Z180 مقابل Z275 – التركيب، المعالجة الحرارية، الخصائص، والتطبيقات
شارك
Table Of Content
Table Of Content
مقدمة
اختيار بين Z180 و Z275 هو قرار شائع للمهندسين ومديري المشتريات ومخططي التصنيع والمهنيين في الصناعة الذين يعملون مع الفولاذ المجلفن بالغمس الساخن. عادةً ما يوازن الاختيار بين حماية التآكل وتكلفة دورة الحياة مقابل التأثيرات المتعلقة بالطلاء على عمليات التشكيل واللحام والتشطيب. بالنسبة لفرق التصميم، فإن المقايضات تكون عادةً بين مقاومة التآكل والأداء طويل الأمد مقابل تكلفة المواد الفورية المنخفضة وبعض اعتبارات سهولة التصنيع.
Z180 و Z275 ليست درجات ميتالورجية متميزة للفولاذ الأساسي؛ بل هي فئات تسمية لكتلة الطلاء الزنك المطبقة على الفولاذ (الطلاء بالغمس الساخن أو الطلاء المجلفن المستمر). التمييز الرئيسي هو كتلة الطلاء الزنك (وبالتالي، سمك الطلاء)، الذي يؤثر بشكل مباشر على متانة حماية التآكل ويؤثر على عمليات التصنيع والتشطيب. نظرًا لأن المعدن الأساسي عادةً ما يكون فولاذًا كربونيًا أو فولاذًا منخفض السبيكة (DX، S، أو درجات مكافئة)، يجب أن يأخذ الاختيار في الاعتبار كل من خصائص الركيزة وفئة الطلاء.
1. المعايير والتسميات
- المعايير الشائعة التي تشير إلى فئات الطلاء والمنتجات المجلفنة:
- EN (أوروبا): EN 10346 — فولاذ مطلي بالغمس الساخن بشكل مستمر (مثل DX51D+Z275).
- ISO: ISO 3575، ISO 1461 (الطلاء بالغمس الساخن على المواد المصنعة).
- JIS (اليابان): JIS G3302، JIS H8613 (مواصفات الصفائح المطلية مسبقًا/المجلفنة تشير إلى فئات الطلاء).
- GB (الصين): GB/T 2518، GB/T 2518‑1995 (ورقة/شريط فولاذ مجلفن بالغمس الساخن).
- ASTM/ASME: ASTM A653/A653M تتناول فئات الطلاء الزنك لصفائح الفولاذ (تستخدم التسميات G60، G90 التي هي تقريبًا مكافئة؛ ملاحظة: التحويل إلى فئات Z يتطلب الحذر).
- تصنيف المواد:
- Z180 و Z275: فئات الطلاء (كتلة الطلاء الزنك)، المطبقة على الفولاذ الكربوني أو الفولاذ منخفض السبيكة (ليست درجات كربونية/سبيكية/أدوات/مقاومة للصدأ).
- الفولاذ الأساسي تحت هذه الطلاءات عادةً ما يكون فولاذًا كربونيًا، فولاذًا منخفض السبيكة، أو فولاذًا هيكليًا خفيفًا (ليس فولاذًا مقاومًا للصدأ أو فولاذ أدوات ما لم يُحدد).
2. التركيب الكيميائي واستراتيجية السبيكة
جدول: وجود أو دور العناصر الرئيسية في الفولاذ الأساسي وفي الطلاء الزنك
| عنصر | الدور النموذجي في الفولاذ الأساسي | الوجود/الدور في الطلاء الزنك (HDG) |
|---|---|---|
| C | مساهم في القوة والصلابة في الفولاذ الأساسي | غالبًا غائب؛ قد توجد شوائب ضئيلة |
| Mn | إزالة الأكسدة، القوة، اللدونة في الفولاذ الأساسي | فقط آثار؛ قد تنتشر في الطبقات البينية المعدنية |
| Si | مزيل للأكسدة ويؤثر على نمو الطلاء أثناء الجلفنة | يمكن أن يُضاف في الطلاءات المتخصصة؛ يؤثر على تفاعلات Fe–Zn |
| P | عنصر متبقي في الفولاذ يؤثر على الهشاشة | فقط آثار |
| S | يحسن قابلية التشغيل في الفولاذ (لكن ضار لبعض الطلاءات) | فقط آثار |
| Cr، Ni، Mo، V، Nb، Ti، B | سبيكة من أجل القوة/الصلابة في الفولاذ؛ عناصر سبيكة دقيقة | غالبًا غير موجودة في الطلاء الزنك، باستثناء عند استخدام طلاءات سبيكة محددة (مثل Zn–Al، Zn–Al–Mg) |
| N | التحكم في المتبقيات في الفولاذ؛ يمكن أن تؤثر على قابلية اللحام | غير ملحوظ في الطلاء |
ملاحظات: - تحدد تسميات فئة Z (Z180، Z275) كتلة الزنك لكل وحدة مساحة، وليس تركيبًا عنصريًا. عادةً ما ينتج عن الجلفنة طبقة خارجية من الزنك النقي تقريبًا (مرحلة η) وطبقات بينية من Fe–Zn (مراحل γ، δ، ζ) التي تعتمد سماكتها ونسب المراحل على تركيب الفولاذ ومعلمات العملية. - توجد طلاءات متخصصة (مثل Zn–Al، سبائك Zn–Fe، Zn–Al–Mg) وتغير أداء التآكل؛ عند مقارنة Z180 مقابل Z275 نفترض أن الطلاءات التقليدية التي تهيمن عليها الزنك ما لم يُحدد خلاف ذلك.
3. الميكروهيكل واستجابة المعالجة الحرارية
- الميكروهيكل للطلاء: تنتج الجلفنة بالغمس الساخن هيكلًا متعدد الطبقات على الفولاذ:
- الطبقة الخارجية η (إيتا): أساسًا زنك نقي، لدن ووقائي.
- الطبقات السفلية ζ (زيتا)، δ (دلتا)، وΓ (غاما): مركبات بينية من Fe–Zn تتشكل عند واجهة الفولاذ/الطلاء. هذه المركبات البينية أكثر صلابة وأقل لدونة من الطبقة الخارجية η.
- أثر كتلة الطلاء: الطلاءات الأكثر سمكًا (Z275) تظهر عمومًا طبقات η وطبقات بينية أكثر سمكًا من حيث القيم المطلقة؛ قد تكون النسب النسبية تعتمد على العملية.
- المعالجات الحرارية:
- تؤثر معالجة الفولاذ الأساسي حراريًا (التسخين، التطبيع، التبريد والتلطيف) على الميكروهيكل وخصائص المواد للركيزة ولكن لا تغير فئة كتلة الزنك نفسها.
- تسلسل التسخين/الجلفنة: غالبًا ما تتبع الجلفنة بالغمس الساخن التسخين في جو مسيطر عليه؛ تؤثر كيمياء سطح الفولاذ (مستويات Si، P) على نمو الطبقات البينية المعدنية.
- يمكن أن يؤدي التعرض للحرارة بعد الجلفنة (مثل حرارة اللحام) إلى تعديل محلي للميكروهيكل للطلاء، وزيادة الانتشار عند الواجهة، وتقليل حماية التآكل في منطقة التأثير الحراري.
- السلوك الميكانيكي: يمكن أن تنكسر الطبقات البينية عند الانحناءات الضيقة أو تحت تشكيل شديد، مما يؤدي إلى تقشير موضعي إذا كانت أنصاف أقطار الانحناء صغيرة جدًا.
4. الخصائص الميكانيكية
جدول: تأثير فئة الطلاء على الخصائص الميكانيكية (نوعية)
| خاصية | Z180 | Z275 |
|---|---|---|
| قوة الشد | غير متغيرة (الطلاء غير هيكلي) | غير متغيرة |
| قوة الخضوع | غير متغيرة | غير متغيرة |
| التمدد | خطر طفيف من تقليل اللدونة الظاهرة في الانحناءات الضيقة بسبب تشقق الطلاء | خطر أكبر قليلاً من Z180 لتشقق الطلاء على الانحناءات الحادة |
| صلابة التأثير | الركيزة غير متغيرة؛ الطلاء لا يحسن الصلابة | الركيزة غير متغيرة؛ الطلاء الأكثر سمكًا قد يخفي العيوب الصغيرة ولكنه لا يزيد من الصلابة |
| الصلابة (السطحية) | تزداد صلابة السطح قليلاً بسبب المركبات البينية؛ الطبقة الخارجية η ناعمة | صلابة سطحية أعلى قليلاً حيث تكون المركبات البينية أكثر سمكًا |
تفسير: - الطلاء الزنك نفسه ليس حاملاً للأحمال؛ الخصائص الميكانيكية للعناصر الهيكلية تحكمها الفولاذ الأساسي. لذلك، فإن الاختلافات بين Z180 و Z275 لا تغير أرقام الشد/الخضوع للفولاذ، ولكن الطلاءات الأكثر سمكًا يمكن أن تؤثر على التشكيل، وبدء التعب، وصلابة السطح محليًا بسبب المركبات البينية الأكثر سمكًا وطبقات الطلاء الخارجية الأكثر وضوحًا.
5. قابلية اللحام
- اعتبارات الطلاء:
- يتبخر الزنك أثناء اللحام القوسي، مما ينتج عنه أبخرة ZnO واحتمالية وجود مسامية؛ الطلاءات الأكثر سمكًا (Z275) تطلق المزيد من الزنك في مناطق اللحام مقارنة بالطلاءات الأرق (Z180)، مما يزيد من توليد الأبخرة والحاجة إلى حماية تنفسية وإعداد اللحام (مثل إزالة الطلاء).
- يمكن أن تعزز الطلاءات امتصاص الهيدروجين في بعض العمليات وتساهم في خطر التشقق البارد في الفولاذ عالي القوة؛ التسخين المسبق والتحكم في الهيدروجين ذات صلة.
- تعتمد قابلية اللحام للركيزة بشكل أساسي على محتوى الكربون والسبيكة في الفولاذ؛ تصيغ معادلات المكافئ الكربوني خطر قابلية اللحام. مؤشرين شائعين:
- المكافئ الكربوني IIW: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$
- المكافئ 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: عند تقييم التجميعات الملحومة، قم بإزالة الطلاء عند لحامات اللحام أو خطط لبارامترات اللحام والمعالجة بعد اللحام. يتطلب Z275 إعدادًا/تهوية أكثر عدوانية قليلاً من Z180 بسبب كتلة الزنك الأكبر.
6. التآكل وحماية السطح
- بالنسبة للفولاذ غير المقاوم للصدأ، يوفر الزنك حماية تضحية: يتآكل الزنك بشكل تفضيلي ويحمي الفولاذ العاري عند انقطاع الطلاء من خلال العمل الكاثودي.
- PREN غير قابل للتطبيق على الطلاءات الزنك أو الفولاذ الكربوني؛ يُستخدم للدرجات المقاومة للصدأ: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
- كتلة الطلاء والحماية:
- تشير فئة Z إلى كتلة الزنك بالجرام/م². يتم إعطاء التحويل التقريبي إلى متوسط سمك الطلاء الكلي (الجانبين مجتمعة) بواسطة: $$\text{سمك (م)} = \frac{\text{الكتلة لكل مساحة (جرام/م}^2\text{)}}{\rho_{Zn} \times 1000}$$
- باستخدام كثافة الزنك $\rho_{Zn} \approx 7.14\ \text{جرام/سم}^3$، تعطي التقديرات العملية النموذجية:
- Z180 ≈ 180 جرام/م² → تقريبًا 25–30 ميكرومتر سمك الطلاء الكلي (الجانبين مجتمعة)، تقريبًا نصف لكل جانب اعتمادًا على هندسة المنتج.
- Z275 ≈ 275 جرام/م² → تقريبًا 38–40 ميكرومتر سمك الطلاء الكلي (الجانبين مجتمعة).
- الأثر العملي: توفر الطلاءات الأكثر سمكًا (Z275) وقتًا أطول حتى الصيانة الأولى وحماية أفضل في الأجواء العدوانية (البحرية، الصناعية). تظل البيئة، وإعداد الركيزة، وأنظمة الطلاء متغيرات حاسمة.
7. التصنيع، قابلية التشغيل، وقابلية التشكيل
- التشكيل/الانحناء:
- تتحمل الطلاءات الأرق (Z180) أنصاف أقطار انحناء أكثر ضيقًا مع خطر أقل من تشقق الطلاء وتقشره. من المرجح أن يتشقق Z275 في الانحناءات الحادة وقد يتطلب أنصاف أقطار انحناء أكبر أو لمسات بعد التشكيل.
- القطع/اللحام:
- تخلق الطلاءات الأكثر سمكًا المزيد من الأبخرة وتعقيدات اللحام/اللحام؛ يمكن أن يؤدي طرد الزنك إلى وجود مسامية وفقدان الطلاء بالقرب من حبة اللحام—قم بإعداد اللحامات عن طريق إزالة الطلاء ميكانيكيًا أو كيميائيًا.
- قابلية التشغيل:
- يمكن أن تسد الطلاءات الزنك أدوات القطع وتزيد من الاحتكاك؛ تزيد الطلاءات الأكثر سمكًا من تآكل الأدوات وتتطلب تعديلات على التغذية/السرعة واستخدام المبرد.
- التشطيب:
- تكون التصاق الطلاء عمومًا جيدًا على الأسطح المجلفنة النظيفة؛ قد تتطلب الطلاءات الأكثر سمكًا إعداد سطح مختلف لضمان تثبيت ميكانيكي للطلاء وتجنب إخفاء خشونة السطح.
8. التطبيقات النموذجية
جدول: الاستخدامات النموذجية لـ Z180 و Z275
| Z180 (كتلة زنك أخف) | Z275 (كتلة زنك أثقل) |
|---|---|
| ألواح هيكلية داخلية، أغلفة الأجهزة، ألواح داخلية للسيارات، قنوات HVAC خفيفة | تكسية خارجية، أسطح، مزاريب، أعمدة وسياج، أعضاء هيكلية خارجية |
| صفائح مطلية مسبقًا للبيئات الداخلية ذات التعرض المنخفض للتآكل | فولاذ هيكلي مجلفن للتعرض الجوي المعتدل إلى الشديد |
| مكونات تتطلب تشكيلًا واسعًا مع أنصاف أقطار ضيقة | أصول خارجية طويلة العمر حيث تتطلب حماية تضحية ممتدة |
مبررات الاختيار: - اختر Z180 حيث تكون التكلفة وقابلية التشكيل ذات أولوية والتعرض البيئي معتدل أو عندما سيتم تطبيق وصيانة طلاءات إضافية (طلاء). - اختر Z275 للبيئات الخارجية أو الساحلية أو الصناعية حيث تكون الحماية التضحية الممتدة وفترات الصيانة الأطول مرغوبة.
9. التكلفة والتوافر
- التكلفة: Z275 أغلى من Z180 بسبب استهلاك الزنك الأعلى لكل وحدة مساحة. الفرق في السعر مرتبط مباشرة بسعر سوق الزنك وتكاليف عملية الطلاء.
- التوافر: كلا الفئتين قياسية ومتاحة على نطاق واسع من مصانع الملفات/الأشرطة والصفائح الكبرى؛ شائعة في البناء وسلاسل توريد OEM. تحديد الفئات الشائعة مثل Z180 و Z275 يسهل المشتريات وأوقات التسليم المتسقة.
10. الملخص والتوصية
جدول: ملخص مقارن (نوعي)
| خاصية | Z180 | Z275 |
|---|---|---|
| قابلية اللحام (أثر العملية) | أفضل (زنك أقل للتبخر) | أسوأ قليلاً (أبخرة زنك أكثر؛ مزيد من التحضير) |
| القوة–الصلابة (الركيزة) | محايد (الركيزة محكومة) | محايد (الركيزة محكومة) |
| حماية التآكل (عمر الخدمة) | كافية للبيئات الخفيفة/الداخلية | متفوقة للبيئات الخارجية/العدوانية |
| التكلفة | أقل | أعلى |
التوصيات: - اختر Z180 إذا كنت بحاجة إلى قابلية تشكيل أفضل وتكلفة مواد أقل للمكونات التي ستتعرض لمستويات خفيفة إلى معتدلة أو ستتلقى أنظمة طلاء قوية وصيانة منتظمة. - اختر Z275 إذا كانت المتطلبات الأساسية هي حماية تآكل أطول مع تقليل الصيانة في الأجواء الخارجية أو البحرية أو الصناعية، وتقبل تكلفة المواد الأعلى وبعض اعتبارات التصنيع الإضافية (تحضير اللحام، أنصاف أقطار انحناء أكبر، التحكم في الأبخرة).
ملاحظة أخيرة: نظرًا لأن Z180 و Z275 تشير إلى كتلة الطلاء وليس درجة الفولاذ الميتالورجية للركيزة، يجب دائمًا تحديد كل من درجة الفولاذ الأساسي (مثل DX51D، S235، أو ما يعادلها) وفئة الطلاء في مستندات المشتريات. يضمن ذلك تلبية الأداء الميكانيكي ونية حماية التآكل وتجنب الغموض في التخطيط للتصنيع ودورة الحياة.