Z180 مقابل Z275 – التركيب، المعالجة الحرارية، الخصائص، والتطبيقات
شارك
Table Of Content
Table Of Content
مقدمة
تشير Z180 و Z275 إلى تسميات شائعة لتغطية الزنك تُطبق على صفائح ولفائف الصلب من خلال عملية الغلفنة بالغمر الساخن. تقدم الخياران معضلة اختيار كلاسيكية للمهندسين والمهنيين في الشراء: التوازن بين التكلفة الأولية المنخفضة والحماية الكافية للبيئات المعتدلة (Z180) مقابل زيادة كتلة الزنك وعمر أطول في التطبيقات التآكلية أو الخارجية (Z275). تشمل سياقات القرار النموذجية أغلفة المباني (الأسطح، التكسية)، والمكونات الهيكلية المعرضة للطقس، وأجزاء السيارات، وتصنيع الصفائح المعدنية العامة حيث يجب التوازن بين حماية التآكل، وتكلفة دورة الحياة، والمعالجة اللاحقة.
الفرق العملي الرئيسي هو كتلة طلاء الزنك - تحمل Z275 كمية أكبر بكثير من الزنك لكل وحدة مساحة مقارنة بـ Z180 - لذا غالبًا ما يقارن المهندسون بينهما بناءً على أداء حماية التآكل، والعمر المتوقع، وآثار التعامل/اللحام. نظرًا لأن كلاهما يشير إلى فئة الطلاء بدلاً من كيمياء الصلب الأساسي، فإن اختيار الركيزة وممارسة الغلفنة تؤثر أيضًا على الأداء النهائي.
1. المعايير والتسميات
- المعايير والمواصفات الشائعة التي تشير إلى أو تستخدم هذه الفئات الطلاء:
- EN 10346 (المنتجات المسطحة المطلية بالغمر الساخن المستمر) - تستخدم تسميات مثل Z (زنك) مع فئات كتلة الطلاء (مثل Z100، Z275).
- ISO 14713 / ISO 1461 - إرشادات لحماية التآكل بواسطة طلاءات الزنك والغلفنة بالغمر الساخن، على التوالي.
- ASTM A653 / A792 - مواصفات صفائح الصلب المجلفن التي تستخدم عادةً فئات وزن الطلاء (غالبًا ما تُدرج كـ G60، G90 في الممارسة الأمريكية؛ ملاحظة: G60 ≈ Z180، G90 ≈ Z275 حسب الكتلة).
- JIS H 8641، GB/T 2518 - معايير وطنية تتناول متطلبات الغلفنة والطلاء.
- تصنيف المواد:
- تنطبق تسمية "Z" على طلاء الزنك؛ الركيزة عادةً ما تكون من الصلب الكربوني/السبائك المنخفضة (ليس HSLA، أو الصلب الأدوات، أو الفولاذ المقاوم للصدأ). الركائز الشائعة هي الصلب المدلفن على البارد أو المدلفن على الساخن منخفض الكربون المخصص للغلفنة (DX51D، S220GD، S250GD، مكافئات ASTM A1008/A1011).
2. التركيب الكيميائي واستراتيجية السبائك
جدول: السياق التركيب النموذجي لطلاءات Z وكيمياء الركيزة منخفضة الكربون (نطاقات نوعية).
| عنصر | طلاء Z180 (غمر ساخن) | طلاء Z275 (غمر ساخن) | ركيزة الصلب منخفض الكربون النموذجية (السياق) |
|---|---|---|---|
| Zn | المكون الرئيسي للطلاء؛ كتلة الطلاء = 180 غم/م² (مجموع الجانبين) | المكون الرئيسي؛ كتلة الطلاء = 275 غم/م² (مجموع الجانبين) | أثر ضئيل أو لا يوجد في الركيزة؛ ليس عنصر سبيكة مقصود |
| Fe | طبقة تفاعل بين الفلزات تحتوي على مراحل Fe–Zn (غاما، دلتا، زيتا) | نفس المراحل؛ تزداد السماكة النسبية مع كتلة الطلاء | عنصر أساسي في الركيزة |
| C، Mn، Si، P، S، Nb، Ti، V، B، N | لا ينطبق على تركيب طلاء الزنك (قد توجد كشوائب ضئيلة) | نفس الشيء | تختلف حسب درجة الركيزة؛ عادةً ما تحتوي الركائز المجلفنة منخفضة الكربون على كربون منخفض (لتحسين القابلية للتشكيل واللحام) وManganese/Si مضبوطة لتلبية المتطلبات الميكانيكية |
| إضافات السبيكة إلى الطلاء (Al، Mg، Ni) | توجد فقط في الطلاءات المتخصصة (مثل Zn–Al–Mg أو Galfan) - ليست في الطلاءات القياسية Z | نفس التحذير - عادةً ما تشير Z275 إلى كتلة الزنك العادي ما لم يُحدد كطلاء سبيكة | استراتيجية سبيكة الركيزة مستقلة؛ تُستخدم السبيكة الدقيقة (Nb، Ti، V) في درجات القوة |
ملاحظات: - تشير Z180 و Z275 إلى كتلة الزنك لكل وحدة مساحة (غم/م²) المحددة بواسطة المعايير؛ فهي ليست فولاذ سبائك متميز. - تعتمد كيمياء الركيزة الفولاذية على المتطلبات الهيكلية/القابلية للتشكيل؛ تُطبق الغلفنة على الفولاذ منخفض الكربون المتوافق أو الدرجات المعدة بشكل صحيح.
كيف تؤثر السبيكة على الأداء: - في الطلاء: يعمل الزنك النقي بشكل تضحوي؛ أي سبيكة مقصودة (Zn–Al، Zn–Al–Mg) تعدل سلوك التآكل والمظهر. تعتمد الطلاءات القياسية Z على نبالة الزنك الكهروكيميائية بالنسبة للحديد من أجل الحماية الكاثودية. - في الركيزة: يتحكم الكربون والسبيكة الدقيقة في القوة وقابلية التصلب؛ يفضل الكربون المنخفض القابلية للتلحيم والتشكيل تحت الطلاء المجلفن.
3. الميكروهيكل واستجابة المعالجة الحرارية
- الميكروهيكل للطلاء: يتكون طلاء الزنك بالغمر الساخن على الصلب من عدة طبقات من الصلب إلى الخارج: طبقات Fe–Zn بين الفلزات (غالبًا ما تُسمى غاما، دلتا، زيتا) بجوار الصلب، مغطاة بطبقة علوية من الزنك النقي تقريبًا (η). الطبقة بين الفلزات صلبة نسبيًا ومترابطة معدنيًا؛ الطبقة الخارجية من الزنك η أكثر ليونة ومرونة.
- أثر كتلة الطلاء: عادةً ما تحتوي Z275 على طبقات η وطبقات بين الفلزات أكثر سمكًا من Z180 لنفس الركيزة وظروف العملية؛ تزيد الطبقات الأكثر سمكًا من القدرة التضحوية وتطيل عمر الخدمة في الأجواء التآكلية.
- الحرارة والدورات الحرارية: يمكن أن تتسبب درجات الحرارة المرتفعة (مثل معالجة الطلاء بعد الخبز أو اللحام الموضعي) في انتشار عند واجهة الزنك-الصلب واحتمالية هشاشة المنطقة بين الفلزات. للزنك نقطة انصهار منخفضة؛ يجب التحكم في المعالجة عند درجات حرارة عالية لتجنب تلف الطلاء أو تبخره.
- المعالجة الحرارية للركيزة: عادةً ما يُطبق طلاء الزنك بعد الدرفلة على البارد وإعداد السطح، وليس على الفولاذ المعالج بالتبريد والتصلب. المعالجات الحرارية للركيزة مستقلة إلى حد كبير عن الطلاء، ولكن أي معالجة حرارية بعد الغلفنة يمكن أن تغير الميكروهيكل للطلاء والالتصاق.
4. الخصائص الميكانيكية
جدول: نظرة عامة مقارنة على التأثير الميكانيكي (خصائص الركيزة تتغير بشكل طفيف بواسطة الطلاء).
| خاصية | التأثير لـ Z180 | التأثير لـ Z275 | تفسير هندسي |
|---|---|---|---|
| قوة الشد | لا تغيير ذو معنى في قوة الشد الكلية للركيزة | لا تغيير ذو معنى في قوة الشد الكلية للركيزة | كتلة الطلاء لا تغير القوة الميكانيكية للفولاذ الأساسي |
| قوة العائد | غير متغيرة | غير متغيرة | تحدد الخصائص الميكانيكية حسب درجة الركيزة والمعالجة |
| التمدد / القابلية للانحناء | يمكن أن يتشقق الطلاء السطحي عند الانحناءات الضيقة إذا تم تحميله بشكل زائد | ميل طفيف لإظهار تشقق الطلاء عند التشكيل الشديد بسبب الطبقات بين الفلزات الأكثر سمكًا وهشاشة | اختر أنصاف انحناء مناسبة وطرق تشكيل؛ قد تتطلب Z275 تشكيلًا أكثر لطفًا |
| صلابة التأثير | الركيزة غير متأثرة؛ الطبقات بين الفلزات الهشة محلية على السطح | نفس الشيء؛ قد تزيد الطبقات بين الفلزات الأكثر سمكًا من خطر تقشر الطلاء تحت التأثير | تتحكم صلابة المكون بواسطة الفولاذ الأساسي |
| صلابة السطح | الزنك الخارجي η ناعم؛ الطبقات بين الفلزات أكثر صلابة | زيادة طفيفة في سماكة الطبقة السطحية → زيادة طفيفة في صلابة السطح | ليست بديلاً عن المعالجات المقاومة للتآكل |
ملخص: لا تغير فئة طلاء الزنك (Z180 مقابل Z275) الخصائص الميكانيكية الكلية للركيزة الفولاذية؛ الاختلافات تتعلق بالسطح وتؤثر على التشكيل والانحناء والمتانة السطحية بدلاً من الشد أو العائد.
5. قابلية اللحام
- تحدد قابلية لحام الفولاذ الأساسي كيمياء الركيزة (الكربون، Mn، السبيكة الدقيقة). ومع ذلك، تقدم الطلاءات المجلفنة قضايا محددة باللحام:
- يتبخر الزنك أثناء اللحام القوسي، مما ينتج عنه أبخرة وخلل في اللحامات إذا كان الطلاء موجودًا عند وصلة اللحام.
- تزيد وجود طبقة أكثر سمكًا (Z275) من كتلة الزنك التي يجب إزالتها أو تبخرها محليًا، مما قد يزيد من مخاطر الأبخرة والخلل.
- يساعد استخدام صيغ المعادلة الكربونية في تقييم قابلية لحام الركيزة (الطلاء مزال). المؤشرات الشائعة:
- $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$
- $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
- إرشادات عملية:
- قم بإزالة الغلفنة من منطقة اللحام المباشرة (الطحن الميكانيكي أو إزالة كيميائية) واستخدم التهوية المناسبة ووسائل الحماية الشخصية للتحكم في أبخرة الزنك.
- استخدم مواد استهلاكية للحام وإرشادات تسخين مسبق/ذروة مناسبة لقيمة CE للركيزة؛ تؤثر فئة الطلاء على كمية التنظيف المحلي المطلوبة بدلاً من CE نفسها.
- تعد اللحام النقطي واللحام المقاوم للصفائح المطلية شائعة في الصناعة؛ يمكن أن تغير الطلاءات الأكثر سمكًا مقاومة الاتصال وعمر القطب الكهربائي.
6. التآكل وحماية السطح
- الآلية: يوفر الزنك حماية كاثودية (تضحوية) للصلب المكشوف ويشكل منتجات تآكل (أكسيد الزنك/هيدروكربونات الزنك) تبطئ الهجوم الإضافي.
- أداء التآكل النسبي: ترتبط كتلة الزنك الأكبر بعمر حماية أطول في التعرضات الجوية. عادةً ما تدوم Z275 لفترة أطول من Z180 في ظروف بيئية مماثلة، خاصة في الأجواء الصناعية أو البحرية.
- استراتيجيات حماية السطح:
- طلاء فوق الغلفنة (لفائف مجلفنة مسبقة الطلاء) للحماية المركبة والحماية التضحوية؛ تأكد من التوافق ودرجات حرارة المعالجة.
- استخدم مواد مانعة إضافية، أو طلاءات تحويل، أو طبقات علوية لعمر ممتد في التعرضات العدوانية.
- PREN لا ينطبق على الفولاذ الكربوني المطلي بالزنك (ينطبق على تقييم مقاومة التآكل للفولاذ المقاوم للصدأ). بالنسبة للطلاءات المقاومة للصدأ أو Zn–Al–Mg، استخدم مؤشرات تآكل وبيانات اختبار مناسبة.
- عندما لا تكون الطلاءات الزنك كافية، اعتبر الطلاءات السبيكية (Zn–Al–Mg) أو استبدال المواد بالفولاذ المقاوم للصدأ أو الفولاذ المقاوم للعوامل الجوية.
7. التصنيع، قابلية التشغيل، والقابلية للتشكيل
- التشكيل والانحناء: تتحمل الطلاءات المجلفنة عمليات التشكيل الشائعة، ولكن يجب احترام أنصاف الانحناء الدنيا. تحتوي الطلاءات الأكثر سمكًا (Z275) على نسبة أكبر من الطبقات بين الفلزات التي يمكن أن تسبب صدأ أبيض أو تشققات مرئية عند الانحناءات الضيقة.
- القطع والثقب: يمكن أن تنتج الأسطح المطلية نتوءات وتشوهات في الطلاء؛ قد تتأثر عمر الأداة بشكل طفيف مع الطلاءات الأثقل.
- التشغيل: الطلاءات رقيقة بالنسبة لعمليات التشغيل؛ تنطبق ممارسات التشغيل القياسية ولكن يجب أخذ التحكم في الجسيمات والأبخرة في الاعتبار.
- إنهاء السطح: يمكن أن تقبل Z275 الطلاء وطلاء اللفائف بشكل مشابه لـ Z180، على الرغم من أن إعداد السطح (التمرير، طلاءات التحويل) يضمن الالتصاق.
8. التطبيقات النموذجية
جدول: الاستخدامات النموذجية لكل فئة طلاء.
| Z180 (كتلة زنك أقل) | Z275 (كتلة زنك أعلى) |
|---|---|
| ألواح داخلية، أثاث، إطارات خفيفة، أنابيب داخلية | أسطح، مزاريب، فلاشينغ، تكسية خارجية، واجهات |
| ألواح داخلية للسيارات ومكونات هيكلية غير مكشوفة | معدات زراعية، لافتات خارجية، أعضاء هيكلية معرضة للطقس |
| أجهزة خفيفة، صناديق كهربائية للبيئات المحمية | مكونات قريبة من البحر، أجزاء معرضة لرذاذ الملح، بنية تحتية خارجية طويلة العمر |
مبررات الاختيار: - اختر Z180 حيث يكون التعرض محدودًا، ومتوسط العمر المتوقع، وتكون تكلفة المواد المنخفضة بالإضافة إلى القابلية الجيدة للتشكيل/اللحام هي الأولويات. - اختر Z275 حيث يبرر العمر الطويل للخدمة، أو التعرض الخارجي، أو تقليل فترات الصيانة التكلفة الأولية الأعلى وممارسة التشكيل/اللحام الأكثر حذرًا.
9. التكلفة والتوافر
- التكلفة: تستخدم Z275 زنكًا أكثر وبالتالي لديها تكلفة خام أعلى مقارنة بـ Z180. يجب موازنة التكلفة الإضافية مقابل عمر الخدمة الممتد وتقليل الصيانة.
- التوافر: كلا فئتي الطلاء متاحة عادةً في جميع أنحاء العالم في لفائف وصفائح من كبار منتجي الصلب ومراكز الخدمة. تشمل أشكال المنتجات لفائف مجلفنة مدلفنة على البارد، ولفائف مجلفنة مسبقة الطلاء (PPGI)، وصفائح/ألواح مجلفنة.
- أوقات التسليم: تميل فئات الطلاء القياسية إلى أن تكون مخزنة؛ قد تكون الطلاءات السبيكية المتخصصة (Zn–Al–Mg) أو الطلاءات ذات الكتلة العالية جدًا لها أوقات تسليم أطول.
10. الملخص والتوصية
جدول: نظرة سريعة مقارنة.
| السمة | Z180 | Z275 |
|---|---|---|
| قابلية اللحام (عملية) | جيدة إذا تمت إزالة الطلاء عند اللحامات؛ زنك أقل لإدارته | جيدة إذا تمت إزالة الطلاء؛ مزيد من أبخرة الزنك وخطر تآكل القطب الكهربائي |
| تأثير القوة–الصلابة على الركيزة | محايد | محايد |
| حماية من التآكل (العمر المتوقع الخارجي) | أقل | أعلى |
| التكلفة | تكلفة أولية أقل | تكلفة أولية أعلى |
استنتاجات: - اختر Z180 إذا: كان المكون يستخدم في بيئة محمية أو داخلية، وكانت التكلفة الأولية والحد الأقصى من القابلية للتشكيل هي القضايا الرئيسية، وكان العمر المتوقع للخدمة معتدلاً. Z180 مناسب للعديد من التطبيقات الهيكلية الخفيفة والأجهزة حيث تكون الحماية التضحوية كافية. - اختر Z275 إذا: كان المكون سيواجه تعرضًا خارجيًا، أو أجواء صناعية أو ساحلية، أو عندما تكون فترات الصيانة الأطول وعمر الخدمة مطلوبة. يُفضل Z275 للأسطح، والمزاريب، والتكسية الخارجية، والبنية التحتية حيث تزيد كتلة الزنك الأكثر سمكًا بشكل مادي من العمر.
ملاحظات عملية نهائية: - حدد دائمًا درجة الفولاذ للركيزة بشكل منفصل عن فئة طلاء الزنك؛ تأكد من ذكر كتلة الطلاء كغم/م² وفقًا لاتفاقية EN وما إذا كانت الأرقام هي المجموع لكلا الجانبين أو لكل جانب. - بالنسبة للمكونات الملحومة، خطط لإزالة الطلاء من منطقة اللحام، والتهوية الكافية، واختيار القطب الكهربائي؛ استشر قيم CE للركيزة للحصول على توصيات التسخين المسبق/بعد اللحام. - عند الشك في التطبيقات المكشوفة أو طويلة العمر، غالبًا ما تؤدي التكلفة الإضافية لـ Z275 إلى تكلفة دورة حياة أقل من خلال تقليل صيانة التآكل.