G90 против G60 – Состав, Термальная обработка, Свойства и Применения

Введение

G90 и G60 широко упоминаются в строительстве, бытовой технике и автомобильных цепочках поставок — но они не являются различными металлургическими марками стали, как A36, S275 или 1020. Вместо этого G90 и G60 являются обозначениями для оцинковки/покрытия, которые сообщают о минимальной массе цинкового покрытия, нанесенного на листовую и полосовую сталь в соответствии с общими спецификациями (например, семейство ASTM A653/A924). Инженеры, менеджеры по закупкам и планировщики производства часто сталкиваются с дилеммой выбора, когда необходимо сбалансировать защиту от коррозии и эксплуатационные характеристики в течение жизненного цикла с увеличением стоимости материалов и потребностями в последующей обработке. Типичные контексты принятия решений включают внешние открытые конструкции, где важна долговечная защита от коррозии, по сравнению с внутренними или окрашенными частями, где могут преобладать стоимость и формуемость; еще одной распространенной компромиссной ситуацией является то, усложняют ли более тяжелые покрытия формовку, сварку или покраску.

Ключевое техническое различие между G90 и G60 заключается в массе цинка, нанесенного на поверхность стали: G90 имеет значительно более толстый цинковый слой, чем G60. Поскольку цинковое покрытие — а не химический состав основного субстрата — в первую очередь различает эти обозначения, два покрытия обычно сравниваются при выборе уровней защиты от коррозии, в то время как химия стали субстрата, прочность и реакция на термообработку остаются выбираемыми в соответствии с требуемой базовой маркой покупателя.

1. Стандарты и обозначения

• Общие стандарты, которые включают G-обозначения и эквивалентные метрические метки:
• ASTM/ASME: ASTM A653 / A924 (горячекатаные оцинкованные и покрытые галвалюмом листы)
• EN: EN 10346 (непрерывно горячекатаные стали с покрытием); метрическая масса покрытия обозначается как Z (например, Z275)
• JIS и другие региональные стандарты используют аналогичные обозначения массы покрытия
• GB (Китай): стандарты GB/T для оцинкованной стали
• Классификация:
• G90/G60 — это классы покрытия, применяемые к углеродным и низколегированным сталям (не отдельные легированные группы).
• Базовые стали, к которым применяются G90/G60, могут быть обычной углеродной, холоднокатаной коммерческого качества, строительными сталями или высокопрочными низколегированными (HSLA) субстратами, в зависимости от спецификации покупателя (например, холоднокатаные коммерческого качества, строительные или строительные высокопрочные марки).

2. Химический состав и стратегия легирования

Таблица: химические элементы и их связь с продуктами G90/G60

Элемент	Типичное значение для оцинкованного листа	Примечания для G90 по сравнению с G60
C (Углерод)	Контролирует прочность, формуемость, свариваемость субстрата	Содержание углерода в субстрате указывается в зависимости от марки стали; класс покрытия не предписывает содержание углерода. Более низкое содержание углерода обычно характерно для формуемости.
Mn (Марганец)	Вклад в прочность и закаливаемость субстрата	Уровень марганца выбирается в зависимости от марки субстрата; класс оцинковки независим.
Si (Кремний)	Влияет на реакцию цинк-железо при оцинковке и внешний вид покрытия	Небольшие добавки кремния или остаточный кремний могут изменить адгезию и морфологию покрытия; спецификация может ограничивать определенные диапазоны кремния для контроля качества покрытия.
P (Фосфор)	Контролирует прочность и холодную хрупкость	Обычно ограничен в холоднокатаных субстратах; класс покрытия не изменяет пределы содержания фосфора.
S (Сера)	Влияет на обрабатываемость и образование дефектов	Должен быть низким; влияет на чистоту покрытия.
Cr, Ni, Mo, V, Nb, Ti, B	Микролегирующие элементы в HSLA или более высоких марках	Эти элементы влияют на прочность и микроструктуру субстрата; выбираются независимо от класса покрытия. Некоторые легирующие элементы могут локально влиять на свариваемость и реакцию оцинковки.
N (Азот)	Контролируется в некоторых спецификациях субстрата	Управление азотом — это контроль субстрата, а не параметр покрытия.

Поскольку G90 и G60 обозначают массу цинка, стратегия легирования для основной стали определяется структурными или формуемыми требованиями. В случаях, когда требуются тяжелые покрытия (G90), также могут быть ужесточены контрольные параметры химии субстрата, чтобы обеспечить производительность после покрытия (например, избежать дефектов покрытия из-за содержания кремния).

3. Микроструктура и реакция на термообработку

• Микроструктура: Внутренняя микроструктура (феррит-перлит, закаленный мартенсит, bainite или очищенный феррит в HSLA) определяется химией стали и термомеханической обработкой субстрата. Операция горячей оцинковки сама по себе производит металлургический интерметаллический слой (фазы Fe–Zn, часто зета, дельта, гамма и эта слои) между внешним слоем цинка и стальным субстратом.
• Стандартные маршруты обработки:
• Холоднокатаные, отожженные и травленные стали субстрата обычно развивают микроструктуру феррит-перлит или полностью рекристаллизованный феррит в коммерческих марках.
• HSLA или более высокопрочные субстраты могут подвергаться термомеханической обработке для уточнения размера зерна и получения более прочных матриц феррит-перлит или микролегирующего осаждения.
• Влияние оцинковки на термообработку:
• Горячая оцинковка является отдельным термическим воздействием (обычно короткое погружение и воздушное охлаждение) и не изменяет существенно механические свойства для обычно используемых низко- и среднепрочных субстратов. Однако для закаленных и отожженных или очень высокопрочных марок термическое воздействие может немного изменить отпуск или остаточное напряжение — параметры процесса и выбор субстрата должны быть проверены для обеспечения производительности после покрытия.
• Операции после покрытия (например, гибка) могут трескать цинковый слой, если покрытие хрупкое в определенном интерметаллическом состоянии; выбор между G90 и G60 может повлиять на рекомендации по формовке и решения по отжигу после покрытия.

4. Механические свойства

Таблица: типичное сравнительное представление (замечание: механические свойства определяются сталью субстрата, а не покрытием)

Свойство	G90	G60	Комментарий
Устойчивость к растяжению	Такая же, как у субстрата	Такая же, как у субстрата	Толщина цинкового покрытия имеет незначительное влияние на общую прочность на растяжение.
Предел текучести	Такой же, как у субстрата	Такой же, как у субстрата	Контролируется термообработкой и химией субстрата.
Удлинение	Такое же, как у субстрата	Такое же, как у субстрата	Покрытие может немного повлиять на пластичность поверхности во время формовки.
Ударная вязкость	Такая же, как у субстрата	Такая же, как у субстрата	Определяется прочностью субстрата; слой покрытия не изменяет существенно внутреннюю вязкость.
Твердость (поверхностная)	Более твердый/толстый цинковый слой	Тонкий цинковый слой	Общая твердость не изменяется; более толстые покрытия могут повлиять на измерение твердости поверхности и поведение при износе.

Объяснение: Поскольку G90 и G60 относятся к массе цинка, ни одно из них не увеличивает прочность на текучесть или растяжение стали. Более толстый цинк G90 может незначительно повлиять на трещины на поверхности, вызванные формовкой, и устойчивость к абразивному износу, но основные механические свойства отражают марку стали субстрата и любую термообработку, применяемую к этому субстрату.

5. Свариваемость

Свариваемость в первую очередь определяется составом субстрата, эквивалентом углерода и наличием поверхностных покрытий. Два часто используемых эмпирических индекса для свариваемости представлены для интерпретации:

$$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$

и

$$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

• Интерпретация:
• Цинковое покрытие (G60 или G90) вводит дополнительное соображение: оцинковку необходимо удалить из зон соединений или отрегулировать для сварочной техники, поскольку цинк испаряется во время сварки, образуя токсичные пары, способствуя пористости или вызывая дефекты сварки, если не управлять этим должным образом.
• Управление углеродом и легированием субстрата контролирует закаливаемость и восприимчивость к водородным трещинам; формулы CE и Pcm указывают, что более высокие значения C, Mn, Cr, Mo, V и других легирующих элементов повышают закаливаемость и риск холодных трещин.
• На практике: свариваемость деталей G90 и G60 схожа, если химия субстрата идентична, но более тяжелые покрытия (G90) требуют более тщательного удаления покрытия, извлечения газа и контроля за дымом, чтобы обеспечить качество и безопасность сварки.

6. Коррозия и защита поверхности

• Основной метод защиты: как G60, так и G90 являются горячекатанными оцинкованными покрытиями; цинк обеспечивает жертвенную защиту (катодную защиту) для открытых краев стали и царапин.
• Сравнительная коррозионная стойкость:
• G90, с более высокой номинальной массой цинка, обеспечивает более длительное время до перфорации при атмосферном воздействии, чем G60 при тех же условиях окружающей среды.
• Для окрашенных систем более тяжелые цинковые покрытия (G90) могут продлить срок службы грунтовки/краски или использоваться там, где требуются как барьерная, так и жертвенная защита.
• Метрические/другие индексы:
• Для нержавеющих сталей индексы коррозионной стойкости, такие как PREN, будут актуальны, например: $$ \text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N} $$ Это не применимо к G60/G90, поскольку они являются оцинкованными углеродными/низколегированными сталями, а не нержавеющими составами.
• Примечание о рабочей среде: выбор между G60 и G90 должен основываться на ожидаемой среде (сельская, городская, промышленная, морская). Более тяжелые покрытия улучшают срок службы в агрессивных средах, но не заменяют другие меры контроля коррозии (дизайн для дренажа, краски, катодные системы).

7. Обработка, обрабатываемость и формуемость

• Формовка и гибка:
• Более толстые цинковые покрытия (G90) могут быть более подвержены трещинам или отслаиванию во время жестких операций формовки, потенциально exposing bare steel; правильные инструменты, радиусы изгиба и смазка помогают смягчить это.
• G60 предлагает более легкую согласованность отделки после формовки для узких изгибов; G90 может потребовать последующей обработки или подкрашивания на линиях изгиба.
• Резка и пробивка:
• Более толстый цинк может быстрее накапливаться на режущих инструментах и может потребовать более частого обслуживания инструмента. Срезанные края с тяжелым цинком могут показывать большее накопление цинка.
• Обрабатываемость:
• Само цинковое покрытие обычно снижает заедание, но испаряется во время сварки. Обрабатываемость основного металла зависит от легирования субстрата.
• Отделка:
• Покраска по оцинкованным поверхностям обычно требует подготовки поверхности (пассивация/грунтовка) для обеспечения адгезии; более толстые слои цинка могут повлиять на блеск краски и начальные характеристики адгезии.

8. Типичные применения

Таблица: типичные применения по классу покрытия

G90 – Типичные применения	G60 – Типичные применения
Фасады зданий, открытые кровельные компоненты, ограждения, уличная мебель, долговечные корпуса HVAC, где требуется длительная защита от коррозии	Внутренние воздуховоды, внутренние конструктивные элементы, внутренние панели автомобилей, внутренние компоненты бытовой техники, где достаточно умеренной защиты от коррозии
Структуры, расположенные рядом с морем, с дополнительной покраской	Чувствительные к стоимости массово производимые панели с легкими требованиями к коррозии
Части, требующие более длительных интервалов обслуживания (мосты, указатели)	Части, которые, вероятно, будут окрашены или использоваться в защищенных местах

Обоснование выбора: выбирайте массу покрытия на основе ожидаемого срока службы, интервалов обслуживания и класса воздействия. Для тяжелого воздействия G90 снижает коррозионное обслуживание; для окрашенной или защищенной службы G60 часто обеспечивает приемлемую защиту по более низкой цене.

9. Стоимость и доступность

• Относительная стоимость: Продукты G90 обычно имеют более высокую цену, чем G60 из-за большего потребления цинка и времени обработки. Премия варьируется в зависимости от рыночной цены на цинк и эффективности процессов покрытия.
• Доступность:
• Как G60, так и G90 являются общими коммерческими обозначениями и широко доступны в рулонах, листах и формованных продуктах от крупных поставщиков стали.
• Доступность по прочности и толщине субстрата может варьироваться; указание как марки субстрата, так и класса покрытия в документах на закупку помогает обеспечить точные расценки от поставщиков (например, “Холоднокатаная, марка X, горячекатаная оцинкованная G90 по ASTM A653”).
• Логистика: сроки поставки могут зависеть от наличия мощностей по производству оцинкованных рулонов и рыночного спроса; более тяжелые покрытия, такие как G90, могут иметь немного более длительные сроки поставки в ограниченных условиях.

10. Резюме и рекомендации

Таблица, обобщающая ключевые компромиссы

Атрибут	G90	G60
Свариваемость (практическая)	Высокая (но требует большего предварительного удаления покрытия/контроля за дымом)	Высокая (требуется меньше удаления покрытия)
Прочность–Ударная вязкость (контролируется субстратом)	Такая же, как у субстрата	Такая же, как у субстрата
Стоимость	Выше (больше цинка)	Ниже (меньше цинка)

Заключение и рекомендации: - Выбирайте G90, если: - Часть будет подвергаться воздействию агрессивных сред (прибрежная, промышленная, хлоридное воздействие) или когда требуется более длительный срок службы без обслуживания. - Применение приоритизирует жертвенную защиту от коррозии и продленные интервалы обслуживания над увеличением стоимости материалов. - Выбирайте G60, если: - Компонент будет использоваться в защищенных, внутренних или окрашенных приложениях, где достаточно умеренной защиты от коррозии, а стоимость или формуемость являются приоритетом. - Последующая формовка, узкие изгибы или сварка без значительного удаления покрытия являются критическим ограничением производства.

Заключительная заметка: Поскольку G90 и G60 являются классами покрытия, всегда указывайте как требуемую марку стали субстрата (химия, прочность, термообработка), так и класс покрытия в документах на закупку. Подтвердите, интерпретируется ли масса покрытия по стороне или по общей площади поверхности для указанного стандарта (ASTM против метрической нотации EN), чтобы избежать несоответствий в заказах и согласовать ожидаемую коррозионную производительность с проектным сроком службы покупателя.