Mechanisches Entzundern von Walzhaut verstehen

Walzhaut ist die dunkle, blaugraue Oxidschicht, die sich beim Warmwalzen auf Stahl bildet. Sie besteht aus Wüstit (FeO), Magnetit (Fe₃O₄) und Hämatit (Fe₂O₃). Sie ist gegenüber Stahl kathodisch, sodass Fehlstellen in ihr die Korrosion auf den darunter freiliegenden Stahl konzentrieren, und Beschichtungen, die darauf aufgebracht werden, haften am Zunder statt am Stahl. Jeder Oberflächenvorbereitungsgrad auf blankes Metall verlangt ihre Entfernung.

Dieser Artikel erklärt, wie mechanisches Entzundern funktioniert, warum manche Werkzeuge Walzhaut entfernen und andere nur so wirken, und wie Sie ein mechanisches Verfahren auswählen und überprüfen. Das praktische Vorgehen bei Reparaturen finden Sie unter So entfernen Sie Walzhaut von kleinen Stahlflächen.

Mechanisches Entzundern im Walzwerk und im Feld

Der Begriff wird an zwei Stellen verwendet. In der Stahlherstellung wird der Zunder zwischen den Prozessschritten entfernt, damit er nicht in die Oberfläche eingewalzt wird: durch Hochdruck-Wasserentzunderung beim Warmwalzen und durch mechanische Verfahren wie das Wechselbiegen von Walzdraht vor dem Ziehen, das den spröden Zunder vom duktilen Draht abplatzen lässt. Band und Blech werden vor der Weiterverarbeitung oft kugelgestrahlt oder gebeizt.

Bei Beschichtungsarbeiten geht es um den Zunder, der sich noch auf dem Stahl befindet, wenn er beim Stahlbauer oder auf der Baustelle ankommt. Dort entscheidet die Wahl des mechanischen Verfahrens darüber, ob die Beschichtung hält.

Drei Mechanismen, drei unterschiedliche Ergebnisse

1. Abrasion: Abtrag von Zunder und Stahl

Schleifscheiben, Fächerscheiben und Fiberscheiben tragen mit gebundenen oder aufgestreuten Schleifkörnern Material ab. Sie entfernen Walzhaut, indem sie die darunterliegende Stahloberfläche abtragen. Das Ergebnis ist blankes Metall mit einem flachen, gerichteten Kratzmuster. In Versuchen von ASC Shipbuilding erzeugten ein Schleifer mit Körnung 36 und eine Fächerscheibe mit Körnung 40 jeweils ein Profil von 30–40 µm. Auf großen Flächen ist Abrasion schwer zu kontrollieren: Sie trägt gesunden Stahl ab, hinterlässt Mulden und kann die gerade freigelegte Oberfläche glätten.

2. Schlag: Brechen des Zunders

Schlagende Werkzeuge treffen wiederholt auf die Oberfläche. SSPC-SP 11 fasst sie als Schlagmedien zusammen und nennt „rotierende Schlaglamellen, Fräserbündel, Nadelentroster, Drahtborsten-Schlagwerkzeuge und Schlegelaggregate“. Walzhaut ist härter und spröder als der Stahl darunter, sodass ein scharfer Schlag den Zunder aufbricht und herausschleudert, während sich der Stahl zu einem kleinen Krater verformt. Diese sich überlappenden Krater bilden das Rauheitsprofil.

Bristle Blasting ist das deutlichste Beispiel. Ein rotierendes Band aus gehärteten Drahtborsten wird von einer Beschleunigerleiste zurückgehalten und dann freigegeben, sodass die Spitzen auf die Oberfläche schlagen, statt darüber zu schleifen. Forschungsarbeiten von Prof. Robert Stango an der Marquette University, veröffentlicht über NACE, beschreiben das Ergebnis als dem Strahlen mit kantigem Strahlmittel ähnlich – sowohl in der Reinheit als auch in der Rauheit. Siehe Grundlagen des Bristle Blasting.

3. Reiben: Loses entfernen, Festes polieren

Maschinelle Drahtbürsten führen ihre Borsten über die Oberfläche. Sie sind schnell bei losem Rost und abblätterndem Lack und entfernen losen Walzzunder. Fest haftender Zunder bleibt und wird oft blank poliert. SSPC-SP 11 warnt, dass „maschinelle Drahtbürsten oder Schleifscheiben allein möglicherweise nicht das geforderte Oberflächenprofil erzeugen und ein vorhandenes Profil in unzulässigem Maße entfernen oder verschlechtern können“. Deshalb führt Drahtbürsten typischerweise zu SSPC-SP 3 / St 3, und deshalb heißt es in SP 3, es sei „nicht beabsichtigt, dass fest haftender Walzzunder, Rost und Lack mit diesem Verfahren entfernt werden“.

Die Mechanismen im Vergleich bei Walzhaut

Der Profilbereich für Bristle Blasting fasst die veröffentlichten Quellen zusammen: 50–80 µm gemessen von Dankiw und Fosdike, 50–85 µm im Bristle-Blast-Cleaning-Code von Jotun und 65–85 µm Rz (2,6–3,3 mil) auf Standardstahl nach API 5L in den dokumentierten Tests von MontiPower. Die Ergebnisse variieren bei jedem Auftrag je nach Stahlsorte, Rostgrad, Band und Technik.

Die Normen, die „entzundert“ definieren

Ob das mechanische Entzundern funktioniert hat, entscheidet der Grad in der Spezifikation:

• SSPC-SP 2 / SP 3 (St 2 / St 3): loser Walzzunder entfernt; fest haftender Zunder darf verbleiben. Was als fest haftend gilt, entscheidet der SSPC-Test mit stumpfem Spachtel.
• SSPC-SP 15: Walzhaut entfernt, Verfärbungen auf bis zu 33 % jeder Flächeneinheit zulässig, Mindestprofil 25 µm (1 mil).
• SSPC-SP 11: frei von sichtbarer Walzhaut, Rost und Beschichtung außer am Grund von Narben, Mindestprofil 25 µm (1 mil).
• Strahlgrade (SP 10 / Sa 2½, SP 5 / Sa 3): für das Strahlen mit Strahlmittel verfasst. Ein mechanisches Ergebnis wird als mit diesen Graden vergleichbar beschrieben und vom Prüfer anhand der Spezifikation abgenommen. Der Jotun-Code für Bristle Blast Cleaning ordnet seine Grade muA bis muD den Graden Sa 3 bis Sa 1 zu.

Den vollständigen Überblick über die Normen finden Sie unter Normen für die mechanische Vorbereitung und SSPC-SP 11 erklärt.

Nebenwirkungen, die Sie kennen sollten

• Eigenspannungen. Schlagende Verfahren verfestigen die Oberfläche kalt. Stangos NACE-Forschung zum Bristle Blasting (Compressive Residual Stress Generated by Bristle Blasting Process with Implication upon SCC, 2014) wies Druckeigenspannungen in der oberflächennahen Schicht nach – ein Zustand, der mit einer Verzögerung der Spannungsrisskorrosion in Verbindung gebracht wird. Siehe Eigenspannungen und Bristle Blasting.
• Eingebettete Verunreinigungen. Borsten oder Strahlmittel aus Kohlenstoffstahl können auf Edelstahl Eisenverunreinigungen hinterlassen. Verwenden Sie Edelstahlbänder mit einer Edelstahl-Beschleunigerleiste und setzen Sie die Werkzeuge ausschließlich für Edelstahl ein. Siehe Vorbereitung von Edelstahl.
• Narben und Schichtrost. Kein Maschinenwerkzeug erreicht den Grund tiefer Narben so gut wie Strahlmittel; SP 11 und SP 15 lassen dort beide Rückstände zu. Starker, geschichteter Rost auf Zunder lässt sich vor dem Profilieren schneller mit einer Scheibe für starken Abtrag wie Tercoo® entfernen.
• Wärme. Schlagende Verfahren sind Kaltumformprozesse und vermeiden den Verzug des Flammentzunderns, doch langes Verweilen an einer Stelle erzeugt bei jedem rotierenden Werkzeug örtliche Wärme.

Mechanisches Entzundern überprüfen

1. Visuell: außerhalb des Narbengrunds kein blaugrauer Zunder mehr; Vergleich mit den Referenzfotos nach ISO 8501-1, sofern die Spezifikation sie verwendet.
2. Profil: Replica-Tape oder Tiefenmikrometer nach ASTM D4417. Ein Messwert unter dem Mindestwert der Spezifikation auf verzundertem Stahl bedeutet meist, dass der Zunder poliert und nicht entfernt wurde. Siehe den Praxisleitfaden zur Messung des Rauheitsprofils.
3. Haftfestigkeit, wo gefordert: Abreißversuch an einer Probefläche. In den Versuchen von Dankiw und Fosdike lagen alle Werte über dem Minimum von 5 MPa, wobei Bristle Blasting eine geringere Streuung (etwa 2–3 MPa) zeigte als Schleifscheiben (etwa 5 MPa).

Weiterführende Lektüre: Leitfaden zur umweltfreundlichen Entfernung von Walzhaut und Walzzunderentfernung mit dem Bristle Blaster®.

Häufig gestellte Fragen

Was ist mechanisches Entzundern?

Die Entfernung von Walzhaut oder anderem Oxidzunder mit physischen Mitteln (Abrasion, Schlag oder Bürsten) statt durch Beizen mit Säure oder durch Hitze.

Welches mechanische Verfahren entfernt Walzhaut am besten?

Schlagende Verfahren. Da Walzhaut spröde und der Stahl darunter duktil ist, bricht der Schlag den Zunder auf und hinterlässt ein Kraterprofil im Stahl. Bristle Blasting, rotierende Schlaglamellen und Nadelentroster werden in SSPC-SP 11 als Schlagmedien genannt.

Ist mechanisches Entzundern besser als Beizen?

Für Beschichtungsarbeiten im Feld meist ja. Beizen erfordert ein kontrolliertes Säurebad, erzeugt Altsäure, hinterlässt kein Rauheitsprofil und birgt bei hochfestem Stahl das Risiko der Wasserstoffversprödung. In Stahlwerken und Werkstätten ist Beizen weiterhin verbreitet.

Zählt Drahtbürsten als mechanisches Entzundern?

Bei losem Zunder ja. Fest haftende Walzhaut bleibt in der Regel bestehen – deshalb erreicht Drahtbürsten typischerweise SSPC-SP 3 / St 3 und keinen Grad für blankes Metall.