Z140 مقابل Z180 - التركيب، المعالجة الحرارية، الخصائص، والتطبيقات

مقدمة

تُستخدم فئات الطلاء بالزنك الساخن Z140 و Z180 على نطاق واسع لتغطية المنتجات الفولاذية. يقوم المهندسون ومديرو المشتريات ومخططو التصنيع عادةً بوزن المزايا والعيوب بين حماية التآكل، وقابلية التشكيل، وقابلية اللحام، والتكلفة عند اختيار فئة الطلاء بالزنك. تشمل سياقات القرار النموذجية التعرض الخارجي مقابل الداخلي، وعمليات التشكيل والانحناء، وعمليات اللحام والانضمام، وأهداف تكلفة دورة الحياة.

التمييز العملي الرئيسي بين Z140 و Z180 هو الكتلة الاسمية لطلاء الزنك (وسماكة الطلاء المقابلة): يحمل Z180 طلاء زنك أثقل من Z140. هذه الفروق تؤثر على عمر الحماية التضحية، وتغير سلوك التشكيل واللحام على السطح المطلي، وتؤثر على تكلفة الوحدة وخصائص التشطيب—ومن ثم المقارنة المتكررة في قرارات التصميم والمشتريات.

1. المعايير والتسميات

• تُعتبر تسميات Z فئات كتلة الطلاء المستخدمة بشكل شائع في الممارسات الأوروبية والدولية (على سبيل المثال، مصطلحات نظام EN للتغليف بالزنك الساخن المستمر). تظهر المواصفات المعادلة أو ذات الصلة في المعايير الوطنية ومواصفات المنتجات (على سبيل المثال، فئات الطلاء بالصفائح في عائلة EN 10346 / EN 10142، ومعايير ASTM/ASME التي تحدد أداء الطلاء بدلاً من علامة "Z").
• Z140 و Z180 ليست درجات فولاذ أساسية. إنها فئات طلاء سطحية تُطبق على مجموعة متنوعة من الفولاذات الأساسية، والتي قد تكون:
• فولاذات كربونية (منخفضة الكربون) (أكثر الركائز شيوعًا للتغليف المستمر بالزنك)
• فولاذات HSLA/هيكلية (عند تحديدها من قبل الشركة المصنعة)
• فولاذات تجارية مدلفنة على البارد أو مدلفنة على الساخن
• عادةً لا يتم تغليف الفولاذ المقاوم للصدأ بنفس الطريقة؛ الفولاذ المقاوم للصدأ هو استراتيجية تآكل مختلفة
• التصنيف: Z140/Z180 = فئات الطلاء (معالجة سطحية). يمكن أن يكون الفولاذ الأساسي كربونيًا أو HSLA أو أنواع أخرى حسب شكل المنتج والمورد.

2. التركيب الكيميائي واستراتيجية السبائك

تصف فئات "Z" كتلة الطلاء من الزنك؛ فهي لا تحدد مباشرة سبائك الركيزة. التركيب الكيميائي المتعلق بالتآكل والخصائص الميكانيكية هو بالتالي ذو جزئين: طلاء الزنك (أساسًا Zn مع مراحل بين معدنية Fe–Zn) وكيمياء الفولاذ الأساسي (تختلف حسب الدرجة).

جدول: الدور النموذجي للمواصفات (نوعي) للعناصر المدرجة

الدرجة / العنصر	C	Mn	Si	P	S	Cr	Ni	Mo	V	Nb	Ti	B	N
Z140 (فئة الطلاء)	غير محدد — كتلة الطلاء فقط؛ تعتمد على الركيزة	"	"	"	"	"	"	"	"	"	"	"	"
Z180 (فئة الطلاء)	غير محدد — كتلة الطلاء فقط؛ تعتمد على الركيزة	"	"	"	"	"	"	"	"	"	"	"	"

ملاحظات: - بالنسبة لكل من Z140 و Z180، الطلاء نفسه هو في الغالب زنك؛ تتشكل طبقات بين معدنية Fe–Zn عند الواجهة خلال عملية الغمر الساخن. العناصر السبائكية في الطلاء (على سبيل المثال، إضافات صغيرة من Al في الحمام) أو الطلاءات الزنكية السبائكية المتعمدة تغير المظهر السطحي وسرعة النمو ولكن لا تغير من حقيقة أن تسمية Z تشير إلى كتلة الطلاء. - يتم اختيار كيمياء الفولاذ الأساسي (C، Mn، Si، إلخ) وفقًا للمتطلبات الميكانيكية والمعايير للمنتج (الصفائح، الشرائط، الهيكلية). الركائز النموذجية المغلفة بالزنك المستمر هي فولاذات منخفضة الكربون؛ يتم تحديد القيم المحددة بواسطة معيار فولاذ الركيزة وشهادة المصنع، وليس بواسطة فئة Z.

كيف تؤثر السبائك على الأداء (عام): - سبائك الركيزة (C، Mn، Si): تتحكم في قوة الفولاذ الأساسي، وقابلية التصلب، والاستجابة للتشكيل؛ يمكن أن يؤدي محتوى Si أو P الأعلى إلى تسريع نمو الطبقات بين المعدنية Fe–Zn أثناء التغليف. - إضافات حمام الطلاء (Al، Ni، Pb، Bi، Sn، Mg في حمامات خاصة): تؤثر على مظهر الطلاء، وقابلية الرطوبة، وقابلية اللحام؛ يتم تحديد هذه بشكل منفصل عن فئة كتلة Z.

3. الميكروهيكل واستجابة المعالجة الحرارية

يتضمن الميكروهيكل للنظام المطلي: - طبقة خارجية من الزنك (مرحلة Zn η النقية تقريبًا في العديد من الحالات) - طبقات بين معدنية عند واجهة Zn–Fe (تُوصف عادةً بأنها مراحل ζ، δ، وΓ للفولاذات المغلفة بالزنك الساخن التقليدية) - الميكروهيكل للفولاذ الأساسي (فريت/لؤلؤي، باينيت/مارتنسيت مقسى للفولاذات عالية القوة)

الاختلافات الرئيسية في الميكروهيكل المدفوعة بكتلة الطلاء: - عادةً ما تنتج الطلاءات الأكثر سمكًا (Z180) طبقة خارجية من الزنك أكثر سمكًا، وبناءً على كيمياء الحمام ومدة الغمر، قد تتطور منطقة بين معدنية أكثر سمكًا. يمكن أن تؤثر منطقة بين معدنية أكثر سمكًا على الالتصاق والهشاشة للطلاء أثناء التشكيل.

آثار المعالجة الحرارية والمعالجة: - يتم تشكيل الطلاء عند درجات حرارة الزنك المنصهر؛ التفاعلات الحرارية اللاحقة (على سبيل المثال، التغليف: التلدين في بيئة محكومة لإنتاج سطح سبائكي من Fe–Zn) تغير الميكروهيكل لتسليط الضوء على الطبقات بين المعدنية لالتصاق الطلاء. - تؤثر عملية التهدئة/التبريد والتلطيف فقط على الميكروهيكل للركيزة؛ لن يكرر الطلاء هذه التغييرات باستثناء أن المعالجات الحرارية التي تتم بعد التغليف يمكن أن تعدل الطلاء (انتشار Fe في الطبقات بين المعدنية Zn، فقدان محتمل للمرونة للطلاء). - تحدد عملية الدرفلة/التلدين الحراري قبل التغليف حجم الحبيبات وقوة الركيزة وتؤثر على سلوك نمو الطلاء عبر كيمياء الركيزة (Si، P).

4. الخصائص الميكانيكية

لا تغير كتلة الطلاء بشكل أساسي خصائص الشد/الحد من الفولاذ الأساسي، ولكن الطلاءات الأكثر سمكًا تؤثر على سلوك السطح أثناء التشكيل، وبدء التعب المحلي، والتآكل.

جدول: التأثيرات المقارنة (نوعي)

الخاصية	Z140	Z180
قوة الشد (الركيزة الأساسية)	نفس الفولاذ الأساسي (الطلاء ≈ تجميلي/تضحيتي)	نفس الفولاذ الأساسي
قوة الحد (الركيزة الأساسية)	نفس الركيزة	نفس الركيزة
التمدد / قابلية التشكيل	أفضل قليلاً للطلاء الأرق أثناء الانحناءات الحادة؛ عدد أقل من تشققات الطلاء	قابلية تشكيل محلية أقل قليلاً في الانحناءات الشديدة؛ قد يتشقق الطلاء أو يتقشر إذا كانت زاوية الانحناء صغيرة
صلابة التأثير (الركيزة)	غير متأثرة (باستثناء السطح المباشر حيث قد تعمل عيوب الطلاء كمركزات إجهاد)	نفس سلوك الركيزة؛ قد يبدأ الطلاء الأكثر سمكًا في التشقق السطحي تحت التأثير في بعض الحالات
صلابة السطح (الطلاء)	الصلابة تهيمن عليها طبقة الزنك والطبقات بين المعدنية؛ عادةً ما تكون أكثر ليونة من الفولاذ	صلابة أكبر قليلاً عند الواجهة إذا كانت الطبقة بين المعدنية أكثر سمكًا

تفسير: - تتحكم القدرة الميكانيكية للمكون الهيكلي في درجة الفولاذ الأساسي. طبقة الزنك هي تضحية؛ تؤثر سماكتها على الأداء السطحي المحلي (التصاق الطلاء أثناء التشكيل) أكثر من الخصائص الميكانيكية الكلية.

5. قابلية اللحام

تعتمد قابلية اللحام بشكل أساسي على كيمياء الركيزة ووجود الزنك عند الوصلة. يتبخر الزنك ويمكن أن يسبب مسامية، وزيادة في الرذاذ، وعيوب ناتجة عن الهيدروجين أو الزنك إذا لم يتم إدارتها.

مؤشرات قابلية اللحام ذات الصلة (بدون مدخلات عددية): - المعهد الدولي للحام معادلة الكربون: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - معادلة الكربون-المنغنيز المهنية: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

التفسير والإرشادات العملية: - لا تغير رقم Z بحد ذاته $CE_{IIW}$ أو $P_{cm}$، ولكن طبقة الزنك الأثقل (Z180) تزيد من كمية الزنك المحلية في منطقة اللحام، مما يؤدي إلى: - زيادة خطر المسامية وتكوين أبخرة الزنك أثناء اللحام القوسي. - الحاجة إلى إزالة الطلاء قبل اللحام (الطحن الميكانيكي، الاحتراق الموضعي، أو إزالة كيميائية) أو تعديل معايير اللحام (سرعة سفر أعلى، إدخال حرارة أقل، استخدام غاز دعم). - النظر في اختيار القطب/الحشو وغاز الحماية لإدارة المسامية. - بالنسبة للحام النقاط للصفائح المطلية، يمكن أن تزيد الطلاءات الأكثر سمكًا من تآكل القطب وتقليل حجم النواة؛ يتطلب الأمر تعديلات في معايير العملية.

6. التآكل وحماية السطح

• يوفر طلاء الزنك حماية كاثودية (تضحية) للفولاذ المكشوف وحماية حاجزية للسطح. عادةً ما تمدد كتلة الطلاء الأعلى عمر الحماية التضحية.
• لا ينطبق PREN على الفولاذات الكربونية المطلية بالزنك (ينطبق PREN على تصنيف مقاومة التآكل للفولاذات المقاومة للصدأ). للمرجع، تختلف مقاييس أداء الفولاذ المقاوم للصدأ: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ (هذا المؤشر غير ذي صلة بالفولاذ المجلفن.)

اعتبارات حماية التآكل: - يوفر Z180 طبقة تضحية أكثر سمكًا من Z140 وبالتالي يقدم عادةً عمر خدمة خالٍ من الصيانة أطول في بيئات مماثلة. - قد تظهر الطلاءات الأكثر سمكًا تكوين صدأ أبيض أكثر وضوحًا أثناء التعرض المبكر في التخزين الرطب/الرطب إذا لم يتم التعامل معها وتصريفها بشكل صحيح. - لا يزال يُوصى بالتشطيب السطحي (الطلاء، الطلاء المسحوق، المعالجات التحويلية) للجو العدواني—فالزنك الأكثر سمكًا يشتري الوقت قبل أن يتحلل الطلاء.

التحويل بين كتلة الطلاء والسماكة التقريبية (قاعدة مفيدة): - العلاقة الفيزيائية هي: $$t = \frac{m}{\rho}$$ حيث $t$ هو السماكة بالميكرومتر إذا كانت $m$ معطاة بالغرام/م² و $\rho$ هي كثافة الزنك بالغرام/سم³ (تحويلات الوحدات المناسبة مضمنة). - باستخدام كثافة الزنك (~7.14 غرام/سم³) يعطي سماكات تقريبية: - Z140 → تقريبًا $140/7.14 \approx 19.6\ \mu m$ - Z180 → تقريبًا $180/7.14 \approx 25.2\ \mu m$ - هذه تحويلات تقريبية برقم واحد؛ يؤثر الشكل الفعلي للطلاء (بين معدني مقابل طبقة Zn نقية) على السماكة الوظيفية والأداء.

7. التصنيع، قابلية التشغيل، وقابلية التشكيل

• القطع والقص: يمكن قطع كل من Z140 و Z180 بطرق قياسية؛ يمكن أن ينتج الزنك الأكثر سمكًا مزيدًا من الخبث ويتطلب صيانة أدوات مختلفة قليلاً.
• التشكيل والانحناء: Z140 أفضل عمومًا للانحناءات الضيقة والأجزاء ذات التشكيل العالي لأن الطلاء الأرق أقل عرضة للتشقق أو التقشر. قد يتطلب Z180 زوايا انحناء أكبر، أو تشحيم إضافي، أو لمسات بعد التشكيل.
• قابلية التشغيل: طبقة الزنك ناعمة مقارنة بالفولاذ؛ قد تؤثر الزنك الأكثر سمكًا على التشطيبات السطحية وتحتاج إلى تشطيب أكثر عدوانية بعد التشغيل أو الدوران.
• التشطيب: عادةً ما تلتصق الطلاءات (الطلاء، الطلاء المسحوق، أو الطلاءات العليا الأخرى) بكلاهما—ومع ذلك، غالبًا ما تُفضل الأسطح المغلفة (التي تم تصميمها بواسطة المعالجة الحرارية) عندما تكون الالتصاق بالطلاء أفضل.

8. التطبيقات النموذجية

Z140 — الاستخدامات النموذجية	Z180 — الاستخدامات النموذجية
أعضاء هيكلية داخلية، أقسام بناء خفيفة، لوحات داخلية للسيارات، تطبيقات حيث تكون مقاومة التآكل المعتدلة مقبولة وقابلية التشكيل حرجة	مكونات معمارية خارجية، سياج، مسامير خارجية، تغليف بناء معرض بشكل معتدل، تطبيقات حيث يُرغب في عمر تضحية إضافي
ختمات مشكّلة مع انحناءات ضيقة وتشكيل ثقيل	أجزاء تتطلب فترات صيانة أطول في التعرضات الجوية؛ تطبيقات مع ترطيب وتجفيف دوري

مبررات الاختيار: - اختر الطلاءات الأرق عندما تكون أداء التشكيل وتقليل التكلفة من الأولويات وظروف الخدمة معتدلة. - اختر الطلاءات الأكثر سمكًا عندما تكون زيادة حماية التآكل وعمر الخدمة الأطول تفوق التكلفة الإضافية والتعديلات المحتملة في التشكيل/اللحام.

9. التكلفة والتوافر

• التكلفة النسبية: Z180 تكلف أكثر من Z140 على أساس كل منطقة بسبب استهلاك الزنك الأعلى وزيادة محتملة في وقت المعالجة.
• التوافر: يتم إنتاج كلا فئتي الطلاء عادةً في عمليات التغليف بالزنك الساخن المستمر للصفائح واللفائف؛ يعتمد التوافر على المصنع وشكل المنتج (لفائف مطلية، صفائح مقطوعة الطول، أنابيب، أو أعضاء هيكلية مصنعة).
• اعتبارات الشراء: حدد فئة الطلاء، ودرجة الفولاذ الأساسي، وأي كيمياء حمام خاصة أو معالجة لاحقة (تغليف، تمرير) في أوامر الشراء. يجب أن تؤكد شهادات المصنع كتلة الطلاء (غرام/م²) ودرجة الفولاذ الأساسي.

10. الملخص والتوصية

جدول الملخص (نوعي)

السمة	Z140	Z180
قابلية اللحام (كما هو مطلي)	أفضل للحام بدون تنظيف مسبق؛ أقل زنك للتبخر	خطر أعلى للمسامية والأبخرة؛ غالبًا ما يتطلب تنظيفًا مسبقًا
القوة–الصلابة (الركيزة الأساسية)	تحددها الركيزة؛ تأثير الطلاء ضئيل	تحددها الركيزة؛ تأثير الطلاء ضئيل
قابلية التشكيل	أفضل للانحناءات الضيقة والتشكيل الشديد	مخفضة قليلاً للتشكيل الحاد؛ قد تتطلب زوايا أكبر
عمر التآكل (تضحية)	معتدل	ممتد (حماية تضحية أفضل)
التكلفة	أقل	أعلى

الاستنتاجات والتوصيات: - اختر Z140 إذا: - سيتم تشكيل المكون بشكل كبير أو ختمه مع زوايا انحناء ضيقة. - بيئة التعرض معتدلة إلى معتدلة ومتطلبات التآكل لدورة الحياة متواضعة. - تكلفة المواد الأولية المنخفضة وسهولة المعالجة اللاحقة (اللحام، الطلاء) هي الأولويات.

• اختر Z180 إذا:
• تتطلب حماية تآكل تضحية أطول (تعرض خارجي، ترطيب دوري، أو فترات صيانة مخفضة).
• تكلفة المواد الأعلى قليلاً مقبولة مقابل عمر خدمة ممتد.
• يمكن تعديل عمليات التشكيل واللحام لاستيعاب الطلاء الأكثر سمكًا (تنظيف قبل اللحام، زوايا انحناء معدلة، ضبط معايير العملية).

ملاحظة نهائية: نظرًا لأن Z140 و Z180 هما مواصفات كتلة الطلاء بدلاً من درجات الفولاذ الأساسي، حدد كل من فئة Z ودرجة الفولاذ الأساسي الدقيقة عند إصدار مستندات الشراء. أكد كتلة الطلاء وكيمياء الحمام مع تقارير اختبار المصنع، وقم بإجراء تجارب التشكيل/اللحام حيث قد تؤثر سماكة الطلاء على نوافذ العملية.