Maass P., Peissker P. (ред.) Handbuch Feuerverzinken

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instandhaltungsgerechte Forderungen

Das korrosionsschutzgerechte Konstruieren muss die Möglichkeiten der

wirtschaftlichen Instandhaltungsmaßnahmen berücksichtigen. Da zwischen

der Nutzungsdauer von Bauteilen, Konstruktionen, Erzeugnissen, Anlagen

und Bauwerken und der Schutzdauer des Korrosionsschutzes Unterschiede

bestehen, sind Wiederholschutzmaßnahmen notwendig.

1.2.1.2 Passive Verfahren

Die Korrosion wird beim passiven Korrosionsschutz durch Trennung des

metallischen Werkstoffs vom korrosiven Mittel durch aufgebrachte Schutzschichten

verhindert bzw. zumindest verzögert. Technische Voraussetzungen, die an eine

Korrosionsschicht gestellt werden, sind:

die Schutzschicht muss porenfrei sein,

sie muss fest auf dem Grundwerkstoff haften,

sie muss gegenüber äußeren mechanischen Beanspruchun-

gen beständig sein,

sie muss eine gewisse Formbarkeit haben (Duktilität),

sie muss korrosionsbeständig sein.

Wesentliche Voraussetzungen für das Wirksamwerden von Korrosionsschutz-

schichten sind:

Oberflächenvorbereitung mit dem Erreichen des Oberflä-

chenvorbereitungsgrades Sa 2,5 bzw. Sa 3 (Strahlen) bzw. Be

(Beizen),

Qualitätsgerechte Ausführung des Korrosionsschutzes.

1 Korrosion und Korrosionsschutz

Abb. 1.4 Kurzalgorithmus für die Spezifikation von Be-

schichtungssystemen in Anlehnung an DIN EN ISO 12944

Den logischen Aufbau der DIN EN ISO 12944 zeigt Abb. 1.4.

Eine Übersicht über die Verfahren des passiven Korrosionsschutzes zeigt Abb. 1.5.

Erstmalig werden Schutzdauer in Jahren festgelegt (vgl. Tab. 1.2 ).

Für Erzeugnisse aus Stahl, die über Jahrzehnte Korrosionsbelastungen ausgesetzt

sind, werden

Beschichtungen, wie Anstriche, Lackierungen,

metallische Überzüge, wie Schmelztauchüberzüge, Überzug

durch thermisches Spritzen

sowie das Duplexsystem – Feuerverzinken plus Beschichtung

angewendet.

1.2 Korrosionsschutz

Abb. 1.5 Übersicht der Verfahren des passiven Korrosions-

schutzes (von Oeteren, Korrosionsschutz-Fibel)

Während Abb. 1.5 eine Übersicht der Verfahren des passiven Korrosionsschutzes

gibt, sind in Tabelle 1.3 die Korrosionsschutzverfahren für Stahl mit Zink dargestellt.

Als wesentliche Entscheidungshilfen für die Auswahl eines Korrosionsschutzver-

fahrens dienen:

wichtige Parameter der Korrosionsschutzverfahren fürStahl

mit Zink (Tab. 1.4) ,

Vor- und Nachteile verschiedener Verfahren der metallischen

Beschichtung (Tab. 1.5) ,

Einsatzgrenzen der Verfahren, bestimmt durch die Eigen-

schaften der Verfahren (Tab. 1.6).

1 Korrosion und Korrosionsschutz

Tab. 1.2 Schutzdauer für Beschichtungssysteme nach DIN EN ISO 12944–1und-5

Schutzdauer

Klasse Jahre

kurz 2–5

mittel 5–15

lang > 15

Die Schutzdauer ist für ein in Abhängigkeit von der Korrosionsbelastung ausgewähltes

Beschichtungssystem die erwartete Standzeit bis zur ersten Instandsetzung.

Sofern nicht anders vereinbart, ist die erste Teilerneuerung aus Korrosionsschutzgründen

notwendig, wenn das Beschichtungssystem den Rostgrad Ri 3 nach DIN ISO 4628–3 erreicht

hat.

Die Schutzdauer ist keine „Gewährleistungszeit“, sondern ein technischer Begriff, der dem

Auftraggeber helfen kann, ein Instandsetzungsprogramm festzulegen.

1.2 Korrosionsschutz

Tab. 1.3 Korrosionsschutzverfahren

Feuerverzinken

a) Stückverzinken

Diskontinuierliches Schutzverfahren, bei wel-

chem die zu verzinkenden Teile einzeln in

schmelzflüssiges Zink getaucht werden

(Stückverzinken nach DIN EN ISO 1461/Rohr-

verzinken nach DIN EN ISO 10240).

b) Durchlaufverfahren

Schutzverfahren für kontinuierlich feuerver-

zinktes Blech und Band aus weichen Stählen

zum Kaltumformen 78 (DIN EN 10142) und

kontinuierlich feuerverzinktes Blech und Band

aus Baustählen (DIN EN 10147) sowie Draht

(DIN EN ISO 10244–2), welche in automatisch

betriebenen Anlagen einen Zinküberzug im

Durchlaufverfahren durch schmelzflüssiges

Zink erhalten.

Galvanisches bzw. elektrolytisches Verzinken

Schutzverfahren durch Aufbringen eines

Zinküberzuges durch elektrolytisch abgeschie-

denen Metallüberzug.

Thermisches Spritzen mit Zink- bzw. Spritzver-

zinken (DIN EN 1403, s. Literaturverzeichnis)

Schutzverfahren, bei dem auf die zu schützende

Metalloberfläche das geschmolzene Überzugs-

metall aufgespritzt wird.

Verfahren sind Drahtflammspritzen, Pulver-

flammspritzen, Lichtbogenspritzen und Plasma-

spritzen

DINEN22063

1 Korrosion und Korrosionsschutz

Metallische ÜberzügemitZinkstaub

(Mechanisches Plattieren/Sheradisieren)

Schutzverfahren unter Verwendung von Zink-

staub, mit denen mechanisch (Mechanical Plat-

ing/Mechanisches Plattieren) oder durch

Diffusion (Sheradisieren) Zinküberzüge bzw. Fe

+ Zn-Legierungsschichten auf geeigneten

Werkstücken erzielt werden.

DIN EN ISO 12683

Zinkstaubbeschichtungen

Schutzverfahren, bei dem zinkstaubpigmentierte

Beschichtungsstoffe als Schutzschichten auf

Stahlbauteile appliziert werden.

Kathodischer Korrosionsschutz

Schutzverfahren für Stahl durch Kontakt mit

einer Anode aus Zink bei Gegenwart eines

Elektrolyten. Dabei geht das unedlere Metall

(= Opferanode aus Zink) in Lösung, während der

Stahl (als Kathode) nicht angegriffen wird.

1.2 Korrosionsschutz

Tab. 1.4 Wichtige Parameter der Korrosionsschutzverfahren für Stahl und Zink (Beratung Feuerverzinken)

Verfahren Übliche Dicke

des Überzugs

bzw. der Be-

schichtung in

µm

Legierung mit

dem Unter-

grund

Aufbau und Zusammenset-

zung des Überzugs bzw. der

Beschichtung

Verfahrenstechnik Nachbehandlung

üblich möglich

A Überzüge

Feuerverzinken

a) diskontinuierlich

Stückverzinken DIN 50976 > 20 ja Eisen-Zink-Legierungs-

schichten am Stahlunter-

grund, in der Regel mit einer

darüberliegenden Zink-

schicht

Eintauchen in

flüssiges Zink

– Beschichten sowie

in geringem Um-

fang aus Galvan-

nealen

Rohrverzinken DIN 2444 > 50 ja –

b) kontinuierlich

Bandverzinken DIN 17162 15...25 ja Durchlaufen durch

flüssiges Zink

Chromatieren

kontinuierliches Feuerver-

zinken von Bandstahl

20...40 ja –

Drahtverzinken DIN 1548 5...30 ja –

Thermisches Spritzen

Spritzverzinken DIN 8565 80...200 nein Überzug aus Zink Aufspritzen von

geschmolzenem Zink

Versiegeln durch

penetrierende Be-

schichtung

Beschichten

Galvanisches bzw. elektroly-

tisches Verzinken

Zinkabscheidung

durch elektrischen

Strom in wässrigen

Elektrolyten

Einzelbäder DIN 50961 < 50 nein lamellarer Zinküberzug Chromatieren Beschichten

Durchlaufverfahren 2,5...5 nein

1 Korrosion und Korrosionsschutz

Verfahren Übliche Dicke

des Überzugs

bzw. der Be-

schichtung in

µm

Legierung mit

dem Unter-

grund

Aufbau und Zusammenset-

zung des Überzugs bzw. der

Beschichtung

Verfahrenstechnik Nachbehandlung

üblich möglich

Metallische Überzüge mit

Zinkstaub

a) sheradisieren 15...25 ja Eisen-Zink-Legierungs-

schichten

Diffusion Stahl-Zink

unterhalb Zn-

Schmelztemperatur

– Beschichten

b) mechanisches Plattieren 10...20 nein homogener Zinküberzug,

ggf. auf Kupfer-Zwischen-

schichten

Aufhämmern von

Zinkpulver durch

Glaskugeln

z. T. Chromatieren Beschichten

B Beschichtung

Zinkstaubbeschichtung dünnschichtig

10...20

normalschich-

tig 40...80

dickschichtig

60–-120

nein Zinkstaubpigment in Bind-

emittel

Auftragen durch

Streichen, Rollen,

Spritzen, tauchen

Deckbeschichtung

auf Grundbeschich-

tung

–

C Kathodischer Korrosions-

schutz

Zink-Anoden hoher Reinheit (99,995%) zur Verhinderung der Eigenpolarisierung sind selbstregulierend und optimal wässrige

Elektrolyten mittlerer und hoher Leitfähigkeit. Fremdstromanlagen erfordern begrenztes Schutzpotenzial und Sicherung gegen

Übersteuerung. Die Stromkapazitätjedm

Zinkanode von etwa 5300 A h ermöglicht kleine Anoden mit geringem

Strömungswiderstand. Die erforderliche Stromdichte ist vom Zustand und den äußeren (Bewegungs-)Bedingungen abhängig.

Optimal ist der aktiv in den Korrosionsprozess eingreifende kathodische Schutz in Verbindung mit einer Beschichtung.

Umwandeln eines Zinküberzugs durch gezielte Wärmebehandlung, besonders beim Bandverzinken.

1.2 Korrosionsschutz

Tab. 1.5 Vor- und Nachteile verschiedener Verfahren der metallischen Überzüge

Bewertungskriterien Feuer Galv Spritz Diff Zinkstaubbeschichtung

)

12 34

Legierungsbildung mit dem

Stahl durch Diffusion

++ –– –– ++ ––

Haftfestigkeit ++ ++ +...++ ++ +...++

Dichte der Gesamtschicht ++ + + + +

Gleichmäßigkeit der Schicht ++ ++ +...++ ++ +...++

dekoratives Aussehen + ++ ––––

Oberflächenhärte ++ ++ ++ ++ –

Verschleißwiderstand ++ + ++ + +

Biegefestigkeit ––...++ ––...+ –– –– +

Korrosionsschutz in Abhän-

gigkeit von der wirtschaftlich

erreichbaren Schichtdicke

++ ––...++ + +

Wasserbeständigkeit ++ + +...++ –– +

technische Sicherheit des

Verfahrens

++ ++ + + +

praktische Prüf- und

Kontrollmöglichkeit

++ ++ ++ – ++

Beschränkung durch

Abmessung und Masse

+ – ++ –– ++

Möglichkeit einer

Verformung

–...++ –...++ –– –– +

Ausbesserungsmöglich-

keiten

++ ++–– ++

Möglichkeiten zur

Automatisierung

++ ++ ++ + ++

Feuerverzinken

galvanisches Verzinken

Spritzverzinken

Diffusionsverzinken (Sheradisieren)

++ sehr gut, besonders geeignet, sehr günstig

+ gut, brauchbar, günstig

– mäßig, weniger geeignet, ungünstig

––

sehr schlecht, ungeeignet, sehr ungünstig

') zum Vergleich

1 Korrosion und Korrosionsschutz

Tab. 1.6 Einsatzgrenzen der Verfahren, bestimmt durch die Eigenschaften der Verfahren (vgl. Tab. 1.3)

)

Konstruktionselemente Feuer Galv Spritz Diff Zinkstaubbeschichtung

)

12 34

endlose Bänder, Drähte usw. ++ ++ –– –– –

Bleche ++ – + –– +

Rohre innen und außen,

Flansche und dgl.

++ –– –– + ––

profilierte Teile, Hohlkörper

und dgl.

++ –– –– –– ––

gefalzte Teile + –– –– –– ––

Gitterroste und dgl. ++ –– –– –– ––

Schrauben und andere

Massenteile fürAußenbean-

spruchung

++ –– –– + ––

Schrauben und andere

Massenteile fürnormale

Beanspruchung

++ ++ –– + ––

Kühlwagenauskleidungen ++ –– + –– ––

Anlagen für Landwirtschaft,

Gewächshäuser usw.

++ –– + –– +

Anlagen für Luft- und

Kältetechnik

++ –– – –– +

Stahlbau- und Metall-

leichtbauteile

++ –– + –– +

Wärmeaustauscher ++ –– –– –– ––

Haushaltsgeräte ++ ++ –– –– +

dünne Blechteile, die sich

durch Wärmeeinwirkung ver-

ziehen, nicht stark profiliert

–– ++ –– –– +

assenteile fürgeringeKor-

rosionsbeanspruchung, die

0,5 m

nicht überschreiten

+++–– ++ ––

Neuanfertigung und Repara-

tur an Brücken und Gelän-

dern, Dächern usw.

(Wiederholschutz)

–– –– ++ –– +

') zum Vergleich

) Erläuterungen s. Tab. 1.5

1.2.2

Volkswirtschaftliche Bedeutung

Die Forderungen, die an Bauteile, Konstruktionen, Erzeugnisse, Anlagen und

Bauwerke aus Stahl gestellt werden , sind u. a.

hohe Funktionstüchtigkeit,

lange Nutzungsdauer,

gute dekorative Gestaltung,

hohe Korrosionsbeständigkeit,

hohe Leistungsfähigkeit sowie

hohe Umweltverträglichkeit.

Ständige Aufgabe dabei ist die Verringerung von Materialeinsatz, Baugröße,

einmaligem und laufendem Aufwand.

Dieses Ziel bestimmt den Einsatz der Korrosionsschutzverfahren sowie die

Entwicklungstendenz und -richtung des Korrosionsschutzes.

Der Korrosionsschutz ist kein Selbstzweck, sondern Bestandteil der Erzeugnis-

entwicklung, -herstellung und -nutzung, ja z. T. ist er schon Bestandteil des

Grundmaterials bzw. der Halbzeuge. Angesichts der Korrosionsschäden, die in der

Volkswirtschaft der Bundesrepublik Deutschland jährlich in Höhe von 50 Mrd. Euro

entstehen, nicht eingerechnet die KorrosionsschädenimprivatenBereich,sindbei

Anwendung der Erkenntnisse über den Korrosionsschutz und seine konsequentere

Nutzung jährlich Reduzierungen von ca. 15 Mrd. Euro möglich. Die ständige

Aufklärungsarbeit hat dabei das Ziel, Korrosionsschutz nicht so gut wie möglich,

sondern so gut wie nötig durchzusetzen.

Für die Wirtschaftlichkeit des Korrosionsschutzes sind nicht die Erstschutz-

kosten, sondern unter Berücksichtigung der Schutzdauer des jeweiligen Korrosions-

schutzsystems und der Nutzungsdauer der Erzeugnisse die jährlichen oder

spezifischen Korrosionsschutzkosten entscheidend.

Der zwischen der Erzeugnisentwicklung, Erzeugnisqualität, Materialwirtschaft,

Instandhaltung, Umweltschutz und Korrosionsschutz bestehende Zusammenhang,

der schon bei der Projektierung und Konstruktion u. a. die Sicherheit gegen

Korrosionsschäden – trotz aller Einflussfaktoren – genau so berücksichtigt werden

sollte, wie die statische Sicherheit gegen Bruch, die Standsicherheit von Gebäuden,

wie auch die Betriebssicherheit in Bezug auf Leistung und Nutzungsdauer, ist mehr

als bisher zu beachten.

1.2.3

Korrosionsschutz und Umweltschutz

Die Korrosion hat ihre Ursachen in der Umwelt. Mit der Einschränkung und

Verhinderung der Korrosion entlastet der Korrosionsschutz die Umwelt in

vielfältiger Art und Weise und wird selbst zu einer entscheidenden Maßnahme

des Umweltschutzes, ja man kann sagen – Korrosionsschutz ist Umweltschutz.

Wenn Stahl durch Feuerverzinken oder durch das Duplex-System vor Korrosion

geschützt wird, dann erfolgt dies besonders effektiv, dauerhaft über Jahrzehnte und

1.2 Korrosionsschutz