Z100対Z180 - 成分、熱処理、特性、および用途

はじめに

Z100とZ180は、材料が熱浸鍍亜鉛コーティングで納品される際に、冷間圧延および熱間圧延鋼供給チェーンで一般的に見られる名称です。これらの選択のジレンマは、エンジニア、調達マネージャー、製造プランナーにとって馴染みのあるものであり、低コストで成形が容易な材料を優先するか、より高い犠牲的腐食保護と長いサービス寿命を優先するかというものです。決定は通常、腐食の露出、成形/溶接要件、仕上げおよびコーティングの耐久性を単位コストと入手可能性とバランスさせます。

基本的に、2つの名称は鋼表面に適用される亜鉛の量で異なります：1つは軽い亜鉛コーティングを持ち、もう1つは単位面積あたりの亜鉛の質量が重いです。これらのラベルは異なるベース合金ではなく表面コーティングの質量を示すため、同じベース鋼の化学成分と機械的グレードが異なる亜鉛コーティングの重さで提供される場合によく比較されます。

1. 規格と名称

熱浸鍍亜鉛鋼をカバーし、コーティングが指定される方法に関する一般的な国際規格および仕様には以下が含まれます： - ASTM A653 / A653MおよびASTM A792（鋼板の亜鉛および亜鉛合金コーティング、通常G指定を使用）。 - EN 10346（連続熱浸鍍亜鉛平板製品）および関連するEN/ISO文書（いくつかはコーティング質量を示すためにZ接頭辞を使用）。 - 亜鉛コーティングに関するJIS規格（日本の実務では一般的にZスタイルの命名法を使用）。 - 熱浸亜鉛メッキおよび亜鉛メッキ鋼に関する中国のGB/T規格などの国家規格。

重要な注意：Z100およびZ180は鋼合金グレード（炭素、HSLA、工具鋼、またはステンレス鋼）ではなく、基材上の亜鉛コーティングの質量を指します。基材自体は通常、炭素または低合金の冷間または熱間圧延鋼（ステンレス鋼ではない）です。基礎鋼の仕様（例えば、冷間圧延商業品質、引抜きグレード、または構造グレード）は、コーティングの指定と一緒に読む必要があります。

2. 化学組成と合金戦略

コメント： - この表は意図的に「コーティングには適用されない」とリストされています。なぜなら、Z100およびZ180は基材金属の化学成分ではなく、亜鉛コーティングの質量（単位面積あたりの亜鉛の質量）を示すからです。基材の化学組成は指定された鋼グレード（例えばSPCC、DC01、S235など）によって決まります。熱浸亜鉛メッキに使用される典型的なベース鋼は、機械的および成形性の要件を満たすために炭素と合金が制御された炭素または低合金鋼です。 - 基材の合金戦略（C、Mn、Si、微合金元素）は、主に強度、焼入れ性、成形性および焼戻し応答をターゲットにしています；亜鉛コーティング自体は本質的に金属的なZnであり、コーティングの形態と付着性を制御するために時折小さな合金添加物（例えば、Galfanや亜鉛-アルミニウムコーティングのアルミニウム）が導入されます。

合金が性能に与える影響（基材の視点）： - 炭素と微合金（V、Nb、Ti）を増加させると、降伏強度と引張強度が上昇しますが、溶接性が低下し、制御されていない場合は水素割れの感受性が増加する可能性があります。 - シリコンとリンのレベルは、亜鉛浴中の鋼表面の反応性に影響を与え、したがって結果として得られるコーティングの形態と厚さの均一性に影響を与えます。 - 亜鉛コーティングの質量（軽い vs 重い）は、腐食寿命とエッジ保護に影響を与えますが、基材の内在的な強度を変えることはありません。

3. 微細構造と熱処理応答

• 基材の微細構造：Z100およびZ180コーティングは、鋼の仕様と加工経路に依存する鋼に適用されます（フェライト-パーライト、フェライト-ベイナイト、焼入れおよび焼戻しグレードのマルテンサイト、または一部の先進鋼の二相）。亜鉛層は熱浸亜鉛メッキ中にコーティング/基材界面で金属間化合物を形成します；これらの金属間化合物層の量と厚さは、鋼の表面化学と浴の条件に依存します。
• コーティングの微細構造：典型的な熱浸亜鉛層は、外側の純亜鉛層と1つ以上の金属間化合物層（亜鉛-鉄相）を持つ多層構造です。より重いコーティング（例えば、Z180はZ100に対して）は、外側の亜鉛層の厚さを増加させ、鋼の表面反応性と浸漬時間に応じて金属間化合物の総量を増加させる可能性があります。
• 熱処理応答：亜鉛メッキ後の熱処理は、コーティングの形態を変更するために直接適用されることはほとんどありません。なぜなら、熱がコーティングの形態を変える可能性があるからです。基材の正規化、焼入れおよび焼戻し、または熱機械処理に対する応答は亜鉛の質量に依存しませんが、亜鉛メッキは通常、成形後またはコーティングを損傷しないように制御された段階で適用されます。プレ亜鉛メッキ材料（コイルコーティング）の場合、高温がコーティングの拡散や変化を引き起こす可能性があるため、熱処理は検証する必要があります。

4. 機械的特性

解釈： - Z100とZ180コーティングを持つ鋼の機械的強度と延性の値は、基本的に基材グレードと熱処理によって制御されます。亜鉛コーティングの質量は成形中の表面挙動、エッジや高ひずみ部位での局所的な亀裂の発生、摩耗挙動に影響を与えますが、バルクの引張強度や降伏強度を実質的に変えることはありません。 - 厚いコーティングは、攻撃的な曲げ操作で縦の亀裂や粉化が発生する可能性が高くなります；軽いコーティングから重いコーティングに移行する際にはプロセスの検証が必要です。

5. 溶接性

溶接性の考慮事項には、基材の炭素当量と溶接ゾーンでの亜鉛層の存在が含まれます。

有用な炭素当量および溶接性指数： - IIW炭素当量： $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - 国際溶接協会Pcm： $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

解釈と実践的ガイダンス： - 数値CEまたはPcmは、事前加熱要件や冷間割れの感受性を評価するために基材の組成から計算する必要があります。これらの式には亜鉛コーティングの質量は含まれていません。 - 亜鉛層の上での溶接は追加の問題を引き起こします：亜鉛は蒸発し煙を生成し、溶接部にポロシティを引き起こす可能性があり、除去または排出されない場合は溶接ビードの脆化を引き起こす可能性があります。厚い亜鉛（Z180）は、一般的にZ100と比較して亜鉛蒸気の量とポロシティおよび煙の生成リスクを増加させます。 - 推奨される実践：研削または化学的手段で溶接ゾーンから亜鉛を除去する；適切な換気と煙抽出を使用する；低熱入力の溶接パラメータまたはバックバーを適用し、基材に適した消耗品を使用する；非常に厚くコーティングされた部品にはプラグ溶接または機械的固定を検討する。 - 抵抗溶接およびスポット溶接の場合、厚いコーティングは電気接触抵抗を変え、電極力、電流、時間の調整が必要になることがあります。プロセスパラメータが最適化されていない場合、重いコーティングは溶接の不良率を増加させることがよくあります。

6. 腐食と表面保護

• 亜鉛コーティングを施した非ステンレス鋼の場合、腐食保護は犠牲的（陰極保護）および亜鉛層からのバリア保護です。より重い亜鉛質量は、基材を露出させる前に消費される犠牲金属が多いため、切断エッジ、傷、隙間でのサービス寿命を延ばし、より良い保護を提供します。
• PRENは亜鉛コーティングには適用されません；PRENはステンレス鋼に関連し、次のように計算されます： $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
• 実用的な考慮事項：
• Z100は通常、穏やかな環境で十分であり、追加のバリアを提供するために塗装仕上げが使用される場合があります。
• Z180は、より攻撃的な屋外環境、沿岸地域、またはエッジ保護と長いメンテナンス間隔が必要なアプリケーションに選ばれます。
• 追加のコーティング（塗料、パッシベーション、変換コーティング）は、亜鉛の上に適用して美観と腐食抵抗を向上させることができます；組み合わせは付着性と互換性のために検証する必要があります。

7. 製造、加工性、成形性

• 切断：せん断およびスタンピング操作は、コーティング質量によってバルクで一般的に影響を受けませんが、厚いコーティングは、後処理を必要とするスケール、フレーク、バリを生成する可能性があります。
• 成形および曲げ：厚い亜鉛コーティングは、厳しい曲げや深い引き抜き中に割れ、粉化、転送が発生しやすくなります。厳しい成形操作の場合、軽いコーティングまたは成形後の亜鉛メッキが好まれることが多く、またはプロセスパラメータ（ダイ半径、潤滑）を調整する必要があります。
• 加工性：亜鉛コーティングは、通過切断操作に対する鋼コアの加工性を実質的に変えませんが、表面仕上げや工具寿命は転送された亜鉛のスミアによって影響を受ける可能性があります。適切な工具コーティングと冷却剤の使用が推奨されます。
• 仕上げ：厚いコーティングは、塗装や接着のためにより積極的な表面準備を必要とする場合があります；ただし、厚い亜鉛層は、多くのプロセスで上塗りのためのより均一な基材を提供することもできます。

8. 典型的な用途

選択の理由： - 成形要件が厳しい場合、環境が穏やかな場合、または最終部品が主要なバリアを提供する高品質の塗料または粉体塗装でコーティングされる場合は、軽いコーティングを選択してください。 - 屋外での長期露出、エッジ保護が重要な場所、またはメンテナンスサイクルを延長する必要がある場合は、重いコーティングを選択してください。

9. コストと入手可能性

• コスト：重い亜鉛コーティングは、より多くの亜鉛金属と長い浸漬時間または異なる浴化学を必要とするため、Z180は通常Z100よりも単位面積あたりのコストが高くなります。コストの差は、メンテナンスの削減と長い腐食寿命からのライフサイクルの節約と比較する必要があります。
• 入手可能性：両方のコーティング質量は、主要な製鋼所からコイル、シート、事前塗装製品で一般的に入手可能ですが、基材グレードや厚さによって地域や製鋼所によって異なる場合があります。高い成形性や高強度を持つ特殊な基材グレードは、厚くコーティングされたバージョンではより制限される可能性があるため、製鋼所やサプライヤーとの早期の関与が推奨されます。

10. まとめと推奨

推奨： - Z100を選択してください。製品が厳しい半径や深い引き抜きで成形される場合、比較的穏やかな環境に設置される場合、または主要な腐食バリアとして機能する高品質の塗料または粉体塗装を受ける場合。Z100はコーティングの剥がれを最小限に抑え、溶接煙やポロシティの問題を減少させます。 - Z180を選択してください。部品が屋外または中程度の攻撃的な環境にさらされる場合、延長されたサービス寿命と改善されたエッジ保護が必要な場合、またはメンテナンス間隔を最小限に抑える必要がある場合。Z180は、より大きな犠牲的亜鉛の貯蔵と、傷や切断エッジでのより良い長期保護を提供します。

最終的な注意：Z100およびZ180は、異なる冶金的基材グレードではなく、亜鉛メッキの実践に結びついたコーティング質量の指定です。調達文書では、常に基礎鋼グレード（化学的および機械的要件）と必要なコーティング質量の両方を指定し、選択した組み合わせの成形、溶接、仕上げプロセスをサプライヤーデータおよびプロセストライアルで検証してください。