غالفلوم مقابل مجلفن - التركيب، المعالجة الحرارية، الخصائص، والتطبيقات

مقدمة

الفولاذ المجلفن والفولاذ المغلف بـ Galvalume هما من أكثر منتجات الفولاذ الكربوني المغلف شيوعًا المستخدمة في البناء وتصنيع الأجهزة والتصنيع العام. يقوم المهندسون ومديرو المشتريات ومخططو التصنيع بوزن حماية التآكل والتكلفة وقابلية التشكيل وأداء الانضمام عند الاختيار بينهما. تشمل سياقات القرار النموذجية: اختيار لوحة سقف لمبنى ساحلي (مقاومة التآكل مقابل حماية الحواف)، تحديد صفائح هيكلية لخطوط التصنيع (قابلية اللحام وقابلية الطلاء)، واختيار مادة للتكسية طويلة العمر (التكلفة الأولية مقابل صيانة مدى الحياة).

التمييز الرئيسي بين الاثنين يكمن في نظام الطلاء المطبق على الفولاذ الكربوني الأساسي. يستخدم أحدهما طلاءًا يحتوي على الزنك فقط يوفر حماية تضحوية (غلفانية)، بينما يستخدم الآخر طلاءًا من سبيكة الألمنيوم والزنك يركز على حماية الحواجز مدعومة بفعل غلفاني. نظرًا لأن كلا المنتجين هما نسخ مغلفة من ركائز فولاذ كربوني مشابهة، فإن المقارنات تركز على كيمياء الطلاء وأدائه بدلاً من تغيير في علم المعادن الفولاذية للركيزة.

1. المعايير والتسميات

تشمل المعايير الدولية التمثيلية وعائلات المواصفات التي تحكم منتجات الفولاذ المسطح المغلف ما يلي:

• ASTM/ASME
• ASTM A653 — طلاءات مجلفنة ومغلفة بالألمنيوم (Z) وطلاءات مجلفنة على صفائح مدلفنة على البارد (Z، AZ، GA).
• ASTM A792 — صفائح فولاذية، مغلفة بسبيكة الألمنيوم والزنك بنسبة 55% (يتم الإشارة إليها عادةً لـ Galvalume/AZ55).
• EN (الأوروبية)
• EN 10346 — منتجات فولاذية مسطحة مغلفة بالغمر الساخن بشكل مستمر (تشمل طلاءات Zn وAl–Zn وتصنيفاتها).
• JIS (اليابانية)
• JIS G3302 — صفائح وشريط فولاذي مجلفن بالغمر الساخن (طلاءات الزنك).
• JIS G3321 — فولاذ مغلف بسبيكة الألمنيوم والزنك (طلاءات Al–Zn).
• GB / المعايير الوطنية الصينية
• مواصفات سلسلة GB/T للفولاذ المغلف بالغمر الساخن (تشمل كل من المنتجات المغلفة بـ Zn وAl–Zn).

التصنيف: كلا من منتجات Galvalume والمجلفنة هي فولاذ كربوني مغلف (ليس فولاذ مقاوم للصدأ أو أدوات أو HSLA بمعنى تسمية السبيكة). الركائز الأساسية هي عمومًا فولاذ مدلفن على البارد أو مدلفن على الساخن منخفض الكربون؛ يمكن إنتاج منتجات مغلفة ذات قوة أعلى باستخدام ركائز HSLA أو سبيكة دقيقة ولكنها تظل منتجات فولاذ كربوني مغلفة.

2. التركيب الكيميائي واستراتيجية السبيكة

يتم تحديد الفولاذ المغلف من خلال كيمياء الركيزة وتركيب الطلاء. كيمياء الطلاء هي الفرق المحدد:

• المجلفن: الطلاء هو أساسًا زنك معدني (Zn) أو زنك مع إضافات/تغيرات صغيرة (على سبيل المثال، المجلفن بالغمر الساخن هو سبيكة Zn–Fe على السطح).
• Galvalume (AZ55 النموذجي): nominally 55% Al / 43.4% Zn / 1.6% Si من الوزن في سبيكة الطلاء (عائلة "AZ"; سبيكة غنية بالألمنيوم تشكل حاجز Al2O3 مستقر).

جدول — نطاقات كيمياء الركيزة النموذجية (wt%) للفولاذ الكربوني المغلف التجاري (ملاحظة: التركيب الدقيق يعتمد على الدرجة وممارسات المصنع):

عنصر	النطاق النموذجي (wt%)	تعليق
C	0.02 – 0.12	كربون منخفض للحفاظ على قابلية التشكيل وقابلية اللحام
Mn	0.10 – 1.50	تحكم في القوة وقابلية التصلب
Si	≤ 0.30 (غالبًا <0.10)	إزالة الأكسدة؛ يمكن أن يؤثر Si العالي على التصاق الطلاء
P	≤ 0.04	شوائب؛ تُبقى منخفضة من أجل اللدونة والتشكيل
S	≤ 0.05	مراقبة من أجل قابلية التشغيل؛ تؤثر الكبريتيدات على جودة السطح
Cr	trace – 0.30	سبائك طفيفة في بعض الدرجات
Ni, Mo, V, Nb, Ti, B, N	trace – إضافات صغيرة	تستخدم في الفولاذ HSLA أو السبيكة الدقيقة؛ غالبًا لا توجد في الركائز التجارية القياسية

كيف تؤثر استراتيجية السبيكة على الأداء: - الكربون والمنغنيز يحددان بشكل أساسي القوة الأساسية وقابلية التصلب؛ زيادة C وMn تزيد القوة ولكن تقلل من قابلية اللحام وقابلية التشكيل. - السيليكون والفوسفور يؤثران على كيمياء السطح والتصاق الطلاء؛ يمكن أن ينتج عن Si العالي جدًا فولاذ "مقتول بالسيليكون" يغير من ترطيب الطلاء. - السبيكة الدقيقة (Nb، V، Ti) تزيد القوة من خلال الترسيب والتحكم في حجم الحبيبات ولكن يمكن أن تعقد التشكيل واللحام إذا استخدمت دون ضوابط عملية.

3. الميكروهيكل واستجابة المعالجة الحرارية

الميكروهيكل: - تستخدم المنتجات المغلفة النموذجية ركائز من الفريت-بيرلايت منخفض الكربون أو الفريت-باينيت حسب مستوى القوة والمعالجة. الركائز المدلفنة على البارد المخصصة لقابلية التشكيل الجيدة تكون عادةً فريتية بالكامل مع فريت متعدد الأضلاع وبيرلايت ناعم جدًا، أو فريتية بالكامل في بعض الدرجات منخفضة القوة. - بالنسبة للمنتجات المغلفة ذات القوة الأعلى، يمكن أن تؤدي السبيكة الدقيقة والدرفلة المتحكم بها إلى إنتاج فريت مصقول مع كربيدات/نيتريدات موزعة (خصائص HSLA).

آثار المعالجة الحرارية والمعالجة: - يتم تطبيق الطلاء عادةً عن طريق الطلاء بالغمر الساخن المستمر (لكل من Zn وAl–Zn) حيث يمر الشريط عبر حمام منصهر ثم يتم تبريده بالهواء أو بالقوة. تتحكم كيمياء الحمام والتبريد في نمو الطبقات البينية المعدنية. - تعيين المعالجة والتسخين قبل الطلاء يحدد الميكروهيكل والخصائص الميكانيكية للركيزة؛ يمكن أن ينتج عن التعرض الحراري بعد الطلاء (على سبيل المثال، المجلفن) طبقات انتشار موضعية (معادن Zn–Fe البينية). - التهدئة غير شائعة للصفائح المغلفة رقيقة القياس؛ التبريد والتسخين أو المعالجات الحرارية الثقيلة تكون نموذجية فقط عندما تتطلب درجة الركيزة قوة أعلى، وفي هذه الحالة يجب إدارة اعتبارات الطلاء (الاستقرار الحراري للطلاء، الانتشار). - بالنسبة لـ Galvalume، يشكل محتوى الألمنيوم طبقة بينية من الألمنيوم-الحديد/مختلطة عند واجهة الفولاذ/الطلاء؛ بالنسبة للطلاءات المجلفنة، تتشكل طبقات معدنية Zn–Fe البينية (على سبيل المثال، مراحل غاما ودلتا) وتؤثر على الالتصاق والهشاشة.

4. الخصائص الميكانيكية

نظرًا لأن منتجات Galvalume والمجلفنة تشترك في ركائز مشابهة، فإن الخصائص الميكانيكية تحددها بشكل أساسي الفولاذ الأساسي والمعالجة. تساهم الطلاءات بشكل ضئيل في الشد/العائد الكلي ولكن تؤثر على بدء الكسر المتعلق بالسطح (على سبيل المثال، تشققات الطلاء أثناء التشكيل).

جدول — نطاقات الخصائص الميكانيكية النموذجية للفولاذ الكربوني المدلفن على البارد المغلف تجاريًا (دليل؛ يعتمد على درجة الركيزة والتهذيب):

الخاصية	النطاق النموذجي	ملاحظات
قوة الشد (Rm)	270 – 450 ميغاباسكال	قيم أعلى ممكنة لركائز HSLA
قوة العائد (Rp0.2 أو ReH)	140 – 350 ميغاباسكال	تعتمد على الدرجة (تجارية مقابل عالية القوة)
التمدد (A%)	15 – 40%	نوع الطلاء له تأثير مباشر ضئيل
صلابة التأثير	متوسطة إلى جيدة (تعتمد على درجة الحرارة)	تحددها الميكروهيكل للركيزة
الصلابة	منخفضة إلى متوسطة (HV بالنسبة للركيزة)	تختلف صلابة الطلاء؛ يمكن أن يكون طلاء Galvalume أكثر صلابة من الزنك النقي

التفسير: - لا يغير أي من الطلاءات بشكل كبير القوة الأساسية؛ اختر درجة الركيزة لتلبية المتطلبات الهيكلية. - يؤثر اختيار الطلاء على صلابة السطح وقابلية الكسر أثناء الانحناء — عادةً ما تكون طلاءات Galvalume أكثر صلابة وقد تظهر تشققات أكثر وضوحًا عند الانحناءات الحادة مقارنةً بطلاءات الزنك اللدنة.

5. قابلية اللحام

تعتبر اعتبارات قابلية اللحام مهيمنة من قبل كيمياء الركيزة وسلوك الطلاء تحت الحرارة:

• إزالة الطلاء في منطقة اللحام: كلا الطلاءين يحترقان أو يتم إزاحتهما في منطقة الانصهار ويمكن أن ينتجا أبخرة؛ يتطلب الأمر تنظيفًا مسبقًا واستخراج الأبخرة المناسبة.
• تحدد مستوى الكربون في الركيزة والسبائك قابلية التصلب وقابلية التصدع البارد. استخدم مقاييس معادلة الكربون المقبولة لتقييم متطلبات التسخين المسبق/مدخل الحرارة.

مؤشرات قابلية اللحام المفيدة (أمثلة): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$

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

التفسير النوعي: - الركائز منخفضة الكربون ومنخفضة السبيكة المستخدمة في الصفائح المغلفة عادةً ما تعطي قيم منخفضة لـ $CE_{IIW}$ و$P_{cm}$، مما يشير إلى قابلية لحام جيدة بشكل عام مع العمليات القياسية (GMAW، SMAW، اللحام بالمقاومة). - يمكن أن ينتج عن طلاء Galvalume من سبيكة Al–Zn أكاسيد الألمنيوم المقاومة وزيادة في الرذاذ/الأبخرة؛ تختلف معلمات اللحام والتنظيف قليلاً عن المنتجات المجلفنة (Zn). - توفر الطلاءات المجلفنة حماية تآكل تضحوية أكبر عند الحواف المقطوعة ولكن يمكن أن تزيد من خطر المسامية إذا تبخر الزنك أثناء العمليات ذات الحرارة العالية؛ يتطلب الأمر إجراءات لحام مناسبة وتهوية.

6. التآكل وحماية السطح

آليات الحماية: - المجلفن (طلاء الزنك): الحماية الأساسية هي غلفانية (تضحوية) — يتآكل الزنك بشكل تفضيلي ويوفر حماية كاثودية للفولاذ المكشوف عند الخدوش والحواف المقطوعة. مع مرور الوقت، تلتصق منتجات تآكل الزنك وتوفر بعض الحواجز. - Galvalume (طلاء سبيكة Al–Zn): الحماية الأساسية هي حاجز أكسيد الألمنيوم الكثيف المتكون على السطح، والذي يقاوم التآكل؛ يوفر مكون الزنك حماية غلفانية ثانوية حيث يتم اختراق الطلاء.

عندما تكون الخصائص المقاومة للصدأ ذات صلة، يتم استخدام PREN لتقدير مقاومة التآكل: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ ملاحظة: PREN غير قابل للتطبيق على الفولاذ الكربوني المغلف غير المقاوم للصدأ؛ تم تضمينه كمؤشر مرجعي مقاوم للصدأ.

الآثار العملية: - التعرض الجوي: عادةً ما يظهر Galvalume مقاومة عامة للتآكل الجوي وطول العمر أفضل لتكسية الأسطح والجدران في العديد من البيئات. - الضرر الحدي والميكانيكي: غالبًا ما توفر الطلاءات المجلفنة حماية تضحوية أفضل عند الحواف المقطوعة والخدوش العميقة لأن الزنك أكثر أنودية. - البيئات البحرية والملوثة بشدة: لا يعادل أي من الطلاءات الفولاذ المقاوم للصدأ؛ غالبًا ما يتفوق Galvalume على الزنك في بعض الأجواء البحرية ولكن يجب مراعاة التأثيرات الغلفانية الموضعية والضرر الميكانيكي. يجب أن يستند اختيار المواد إلى اختبارات تآكل محددة أو تاريخ الخدمة.

7. التصنيع، قابلية التشغيل، وقابلية التشكيل

• القطع والقص: كلاهما يؤديان بشكل مشابه؛ يمكن أن ينتج عن الطلاء الأكثر صلابة لـ Galvalume زيادة طفيفة في تآكل الأدوات وتشكيل نتوءات مختلفة.
• التشكيل والانحناء: عادةً ما تكون الطلاءات المجلفنة (الزنك النقي) أكثر لدونة وتقاوم التشقق المرئي عند الانحناءات الحادة بشكل أفضل من الطلاءات Al–Zn. قد يتطلب الانحناء ذو نصف القطر الضيق تشحيمًا وتصميم قالب دقيق لـ Galvalume لتجنب كسر الطلاء.
• اللكم والطباعة: قد ينتج عن Galvalume تقشير أكثر وضوحًا للطلاء إذا لم يتم تحسين الأدوات؛ يمكن أن يوفر المجلفن (سبيكة الزنك والحديد) التصاق طلاء أفضل للتشطيب اللاحق.
• الطلاء والتشطيب: يعتمد التصاق الطلاء على المعالجة السطحية المسبقة. غالبًا ما توفر الأسطح المجلفنة والمعالجة مسبقًا التصاق طلاء أفضل؛ عادةً ما يتم طلاء Galvalume بشكل جيد إذا تم معالجته مسبقًا بشكل صحيح وقد يتطلب كيمياء معالجة مسبقة مختلفة.

8. التطبيقات النموذجية

Galvalume (مغلف بـ Al–Zn)	المجلفن (مغلف بـ Zn)
ألواح السقف والواجهة حيث تكون الحياة الطويلة وحماية الحواجز ذات قيمة	أعضاء هيكلية، إطارات، مسامير، مزاريب حيث تكون حماية الحواف التضحوية مهمة
خدمة عالية الحرارة (خصائص عاكسة للحرارة لطبقة الألمنيوم)	أسوار، دعامات، أعمدة، وأقسام مدلفنة على البارد
أغطية الأجهزة وقنوات HVAC حيث تكون مقاومة التآكل والمظهر مهمين	الألواح الداخلية للسيارات، مكونات الهيكل (غالبًا ما تكون مجلفنة لتحسين قابلية الطلاء)
المباني الصناعية، المستودعات، والهياكل الزراعية	الصفائح المعدنية العامة، الأنابيب، والأنابيب التي تكون اقتصادية ومتاحة على نطاق واسع

مبررات الاختيار: - اختر Galvalume حيث تكون مقاومة التآكل الجوي على المدى الطويل والانعكاسية الحرارية مهمة وحيث يمكن تفصيل الحواف لتجنب التعرض السريع للعناصر المسببة للتآكل. - اختر المجلفن حيث تكون التكلفة وحماية الحواف التضحوية عند الحواف المقطوعة أو المسامير أو المناطق المعرضة للضرر الميكانيكي هي الاعتبارات السائدة.

9. التكلفة والتوافر

• التكلفة النسبية: المنتجات المجلفنة (Z) عمومًا أقل تكلفة لكل وحدة مساحة من Galvalume (AZ55) بسبب تكلفة الألمنيوم في الطلاء. تتقلب الأسعار الفعلية مع أسواق الزنك والألمنيوم.
• التوافر: كلا الطلاءين متاحان على نطاق واسع في لفات، صفائح، ألواح، ومنتجات مطلية مسبقًا في جميع أنحاء العالم. تاريخيًا، كانت المجلفنة هي الأكثر شيوعًا وقد تكون متاحة بشكل أكبر في بعض الأشكال التجارية؛ Galvalume متاح عادةً لأسواق الأسطح والتكسية.
• أشكال المنتجات: لفات، صفائح، ألواح مطلية مسبقًا، لفات سقف، وبروفيلات مشكّلة. عادةً ما تكون أوقات التسليم قصيرة للقياسات والعرض القياسي، وأطول للسبائك الخاصة أو التشطيبات المطلية مسبقًا.

10. الملخص والتوصية

جدول — ملخص مقارن (نوعي)

المقياس	Galvalume (Al–Zn)	المجلفن (Zn)
قابلية اللحام	جيدة (تتطلب الانتباه إلى الأبخرة المتعلقة بالألمنيوم)	جيدة (إدارة بخار/أبخرة الزنك مطلوبة)
القوة–الصلابة (تتحكم فيها الركيزة)	مماثلة (اختيار الركيزة يحكم)	مماثلة (اختيار الركيزة يحكم)
مقاومة التآكل (الجوي العام)	أعلى (حاجز + غلفاني)	جيدة (حماية تضحوية قوية)
حماية الحواف/المقصات	متوسطة (أقل تضحوية عند الحواف)	أفضل (حماية تضحوية عند الحواف المكشوفة)
قابلية التشكيل / الانحناء	متوسطة (الطلاء أكثر صلابة؛ انتبه لنصف القطر الضيق)	أفضل (الطلاء أكثر لدونة)
التكلفة	أعلى (الألمنيوم في الطلاء)	أقل (اقتصادية عمومًا)

اختر Galvalume إذا: - كانت مقاومة التآكل الجوي على المدى الطويل والجمالية للأسطح أو الواجهات أو أغطية الأجهزة هي الأولوية. - كانت الانعكاسية الحرارية أو حماية الحواجز المتفوقة مطلوبة وكان التفصيل يقلل من التعرض المطول للحواف المقطوعة. - كنت تقبل تكلفة مواد أعلى بشكل معتدل من أجل عمر خدمة ممتد.

اختر المجلفن إذا: - كانت حساسية التكلفة، والحماية التضحوية عند الحواف المقطوعة، أو التعامل الميكانيكي الثقيل هي المعايير السائدة للاختيار. - تشمل التطبيقات الإطارات الهيكلية، والمسامير، أو الصفائح العامة حيث تكون قابلية التشكيل وحماية الحواف مهمة. - كانت شيوع سلسلة التوريد وتكلفة رأس المال المنخفضة من المحركات المهمة.

ملاحظة نهائية: نظرًا لأن الأداء الميكانيكي يهيمن عليه الركيزة، يجب دائمًا تحديد درجة الفولاذ الأساسية الصحيحة والتهذيب لتلبية المتطلبات الهيكلية، وتحديد وزن/سمك الطلاء والمعالجات بعد الطلاء (الطلاء، التمرير، المجلفنة) لتلبية احتياجات التآكل والتصنيع. عند الشك، اطلب اختبارات تآكل مقارنة لفئة التعرض المقصودة وتأكيد توافق اللحام/العملية مع مصنعك.