebogen, und die damit verbundenen Zug- bzw. D ruckspannungen in der Außenfaser nehmen m it der D icke des B andes zu.

Somit ist also ein Zusam m enhang zwischen den K orn - u ) Vgl. auch E p s t e i n , S.: Proc. Amer. Soc. Test. Mat. 32 (1932) II, S. 293/379.

Bild 31. Schraube m it Lochfraß an den K a n ten aus einem Zinkkessel, (rd. X 0,85.)

Ganz kurz soll auf ähnliche Z e r s t ö r u n g e n b e i B a r r i e r e n b l e c h e n , welche bei der sogenannten N aß

verzin kung12) die Salm iakschm elze auf einem Teil der Ober

fläche Zusammenhalten, hingewiesen werden. D adurch, daß die Bleche unten heiß und oben kalt sind, entsteht im unteren Teil eine A r t W ellenbildung m it zahlreichen interkristallin verlaufenden Rissen. E in F licken dieser R isse nützt wenig, da in kurzer Z eit auf oder neben den Schweißstellen neue R isse auftreten, wohl ein Bew eis dafür, daß die zur K o rn grenzenzerstörung notwendigen Spannungen nur gering zu sein brauchen.

12) S ie h e l, E.: Stahl u. Eisen 56 (1936) S. 1382/85.

Bild 28. Lochfraßbildungen auf dem Boden eines Zinkkessels, (rd. X 0,3.)

Bild 29. Lochfraß u n te r der H a rtzin k decke an einer Zinkkesselwand.

(rd. X 0,6.)

Bild 30. Abstreifwalze m it Lochfraßbildung.

(P = nicht en tfern ter H artzinkpfropf.) (rd. X 0,5.)

Man ist naturgem äß zunächst beim A u ftreten von L och fraß durch Zink zu der Annahm e geneigt, daß es sich hier um Stellen bevorzugter A n greifbarkeit handelt. Daß dies nicht der F a ll ist und daß der L o c h f r a ß a u c h b e im Z in k lediglich die F o l g e e in e s b e s o n d e r s g e l a g e r t e n R e a k t io n s v o r g a n g e s ist, geht deutlich aus Bild 14 her

vor. Hier erstrecken sich einige L öcher über zwei und mehrere Schweißraupen, ohne in ihrer F o rm beeinflußt zu werden; dies ist von der W erkstoffseite aus nicht zu erklären.

U nd gerade an ihrem R ande, an dem auch nach den theoretischen Berechnungen die höchsten Spannungen auf

treten müssen, wurde in mehreren F ällen ein Leckwerden des Kessels festgestellt (Bild 32). Verschiedentlich hatte sich die Lasch e von ihrer U nterlage gelöst und fand sich im H artzinksum pf wieder. In ihrem Gefüge waren inter

kristalline Auflockerungen durch Zink (Bild 33) nachweisbar.

B eide Beobachtungen sprechen fü r eine Beschleunigung des Zinkangriffes und Erzeugung in terkristalliner Zerstörungen durch Spannungen.

(10)

1226 Stahl und Eisen. «- Hnnrm,n n : Angriffsarten de, Zinks auf Stahl bei der Feuerverzmkune,._____59. Jahrg. Nr. 45.

Zuletzt möge noch an einem Beispiel dargelegt werden, wie das U n b r a u c h b a r w e r d e n g r o ß e r Z i n k k e s s e l m it derartigen in te r k r is ta llin e n R is s e n Zusammenhängen kann. E in Stahlgußkessel von

6

m Länge und 80 mm W anddicke wurde nach einer Gebrauchszeit von 53 Monaten plötzlich leck und zeigte dann im Innern so viel Risse, daß sich eine Instandsetzung nicht mehr lohnte. Das A u s

sehen einer Rißhälfte, vom Kesselinnern aus gesehen, zeigt

gusses zu erklären. Diese sowie alle anderen Risse erstrecken sich in senkrechter R ich tu ng, und ih r paralleler Verlauf untereinander bew eist auch hier wieder den maßgebenden E influ ß von Spannungen bei ihrer Entstehung. Verfolgt man die R isse bis in ihre letzten Verästelungen, so findet man in den umgebenden Ferritkörnern starke Verquet-

Bild 32. Leckstelle in der Schweißnaht eines Zinkkessels neben Verstärkungslasche.

Bild 34. Aufschlußreich für die Erkläru n g der Entstehungs

ursache ist die in etwa 25 mm Entfernung neben dem Riß liegende kreisrunde Oeffnung, die sich bei näherer Prüfung als eine m it H artzink gefüllte Blase erwies. Bem erkens

wert sind die am oberen und unteren Blasenrand au f

tretenden feinen interkristallinen Risse (R ), die offensichtlich

Bild 34. R ißbildung in einem Stahlguß-Zinkkessel.

(rd. x 0,8.)

schungserscheinungen (B ild 35). D er Zusammenhang zwischen den m it H artzin k gefüllten Spalten und den ver

quetschten H öfen ist so auffällig, daß demnach die Riß

bildung von der E inw irkun g starker mechanischer Kräfte begleitet gewesen sein muß. D as B ild ist ähnlich wie bei

Bild 33. Zerstörung des Gefüges der in Bild 32 abgelösten Lasche, (rd. X 300.)

parallel zu dem großen Riß verlaufen. E s w ar nun in der betreffenden Verzinkerei üblich, die Stahlgußkessel vor Inbetriebnahme längere Zeit mit Abfallbeize gefüllt stehen zu lassen und dann auszutrocknen. A uf diese Weise wurden alle Gußfehler, Undichtigkeiten und Spannungsrisse durch das nachfolgende Ausblühen von R ost erkennbar gem acht und konnten beseitigt werden. D a sich der vorliegende K essel bei dieser Prüfung als einwandfrei erwiesen h atte, haben die später freigelegten Blasen offenbar ursprünglich keine Verbindung mit der Oberfläche gehabt. E rst als die Stahlschicht, die sich über den Blasen befand, durch flächige A btragung im Betrieb abgenutzt w ar, konnte flüssiges Zink in die Oeffnungen eindringen, und von diesem Augenblick an setzte eine verhältnism äßig schnelle Zerstörung des K essels ein. Die Entstehung der schon erwähnten R isse ist ebenfalls mit einer Korngrenzenbrüchigkeit des S ta h l

Bild 35. K ornverquetschung am Auslauf eines m it Hartzink gefüllten Spannungsrisses, (rd. X 360.)

gewöhnlichen Spannungsrissen im Stah l, bei denen auch Zwillingsbildungen zu beobachten sind; nur ist die Ver- quetschung im vorliegenden F a lle bei der Anwesenheit von Zink viel um fangreicher.

Die U ntersuchung eines anderen Stahlgußkessels, der nur kurze Zeit als Zinkw anne gedient hatte und danach m it einer schwachen Säure ausgebeizt wurde, führte zu weiteren Beobachtungen. B e i d e r M e h r z a h l d e r R is s e , die sich auf der Län gsw an d befanden, w ar der Z u s a m m e n h a n g m it B l a s e n u n v e r k e n n b a r ( Bild 36). Auch hier wieder liefen säm tliche R isse parallel und standen senk

recht zu der Kessellängsachse. N ur in den Ecken, in denen