Z180 против Z275 – Состав, Термальная обработка, Свойства и Применения

Введение

Выбор между Z180 и Z275 является распространенным решением для инженеров, менеджеров по закупкам, планировщиков производства и профессионалов в области, работающих с горячепоцинкованной сталью. Обычно выбор балансирует между защитой от коррозии и стоимостью жизненного цикла по сравнению с эффектами, связанными с покрытием, на формовку, сварку и отделочные операции. Для проектных команд компромиссы обычно заключаются в коррозионной стойкости и долговечности по сравнению с более низкой немедленной стоимостью материала и некоторыми соображениями легкости обработки.

Z180 и Z275 не являются отдельными марками металлургии базовой стали; это классы обозначений для массы цинкового покрытия, нанесенного на сталь (горячее цинкование или непрерывное цинкование). Основное различие заключается в массе цинкового покрытия (и, следовательно, в толщине покрытия), что напрямую влияет на долговечность защиты от коррозии и влияет на процессы обработки и отделки. Поскольку базовый металл обычно представляет собой углеродные или низколегированные стали (DX, S или эквивалентные марки), выбор должен учитывать как свойства подложки, так и класс покрытия.

1. Стандарты и обозначения

• Общие стандарты, ссылающиеся на классы покрытия и оцинкованные продукты:
• EN (Европа): EN 10346 — непрерывно горячепоцинкованная сталь (например, DX51D+Z275).
• ISO: ISO 3575, ISO 1461 (горячее цинкование на изготовленных изделиях).
• JIS (Япония): JIS G3302, JIS H8613 (спецификации на предварительно окрашенные/оцинкованные листы ссылаются на классы покрытия).
• GB (Китай): GB/T 2518, GB/T 2518‑1995 (горячепоцинкованные стальные листы/ленты).
• ASTM/ASME: ASTM A653/A653M рассматривает классы цинкового покрытия для стальных листов (обозначения используют G60, G90, которые примерно аналогичны; примечание: переход к классам Z требует осторожности).
• Классификация материалов:
• Z180 и Z275: классы покрытия (масса цинкового покрытия), применяемые к углеродным или низколегированным сталям (не являются углеродными/легированными/инструментальными/нержавеющими марками).
• Базовые стали под этими покрытиями обычно являются углеродными сталями, низколегированными сталями или мягкими конструкционными сталями (не нержавеющими или инструментальными сталями, если не указано иное).

2. Химический состав и стратегия легирования

Таблица: Присутствие или роль ключевых элементов в базовой стали и в цинковом покрытии

Примечания: - Обозначения классов Z (Z180, Z275) указывают массу цинка на единицу площади, а не элементный состав. Типичное цинкование дает наружный слой почти чистого цинка (фаза η) и подлежащие интерметаллические слои Fe–Zn (фазы γ, δ, ζ), толщина и пропорции фаз которых зависят от состава стали и параметров процесса. - Существуют специализированные покрытия (например, Zn–Al, Zn–Fe сплавы, Zn–Al–Mg), которые изменяют коррозионные характеристики; при сравнении Z180 и Z275 мы предполагаем обычные цинкосодержащие покрытия, если не указано иное.

3. Микроструктура и реакция на термообработку

• Микроструктура покрытия: горячее цинкование создает многослойную структуру на стали:
• Внешний слой η (эта): в основном чистый цинк, пластичный и защитный.
• Подлежащие слои ζ (дзета), δ (дельта) и Γ (гамма): интерметаллические соединения Fe–Zn, образующиеся на интерфейсе сталь/покрытие. Эти интерметаллические соединения тверже и менее пластичны, чем внешний слой η.
• Эффект массы покрытия: более толстые покрытия (Z275) обычно имеют более толстые слои η плюс интерметаллические слои в абсолютных значениях; относительные пропорции могут зависеть от процесса.
• Термообработки:
• Термическая обработка базовой стали (отжиг, нормализация, закалка и отпуск) влияет на микроструктуру подложки и механические свойства, но не изменяет класс массы цинка.
• Последовательность отжига/цинкования: непрерывное горячее цинкование часто следует за отжигом в контролируемой атмосфере; химия поверхности стали (уровни Si, P) влияет на рост интерметаллических слоев.
• Тепловое воздействие после цинкования (например, тепло от сварки) может локально изменить микроструктуру покрытия, увеличить диффузию на интерфейсе и снизить защиту от коррозии в зоне термического воздействия.
• Механическое поведение: интерметаллические слои могут разрушаться при резких изгибах или при сильной формовке, что приводит к локализованному деламинации, если радиусы изгиба слишком малы.

4. Механические свойства

Таблица: Влияние класса покрытия на механические свойства (качественно)

Объяснение: - Само цинковое покрытие не несет нагрузки; механические свойства конструктивных элементов определяются сталью подложки. Различия между Z180 и Z275, следовательно, не изменяют показатели прочности на растяжение/предельной прочности стали, но более толстые покрытия могут локально влиять на формовку, инициирование усталости и поверхностную твердость из-за более толстых интерметаллических соединений и более выраженных внешних слоев покрытия.

5. Свариваемость

• Соображения по покрытию:
• Цинк испаряется во время дуговой сварки, образуя пары ZnO и потенциальную пористость; более толстые покрытия (Z275) выделяют больше цинка в зонах сварки, чем более тонкие покрытия (Z180), увеличивая образование дымов и необходимость в защите органов дыхания и подготовке сварки (например, удаление покрытия).
• Покрытия могут способствовать поглощению водорода в некоторых процессах и способствовать риску холодных трещин в высокопрочных сталях; предварительный подогрев и контроль водорода имеют значение.
• Свариваемость подложки в первую очередь зависит от содержания углерода и легирующих элементов в стали; формулы эквивалента углерода количественно оценивают риск свариваемости. Два распространенных индекса:
• Эквивалент углерода IIW: $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$
• Международный Pcm: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
• Интерпретация: При оценке сварных сборок удалите покрытие на сварных швах или планируйте параметры сварки и постсварочную обработку. Z275 требует немного более агрессивной подготовки/вентиляции, чем Z180, из-за большей массы цинка.

6. Коррозия и защита поверхности

• Для не нержавеющих сталей цинк обеспечивает жертвенную защиту: цинк корродирует предпочтительно и защищает голую сталь на местах разрывов покрытия за счет катодного действия.
• PREN не применим к цинковым покрытиям или углеродным сталям; он используется для нержавеющих марок: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
• Масса покрытия и защита:
• Класс Z указывает массу цинка в г/м². Приблизительное преобразование в среднюю общую толщину покрытия (с обеих сторон) дается формулой: $$\text{thickness (m)} = \frac{\text{mass per area (g/m}^2\text{)}}{\rho_{Zn} \times 1000}$$
• Используя плотность цинка $\rho_{Zn} \approx 7.14\ \text{g/cm}^3$, типичные практические приближения дают:
  • Z180 ≈ 180 g/m² → примерно 25–30 µm общая толщина покрытия (с обеих сторон), примерно половина с каждой стороны в зависимости от геометрии продукта.
  • Z275 ≈ 275 g/m² → примерно 38–40 µm общая толщина покрытия (с обеих сторон).
• Практический эффект: более толстые покрытия (Z275) обеспечивают более длительное время до первого обслуживания и лучшую защиту в агрессивных атмосферах (морская, промышленная). Окружающая среда, подготовка подложки и системы покраски остаются критическими переменными.

7. Обработка, обрабатываемость и формуемость

• Формовка/изгиб:
• Тонкие покрытия (Z180) допускают более узкие радиусы изгиба с меньшим риском трещин в покрытии и отслаивания. Z275 более вероятно трескается на острых изгибах и может потребовать больших радиусов изгиба или доработки после формовки.
• Резка/сварка:
• Более толстые покрытия создают больше дыма и осложнений при пайке/сварке; выброс цинка может привести к пористости и потере покрытия вблизи сварного шва — подготовьте сварные швы механическим или химическим удалением покрытия.
• Обрабатываемость:
• Цинковые покрытия могут забивать режущие инструменты и увеличивать трение; более толстые покрытия увеличивают износ инструмента и требуют корректировок в подаче/скорости и использовании охлаждающей жидкости.
• Отделка:
• Адгезия краски обычно хороша к чистым оцинкованным поверхностям; более толстые покрытия могут потребовать другой подготовки поверхности, чтобы обеспечить механическую фиксацию краски и избежать скрытия шероховатости поверхности.

8. Типичные применения

Таблица: Типичные применения для Z180 и Z275

Обоснование выбора: - Выбирайте Z180, если приоритетом являются стоимость и формуемость, а уровень воздействия окружающей среды умеренный или когда будут применяться и поддерживаться дополнительные покрытия (краска). - Выбирайте Z275 для наружных, прибрежных или промышленных условий, где требуется длительная жертвенная защита и более длительные интервалы обслуживания.

9. Стоимость и доступность

• Стоимость: Z275 дороже, чем Z180 из-за более высокого потребления цинка на единицу площади. Разница в цене напрямую связана с рыночной ценой на цинк и затратами на процесс покрытия.
• Доступность: Оба класса являются стандартными и широко доступны от крупных заводов по производству рулонов/ленты и листов; популярны в строительстве и цепочках поставок OEM. Указание общих классов, таких как Z180 и Z275, облегчает закупку и обеспечивает стабильные сроки поставки.

10. Резюме и рекомендации

Таблица: Сравнительное резюме (качественно)

Рекомендации: - Выбирайте Z180, если вам нужна лучшая формуемость и более низкая стоимость материала для компонентов, которые будут подвергаться мягкому до умеренного воздействию или получат надежные системы покраски и регулярное обслуживание. - Выбирайте Z275, если основным требованием является более длительная защита от коррозии с уменьшением обслуживания в наружных, морских или промышленных условиях, и вы принимаете более высокую стоимость материала и некоторые дополнительные соображения по обработке (подготовка к сварке, большие радиусы изгиба, контроль дыма).

Заключительная заметка: Поскольку Z180 и Z275 относятся к массе покрытия, а не к металлургической марке подложки, всегда указывайте как марку базовой стали (например, DX51D, S235 или эквивалент), так и класс покрытия в документах на закупку. Это гарантирует, что механическая производительность и намерение по защите от коррозии будут выполнены, и избегает неоднозначности в планировании обработки и жизненного цикла.