Gewichtstoename staal bij thermisch verzinken

Gewichtstoename

Door thermisch verzinken kan het gewicht van “zwart” (onverzinkt) staal tot wel 20% toenemen. De gewichtstoename wordt bepaald door de combinatie van een reeks factoren waarbij de samenstelling van het staal van het te verzinken materiaal zelf de meeste invloed heeft.

Factoren die van invloed zijn op gewichtstoename bij thermisch verzinken:

• staalsamenstelling
• wanddikte
• samenstelling zinkbad
• oppervlaktetoestand van het staal

Staalsamenstelling

De meeste staalsoorten kunnen zonder problemen thermisch verzinkt worden. Echter de hoogte van het gehalte van bepaalde elementen in het staal, in het bijzonder silicium (Si) en fosfor (P), maar ook de combinatie van de verschillende elementen bepalen en versterken de reactie tussen het staal en het gesmolten zink. Staal met deze eigenschappen wordt reactief staal genoemd.

Het Sandelin effect (reactief staal)

De hoeveelheid Si in het staal, respectievelijk het lasmateriaal, kan tijdens het thermisch verzinken een reactie veroorzaken waardoor de zinklaag doorgroeit tot wel drie maal de gebruikelijke laagdikte. Dit wordt het Sandelin effect genoemd.

Plaatsen waar dit Sandelin effect is opgetreden zijn herkenbaar aan een donker, dof en ruw uiterlijk. Het Si gehalte dat gewenst is uit het oogpunt van het voorkómen van het Sandelin effect, is soms strijdig met het percentage dat gewenst is op grond van andere materiaaleigenschappen. Het Sandelin effect is een onvermijdbaar risico bij thermisch verzinken.

Si gehalte van staal en thermisch verzinken

Zodra staal het zinkbad ingaat, gaat het een verbinding aan met het zink. Wanneer het staal een Si gehalte heeft van 0,12 - 0,25%, vindt de reactie in het zinkbad in de eerste minuten plaats. Naarmate het product langer in het zinkbad verblijft, vertraagt dit proces. Wanneer het staal uit het zinkbad wordt gehaald, worden de legeringslagen afgedekt met een zuivere zinklaag.

Bij een hoog Si gehalte van 0,03 - 0,12% en boven 0,25%, fungeert Si echter als een katalysator waardoor de reactiesnelheid niet afneemt, maar juist doorgaat. Hierdoor ontstaat er een zeer dikke zinklaag en dus een grotere gewichtstoename. Deze dikte kan wel tot drie maal groter zijn dan deze op niet of weinig reactief staal met dezelfde wanddikte. Bovendien kan deze zinklaag bros zijn en relatief slecht hechten op het staal waardoor er sneller schade aan de zinklaag kan ontstaan.

Gemiddelde wanddikte

Hoe kleiner de wanddikte van het staal, hoe groter het te verzinken oppervlak per gewichteenheid staal, hoe groter de gewichtstoename. Tegelijkertijd kan men bij dikwandiger staal van dezelfde staalsamenstelling, een dikkere deklaag en dus een grotere gewichtstoename verwachten. De deklaagdiktespecificatie van de Europese Verzinknorm NEN-EN ISO 1461 houdt hier specifiek rekening mee.

Samenstelling van het zinkbad

Om de invloed van reactief staal op de deklaagdikte van het zink te verminderen werden zinklegeringen met bijvoorbeeld nikkel, aluminium, tin en/of bismut ontwikkeld. Gebruik van deze zinklegeringen beperkt de extra gewichtstoename van staaltypes die reactief zijn - in vergelijking tot het gebruik van niet-gelegeerd zink.

Oppervlaktetoestand van het staal

In de regel wordt de aanwezige roest en walshuid op het zwarte staal verwijderd door beitsen. Wanneer men in plaats van beitsen het staal reinigt door middel van stralen krijgt men een staaloppervlak met een groter specifiek oppervlak. Hierdoor krijgt men zinkdeklagen die tot 20 ųm dikker kunnen zijn dan zinklagen op hetzelfde staal dat enkel gebeitst is.