Verbetering van Staalduurzaamheid: Expert Gids voor Metaalcoatings

Metaalcoatings van Stalen

Metallisch gecoate stalen worden gedefinieerd als staalsubstraten gecoate met een laag zink, Zn/Al (zink/aluminium) legering, Zn/Si (zink/silicium) legering, of zuiver Al etc. De schematische rangschikkingen van metaalcoating structuur met en zonder passivatie is getoond in Afbeelding 1,

Afbeelding 1: Metaalcoating structuur met en zonder passivatie

Metaalcoatings van stalen verbeteren de levensduur en de prestaties van de stalen. Ze bieden de meest effectieve en economische manier om stalen te beschermen tegen corrosie. Metallisch gecoate stalen bieden een unieke combinatie van eigenschappen waaronder hoge sterkte, vormbaarheid, lichtgewicht, corrosieweerstand, esthetiek, recycleerbaarheid en lage kosten.

Processen voor Metaalcoating

Er zijn verschillende processen voor metaalcoating van stalen als hieronder gegeven:

• Het warm dip coating proces, waarbij de staalband gedompeld wordt in een bad van gesmolten metaal. De samenstelling van het gesmolten metaal (Zn, Zn/Al, Al/Si, of zuiver Al etc.) bepaalt de aard van de metaalcoating.
• Het elektro-galvaniseerproces, waarbij metaal elektrolytisch op de koude staalband wordt afgestort.
• Coating onder vacuüm, zoals PVD (fysieke dampafzetting), CVD (chemische dampafzetting) etc.

Warm dip coating processen zijn de meest populaire processen voor de metaalcoating van staalbanden. Normaal worden continue coatinglijnen gebruikt voor de productie van de metaal gecoate staalproducten.

Metallisch gecoate stalen geproduceerd in continue coatinglijnen hebben een opmerkelijke groei beleefd en blijven gebruikt in steeds gevarieerdere nieuwe velden. Dit is te danken aan hun uitstekende economische, technologische en milieuvoordelen.

De brede reeks van metallisch gecoate staalproducten die vandaag beschikbaar zijn, voldoet aan de eisen van alle sectoren. De volgende zijn de parameters die de keuze van het metaal gecoate staalmateriaal bepalen:

• Kwaliteit of graad van het staalsubstraat
• Type metaalcoating
• Massa of dikte van de metaalcoating
• Oppervlakteaspect
• Oppervlaktekwaliteit
• Oppervlaktebehandeling
• Toleranties op afmetingen en vorm

Metaalcoating verbetert de corrosieweerstand van staal en verlengt de productlevensduur. Een geschikte metaalcoating maakt het mogelijk om de vormgeving en weerstandslassen eigenschappen van staal alsook de verfbaarheid te verbeteren.

Typen Gecoate Producten

De volgende zijn de hoofdtypen van de metaal gecoate producten:

• Warm dip gegalvaniseerd staalblad – ASTM standaarden voor deze staalbladen zijn A653M en A1063M. Galvaniseercoating is essentieel een Zn coating op staalblad. Het woord galvaniseren komt van de galvanische bescherming die Zn biedt aan staal wanneer blootgesteld aan een corroderende omgeving. Het is, verreweg, het meest voorkomende warm dip gecoate product met een wijd bereik van toepassingen. Zn biedt zowel galvanische als barrièrebescherming. De galvanische bescherming is groter dan voor enig ander type warm dip coating op staal. De coating bevat Al wat typisch in het bereik van 0,20% tot 0,30% zit. Al wordt toegevoegd aan het gesmolten Zn bad om de groeisnelheid van de legeringslaag (bindingszone tussen het staal en Zn coating) te controleren. Het verbetert de hechting van de coating dramatisch om zware vormgeving van het gecoate blad toe te laten. Coating kan een kleine hoeveelheid lood (Pb) en/of antimon (Sb) bevatten voor spangleontwikkeling. Bijna alle gegalvaniseerde gecoate stalen bevatten geen Pb, en als het wel het geval is, is de Pb minder dan 0,03%. Coatinggewicht (massa) is meestal in het bereik van 90 tot 1200 g/m² voor A653M en 90 tot 600 g/m² voor A1063M totaal aan beide kanten.
• Warm dip gegalvanneerd staalblad – ASTM specificatie voor deze staalbladen is A653M. Bij de productie van het gegalvanneerde staalblad, wordt de warm dip galvaniseercoating diffusie-gelegerd met het staal door additionele verhitting in de toren boven het coatingbad. Typische metaalcoating bevat 8% tot 11% ijzer. Deze bladen zijn meestal bedoeld om geschilderd te worden voor de meeste toepassingen. Deze bladen worden gekenmerkt door hun hoge hardheid en bros gedrag tijdens vormgeving. De gegalvanneerde bladen zijn eenvoudiger te puntlassen en schilderen dan de gegalvaniseerde bladen. Prestaties met schilderen zijn synergistisch verbeterd vanwege de uitstekende binding gevormd tussen de verf en het oppervlak van de coating. Vergeleken met gegalvaniseerd staal, vertonen gegalvanneerde staalbladen normaal minder ondermijnende corrosie onder verf aan blootgestelde randen, krassen, of andere defecten in de verf. Deze staalbladen worden gebruikt voor autocarrosseriepanelen. Coatinggewicht (massa) is meestal in het bereik van 90 tot 180 g/m² totaal aan beide kanten.
• Warm dip 55% Al-Zn legering gecoate staalblad – Deze gecoate bladen zijn ook bekend als Galvalume bladen. ASTM standaard voor deze bladen is A792M. De coating is een Al-Zn legeringscoating die ongeveer 55% Al, 43,5% Zn, en 1,5% Si bevat. Deze coating biedt uitstekende barrièrebescherming gecombineerd met enige galvanische bescherming. Behoud van galvanische bescherming is een belangrijk kenmerk voor deze coating. Deze specifieke combinatie van Al en Zn beïnvloedt de vorming van een coatingmicrostructuur die zeer belangrijk is voor goede prestaties. Deze coating biedt een heel goed evenwicht tussen galvanische en barrièrebescherming. Si wordt toegevoegd om de legeringslaag groeisnelheid te controleren. De coating verbetert hechting tijdens vormgeving. De coating heeft een veel hogere weerstand tegen corrosie dan galvaniseercoatings in de meeste omgevingen. De langetermijnduurbaarheid is aangetoond. Coatinggewicht (massa) is meestal in het bereik van 100 – 210 g/m² totaal aan beide kanten.
• Warm dip Zn -5% Al legering gecoate staalblad – Deze gecoate bladen zijn ook bekend als Galfan bladen. ASTM standaard voor deze bladen is A875M. De galvanische coating bevat rond 95% Zn en 5% Al. Deze coating biedt ongeveer dezelfde galvanische bescherming als gegalvaniseerd en verbeterde corrosieweerstand in de meeste omgevingen. Deze coating wordt normaal meestal gebruikt voor toepassingen die goede coating duktiliteit vereisen (zoals dieptrekdelen en voorgeverfde bladen) en superieure corrosieweerstand. Coatinggewicht (massa) is meestal in het bereik van 90 – 700 g/m² totaal aan beide kanten.
• Warm dip Zn – Al – Mg (magnesium) legering gecoate staalblad – ASTM standaard voor deze bladen is A1046M. De coating is een galvanische coating die Zn, Al (5% tot 11%), en Mg (2% tot 4%) bevat. Deze coating biedt superieure corrosieweerstand in veel agressieve omgevingen. De coating wordt gebruikt in dergelijke toepassingen als transport, infrastructuur, bouw, landbouw, elektriciteitsvoorziening, en automobiel. Coatinggewicht (massa) is meestal in het bereik van 60 – 600 g/m² totaal aan beide kanten.
• Warm dip gealuminiseerd staalblad – ASTM specificatie voor deze bladen is A463M. Er zijn twee typen gealuminiseerde coatings namelijk (i) Type 1 – Al samen met 5% tot 11% Si, en (ii) Type 2 – zuiver Al coating. Meest voorkomende vorm is Type 1 coating; gebruikt voor toepassingen die hitte-oxidatieweerstand vereisen zoals ovenonderdelen, kleine apparaten, en uitlaatsystemen etc. Gealuminiseerde coating is de beste coating op staalblad voor hitte-oxidatieweerstand. Het kan toegepast worden op roestvrij staal om nog betere hoge temperatuur prestaties te bieden. Zuiver Al Type 2 coating wordt gebruikt voor exterieur toepassingen. De corrosieprestaties van deze coating zijn gebaseerd op barrièrebescherming zonder galvanische bescherming in de meeste omgevingen. Barrièrecorrosiebescherming is in dit geval heel goed aangezien Al van de coating een stabiele aluminiumoxidefilm vormt op het oppervlak van de coating. Coatinggewicht (massa) is meestal in het bereik van 75 – 300 g/m² totaal aan beide kanten voor Type 1 en voor Type 2 in het bereik van 200 – 300 g/m² totaal aan beide kanten.
• Terne gecoate staalblad – ASTM standaard voor deze bladen is A308M. Deze coating is een Pb legeringscoating die 3% tot 15% Sn (tin) bevat. Sn wordt toegevoegd om een binding tussen de coating en staal te ontwikkelen. De coating is zeer vormbaar en verbetert het dieptrekkgedrag. Ook, het gecoate blad kan eenvoudig gelast worden. Het gecoate blad heeft een zeer goede weerstand tegen benzine, hoewel gebruik voor brandstoftanks afneemt (gerelateerd aan het milieukwestie geassocieerd met Pb en niet gerelateerd aan de prestaties van het gecoate blad). Coatinggewicht (massa) is meestal in het bereik van 75 – 335 g/m² totaal aan beide kanten.

Metaalcoatinglijn

De metaalcoatinglijn is waar het staalsubstraat gecoate wordt met een beschermende, bewezen combinatie van metalen die effectieve corrosieweerstand bieden. De lijn heeft twee strippenaccumulators één elk aan de instap en uitstap van de lijn waardoor de staalband voor een korte periode geaccumuleerd kan worden. Deze mogelijkheid stelt de lijn in staat om over te schakelen naar nieuwe rol of een afgeronde rol te verwijderen terwijl de rest van de lijn doorgaat met draaien op een consistente snelheid. Precisie kan gehandhaafd worden in elk deel van het proces, resulterend in een consistent oppervlak en gelijke coating. De volgende zijn de basiscomponenten van een metaalcoatinglijn:

• De rol komt van de koudwalserij (KW) naar de coatinglijn via een van twee afrolrollen. Het staarteinde van de vorige rol en het kopereinde van de nieuwe rol worden geschaard. De nieuwe einden worden ofwel samengevast door een elektrisch naadlasser of mechanisch verbonden om een continue strook van het staal in de processectie van de lijn te creëren.
• Het staal komt de eerste strippenaccumulator meestal in de vorm van een toren binnen.
• Na koude reductie in de KW, moet de residuele film van smeerolie van het staal verwijderd worden voor aanlaten om te garanderen dat de metaalcoating perfect hecht aan het staalsubstraat. De oliefilm wordt verwijderd in een alkalische ontvettingsbak. Na reiniging wordt de staalband gespoeld en gedroogd.
• De koude staalband komt de oven binnen. Het doel van de oven is een laatste reiniging van het oppervlak door de overgebleven oliefilm op het staaloppervlak te verbranden met open vlambranden in de voorverhittingszone van de aanlaassectie. Het tweede doel van de oven is om het staal op te warmen om de juiste mechanische eigenschappen te ontwikkelen.
• Vanwege koudwalsen van het staal, toont het staalsubstraat extreme verwerkingsverharding en wordt meestal aangeduid als vol hard staal. De aanlaassectie biedt warmtebehandeling van het staal om de mechanische eigenschappen te herstellen en het staal geschikt te maken voor het beoogde gebruik. Tijdens warmtebehandeling krijgt de zwaar koudgereduceerde microstructuur herkristallisatie.
• De aanlaassectie is verdeeld in drie zones namelijk (i) voorverhitting, (ii) wachthouden, en (iii) gecontroleerde afkoeling. Binnen de aanlaaszone wordt het staal tegen oxidatie beschermd door een waterstof stikstof gasmengsel te gebruiken. Alle branders zijn meestal van het stralingstype, om direct contact tussen de vlam en het oppervlak van het staal te vermijden. De aanlaascycli worden beheerd in overeenstemming met de finale mechanische eigenschappen vereist.
• Aan het einde van de afkoelzone, wordt de temperatuur van de strook afgekoeld tot een geschikt niveau ten opzichte van de temperatuur van het te coaten gesmolten metaal.
• Eenmaal de staalband de vereiste temperatuur bereikt heeft, wordt het gedompeld in een bad van gesmolten metaal. Wanneer de strook het bad verlaat, is het gecoate met een dikke laag gesmolten metaal. Een set lucht (of stikstof) messen, gelegen boven het bad, past het coatinggewicht aan tot de vereiste niveaus. Het coatinggewicht wordt normaal permanent gecontroleerd en gemonitord door automatische meetapparatuur.
• De gecoate staalband loopt door een koeltoren, nam de gecoate band bijna terug naar kamertemperatuur.
• In geval van vereiste, kan de staal door een oppervlakteconditiewalserij lopen om een glad oppervlak voor kleurcoating te creëren.
• De spanningsuitlijner trekt de metaal gecoate staalband terwijl deze over een serie rollen passeert om superieure platheid te bieden.
• De metaal gecoate staalband die niet bestemd is voor de kleurcoatinglijn ontvangt een chemische behandeling die tussentijdse bescherming biedt tegen coatingachteruitgang. Deze oppervlaktebehandeling wordt gedaan door conventionele sproeien of dippen en daaropvolgende uitknijpen of door directe toepassing met een rolcoater. Na-behandelingen zijn ofwel oppervlaktepassivatie of dunne organische coatings. Ze kunnen in de uitgangssectie in sommige gevallen toegepast worden.
• De gecoate staalband komt de uitgangsaccumulator binnen, wachtend om weer opgerold te worden.
• De gecoate staalband wordt weer opgerold op de spanningsrol en gestuurd voor kleurcoating of verpakking.

Een typisch schematisch diagram van metaalcoatinglijn met belangrijke apparatuur is in Afbeelding 2.

Afbeelding 2: Typisch schematisch diagram van metaalcoatinglijn met belangrijke apparatuur

Toepassingen

Het gebruik van een verscheidenheid aan metallisch gecoate stalen is een integraal deel van de dagelijkse levens van mensen geworden. Deze stalen worden gebruikt voor beschermen, beschutten, verpakken en voor transport alsook tegelijkertijd voldaan aan de eis nacht vaste, duurzame en esthetisch aantrekkelijke materialen.

In bouw en constructie, zijn metallisch gecoate stalen gebruikt voor profielen, bekleding en daken voor vele jaren, maar het wordt ook gebruikt voor toepassingen zoals deuren, trappen, en plafonds etc.

De metallisch gecoate staalproducten hebben een heel wijd bereik van toepassingen in de algemene industrie. Voorbeelden zijn meubelen, airconditioning, luchtkanalen, tanks, en thermische schilden etc.

Het huishoudelijke apparaatsector is ook een grote gebruiker van metallisch gecoate stalen. Er is zelfs een trend vandaag de dag om huishoudelijke apparaten volledig van metallisch gecoate stalen te bouwen, zowel witte goederen (koelkasten, wasmachines, en ovens etc) als bruine goederen (tele-electronica, video, en hi-fi etc).