G90 مقابل G60 – التركيب، المعالجة الحرارية، الخصائص، والتطبيقات

مقدمة

G90 و G60 يتم الإشارة إليهما على نطاق واسع في البناء والأجهزة وسلاسل التوريد في صناعة السيارات - لكنهما ليسا درجات فولاذية معدنية مختلفة بالطريقة التي تكون بها A36 و S275 أو 1020. بدلاً من ذلك، فإن G90 و G60 هما تسميات للتغليف/الطلاء تعبر عن الحد الأدنى من كتلة طلاء الزنك المطبق على الفولاذ المدرفل والشرائط تحت المواصفات الشائعة (على سبيل المثال عائلة ASTM A653/A924). يواجه المهندسون ومديرو المشتريات ومخططو التصنيع عادةً معضلة الاختيار بين حماية التآكل وأداء دورة الحياة مقابل تكلفة المواد الإضافية واحتياجات المعالجة اللاحقة. تشمل سياقات القرار النموذجية الهياكل الخارجية المعرضة حيث تكون مقاومة التآكل على المدى الطويل مهمة مقابل الأجزاء الداخلية أو المطلية حيث قد تسود التكلفة وقابلية التشكيل؛ وتعتبر معادلة شائعة أخرى هي ما إذا كانت الطلاءات الأثقل تعقد عمليات التشكيل أو اللحام أو الطلاء.

الفرق الفني الرئيسي بين G90 و G60 هو كتلة الزنك المطبقة على سطح الفولاذ: G90 يحمل طبقة زنك أكثر سمكًا بشكل ملحوظ من G60. نظرًا لأن طلاء الزنك - وليس كيمياء الركيزة الكتلية - يميز هذه التسميات بشكل أساسي، يتم مقارنة الطلاءين عادةً عند اختيار مستويات حماية التآكل بينما تظل كيمياء الفولاذ الأساسي، القوة، واستجابة المعالجة الحرارية قابلة للاختيار وفقًا لمتطلبات الدرجة الأساسية للمشتري.

1. المعايير والتسميات

• المعايير الشائعة التي تتضمن تسميات G والتسميات المترية المعادلة:
• ASTM/ASME: ASTM A653 / A924 (الأوراق المطلية بالغمس الساخن والمطلية بالغالفلوم)
• EN: EN 10346 (الفولاذ المدرفل بالغمس الساخن المستمر)؛ كتلة الطلاء المترية تشير إلى Z (على سبيل المثال، Z275)
• المعايير الإقليمية مثل JIS تستخدم تسميات مشابهة لكتلة الطلاء
• GB (الصين): معايير GB/T للفولاذ المجلفن
• التصنيف:
• G90/G60 هي فئات طلاء تطبق على الفولاذ الكربوني والفولاذ منخفض السبيكة (وليس عائلات سبائك منفصلة).
• يمكن أن تكون الفولاذات الأساسية التي يتم تطبيق G90/G60 عليها فولاذ كربوني عادي، أو فولاذ تجاري مدرفل على البارد، أو فولاذ هيكلي، أو ركائز فولاذية عالية القوة منخفضة السبيكة (HSLA)، اعتمادًا على مواصفات المشتري (على سبيل المثال، درجات فولاذية تجارية مدرفلة على البارد، هيكلية، أو هيكلية عالية القوة).

2. التركيب الكيميائي واستراتيجية السبائك

جدول: العناصر الكيميائية وكيف ترتبط بمنتجات G90/G60

عنصر	الأهمية النموذجية للورق المجلفن	ملاحظات لـ G90 مقابل G60
C (الكربون)	يحدد القوة، قابلية التشكيل، وقابلية اللحام للركيزة	يتم تحديد C للركيزة وفقًا لدرجة الفولاذ؛ فئة الطلاء لا تحدد C. C أقل شائع لقابلية التشكيل.
Mn (المنغنيز)	يساهم في القوة وقابلية التصلب في الركيزة	مستوى Mn يتم اختياره حسب درجة الركيزة؛ فئة الجلفنة مستقلة.
Si (السيليكون)	يؤثر على تفاعل الزنك والحديد في الجلفنة ومظهر الطلاء	يمكن أن تؤدي إضافات Si الصغيرة أو Si المتبقي إلى تغيير الالتصاق والشكل للطلاء؛ قد تحدد المواصفات نطاقات معينة من Si للتحكم في جودة الطلاء.
P (الفوسفور)	يحدد القوة والهشاشة الباردة	عادة ما يكون محدودًا في الركائز المدرفلة على البارد؛ فئة الطلاء لا تغير حدود P.
S (الكبريت)	يؤثر على قابلية التشغيل وتكوين العيوب	يتم الحفاظ عليه منخفضًا؛ يؤثر على نظافة الطلاء.
Cr, Ni, Mo, V, Nb, Ti, B	عناصر الميكروسبائك في درجات HSLA أو المتقدمة	تؤثر هذه على قوة الركيزة والميكروهيكل؛ يتم اختيارها بشكل مستقل عن فئة الطلاء. بعض عناصر السبائك يمكن أن تؤثر على قابلية اللحام وتفاعل الجلفنة محليًا.
N (النيتروجين)	يتم التحكم فيه في بعض مواصفات الركيزة	إدارة النيتروجين هي تحكم في الركيزة، وليست معلمة طلاء.

نظرًا لأن G90 و G60 تحددان كتلة الزنك، فإن استراتيجية السبائك للفولاذ الأساسي تحددها متطلبات الهيكل أو قابلية التشكيل. حيثما تكون الطلاءات الثقيلة مطلوبة (G90)، قد يتم تشديد تحكم كيمياء الركيزة أيضًا لضمان الأداء بعد الطلاء (على سبيل المثال، تجنب عيوب الطلاء بسبب محتوى Si).

3. الميكروهيكل واستجابة المعالجة الحرارية

• الميكروهيكل: يتم تحديد الميكروهيكل الجوهري (الفريت-البرليت، المارتنسيت المعالج، الباينيت، أو الفريت المكرر في HSLA) بواسطة كيمياء الفولاذ والمعالجة الحرارية الميكانيكية للركيزة. عملية الجلفنة بالغمس الساخن نفسها تنتج طبقة بين معدنية ميتالورجية (مراحل Fe–Zn، غالبًا طبقات زيتا، دلتا، غاما، وإيتا) بين الطبقة الخارجية من الزنك وركيزة الفولاذ.
• طرق المعالجة القياسية:
• عادةً ما تطور الفولاذات المدرفلة على البارد، والمُعالجة، والمُخللة ميكروهيكل الفريت-البرليت أو الفريت المعاد بلورته بالكامل في الدرجات التجارية.
• يمكن معالجة الركائز من نوع HSLA أو ذات القوة العالية حراريًا وميكانيكيًا لتقليل حجم الحبيبات وإنتاج مصفوفات فريت-برليت أقوى أو تقوية ترسيب الميكروسبائك.
• أثر الجلفنة على المعالجة الحرارية:
• تعتبر الجلفنة بالغمس الساخن تعرضًا حراريًا منفصلًا (عادةً غمر قصير وتبريد بالهواء) ولا تغير بشكل كبير الخصائص الميكانيكية الكتلية للركائز ذات القوة المنخفضة والمتوسطة المستخدمة عادة. ومع ذلك، بالنسبة للدرجات المعالجة بالتحكم أو ذات القوة العالية جدًا، يمكن أن يؤثر التعرض للحرارة قليلاً على التوتر أو الإجهاد المتبقي - يجب التحقق من معلمات العملية واختيار الركيزة لأداء ما بعد الطلاء.
• يمكن أن تؤدي العمليات بعد الطلاء (مثل الانحناء) إلى تشقق طبقة الزنك إذا كان الطلاء هشًا في حالة بين معدنية معينة؛ يمكن أن يؤثر الاختيار بين G90 و G60 على توصيات التشكيل وقرارات المعالجة الحرارية بعد الطلاء.

4. الخصائص الميكانيكية

جدول: عرض مقارن نموذجي (ملاحظة: الخصائص الميكانيكية تحددها ركيزة الفولاذ، وليس الطلاء)

الخاصية	G90	G60	تعليق
قوة الشد	نفسها مثل الركيزة	نفسها مثل الركيزة	سمك طلاء الزنك له تأثير ضئيل على قوة الشد الكتلية.
قوة العائد	نفسها مثل الركيزة	نفسها مثل الركيزة	تتحكم بها معالجة الركيزة الحرارية وكيميائها.
التمدد	نفسها مثل الركيزة	نفسها مثل الركيزة	قد يؤثر الطلاء قليلاً على قابلية السطح للتمدد أثناء التشكيل.
صلابة التأثير	نفسها مثل الركيزة	نفسها مثل الركيزة	تتحكم صلابة الركيزة؛ طبقة الطلاء لا تغير بشكل كبير الصلابة الجوهريّة.
الصلابة (السطحية)	سطح أصعب/أكثر سمكًا من الزنك	سطح زنك أرق	الصلابة الكتلية غير متأثرة؛ الطلاءات الأكثر سمكًا قد تؤثر على قياس صلابة السطح وسلوك التآكل.

التفسير: نظرًا لأن G90 و G60 تشير إلى كتلة الزنك، فإن أي منهما لا يزيد بشكل جوهري من قوة العائد أو الشد للفولاذ. يمكن أن يؤثر الزنك الأكثر سمكًا في G90 بشكل طفيف على تشقق السطح الناتج عن التشكيل ومقاومة التآكل، لكن الخصائص الميكانيكية الأساسية تعكس درجة الفولاذ الأساسية وأي معالجة حرارية تطبق على تلك الركيزة.

5. قابلية اللحام

تتحكم قابلية اللحام بشكل أساسي في تركيب الركيزة، المعادل الكربوني، ووجود الطلاءات السطحية. يتم تقديم مؤشرين تجريبيين شائعين لقابلية اللحام للاستخدام التفسيري:

$$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$

و

$$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

• التفسير:
• يقدم طلاء الزنك (G60 أو G90) اعتبارًا إضافيًا: يجب إزالة الجلفنة من مناطق الوصلات أو تعديلها لتقنية اللحام لأن الزنك يتبخر أثناء اللحام بالانصهار، مما يولد أبخرة سامة، ويعزز المسامية، أو يسبب عيوب اللحام إذا لم يتم إدارتها بشكل صحيح.
• يتحكم الكربون في الركيزة والسبائك في قابلية التصلب وقابلية التشقق الهيدروجيني؛ تشير صيغ CE و Pcm إلى أن زيادة C و Mn و Cr و Mo و V وغيرها من السبائك تزيد من قابلية التصلب وخطر التشقق البارد.
• عمليًا: تكون قابلية اللحام لأجزاء G90 و G60 مشابهة إذا كانت كيمياء الركيزة متطابقة، لكن الطلاءات الأثقل (G90) تتطلب إزالة الطلاء المحلي بعناية أكبر، واستخراج الغاز، والتحكم في الأبخرة لضمان جودة اللحام والسلامة.

6. التآكل وحماية السطح

• طريقة الحماية الأساسية: كل من G60 و G90 هما طلاءات زنك مجلفنة بالغمس الساخن؛ يوفر الزنك حماية تضحية (حماية كاثودية) لحواف الفولاذ المعرضة والخدوش.
• مقارنة مقاومة التآكل:
• يوفر G90، مع كتلة الزنك الاسمية الأعلى، وقتًا أطول للتثقيب في التعرض الجوي مقارنةً بـ G60 تحت نفس الظروف البيئية.
• بالنسبة للأنظمة المطلية، يمكن أن تمدد الطلاءات الثقيلة من الزنك (G90) عمر الطلاء الأساسي/الطلاء أو تستخدم حيث تكون الحماية الحاجزية والتضحية مطلوبة.
• المؤشرات المترية/الأخرى:
• بالنسبة للفولاذ المقاوم للصدأ، ستكون مؤشرات مقاومة التآكل مثل PREN ذات صلة، على سبيل المثال: $$ \text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N} $$ هذا غير قابل للتطبيق على G60/G90 لأنها فولاذات كربونية/منخفضة السبيكة مطلية بالزنك بدلاً من تركيبات مقاومة للصدأ.
• ملاحظة حول بيئة الخدمة: يجب أن يستند الاختيار بين G60 و G90 إلى البيئة المتوقعة (ريفية، حضرية، صناعية، بحرية). تعمل الطلاءات الأثقل على تحسين عمر الخدمة في البيئات العدوانية لكنها لا تحل محل تدابير التحكم الأخرى في التآكل (تصميم للصرف، الطلاءات، الأنظمة الكاثودية).

7. التصنيع، قابلية التشغيل، وقابلية التشكيل

• التشكيل والانحناء:
• يمكن أن تكون الطلاءات الأكثر سمكًا من الزنك (G90) أكثر عرضة للتشقق أو التقشر أثناء عمليات التشكيل الشديدة، مما قد يعرض الفولاذ العاري؛ تساعد الأدوات المناسبة، وأشعة الانحناء، والتشحيم في التخفيف من ذلك.
• يوفر G60 تناسقًا أسهل في إنهاء ما بعد التشكيل للانحناءات الضيقة؛ قد يتطلب G90 معالجة ما بعد الطلاء أو طلاء لمسات على خطوط الانحناء.
• القطع والثقب:
• يمكن أن يتراكم الزنك الأكثر سمكًا على أدوات القطع بشكل أسرع وقد يتطلب صيانة أكثر تكرارًا للأدوات. قد تظهر الحواف المقطوعة مع الزنك الثقيل تراكمًا أكبر من الزنك.
• قابلية التشغيل:
• عادةً ما يقلل طلاء الزنك من التآكل لكن سيتبخر أثناء اللحام. تعتمد قابلية تشغيل المعدن الأساسي على سبائك الركيزة.
• الإنهاء:
• عادةً ما يتطلب الطلاء فوق الأسطح المجلفنة إعداد السطح (تمرير/طلاء أساسي) لضمان الالتصاق؛ يمكن أن تؤثر طبقات الزنك الأكثر سمكًا على لمعان الطلاء وخصائص الالتصاق الأولية.

8. التطبيقات النموذجية

جدول: الاستخدامات النموذجية حسب فئة الطلاء

G90 – الاستخدامات النموذجية	G60 – الاستخدامات النموذجية
واجهات المباني الخارجية، مكونات السقف المعرضة، الحواجز، أثاث الشوارع، هياكل HVAC طويلة العمر حيث تكون مقاومة التآكل الممتدة مطلوبة	أنظمة القنوات الداخلية، الأعضاء الهيكلية الداخلية، الألواح الداخلية للسيارات، المكونات الداخلية للأجهزة حيث تكون مقاومة التآكل المعتدلة كافية
الهياكل القريبة من البحر مع طلاء إضافي	الألواح المنتجة بكميات كبيرة الحساسة للتكلفة مع احتياجات تآكل خفيفة الوزن
الأجزاء التي تتطلب فترات صيانة أطول (الجسور، أعمدة الإشارات)	الأجزاء التي من المحتمل أن تكون مطلية أو تستخدم في مواقع محمية

مبررات الاختيار: اختر كتلة الطلاء بناءً على العمر المتوقع، فترات الصيانة، وفئة التعرض. بالنسبة للتعرض الثقيل، يقلل G90 من صيانة التآكل؛ بالنسبة للخدمة المطلية أو المحمية، غالبًا ما يوفر G60 حماية مقبولة بتكلفة أقل.

9. التكلفة والتوافر

• التكلفة النسبية: عادةً ما تكون منتجات G90 أعلى سعرًا من G60 بسبب استهلاك الزنك الأكبر ووقت المعالجة. يختلف السعر الإضافي مع سعر سوق الزنك وكفاءة عملية الطلاء.
• التوافر:
• كل من G60 و G90 هما تسميات تجارية شائعة ومتاحة على نطاق واسع في لفات، وأوراق، ومنتجات مصنوعة من قبل كبار موردي الفولاذ.
• قد يختلف التوافر حسب قوة الركيزة وسمكها؛ يساعد تحديد كل من درجة الركيزة وفئة الطلاء في مستندات الشراء على ضمان قدرة الموردين على تقديم عروض دقيقة (على سبيل المثال، "مدرفلة على البارد، الدرجة X، مجلفنة بالغمس الساخن G90 وفقًا لـ ASTM A653").
• اللوجستيات: يمكن أن تؤثر أوقات التسليم على إمدادات قدرة لفات المجلفن والطلب في السوق؛ قد تكون الطلاءات الأثقل مثل G90 لها أوقات تسليم أطول قليلاً في المنشآت المقيدة.

10. الملخص والتوصية

جدول يلخص المساومات الرئيسية

السمة	G90	G60
قابلية اللحام (عملية)	عالية (لكن تتطلب المزيد من إزالة الطلاء قبل اللحام/تحكم في الأبخرة)	عالية (تتطلب إزالة طلاء أقل)
القوة–الصلابة (تتحكم بها الركيزة)	نفسها مثل الركيزة	نفسها مثل الركيزة
التكلفة	أعلى (مزيد من الزنك)	أقل (أقل من الزنك)

الخلاصة والتوصيات: - اختر G90 إذا: - كانت القطعة ستتعرض لبيئات عدوانية (ساحلية، صناعية، تعرض للكلور) أو عندما تكون فترة حياة خالية من الصيانة أطول مطلوبة. - كانت التطبيقية تعطي الأولوية لحماية التآكل التضحية وفترات الخدمة الممتدة على تكلفة المواد الإضافية. - اختر G60 إذا: - كانت المكونة ستستخدم في تطبيقات محمية، داخلية، أو مطلية حيث تكون حماية التآكل المعتدلة كافية وتكون التكلفة أو قابلية التشكيل أولوية. - كانت عمليات التشكيل اللاحقة، والانحناء الضيق، أو اللحام دون إزالة طلاء واسعة النطاق قيدًا حرجًا في التصنيع.

ملاحظة نهائية: نظرًا لأن G90 و G60 هما فئات طلاء، يجب دائمًا تحديد كل من درجة الفولاذ المطلوبة (الكيمياء، القوة، المعالجة الحرارية) وفئة الطلاء في مستندات الشراء. تأكد مما إذا كانت كتلة الطلاء تُفسر حسب الجانب أو إجمالي مساحة السطح للمعيار المرجعي (ASTM مقابل التسمية المترية EN) لتجنب أخطاء الطلب ولتوافق الأداء المتوقع للتآكل مع عمر التصميم للمشتري.