Z100 против Z180 – Состав, Термальная обработка, Свойства и Применения

Введение

Z100 и Z180 — это часто встречающиеся обозначения в цепочке поставок холоднокатаной и горячекатаной стали, когда материалы поставляются с горячим оцинкованием. Дилемма выбора между ними знакома инженерам, менеджерам по закупкам и планировщикам производства: вы предпочитаете более низкую стоимость материала и более легкую формовку или более высокую защиту от коррозии и более длительный срок службы? Решения обычно балансируют между воздействием коррозии, требованиями к формованию/сварке, долговечностью отделки и покрытия против стоимости единицы и доступности.

В своей основе два обозначения различаются по количеству цинка, нанесенного на поверхность стали: одно имеет более легкое цинковое покрытие, в то время как другое имеет более тяжелую массу цинка на единицу площади. Поскольку эти ярлыки описывают массу покрытия, а не различные базовые сплавы, их часто сравнивают, когда одна и та же химия базовой стали и механический класс предлагаются с различными весами цинкового покрытия.

1. Стандарты и обозначения

Общие международные стандарты и спецификации, которые охватывают горячее оцинкование стали и способ обозначения покрытий, включают: - ASTM A653 / A653M и ASTM A792 (цинковые и цинк-сплавные покрытия на стальном листе, обычно с использованием G-обозначений). - EN 10346 (непрерывные горячие оцинкованные плоские изделия) и связанные документы EN/ISO (некоторые используют префиксы Z для обозначения массы покрытия). - Стандарты JIS для цинковых покрытий (обычно используют номенклатуру в стиле Z в японской практике). - Национальные стандарты, такие как китайские спецификации GB/T для горячего оцинкования и оцинкованной стали.

Важное примечание: Z100 и Z180 не являются марками сталей (углеродными, HSLA, инструментальными или нержавеющими); они относятся к массе цинкового покрытия на подложке. Сама подложка обычно представляет собой углеродную или низколегированную холоднокатаную или горячекатаную сталь (не нержавеющую). Спецификация основной стали (например, холоднокатаное коммерческое качество, классы для вытяжки или конструкционные классы) должна читаться вместе с обозначением покрытия.

2. Химический состав и стратегия легирования

Комментарии: - Таблица намеренно указывает "Не применимо к покрытию", потому что Z100 и Z180 обозначают массу цинкового покрытия (масса цинка на единицу площади), а не химию основного металла. Химический состав подложки определяется указанной маркой стали (например, SPCC, DC01, S235 и т.д.). Типичные базовые стали, используемые для горячего оцинкования, — это углеродные или низколегированные стали с контролируемым содержанием углерода и легирующих элементов для соответствия механическим и формовочным требованиям. - Стратегия легирования для подложки (C, Mn, Si, микроэлементы легирования) в первую очередь нацелена на прочность, закаливаемость, формуемость и реакцию на отпуск; само цинковое покрытие в основном представляет собой металлический Zn с редкими небольшими добавками легирующих элементов (например, алюминий в Galfan или цинк-алюминиевых покрытиях), введенными для контроля морфологии покрытия и адгезии.

Как легирование влияет на производительность (с точки зрения подложки): - Увеличение углерода и микроэлементов легирования (V, Nb, Ti) повышает предел текучести и прочность на разрыв, но снижает свариваемость и может увеличить восприимчивость к водородному растрескиванию, если не контролировать. - Уровни кремния и фосфора влияют на реактивность поверхности стали в ванне для оцинкования и, следовательно, на морфологию и однородность толщины полученного покрытия. - Масса цинкового покрытия (легкая против тяжелой) влияет на срок службы коррозии и защиту краев, но не изменяет внутреннюю прочность подложки.

3. Микроструктура и реакция на термообработку

• Микроструктура подложки: покрытия Z100 и Z180 наносятся на стали, микроструктуры которых зависят от спецификации стали и технологического процесса (феррит-перлит, феррит-байнит, мартенсит в закаленных и отпущенных марках или двухфазные в некоторых современных сталях). Цинковый слой образует интерметаллиды на интерфейсе покрытия/подложки во время горячего оцинкования; количество и толщина этих интерметаллических слоев зависят от химии поверхности стали и условий ванны.
• Микроструктура покрытия: типичный слой горячего цинка имеет многослойную структуру с внешним слоем чистого цинка и одним или несколькими интерметаллическими слоями (фазы цинк-железо). Более тяжелые покрытия (например, Z180 по сравнению с Z100) увеличивают толщину внешнего слоя цинка и могут увеличить общее количество интерметаллического материала в зависимости от реактивности поверхности стали и времени погружения.
• Реакция на термообработку: термообработки после оцинкования редко применяются для изменения покрытий напрямую, потому что тепло может изменить морфологию покрытия. Реакция подложки на нормализацию, закалку и отпуск или термомеханическую обработку независима от массы цинка, но оцинкование обычно применяется после формования или на контролируемых стадиях, чтобы избежать повреждения покрытия. Для предварительно оцинкованного материала (катаного в рулонах) термообработки должны быть проверены, поскольку высокие температуры могут вызвать диффузию покрытия и изменения.

4. Механические свойства

Интерпретация: - Механическая прочность и значения пластичности стали с покрытиями Z100 и Z180 в основном контролируются маркой подложки и термообработкой. Масса цинкового покрытия влияет на поведение поверхности во время формования, местное начало трещин на краях или сильно деформированных участках и поведение при износе, но не изменяет существенно прочность на разрыв или предел текучести в объеме. - Более толстые покрытия с большей вероятностью будут развивать продольные трещины или пудру в агрессивных изгибах; требуется проверка процесса при переходе от легкого к тяжелому покрытию.

5. Свариваемость

Соображения по свариваемости включают углеродный эквивалент подложки и наличие цинкового слоя в зоне сварки.

Полезные индексы углеродного эквивалента и свариваемости: - Углеродный эквивалент IIW: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ - Pcm Международного института сварки: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$

Интерпретация и практическое руководство: - Числовой CE или Pcm должен рассчитываться на основе состава подложки для оценки требований к предварительному нагреву и восприимчивости к холодному растрескиванию. Эти формулы не включают массу цинкового покрытия. - Сварка над цинковым слоем вводит дополнительные проблемы: цинк испаряется и производит дым, может вызвать пористость в сварных швах и может привести к хрупкости сварного шва, если не будет удален или не испарится. Более толстый цинк (Z180) обычно увеличивает объем паров цинка и риск пористости и образования дыма по сравнению с Z100. - Рекомендуемые практики: удалите цинк из непосредственной зоны сварки механическим или химическим способом; используйте соответствующую вентиляцию и удаление дыма; применяйте параметры сварки с низким тепловложением или опорные планки и используйте расходные материалы, подходящие для подложки; рассмотрите возможность пробной сварки или механического крепления для сильно покрытых деталей. - Для точечной и контактной сварки более толстые покрытия изменяют электрическое контактное сопротивление и могут потребовать корректировок в силе электрода, токе и времени. Более тяжелые покрытия часто увеличивают количество отклоненных сварок, если параметры процесса не оптимизированы.

6. Коррозия и защита поверхности

• Для не нержавеющих сталей с цинковыми покрытиями защита от коррозии является жертвенной (катодная защита) плюс барьерная защита от цинкового слоя. Более тяжелые массы цинка обеспечивают более длительный срок службы и лучшую защиту на резаных краях, царапинах и трещинах, поскольку имеется больше жертвенного металла, который нужно израсходовать, прежде чем будет обнажена подложка.
• PREN не применим к цинковым покрытиям; PREN относится к нержавеющим сталям и рассчитывается как: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
• Практические соображения:
• Z100 обычно достаточно в мягких условиях и там, где используются окрашенные отделки для обеспечения дополнительного барьера.
• Z180 выбирается для более агрессивных наружных атмосфер, прибрежных зон или применений, где требуется защита краев и более длительные интервалы обслуживания.
• Дополнительные покрытия (краски, пассивация, преобразовательные покрытия) могут быть нанесены на цинк для улучшения эстетики и коррозионной стойкости; комбинация должна быть проверена на адгезию и совместимость.

7. Обработка, обрабатываемость и формуемость

• Резка: операции резки и штамповки в целом не затрагиваются в объеме массой покрытия, но более толстые покрытия могут производить больше окалины, хлопьев или заусенцев, которые требуют последующей обработки и могут увеличить износ инструмента.
• Формование и изгиб: более толстые цинковые покрытия более подвержены трещинам, пудрению и переносу во время жесткого изгиба или глубокого вытягивания. Для жестких операций формования часто предпочтительнее легкое покрытие или оцинкование после формования, или параметры процесса (радиусы матриц, смазка) должны быть скорректированы.
• Обрабатываемость: цинковые покрытия не изменяют существенно обрабатываемость стального сердечника для операций сквозного резания, но качество поверхности и срок службы инструмента могут быть затронуты перенесенным размазыванием цинка. Рекомендуется использовать соответствующие покрытия инструмента и охлаждающую жидкость.
• Отделка: более толстые покрытия могут требовать более агрессивной подготовки поверхности для окраски или склеивания; однако более толстый цинковый слой также может обеспечить более однородную подложку для верхних покрытий во многих процессах.

8. Типичные применения

Обоснование выбора: - Выбирайте легкое покрытие, когда требования к формованию строги, когда окружающая среда мягкая или когда конечная деталь будет покрыта краской, которая обеспечивает основной барьер. - Выбирайте тяжелое покрытие для длительного наружного воздействия, мест, где критична защита краев, или где необходимо продлить интервалы обслуживания.

9. Стоимость и доступность

• Стоимость: более тяжелые цинковые покрытия требуют больше цинкового металла и более длительных времен погружения или другой химии ванны, поэтому Z180 обычно будет дороже за единицу площади, чем Z100. Разница в стоимости должна быть взвешена против экономии на жизненном цикле за счет снижения затрат на обслуживание и более длительного срока коррозии.
• Доступность: обе массы покрытия обычно доступны в рулонах, листах и предварительно окрашенных продуктах от крупных заводов, но доступность по марке подложки и толщине может варьироваться в зависимости от региона и завода. Специальные марки подложек с высокой формуемостью или высокой прочностью могут быть более ограничены в сильно покрытых версиях, поэтому рекомендуется заранее взаимодействовать с заводами или поставщиками.

10. Резюме и рекомендации

Рекомендации: - Выбирайте Z100, если ваш продукт будет формоваться с жесткими радиусами или глубоким вытягиванием, установлен в относительно благоприятной среде или получит высококачественную краску или порошковое покрытие, которое служит основным барьером от коррозии. Z100 минимизирует отслаивание покрытия и снижает проблемы с дымом/пористостью при сварке. - Выбирайте Z180, если деталь будет подвергаться воздействию наружной или умеренно агрессивной среды, если требуется длительный срок службы и улучшенная защита краев, или если интервалы обслуживания должны быть минимизированы. Z180 обеспечивает больший жертвенный резерв цинка и лучшую долгосрочную защиту на царапинах и резаных краях.

Заключительное примечание: Z100 и Z180 — это обозначения массы покрытия, связанные с практикой оцинкования, а не отдельные металлургические марки подложки. Всегда указывайте как марку основной стали (химические и механические требования), так и требуемую массу покрытия в документах на закупку, и проверяйте процессы формования, сварки и отделки для выбранной комбинации с данными поставщика и испытаниями процессов.