AZ100 против AZ150 – Состав, Термальная обработка, Свойства и Применения

Введение

AZ100 и AZ150 — это обозначения, которые обычно используются в цепочке поставок металлопокрытий и листовой стали для различения двух вариантов стали с алюминиево-цинковым сплавом. Инженеры, менеджеры по закупкам и планировщики производства часто сталкиваются с выбором между более тонкими и более толстыми покрытиями из сплава Al–Zn: компромиссы обычно сосредоточены на коррозионной стойкости по сравнению с затратами и формуемостью по сравнению с долговечностью покрытия. На практике основное техническое различие между AZ100 и AZ150 заключается в спецификации покрытия — в основном в массе покрытия (толщине) и соотношении алюминия и цинка в сплаве — а не в принципиально различной металлургии базовой стали. Это различие определяет долговечность в коррозионных средах, эффективность жертвенной защиты и некоторые реакции на обработку, поэтому эти варианты сравниваются, когда проекты требуют оптимизированных затрат на жизненный цикл, производительности поверхности и формуемости.

1. Стандарты и обозначения

Несколько международных и национальных стандартов регулируют алюминиево-цинковые покрытия стали и подложечные стали, к которым они применяются. Типичные стандарты и документы для консультации включают: - ASTM/ASME: ASTM A792/A792M — спецификация для стального листа, покрытого 55% сплавом Al–Zn горячим погружением (и связанные документы ASTM для подложечных холоднокатаных или горячекатаных сталей). - EN: EN 10346 — непрерывно горячепогруженные стальные плоские изделия (определяет семейства продуктов и типы покрытий). - JIS: Стандарты JIS, касающиеся металлических покрытий стали для строительных и промышленных нужд (обратитесь к соответствующему JIS для сплавов Al–Zn и подложечных сталей). - GB: Китайские стандарты GB/T, охватывающие металлические покрытия стальных изделий и массу/характеристики горячего погружения.

Примечание по классификации: AZ100 и AZ150 — это обозначения покрытия/типа (покрытые Al–Zn). Основная сталь чаще всего является углеродной или низколегированной конструкционной/формуемой сталью (холоднокатаной или горячекатаной). Эти покрытые продукты не являются инструментальными сталями или нержавеющими сталями; это обычно углеродные/низколегированные подложечные стали с нанесенным защитным покрытием из алюминиево-цинкового сплава.

2. Химический состав и стратегия легирования

Покрытия AZ — это алюминиево-цинковые сплавы, применяемые с помощью непрерывных процессов горячего погружения. Защитные свойства обеспечиваются комбинацией барьерной защиты (алюминиево-богатый поверхностный слой) и гальванического действия (вклад цинка). Химия базовой стали выбирается для удовлетворения механических и формуемых требований и отличается от химии покрытия.

Таблица: Типичные описания состава для подложки и покрытия (качественные/представительные)

Элемент	Подложка (типичная углеродная/низколегированная подложка)	Покрытие AZ100 (представительное)	Покрытие AZ150 (представительное)
C	Низкий углерод для формуемости; часто ≤ ~0.12–0.20% для формуемых марок	—	—
Mn	Контролируется для прочности и закаляемости; часто 0.3–1.5% в зависимости от марки	—	—
Si	Небольшие количества для помощи в деоксидировании; зависит от подложки	Небольшое добавление в ванну покрытия может использоваться для контроля смачивания	Небольшое добавление в ванну покрытия; аналогично AZ100
P, S	Держится на низком уровне для пластичности и качества поверхности	Контролируемые следовые примеси	Контролируемые следовые примеси
Cr, Ni, Mo, V, Nb, Ti, B	Присутствуют в микроалюминированных подложках по мере необходимости для прочности или контроля зерна	Обычно не являются основными компонентами покрытия Al–Zn	То же, что и AZ100; основное различие — масса покрытия и возможные небольшие корректировки соотношения сплава
Al (покрытие)	N/A	Преобладающий легирующий элемент в покрытии — обеспечивает барьерные свойства	Преобладающий; масса покрытия выше по сравнению с AZ100
Zn (покрытие)	N/A	Обеспечивает гальваническую защиту; относительное соотношение с Al может немного варьироваться	Большее общее содержание цинка на единицу площади из-за увеличенной массы покрытия

Как легирование влияет на свойства: - Легирование подложки (C, Mn, микроалюминирующие элементы) контролирует внутренние механические свойства, закаляемость и стабильность размера зерна. - Состав и толщина покрытия Al–Zn контролируют коррозионную защиту: алюминий способствует барьерной и адгезионной защите, в то время как цинк обеспечивает жертвенную (гальваническую) защиту. Более тяжелая масса покрытия увеличивает срок службы в коррозионных атмосферах; умеренные корректировки в соотношении Al:Zn могут настроить поведение барьерной и катодной защиты.

3. Микроструктура и реакция на термообработку

Поскольку AZ100 и AZ150 в первую очередь обозначают различия в покрытии, микроструктура стальной подложки является определяющим фактором для реакции на термообработку. Типичные наблюдения:

• Микроструктура подложки: в зависимости от сплава и обработки типичные базовые микроструктуры — ферритно-перлитные для обычных холоднокатаных/формуемых марок и bainitic или закаленные мартенситные структуры для высокопрочных закаленных и отпущенных или термомеханически обработанных сталей.
• Микроструктура покрытия: горячепогруженное покрытие Al–Zn затвердевает, образуя алюминиево-богатый внешний слой и интерметаллическую область Al–Zn на интерфейсе покрытия и подложки; морфология интерметаллической фазы и толщина зависят от скорости охлаждения и массы покрытия.

Эффекты термической обработки: - Нормализация или отжиг подложки перед покрытием влияет на адгезию покрытия и развитие интерметаллической фазы; покрытие обычно наносится после любого окончательного отжига (или в процессе). - Закалка и отпуск или термомеханические обработки, применяемые для достижения высокой прочности, проводятся на подложке перед покрытием в большинстве коммерческих маршрутов; термообработки после покрытия, которые значительно повышают температуры, могут изменить микроструктуру покрытия и снизить его эффективность. - Более толстые покрытия (AZ150) создают большую интерметаллическую зону и более толстый внешний слой сплава; чрезмерное тепловое воздействие после покрытия может способствовать интердиффузии, потенциально влияя на адгезию и пластичность в экстремальных условиях.

4. Механические свойства

Механически AZ100 и AZ150 схожи, поскольку покрытие вносит незначительный вклад в общую прочность на растяжение. Однако масса покрытия может влиять на локализованное поведение поверхности, инициирование усталости, производительность при изгибе и пределы формуемости.

Таблица: Сравнительные описания механических свойств

Свойство	AZ100 (типичное поведение)	AZ150 (типичное поведение)
Прочность на растяжение	Определяется подложкой; покрытие имеет незначительный эффект	То же, что и AZ100 (контролируется подложкой)
Предельная прочность	Контролируется подложкой	Контролируется подложкой
Удлинение	Контролируется подложкой; немного лучшая формуемость в очень узких изгибах из-за более тонкого покрытия	Небольшое снижение пластичности при экстремальных локальных деформациях из-за более толстого, менее пластичного покрытия
Ударная вязкость	Контролируется подложкой; толщина покрытия имеет минимальный эффект на общую вязкость	То же для общего; устойчивость к удару на краях поверхности может быть немного улучшена из-за более толстого жертвенного слоя
Твердость (поверхность)	Немного ниже поверхностная твердость, чем у AZ150 из-за меньшей массы покрытия	Немного выше поверхностная твердость и устойчивость к абразивному износу благодаря более толстому металлическому слою

Интерпретация: Выберите сталь подложки, чтобы соответствовать требованиям прочности и вязкости; выберите AZ100, когда приоритетом являются высокая формуемость и низкие затраты; выберите AZ150, когда приоритетом являются расширенная коррозионная защита и долговечность поверхности. Различия в механических свойствах в основном являются вторичными эффектами массы покрытия, а не внутренними металлургическими различиями.

5. Сварка

Сварка зависит в первую очередь от химии подложки (углерод, легирование и микроалюминирование) и от влияния покрытия на поведение сварки (брызги, пористость, необходимость удаления покрытия).

Важные индексы углеродного эквивалента и свариваемости, которые следует учитывать: - Углеродный эквивалент IIW: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Международный параметр Pcm: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Качественная интерпретация: - Само покрытие может генерировать пар цинка и пористость, если сварка производится без подготовки; более тяжелые покрытия (AZ150) имеют тенденцию генерировать больше пар покрытия и требуют более строгого удаления покрытия или специальных параметров сварки в зоне сварки, чем AZ100. - Подложки с низким углеродом и низкими значениями CE более свариваемы; микроалюминирование (Nb, Ti, V) требует внимания к предварительному/последующему нагреву в зависимости от CE. - Для точечной сварки или сварки сопротивлением более толстые покрытия могут влиять на срок службы электрода и формирование сварного шва; параметры процесса могут потребовать корректировки при переходе от AZ100 к AZ150.

Практическое руководство: Для критически важных сварных конструкций укажите подготовку сварки (удаление или использование совместимых присадочных металлов), контролируйте CE подложки и тестируйте процедуры сварки для конкретной массы покрытия.

6. Коррозия и защита поверхности

Покрытия AZ обеспечивают смешанные режимы защиты: алюминиево-богатый барьер и катодную защиту от цинка. Полезный срок службы в данной среде зависит от массы покрытия и условий эксплуатации.

• Для не нержавеющих подложек: снижение коррозии достигается за счет легированного покрытия Al–Zn, и дополнительная защита может быть обеспечена с помощью покраски, конверсионных покрытий или герметиков. AZ150, с большей массой покрытия, обычно предлагает значительно более длительный срок службы в коррозионных атмосферах, чем AZ100, поскольку жертвенная способность цинка и толщина барьера выше.
• Для нержавеющих индексов: PREN не применим к покрытиям Al–Zn или углеродным подложкам. PREN актуален только для нержавеющих сплавов: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$ Уточнение: Не используйте PREN для покрытых углеродных сталей; вместо этого используйте испытания на воздействие окружающей среды, испытания на соляном тумане, циклические коррозионные испытания и полевые данные для сравнения производительности AZ100 и AZ150.

7. Обработка, обрабатываемость и формуемость

• Формование: Более тонкие покрытия (AZ100) обычно обеспечивают лучшую производительность в узких изгибах или глубоком вытягивании из-за уменьшенного риска трещин, отслаивания или порошения покрытия. AZ150 может требовать больших радиусов изгиба или оптимизации процесса (уменьшение смазки, соответствующие скорости изгиба).
• Резка и штамповка: Оба покрытия совместимы с типичными процессами штамповки, резки и лазерной обработки, но более толстые покрытия могут увеличить заусенцы и потребовать настройки параметров. Лазерная резка может вызвать окисление краев покрытия, если не оптимизирована.
• Обрабатываемость: Покрытие имеет ограниченное влияние на общую обрабатываемость (доминирует подложка). Обработка поверхности после формования (удаление заусенцев, покраска) должна учитывать остатки покрытия; AZ150 может требовать более агрессивной подготовки поверхности для адгезии краски.
• Соединение и крепление: Самопробивные заклепки и механические крепежи работают аналогично, но защита от коррозии на интерфейсах крепежей выигрывает от большей массы покрытия.

8. Типичные применения

AZ100 — Типичные применения	AZ150 — Типичные применения
Внутренние панели зданий, некритичные кровельные подслои, воздуховоды, отделка, где требуется умеренная коррозионная защита и высокая формуемость	Открытые кровли и облицовка в умеренных до агрессивных условиях, промышленные корпуса, сельскохозяйственное оборудование, где требуется длительный срок коррозионной защиты
Внутренние панели и компоненты автомобилей, где применяется последующая покраска и требуется высокая формуемость	Корпуса прибрежных или химических заводов, долговечная облицовка, водостоки и трубы в агрессивных атмосферах
Легкие конструкционные применения, где приоритетом являются стоимость и производительность при изгибе	Применения, где срок службы жертвенной защиты и устойчивость к абразивному износу важнее, чем формуемость с малым радиусом

Обоснование выбора: выберите массу покрытия, которая соответствует воздействию окружающей среды и затратам на жизненный цикл. Если будут применяться последующие покрытия или краски, AZ100 может быть достаточным; для открытых, неокрашенных поверхностей AZ150 часто обеспечивает более длительный срок службы.

9. Стоимость и доступность

• Стоимость: AZ150 обычно имеет более высокую стоимость материала, чем AZ100, из-за увеличенного использования металла в ванне покрытия и дополнительных затрат на обработку. Разница в стоимости должна оцениваться на основе жизненного цикла: более высокая начальная стоимость часто приводит к более длительным интервалам обслуживания.
• Доступность: Оба класса покрытий обычно имеются в наличии на рынке для обычных подложечных сталей. Доступность по форме продукта (катушка, лист, предварительно окрашенный) варьируется в зависимости от региона и поставщика; более длительные сроки поставки могут возникнуть для специализированных марок подложек в сочетании с конкретными массами покрытия.

10. Резюме и рекомендации

Таблица, обобщающая ключевые компромиссы

Метрика	AZ100	AZ150
Свариваемость	Лучше с точки зрения меньшего парообразования цинка при сварке; все равно требует подготовки сварки	Требует большего внимания к подготовке сварки и параметрам из-за большей массы покрытия
Прочность–Устойчивость (подложка)	Контролируется подложкой; обычно эквивалентно AZ150	Эквивалентно; различия связаны с поверхностью, а не с объемом
Стоимость	Низкая начальная стоимость материала	Высокая начальная стоимость, более длительный срок службы во многих условиях

Выводы: - Выберите AZ100, если вам нужна высокая формуемость, низкая начальная стоимость материала, и покрытая сталь будет использоваться в менее агрессивных условиях или будет окрашена/покрыта после обработки. - Выберите AZ150, если применение требует расширенной коррозионной защиты для открытых поверхностей, улучшенной устойчивости к абразивному износу или жертвенной защиты, и вы принимаете несколько более высокую стоимость материала и возможные дополнительные требования к обработке (сварка, узкие изгибы).

Заключительная практическая заметка: укажите массу покрытия, марку подложки и требуемый класс воздействия явно в документах на закупку; запросите технические паспорта производителей и независимые результаты испытаний на коррозионный срок службы или ускоренные испытания для конкретного продукта AZ100 и AZ150, который вы собираетесь использовать, поскольку баланс сплава поставщика и контроль процессов влияют на реальную производительность так же, как и номинальное обозначение AZ.