Z100 مقابل Z180 – التركيب، المعالجة الحرارية، الخصائص، والتطبيقات
شارك
Table Of Content
Table Of Content
مقدمة
تعتبر Z100 و Z180 تسميات شائعة في سلسلة توريد الفولاذ المدرفل على البارد والمدرفل على الساخن عندما يتم تسليم المواد مع طلاء زنك بالغمر الساخن. إن معضلة الاختيار بينهما هي معضلة مألوفة للمهندسين ومديري المشتريات ومخططي التصنيع: هل تعطي الأولوية لتكلفة المواد المنخفضة وسهولة التشكيل، أم لحماية التآكل التضحيوية الأعلى وعمر الخدمة الأطول؟ عادةً ما توازن القرارات بين التعرض للتآكل ومتطلبات التشكيل/اللحام وطول عمر الطلاء مقابل تكلفة الوحدة والتوافر.
في جوهرها، تختلف التسميتان في كمية الزنك المطبق على سطح الفولاذ: واحدة تحتوي على طلاء زنك أخف بينما تحمل الأخرى كتلة زنك أثقل لكل وحدة مساحة. نظرًا لأن هذه التسميات تصف كتلة الطلاء السطحي بدلاً من سبائك القاعدة المختلفة، غالبًا ما يتم مقارنتها عندما يتم تقديم نفس كيمياء الفولاذ الأساسي والدرجة الميكانيكية مع أوزان طلاء زنك مختلفة.
1. المعايير والتسميات
تشمل المعايير والمواصفات الدولية الشائعة التي تغطي الفولاذ المطلي بالزنك بالغمر الساخن وطريقة تسمية الطلاءات ما يلي: - ASTM A653 / A653M و ASTM A792 (طلاءات الزنك وسبائك الزنك على صفائح الفولاذ، عادةً باستخدام تسميات G). - EN 10346 (المنتجات المسطحة المطلية بالزنك بالغمر الساخن المستمر) والمستندات ذات الصلة EN/ISO (بعضها يستخدم بادئات Z للإشارة إلى كتلة الطلاء). - معايير JIS لطلاءات الزنك (تستخدم عادةً تسميات على نمط Z في الممارسة اليابانية). - المعايير الوطنية مثل مواصفات GB/T الصينية للتغليف بالغمر الساخن والفولاذ المجلفن.
ملاحظة مهمة: Z100 و Z180 ليست درجات سبائك الفولاذ (كربون، HSLA، أدوات، أو فولاذ مقاوم للصدأ)؛ بل تشير إلى كتلة طلاء الزنك على الركيزة. الركيزة نفسها عادةً ما تكون فولاذًا كربونيًا أو منخفض السبيكة مدرفلاً على البارد أو الساخن (ليس فولاذ مقاوم للصدأ). يجب قراءة مواصفات الفولاذ الأساسي (على سبيل المثال، جودة تجارية مدرفلة على البارد، درجات السحب، أو درجات الهيكل) مع تسمية الطلاء.
2. التركيب الكيميائي واستراتيجية السبائك
| عنصر | Z100 | Z180 |
|---|---|---|
| C | غير قابل للتطبيق على الطلاء؛ تركيبة الركيزة حسب درجة الفولاذ المطلوبة | غير قابل للتطبيق على الطلاء؛ تركيبة الركيزة حسب درجة الفولاذ المطلوبة |
| Mn | " | " |
| Si | " | " |
| P | " | " |
| S | " | " |
| Cr | " | " |
| Ni | " | " |
| Mo | " | " |
| V | " | " |
| Nb | " | " |
| Ti | " | " |
| B | " | " |
| N | " | " |
تعليقات: - الجدول يسرد عمدًا "غير قابل للتطبيق على الطلاء" لأن Z100 و Z180 تشير إلى كتلة طلاء الزنك (كتلة الزنك لكل وحدة مساحة) بدلاً من كيمياء المعدن الأساسي. يتم تحديد التركيب الكيميائي للركيزة حسب درجة الفولاذ المحددة (على سبيل المثال SPCC، DC01، S235، إلخ). الفولاذ الأساسي النموذجي المستخدم في التغليف بالغمر الساخن هو فولاذ كربوني أو منخفض السبيكة مع التحكم في الكربون والسبيكة لتلبية المتطلبات الميكانيكية ومتطلبات القابلية للتشكيل. - تستهدف استراتيجية السبائك للركيزة (C، Mn، Si، عناصر السبيكة الدقيقة) بشكل أساسي القوة، والصلابة، والقابلية للتشكيل، واستجابة التخمير؛ الطلاء الزنكي نفسه هو أساسًا Zn معدني مع إضافات سبيكة صغيرة عرضية (مثل الألمنيوم في Galfan أو الطلاءات الزنك-ألمنيوم) التي يتم إدخالها للتحكم في شكل الطلاء والالتصاق.
كيف تؤثر السبيكة على الأداء (من منظور الركيزة): - زيادة الكربون والسبيكة الدقيقة (V، Nb، Ti) ترفع من قوة الخضوع وقوة الشد ولكن تقلل من قابلية اللحام وقد تزيد من القابلية للتصدع الهيدروجيني إذا لم يتم التحكم فيها. - تؤثر مستويات السيليكون والفوسفور على تفاعل سطح الفولاذ في حمام الجلفنة وبالتالي على شكل الطلاء الناتج وموحد سمك الطلاء. - كتلة طلاء الزنك (الأخف مقابل الأثقل) تؤثر على عمر التآكل وحماية الحواف ولكنها لا تغير من قوة الركيزة الأساسية.
3. البنية المجهرية واستجابة المعالجة الحرارية
- البنية المجهرية للركيزة: يتم تطبيق طلاءات Z100 و Z180 على الفولاذ الذي تعتمد بنيته المجهرية على مواصفات الفولاذ وطريقة المعالجة (فريت-بيرلايت، فريت-باينيت، مارتنسيت في الدرجات المعالجة بالحرارة، أو ثنائية الطور في بعض الفولاذات المتقدمة). تتشكل طبقة الزنك مع المركبات المعدنية عند واجهة الطلاء/الركيزة أثناء الجلفنة بالغمر الساخن؛ تعتمد كمية وسمك هذه الطبقات المعدنية على كيمياء سطح الفولاذ وظروف الحمام.
- البنية المجهرية للطلاء: تحتوي طبقة الزنك بالغمر الساخن النموذجية على هيكل متعدد الطبقات مع طبقة خارجية من الزنك النقي وواحدة أو أكثر من الطبقات المعدنية (مراحل الزنك-الحديد). تزيد الطلاءات الأثقل (مثل Z180 مقارنة بـ Z100) من سمك الطبقة الخارجية من الزنك وقد تزيد من إجمالي المادة المعدنية اعتمادًا على تفاعل سطح الفولاذ ومدة الغمر.
- استجابة المعالجة الحرارية: نادرًا ما يتم تطبيق المعالجات الحرارية بعد الجلفنة لتعديل الطلاءات مباشرة لأن الحرارة يمكن أن تغير شكل الطلاء. استجابة الركيزة للتطبيع، والتبريد، أو المعالجة الحرارية الميكانيكية مستقلة عن كتلة الزنك، ولكن عادةً ما يتم تطبيق الجلفنة بعد التشكيل أو في مراحل محكومة لتجنب إتلاف الطلاء. بالنسبة للمواد المجلفنة مسبقًا (المطلي باللف)، يجب التحقق من المعالجات الحرارية لأن درجات الحرارة العالية يمكن أن تسبب انتشار الطلاء وتغيرات.
4. الخصائص الميكانيكية
| الخاصية | Z100 (كتلة زنك أخف) | Z180 (كتلة زنك أثقل) |
|---|---|---|
| قوة الشد | تحددها الركيزة؛ كتلة الطلاء لها تأثير ضئيل على الشد الكلي | نفسها كما في الركيزة؛ كتلة الطلاء لا تغير من قوة الشد الأساسية |
| قوة الخضوع | تحددها الركيزة؛ غير متغيرة بكتلة الطلاء | نفسها كما في الركيزة |
| التمدد | تمدد الركيزة غير متغير؛ قد يتأثر الإجهاد المحلي على السطح أثناء التشكيل الشديد | تمدد الركيزة غير متغير؛ الطلاء الأثخن يمكن أن يتشقق أو يتقشر عند إجهادات أعلى |
| صلابة التأثير | صلابة الركيزة غير متغيرة في الكتلة؛ تآكل السطح ضئيل لمعظم الفولاذات | نفس الصلابة الكلية؛ عند الحواف المقطوعة قد يؤثر الزنك الهش على الأداء التأثيري المحلي |
| الصلابة (السطحية) | تزداد صلابة السطح قليلاً بفضل طلاء الزنك المعدني؛ تأثير إجمالي صغير | يزيد الزنك الأثخن من سمك الطبقة السطحية — مقاومة تآكل محلية أعلى قليلاً ولكن الزنك أطرى من الفولاذ |
التفسير: - يتم التحكم في قيم القوة الميكانيكية والمرونة للفولاذ مع طلاءات Z100 مقابل Z180 بشكل أساسي من خلال درجة الركيزة والمعالجة الحرارية. تؤثر كتلة طلاء الزنك على سلوك السطح أثناء التشكيل، وبدء الشقوق المحلية عند الحواف أو الميزات المتوترة بشدة، وسلوك التآكل، لكنها لا تغير بشكل مادي من قوة الشد أو قوة الخضوع الكلية. - الطلاءات الأثخن أكثر عرضة لتطوير شقوق طولية أو تفتت في عمليات الانحناء العدوانية؛ يتطلب التحقق من العملية عند الانتقال من طلاء أخف إلى طلاء أثقل.
5. قابلية اللحام
تشمل اعتبارات قابلية اللحام مكافئ الكربون للركيزة ووجود طبقة زنك في منطقة اللحام.
مؤشرات مكافئ الكربون وقابلية اللحام المفيدة: - مكافئ الكربون IIW: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - معهد اللحام الدولي Pcm: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
التفسير والإرشادات العملية: - يجب حساب CE أو Pcm الرقمي من تركيبة الركيزة لتقييم متطلبات التسخين المسبق والقابلية للتصدع البارد. لا تشمل هذه الصيغ كتلة طلاء الزنك. - اللحام فوق طبقة الزنك يقدم قضايا إضافية: الزنك يتبخر وينتج أبخرة، يمكن أن يسبب مسامية في اللحامات الانصهارية، وقد يؤدي إلى هشاشة لحمة اللحام إذا لم يتم إزالته أو طرده. الزنك الأثخن (Z180) يزيد عمومًا من حجم بخار الزنك وخطر المسامية وتوليد الأبخرة مقارنة بـ Z100. - الممارسات الموصى بها: إزالة الزنك من منطقة اللحام المباشرة عن طريق الطحن أو الوسائل الكيميائية؛ استخدام التهوية المناسبة واستخراج الأبخرة؛ تطبيق معلمات لحام ذات إدخال حرارة أقل أو قضبان دعم واستخدام مواد استهلاكية مناسبة للركيزة؛ النظر في اللحام بالموصل أو الربط الميكانيكي للأجزاء المطلية بشكل كثيف جداً. - بالنسبة للحام المقاومة ولحام النقاط، تغير الطلاءات الأثخن مقاومة الاتصال الكهربائي وقد تتطلب تعديلات في قوة القطب، والتيار والوقت. غالبًا ما تزيد الطلاءات الأثخن من عدد اللحامات المرفوضة إذا لم يتم تحسين معلمات العملية.
6. التآكل وحماية السطح
- بالنسبة للفولاذات غير المقاومة للصدأ مع طلاءات الزنك، فإن حماية التآكل هي تضحية (حماية كاثودية) بالإضافة إلى حماية الحاجز من طبقة الزنك. توفر كتل الزنك الأثقل عمر خدمة أطول وحماية أفضل عند الحواف المقطوعة، والخدوش والشقوق لأن هناك المزيد من المعدن التضحيوي للاستهلاك قبل كشف الركيزة.
- PREN غير قابل للتطبيق على طلاءات الزنك؛ PREN ذات صلة بالفولاذات المقاومة للصدأ ويتم حسابها كالتالي: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
- اعتبارات عملية:
- عادةً ما تكون Z100 كافية في البيئات المعتدلة وحيث يتم استخدام التشطيبات المطلية لتوفير حاجز إضافي.
- تُختار Z180 للجو الخارجي الأكثر عدوانية، والمناطق الساحلية، أو التطبيقات التي تتطلب حماية الحواف وفترات صيانة أطول.
- يمكن تطبيق طلاءات إضافية (دهانات، تمرير، طلاءات تحويل) فوق الزنك لتعزيز الجمالية ومقاومة التآكل؛ يجب التحقق من التركيبة من حيث الالتصاق والتوافق.
7. التصنيع، قابلية التشغيل، والقابلية للتشكيل
- القطع: عمليات القص والضغط عمومًا لا تتأثر في الكتلة بكتلة الطلاء، ولكن الطلاءات الأثخن يمكن أن تنتج المزيد من القشور، أو الرقائق أو الحواف التي تتطلب معالجة لاحقة ويمكن أن تزيد من تآكل الأدوات.
- التشكيل والانحناء: الطلاءات الأثخن من الزنك أكثر عرضة للتشقق، والتفتت والنقل أثناء الانحناء الضيق أو السحب العميق. بالنسبة لعمليات التشكيل الشديدة، غالبًا ما يُفضل طلاء أخف أو جلفنة بعد التشكيل، أو يجب تعديل معلمات العملية (أشعة القالب، التشحيم).
- قابلية التشغيل: لا تغير طلاءات الزنك بشكل كبير قابلية تشغيل قلب الفولاذ لعمليات القطع العميق، ولكن يمكن أن يتأثر التشطيب السطحي وعمر الأداة بتلطيخ الزنك المنقول. يُوصى باستخدام أدوات مناسبة ومواد تبريد.
- التشطيب: قد تتطلب الطلاءات الأثخن تحضير سطح أكثر عدوانية للدهان أو الربط؛ ومع ذلك، يمكن أن توفر طبقة الزنك الأثخن أيضًا ركيزة أكثر تجانسًا للطلاءات العليا في العديد من العمليات.
8. التطبيقات النموذجية
| Z100 – التطبيقات النموذجية | Z180 – التطبيقات النموذجية |
|---|---|
| لوحات معمارية داخلية، داخل الأجهزة، قنوات HVAC خفيفة، مكونات مبنية مطلية لبيئات محمية | واجهات المباني الخارجية، المزاريب وأنابيب التصريف، لافتات على جانب الطريق، معدات زراعية، هياكل في أجواء معتدلة العدوانية |
| أثاث معدني خفيف ودواليب حيث يكون التشكيل شديدًا وارتباط الطلاء بالانحناءات المعقدة مهمًا | قطع هيكلية للسيارات حيث يتطلب الأمر عمر تآكل أطول أو حماية أفضل للحواف (اعتمادًا على مواصفات OEM) |
مبررات الاختيار: - اختر الطلاء الأخف عندما تكون متطلبات التشكيل صارمة، عندما تكون البيئة معتدلة، أو عندما سيتم طلاء الجزء النهائي بطلاء يوفر الحاجز الأساسي. - اختر الطلاء الأثقل للتعرض الخارجي الممتد، المواقع التي تكون فيها حماية الحواف حرجة، أو حيث يجب تمديد دورات الصيانة.
9. التكلفة والتوافر
- التكلفة: تتطلب الطلاءات الأثخن من الزنك المزيد من معدن الزنك ومدة غمر أطول أو كيمياء حمام مختلفة، لذا ستكون Z180 عمومًا أكثر تكلفة لكل وحدة مساحة من Z100. يجب وزن الفرق في التكلفة مقابل توفير دورة الحياة الناتج عن تقليل الصيانة وعمر التآكل الأطول.
- التوافر: كلا كتل الطلاء متاحة عادةً في منتجات اللف، والصفائح والطلاءات المسبقة من المطاحن الكبرى، ولكن قد يختلف التوافر حسب درجة الركيزة وسمكها حسب المنطقة والمطحنة. قد تكون درجات الركيزة الخاصة ذات القابلية العالية للتشكيل أو القوة العالية أكثر محدودية في النسخ المطلية بشكل كثيف، لذا يُنصح بالتواصل المبكر مع المطاحن أو الموردين.
10. الملخص والتوصية
| المعايير | Z100 (أخف) | Z180 (أثقل) |
|---|---|---|
| قابلية اللحام (عملية) | أسهل: أقل زنك لإزالته، قضايا أقل من الأبخرة والمسامية | أكثر تحديًا: المزيد من بخار الزنك/الأبخرة وخطر المسامية؛ يتطلب إزالة أو ضوابط عملية |
| القوة–الصلابة (الركيزة) | تحددها درجة الفولاذ المختارة؛ كتلة الطلاء لا تغير الخصائص الكلية | نفسها كما في الركيزة؛ كتلة الطلاء تؤثر على سلوك السطح تحت الإجهاد |
| التكلفة | تكلفة المواد أقل | تكلفة المواد أعلى ولكن عمر التآكل أطول |
التوصيات: - اختر Z100 إذا كان سيتم تشكيل منتجك بأشعة ضيقة أو سحب عميق، أو إذا تم تركيبه في بيئة معتدلة نسبيًا، أو إذا كان سيتلقى طلاء عالي الجودة أو طلاء مسحوق يعمل كحاجز تآكل أساسي. تقلل Z100 من تقشر الطلاء وتقلل من قضايا الأبخرة/المسامية في اللحام. - اختر Z180 إذا كان الجزء سيتعرض للبيئات الخارجية أو المعتدلة العدوانية، إذا كانت هناك حاجة لعمر خدمة ممتد وتحسين حماية الحواف، أو إذا كان يجب تقليل فترات الصيانة. توفر Z180 خزان زنك تضحيوي أكبر وحماية أفضل على المدى الطويل عند الخدوش والحواف المقطوعة.
ملاحظة نهائية: Z100 و Z180 هما تسميات كتلة الطلاء مرتبطة بممارسة الجلفنة بدلاً من درجات الركيزة المعدنية المتميزة. يجب دائمًا تحديد كل من درجة الفولاذ الأساسية (المتطلبات الكيميائية والميكانيكية) وكتلة الطلاء المطلوبة في مستندات الشراء، والتحقق من عمليات التشكيل، واللحام، والتشطيب للتوليفة المختارة مع بيانات المورد وتجارب العملية.