Z100 vs Z180 – Komposisi, Perlakuan Panas, Sifat, dan Aplikasi

Pengenalan

Z100 dan Z180 adalah sebutan yang umum ditemui dalam rantai pasokan baja yang dilapisi seng dengan proses cold-rolled dan hot-rolled ketika material dikirim dengan pelapisan seng celup panas. Dilema pemilihan antara keduanya adalah hal yang familiar bagi insinyur, manajer pengadaan, dan perencana manufaktur: apakah Anda memprioritaskan biaya material yang lebih rendah dan pembentukan yang lebih mudah, atau perlindungan korosi yang lebih tinggi dan umur layanan yang lebih lama? Keputusan biasanya menyeimbangkan paparan korosi, persyaratan pembentukan/pengelasan, ketahanan akhir dan umur pelapisan terhadap biaya per unit dan ketersediaan.

Pada intinya, kedua sebutan tersebut berbeda dalam jumlah seng yang diterapkan pada permukaan baja: satu memiliki lapisan seng yang lebih ringan sementara yang lainnya memiliki massa seng yang lebih berat per unit area. Karena label ini menggambarkan massa pelapisan permukaan daripada paduan dasar yang berbeda, mereka sering dibandingkan ketika kimia baja dasar dan kelas mekanik yang sama ditawarkan dengan berat pelapisan seng yang berbeda.

1. Standar dan Sebutan

Standar dan spesifikasi internasional yang umum yang mencakup baja yang dilapisi seng celup panas dan cara pelapisan ditentukan meliputi: - ASTM A653 / A653M dan ASTM A792 (pelapisan seng dan paduan seng pada lembaran baja, biasanya menggunakan sebutan G). - EN 10346 (produk datar yang dilapisi seng celup panas secara kontinu) dan dokumen EN/ISO terkait (beberapa menggunakan awalan Z untuk menunjukkan massa pelapisan). - Standar JIS untuk pelapisan seng (umumnya menggunakan nomenklatur gaya Z dalam praktik Jepang). - Standar nasional seperti spesifikasi GB/T Cina untuk galvanisasi celup panas dan baja yang digalvanisasi.

Catatan penting: Z100 dan Z180 bukanlah kelas paduan baja (karbon, HSLA, alat, atau stainless); mereka merujuk pada massa pelapisan seng pada substrat. Substrat itu sendiri biasanya adalah baja karbon atau baja paduan rendah yang diproses dengan cold-rolled atau hot-rolled (bukan stainless). Spesifikasi baja yang mendasari (misalnya, kualitas komersial cold-rolled, kelas gambar, atau kelas struktural) harus dibaca bersama dengan sebutan pelapisan.

2. Komposisi Kimia dan Strategi Paduan

Komentar: - Tabel ini dengan sengaja mencantumkan "Tidak berlaku untuk pelapisan" karena Z100 dan Z180 menunjukkan massa pelapisan seng (massa seng per unit area) daripada kimia logam dasar. Komposisi kimia substrat ditentukan oleh kelas baja yang ditentukan (misalnya SPCC, DC01, S235, dll.). Baja dasar yang umum digunakan untuk galvanisasi celup panas adalah baja karbon atau baja paduan rendah dengan karbon dan paduan yang dikendalikan untuk memenuhi persyaratan mekanik dan kemampuan pembentukan. - Strategi paduan untuk substrat (C, Mn, Si, elemen mikro-paduan) terutama menargetkan kekuatan, kemampuan pengerasan, kemampuan pembentukan, dan respons temper; pelapisan seng itu sendiri pada dasarnya adalah Zn metalik dengan tambahan paduan kecil yang kadang-kadang (misalnya, aluminium dalam Galfan atau pelapisan seng-aluminium) diperkenalkan untuk mengontrol morfologi pelapisan dan daya rekat.

Bagaimana paduan mempengaruhi kinerja (perspektif substrat): - Meningkatkan karbon dan mikro-paduan (V, Nb, Ti) meningkatkan kekuatan hasil dan kekuatan tarik tetapi mengurangi kemampuan pengelasan dan dapat meningkatkan kerentanan terhadap retak hidrogen jika tidak dikendalikan. - Tingkat silikon dan fosfor mempengaruhi reaktivitas permukaan baja dalam bak galvanisasi dan oleh karena itu morfologi pelapisan yang dihasilkan dan keseragaman ketebalan. - Massa pelapisan seng (lebih ringan vs lebih berat) mempengaruhi umur korosi dan perlindungan tepi tetapi tidak mengubah kekuatan substrat bulk intrinsik.

3. Mikrostruktur dan Respons Perlakuan Panas

• Mikrostruktur substrat: Pelapisan Z100 dan Z180 diterapkan pada baja yang mikrostrukturnya tergantung pada spesifikasi baja dan jalur pemrosesan (ferrit–pearlit, ferrit–bainit, martensit dalam kelas yang dikuenching dan ditempa, atau fase ganda dalam beberapa baja maju). Lapisan seng membentuk intermetallic pada antarmuka pelapisan/substrat selama galvanisasi celup panas; jumlah dan ketebalan lapisan intermetallic ini tergantung pada kimia permukaan baja dan kondisi bak.
• Mikrostruktur pelapisan: Lapisan seng celup panas yang khas memiliki struktur multilayer dengan lapisan seng murni luar dan satu atau lebih lapisan intermetallic (fase seng-besi). Pelapisan yang lebih berat (misalnya, Z180 relatif terhadap Z100) meningkatkan ketebalan lapisan seng luar dan dapat meningkatkan total material intermetallic tergantung pada reaktivitas permukaan baja dan waktu perendaman.
• Respons perlakuan panas: Perlakuan panas pasca-galvanisasi jarang diterapkan untuk memodifikasi pelapisan secara langsung karena panas dapat mengubah morfologi pelapisan. Respons substrat terhadap normalisasi, penguapan & penempaan, atau pemrosesan termo-mekanis tidak tergantung pada massa seng, tetapi galvanisasi biasanya diterapkan setelah pembentukan atau pada tahap yang terkontrol untuk menghindari kerusakan pada pelapisan. Untuk material pra-galvanisasi (coil-coated), perlakuan panas harus divalidasi karena suhu tinggi dapat menyebabkan difusi pelapisan dan perubahan.

4. Sifat Mekanis

Interpretasi: - Nilai kekuatan mekanik dan duktilitas baja dengan pelapisan Z100 vs Z180 secara fundamental dikendalikan oleh kelas substrat dan perlakuan panas. Massa pelapisan seng mempengaruhi perilaku permukaan selama pembentukan, inisiasi retak lokal di tepi atau fitur yang sangat tertekan, dan perilaku aus, tetapi tidak secara material mengubah kekuatan tarik atau kekuatan hasil bulk. - Pelapisan yang lebih tebal lebih mungkin mengembangkan retakan longitudinal atau pengelupasan dalam operasi pembengkokan yang agresif; validasi proses diperlukan saat beralih dari pelapisan yang lebih ringan ke yang lebih berat.

5. Kemampuan Pengelasan

Pertimbangan kemampuan pengelasan mencakup ekuivalen karbon substrat dan keberadaan lapisan seng di zona las.

Indeks ekuivalen karbon dan kemampuan pengelasan yang berguna: - Ekuivalen karbon IIW: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Pcm Institut Internasional Pengelasan: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Interpretasi dan panduan praktis: - CE atau Pcm numerik harus dihitung dari komposisi substrat untuk menilai kebutuhan pemanasan awal dan kerentanan terhadap retak dingin. Rumus ini tidak mencakup massa pelapisan seng. - Pengelasan di atas lapisan seng memperkenalkan masalah tambahan: seng menguap dan menghasilkan asap, dapat menyebabkan porositas dalam las fusi, dan dapat menyebabkan embrittlement pada bead las jika tidak dihilangkan atau dihilangkan. Pelapisan seng yang lebih tebal (Z180) umumnya meningkatkan volume uap seng dan risiko porositas serta pembentukan asap dibandingkan dengan Z100. - Praktik yang direkomendasikan: hilangkan seng dari zona las yang segera dengan penggilingan atau cara kimia; gunakan ventilasi dan ekstraksi asap yang sesuai; terapkan parameter pengelasan dengan input panas yang lebih rendah atau batang penyangga dan gunakan bahan habis pakai yang sesuai untuk substrat; pertimbangkan pengelasan plug atau pengikatan mekanis untuk bagian yang sangat dilapisi.

6. Korosi dan Perlindungan Permukaan

• Untuk baja non-stainless dengan pelapisan seng, perlindungan korosi bersifat pengorbanan (perlindungan katodik) ditambah perlindungan penghalang dari lapisan seng. Massa seng yang lebih berat memberikan umur layanan yang lebih lama dan perlindungan yang lebih baik di tepi potong, goresan, dan celah karena ada lebih banyak logam pengorbanan untuk dikonsumsi sebelum mengekspos substrat.
• PREN tidak berlaku untuk pelapisan seng; PREN relevan untuk baja stainless dan dihitung sebagai: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
• Pertimbangan praktis:
• Z100 biasanya cukup dalam lingkungan ringan dan di mana finishing cat digunakan untuk memberikan penghalang tambahan.
• Z180 dipilih untuk atmosfer luar yang lebih agresif, zona pesisir, atau aplikasi di mana perlindungan tepi dan interval pemeliharaan yang lebih lama diperlukan.
• Pelapisan tambahan (cat, pasivasi, pelapisan konversi) dapat diterapkan di atas seng untuk meningkatkan estetika dan ketahanan korosi; kombinasi tersebut harus divalidasi untuk daya rekat dan kompatibilitas.

7. Fabrikasi, Kemudahan Pemesinan, dan Kemampuan Pembentukan

• Pemotongan: Operasi pemotongan dan pen stamping umumnya tidak terpengaruh dalam bulk oleh massa pelapisan, tetapi pelapisan yang lebih tebal dapat menghasilkan lebih banyak skala, serpihan, atau burr yang memerlukan pemrosesan pasca dan dapat meningkatkan keausan alat.
• Pembentukan dan pembengkokan: Pelapisan seng yang lebih tebal lebih rentan terhadap retak, pengelupasan, dan transfer selama pembengkokan ketat atau penarikan dalam. Untuk operasi pembentukan yang parah, pelapisan yang lebih ringan atau galvanisasi pasca-pembentukan sering kali lebih disukai, atau parameter proses (radius cetakan, pelumasan) harus disesuaikan.
• Kemudahan pemesinan: Pelapisan seng tidak secara substansial mengubah kemudahan pemesinan inti baja untuk operasi pemotongan melalui, tetapi finishing permukaan dan umur alat dapat terpengaruh oleh pengolesan seng yang ditransfer. Penggunaan pelapisan alat dan pendingin yang sesuai disarankan.
• Penyelesaian: Pelapisan yang lebih berat mungkin memerlukan persiapan permukaan yang lebih agresif untuk pengecatan atau pengikatan; namun, lapisan seng yang lebih tebal juga dapat memberikan substrat yang lebih seragam untuk lapisan atas dalam banyak proses.

8. Aplikasi Tipikal

Rasional pemilihan: - Pilih pelapisan yang lebih ringan ketika persyaratan pembentukan ketat, ketika lingkungan ringan, atau ketika bagian akhir akan dilapisi cat yang memberikan penghalang utama. - Pilih pelapisan yang lebih berat untuk paparan luar yang lebih lama, lokasi di mana perlindungan tepi sangat penting, atau di mana siklus pemeliharaan harus diperpanjang.

9. Biaya dan Ketersediaan

• Biaya: pelapisan seng yang lebih berat memerlukan lebih banyak logam seng dan waktu perendaman yang lebih lama atau kimia bak yang berbeda, sehingga Z180 biasanya akan lebih mahal per unit area dibandingkan Z100. Perbedaan biaya harus dipertimbangkan terhadap penghematan siklus hidup dari pengurangan pemeliharaan dan umur korosi yang lebih lama.
• Ketersediaan: kedua massa pelapisan umumnya tersedia dalam bentuk coil, lembaran, dan produk pra-cat dari pabrik besar, tetapi ketersediaan berdasarkan kelas substrat dan ketebalan dapat bervariasi berdasarkan wilayah dan pabrik. Kelas substrat khusus dengan kemampuan pembentukan tinggi atau kekuatan tinggi mungkin lebih terbatas dalam versi yang dilapisi berat, sehingga keterlibatan awal dengan pabrik atau pemasok disarankan.

10. Ringkasan dan Rekomendasi

Rekomendasi: - Pilih Z100 jika produk Anda akan dibentuk dengan radius ketat atau penarikan dalam, dipasang di lingkungan yang relatif jinak, atau akan menerima cat berkualitas tinggi atau lapisan bubuk yang berfungsi sebagai penghalang korosi utama. Z100 meminimalkan pengelupasan pelapisan dan mengurangi masalah asap/porositas pengelasan. - Pilih Z180 jika bagian tersebut akan terpapar pada lingkungan luar atau yang agak agresif, jika umur layanan yang diperpanjang dan perlindungan tepi yang lebih baik diperlukan, atau jika interval pemeliharaan harus diminimalkan. Z180 menyediakan reservoir seng pengorbanan yang lebih besar dan perlindungan jangka panjang yang lebih baik di goresan dan tepi potong.

Catatan akhir: Z100 dan Z180 adalah sebutan massa pelapisan yang terkait dengan praktik galvanisasi daripada kelas substrat metalurgi yang berbeda. Selalu spesifikasikan baik kelas baja yang mendasari (persyaratan kimia dan mekanik) dan massa pelapisan yang diperlukan dalam dokumen pengadaan, dan validasi proses pembentukan, pengelasan, dan penyelesaian untuk kombinasi yang dipilih dengan data pemasok dan percobaan proses.