ZA150 مقابل ZA200 – التركيب، المعالجة الحرارية، الخصائص، والتطبيقات

مقدمة

ZA150 و ZA200 هما تسميتان شائعتان يتم مواجهتهما عند اختيار منتجات الصلب المطلية للاستخدامات الهيكلية والمعمارية والصناعية. يواجه المهندسون وفرق الشراء غالبًا تنازلاً بين مقاومة التآكل، وقابلية التشكيل، وقابلية اللحام، والتكلفة عند الاختيار بين هذين الخيارين. تشمل سياقات القرار النموذجية التكسية الخارجية مقابل الأثاث الداخلي، والصفائح العميقة مقابل الأعضاء الهيكلية، والتجمعات الملحومة مقابل الأجزاء المثبتة بالبراغي أو الميكانيكية.

على عكس محددات درجات الصلب القياسية (مثل S355 أو A36)، فإن ZA150 و ZA200 تصف في الغالب منتجات الصلب المطلية بسبيكة الزنك والألمنيوم التي تميزت أساسًا بكتلة الطلاء ومحتوى السبيكة في الطلاء. لذلك، يكمن الاختلاف الفني الرئيسي في نظام الطلاء — نسبة السبيكة وكتلة الطلاء لكل وحدة مساحة — والتي تؤثر بشكل مباشر على حماية التآكل، والالتصاق، وبعض سلوكيات التصنيع.

1. المعايير والتسميات

• ZA150 / ZA200: تُستخدم عادةً كأسماء تجارية للصلب المطلي حيث تشير "ZA" إلى طلاء سبيكة من نوع الزنك والألمنيوم ويشير اللاحقة الرقمية إلى الكتلة الاسمية للطلاء (تُعبر عادةً عن g/m² إجمالي الجانبين أو لكل جانب حسب المورد). هذه ليست أسماء درجات الصلب المعدنية العالمية في تسميات ASTM/EN/JIS ولكنها تُستخدم بشكل شائع من قبل شركات الطلاء ومراكز خدمة الصلب.
• المعايير والمواصفات الدولية ذات الصلة التي تحكم الصلب المطلي (الركيزة والطلاءات) تشمل:
• عائلة ASTM A653 / A792 (الصلب المجلفن بالغمر الساخن وطلاءات Zn–Al–Mg/Al–Zn) — تتناول الصلب الكربوني المطلي.
• EN 10346 (الصلب المطلي بالمعادن بالغمر الساخن بشكل مستمر) — تغطي تعريفات المنتجات وعلامات الصلب المطلي.
• معايير JIS و GB (المواصفات الوطنية) التي تحكم الركائز المدرفلة على البارد وعمليات الطلاء.
• التعرف حسب فئة المادة:
• المادة الأساسية تحت طلاء ZA هي عادةً الصلب الكربوني (الصلب منخفض الكربون أو الصلب المدرفل على البارد الخالي من الفجوات) — وليس الفولاذ المقاوم للصدأ، أو أدوات، أو HSLA في معظم خطوط منتجات ZA150/ZA200 النموذجية.
• الطلاء هو سبيكة (مبنية على Zn–Al)، لذا فإن المنتج النهائي هو منتج من الصلب الكربوني المطلي بدلاً من فئة صلب مختلفة.

2. التركيب الكيميائي واستراتيجية السبيكة

يتم التحكم في الفرق في الأداء الوظيفي بين ZA150 و ZA200 بشكل أساسي من خلال كيمياء الطلاء (النسب النسبية لـ Zn و Al و Mg والإضافات الطفيفة) وكتلة الطلاء. عادةً ما تكون كيمياء الركيزة الفولاذية عبارة عن فولاذ منخفض الكربون تقليدي مُحسن للتشكيل أو الطلاء.

جدول: مجالات التركيب النموذجية (الركيزة مقابل الطلاء). ملاحظة: تختلف التركيبات حسب المورد؛ الجدول يعطي أهمية العناصر النموذجية بدلاً من القيم الوصفية.

عنصر	ركيزة فولاذ منخفض الكربون (الأهمية)	طلاء ZA (نوع Zn–Al) — الأهمية
C	منخفض (يؤثر على القوة وقابلية اللحام)	غير قابل للتطبيق
Mn	موجود (تحكم في القوة/التشوه)	غير قابل للتطبيق
Si	كميات صغيرة (إزالة الأكسدة؛ تؤثر على ترطيب الطلاء)	قد تكون موجودة بكميات ضئيلة
P	منخفض (خطر الهشاشة إذا كان مرتفعًا)	قد تكون موجودة بكميات ضئيلة
S	منخفض (الشوائب تؤثر على قابلية التشكيل)	قد تكون موجودة بكميات ضئيلة
Cr	عادةً غائب (ما لم يكن هناك ركيزة خاصة)	نادر في طلاء ZA (بكميات ضئيلة، إن وجدت)
Ni	غير ذي صلة بالركيزة ما لم يكن مخلوطًا	نادر في الطلاء
Mo	غير ذي صلة	نادر
V, Nb, Ti	إمكانية استخدام الميكروسبائك في الركيزة من أجل القوة	غير ذي صلة
B	قد تكون موجودة بكميات ضئيلة في الركيزة أحيانًا	غير ذي صلة
N	يتم التحكم فيه في الركيزة لبعض الفولاذات	غير ذي صلة
Zn	غير موجود في الركيزة	العنصر الرئيسي في الطلاء (الأغلبية)
Al	غير موجود في الركيزة	إضافة سبيكة إلى Zn — يحسن الأداء الحاجز والأداء التضحيتي
Mg	غير موجود في الركيزة	يضاف غالبًا بكميات صغيرة لتعزيز مقاومة التآكل والالتصاق
أخرى (Si، Sn، Bi)	عادةً ما تكون بكميات ضئيلة في الركيزة	إضافات طفيفة تستخدمها بعض شركات الطلاء لتخصيص الخصائص

كيف تؤثر السبيكة على الأداء: - زيادة محتوى Al في طلاء Zn–Al عمومًا تحسن الحماية الحاجزية وقابلية الطلاء، وتقلل من الصدأ الأبيض، ويمكن أن تعدل السلوك التضحيتي. - غالبًا ما تحسن الإضافات الصغيرة من Mg مقاومة التآكل الجوي وتقلل من التآكل في الخدوش. - زيادة كتلة الطلاء (مثل ZA200 مقابل ZA150) تزيد من الزنك التضحيتي المتاح وتطيل عمر الحماية، مع بقاء كل شيء آخر ثابتًا.

3. البنية المجهرية واستجابة المعالجة الحرارية

تختلف ZA150 و ZA200 بشكل أساسي في بنية الطلاء المجهرية، وليس في بنية الفولاذ الكتلي (ما لم يتم تحديد ركائز خاصة).

• البنية المجهرية للركيزة:
• الفولاذ الأساسي لهذه المنتجات المطلية هو عادةً فولاذ منخفض الكربون مدرفل على البارد مع بنية مجهرية من الفريت والبرلايت (أو بالكامل فريتية للصلب الخالي من الفجوات). عادةً ما تقتصر المعالجة الحرارية للركيزة على دورات التلدين المستخدمة أثناء معالجة الدرفلة على البارد؛ الركيزة ليست مخصصة للتبريد/التسخين الإضافي بعد الطلاء.
• البنية المجهرية للطلاء:
• تتصلب طلاءات Zn–Al لتشكل بنية مزدوجة: طبقة خارجية من سبيكة Zn–Al وطبقة تفاعل بين المعدن عند واجهة الفولاذ والطلاء. يقلل Al من معدل النمو ويعدل تشكيل الطور مقارنةً بـ Zn النقي، مما يؤدي إلى طبقة بين معدنية أدق وسلوك التصاق مختلف.
• ستكون ZA200 (كتلة طلاء أعلى) لها طبقة سبيكة أسمك ومنطقة بين معدنية أسمك مقارنةً بـ ZA150 عند معالجتها بشكل متطابق.
• استجابة المعالجة الحرارية/المعالجة:
• لا تُطبق عادةً عمليات التعديل أو التبريد والتسخين على الأجزاء النهائية المطلية لأنها ستتلف الطلاء؛ يمكن أن يؤدي التعرض الحراري أثناء المعالجة (مثل التشكيل أو اللحام) إلى نمو بين معدني محلي أو تغييرات في اللمعان.
• تتحكم الدورات الحرارية أثناء خطوط الجلفنة/الطلاء المستمرة (تلدين قصير) في ترطيب الطلاء، وتشكيل المعدن بين، ونسب السبيكة النهائية.

4. الخصائص الميكانيكية

تسيطر الخصائص الميكانيكية للمنتج النهائي على الفولاذ الأساسي؛ يساهم الطلاء بشكل ضئيل في القوة الميكانيكية الكلية ولكنه حاسم لحماية السطح.

جدول: توقعات الخصائص الميكانيكية المقارنة (نطاقات نموذجية لمنتجات الصلب منخفض الكربون المطلي).

الخاصية	ZA150 (فولاذ منخفض الكربون المطلي النموذجي)	ZA200 (فولاذ منخفض الكربون المطلي النموذجي)
قوة الشد (ميغاباسكال)	نطاق الركيزة النموذجي (مثل 220–420) — الطلاء غير مهم	نفس نطاق التحكم في الركيزة
قوة الخضوع (ميغاباسكال)	متحكم بها من الركيزة (مثل 140–350)	نفس الشيء
التمدد (%)	متحكم بها من الركيزة (مثل 15–40%)	نفس الشيء
صلابة التأثير	تعتمد على الركيزة؛ الطلاء له تأثير ضئيل عند درجات الحرارة المحيطة	نفس الشيء
صلابة السطح	الطلاء أصعب قليلاً من Zn النقي حسب محتوى Al	صلابة سطح أعلى قليلاً مع طلاء أسمك/أكثر سبائك

أيها أقوى، وأكثر صلابة، وأكثر قابلية للتشكيل، ولماذا: - تستمد القوة/الصلابة/قابلية التشكيل من المعادن الأساسية. عندما تستخدم ZA150 و ZA200 ركائز متطابقة، تكون الفروق في الخصائص الميكانيكية ضئيلة. - يؤثر الطلاء على صلابة السطح وسلوك التآكل/حافة القطع المحلية؛ قد يظهر طلاء ZA200 الأسمك مقاومة أعلى قليلاً للتآكل في الطبقة السطحية. - يمكن أن تتأثر قابلية التشكيل/التشكيل بكتلة الطلاء والسبيكة: يمكن أن تقلل الطلاءات الأثقل والطبقات بين المعدنية الأكثر هشاشة من أداء التشكيل بالتمدد وتعزز من تشقق الطلاء أثناء التشوه الشديد.

5. قابلية اللحام

تتحكم كيمياء الركيزة (الكربون وعناصر الصلابة الأخرى) ووجود وتركيب الطلاء بشكل كبير في قابلية اللحام.

• الكربون والصلابة:
• تزيد مستويات الكربون والعناصر السبائكية العالية من خطر تشقق منطقة اللحام. تستخدم العديد من المنتجات المطلية بـ ZA ركائز منخفضة الكربون ومنخفضة السبيكة للحفاظ على قابلية لحام جيدة.
• تأثيرات الطلاء:
• تدخل الطلاءات الزنك في حمام اللحام أثناء اللحام القوسي، مما قد يتسبب في المسامية، وزيادة الرذاذ، وعيوب مرتبطة بالتبخر. تنتج الطلاءات الأسمك (ZA200) المزيد من الزنك في الوصلة مقارنةً بالطلاءات الأرق (ZA150)، مما يزيد من احتمال حدوث هذه المشكلات.
• صيغ التقييم (استخدام نوعي):
• مؤشر التكافؤ الكربوني (IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ استخدم هذا لتقييم قابلية لحام الركيزة: كلما زادت $CE_{IIW}$ → زادت متطلبات التسخين المسبق ومعالجة ما بعد اللحام.
• Pcm لعرضة التشقق البارد: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$ كلما زادت $P_{cm}$ زادت مخاطر التشقق البارد المدعوم بالهيدروجين.
• التداعيات العملية:
• بالنسبة للحام القوسي اليدوي والروبوتي، فإن الإزالة النظيفة للطلاء في منطقة اللحام أو عمليات اللحام المناسبة (مثل MIG مع سرعة سفر أعلى، أو اللحام بالليزر، أو استخدام الفلوس/الحشوات المصممة للصلب المجلفن) تخفف من المشكلات.
• التسخين المسبق، والتحكم في إدخال الحرارة، والتنظيف بعد اللحام هي تدابير شائعة. قد تتطلب ZA200 تدابير أكثر عدوانية من ZA150 لنفس تصميم الوصلة بسبب محتوى الزنك الأكبر عند اللحام.

6. التآكل وحماية السطح

تهدف طلاءات ZA إلى تحسين حماية التآكل الجوي مقارنةً بالصلب غير المطلي. تعمل من خلال مزيج من الحماية الحاجزية والتضحية.

• بالنسبة للركائز غير المقاومة للصدأ:
• تشمل استراتيجيات الحماية اختيار سبيكة الطلاء (تركيبات Zn–Al–Mg)، وكتلة الطلاء (ZA150 مقابل ZA200)، والطلاء أو الطلاءات التحويلية فوق طبقة ZA، ومعالجة الحواف.
• تزيد كتلة الطلاء الأسمك (ZA200) من عمر الخدمة في نفس البيئة لأن المزيد من المواد التضحية متاحة وطبقة الحماية أكثر قوة.
• مؤشر الفولاذ المقاوم للصدأ (PREN) غير قابل للتطبيق:
• بالنسبة للسبيكة المقاومة للصدأ، يقيم PREN مقاومة التآكل: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
• المنتجات المطلية بـ ZA ليست فولاذًا مقاومًا للصدأ؛ لذلك فإن PREN غير ذي صلة بـ ZA150/ZA200.
• إرشادات عملية:
• اختر ZA200 للبيئات الخارجية أو الساحلية الأكثر قسوة إذا كانت كتلة الطلاء المتزايدة وإمكانية تعديل السبيكة (مثل إضافات Mg) متاحة.
• بالنسبة للأنظمة المطلية، فإن طلاء ZA عالي الجودة يوفر التصاق وسلوك حاجز أفضل على المدى الطويل.

7. التصنيع، وقابلية التشغيل، وقابلية التشكيل

• القطع (القص، الليزر، البلازما):
• يمكن أن تنتج الطلاءات الأسمك (ZA200) المزيد من الخبث وتؤثر على جودة الحواف. تحتاج معلمات قطع الليزر إلى تعديل لتناسب تركيب الطلاء وسمكه.
• التشكيل والانحناء:
• تقدم ZA150 عمومًا قابلية تشكيل أفضل في الأجزاء المعالجة بشكل كبير بسبب سمك الطلاء الأقل والطبقات بين المعدنية الأرق؛ قد تكون ZA200 أكثر عرضة لتشقق الطلاء وتفتت عند الانحناءات الضيقة.
• استخدم عينات اختبار للعمليات التشكيلية الحرجة لتأكيد سلوك الطلاء تحت الضغط المقصود.
• قابلية التشغيل:
• عادةً ما يتم قص أو ثقب المنتجات المطلية قبل المعالجة الثقيلة؛ يمكن أن يكون التشغيل من خلال الطلاء ممكنًا ولكنه ينتج عنه تآكل إضافي للأدوات ويتطلب التحكم في الرقائق لسبائك الزنك.
• التشطيب:
• تلتصق أنظمة الطلاء بشكل فعال بطبقات Zn–Al، ولكن إعداد السطح ومعالجات التمرير مهمة للحصول على جودة تشطيب متسقة.

8. التطبيقات النموذجية

ZA150 (طلاء أخف)	ZA200 (طلاء أثقل)
هياكل الأجهزة الداخلية، قنوات HVAC الداخلية، لوحات مطلية في بيئات محكومة	أسطح خارجية وواجهات في أجواء معتدلة العدوانية
الألواح الداخلية للسيارات حيث تكون قابلية التشكيل وقابلية الطلاء حاسمة	تزيين المباني، المزاريب، والطلاءات الخارجية التي تتطلب عمر تآكل ممتد
أجزاء مطبوعة خفيفة، حيث تكون التكلفة أولوية على العمر الأقصى	لافتات خارجية، تركيبات ساحلية أو صناعية تحتاج إلى حماية إضافية

مبررات الاختيار: - اختر ZA150 عندما تكون قابلية التشكيل العالية، والتكلفة المنخفضة، والحماية الكافية للبيئات المعتدلة هي المتطلبات الأساسية. - اختر ZA200 عندما تكون عمر التآكل الممتد، والاحتياطي التضحيتي الأسمك، والعمل الحاجزي الأكثر قوة هي الأولويات على الرغم من التكلفة الأعلى قليلاً والاحتمالات المحتملة لتقليل الأداء في التشكيل الشديد.

9. التكلفة والتوافر

• محركات التكلفة:
• كتلة الطلاء (ZA200 > ZA150) — المزيد من السبيكة المستهلكة، تكلفة المواد أعلى.
• تعقيد السبيكة (الإضافات الإضافية من Al/Mg تزيد التكلفة).
• معالجة المورد والشهادات.
• التوافر:
• كلا من ZA150 و ZA200 متاحان عادةً من كبار شركات الطلاء ومراكز الخدمة في أشكال صفائح/لفائف قياسية. قد تكون التركيبات الخاصة من السبيكة أو الطلاءات السميكة جدًا عوامل مؤثرة في وقت التسليم.
• أشكال المنتجات:
• يتم تقديمها عادةً كلفائف، وصفائح، ولفائف مطلية مسبقًا (PPCP). قد تكون الطلاءات الأسمك أقل شيوعًا في القياسات الرقيقة أو في المتغيرات الخاصة بالسبيكة.

10. الملخص والتوصية

جدول: مقارنة سريعة

الخاصية	ZA150	ZA200
قابلية اللحام (عملية)	أسهل (زنك أقل عند اللحام)	أكثر تحديًا (تبخر زنك أكثر)
القوة–الصلابة (الركيزة)	متحكم بها من الركيزة؛ مشابهة	متحكم بها من الركيزة؛ مشابهة
حماية التآكل	عمر خدمة أقل من ZA200	احتياطي تضحيتي أعلى وعمر أطول
قابلية التشكيل	أفضل للتشكيل الشديد	مخفضة للتشكيل الشديد (خطر أكبر لتشقق الطلاء)
التكلفة	أقل	أعلى

التوصيات: - اختر ZA150 إذا: - كنت بحاجة إلى قابلية تشكيل فائقة ونصف قطر انحناء ضيق في الألواح أو الأجزاء المطبوعة. - كانت بيئة الخدمة معتدلة إلى خفيفة وكانت تحسين التكلفة مهمة. - كانت تكرار اللحام وإدارة جودة اللحام تفضل كتلة طلاء أقل. - اختر ZA200 إذا: - كان عمر التآكل الجوي الأطول مطلوبًا (في البيئات الخارجية أو الساحلية أو الصناعية). - كانت التصميمات تعطي الأولوية لطول عمر الطلاء وتقليل الصيانة على الزيادة الطفيفة في التكلفة. - كانت الوصلات الملحومة محدودة أو كانت إجراءات اللحام محسنة للتعامل مع محتوى الزنك الأعلى.

ملاحظة نهائية: يُفضل تقييم ZA150 و ZA200 كخيارات لنظام الطلاء بدلاً من درجات الصلب الأساسية المتميزة. بالنسبة للمشاريع الحرجة، اطلب من المورد أوراق بيانات تظهر الكتلة الاسمية للطلاء (g/m²)، وتركيب السبيكة المفصل للطلاء، وبيانات اختبار الالتصاق والتآكل، وأجرِ تجارب التشكيل/اللحام مع المواد المقصودة للإنتاج قبل الاختيار النهائي.