Z180 против Z275 – Состав, Термальная обработка, Свойства и Применения
Поделиться
Table Of Content
Table Of Content
Введение
Z180 и Z275 — это общие обозначения цинкового покрытия, применяемые к стальным листам и рулонам методом горячего цинкования. Эти два варианта представляют собой классическую дилемму выбора для инженеров и специалистов по закупкам: сбалансировать более низкую первоначальную стоимость и адекватную защиту для мягких условий (Z180) против большего содержания цинка и более длительного срока службы в коррозионных или наружных условиях (Z275). Типичные контексты принятия решений включают строительные оболочки (кровля, облицовка), конструктивные элементы, подверженные воздействию погоды, автомобильные детали и общую обработку листового металла, где необходимо сбалансировать защиту от коррозии, стоимость жизненного цикла и последующую обработку.
Основное практическое различие заключается в массе цинкового покрытия — Z275 содержит значительно больше цинка на единицу площади, чем Z180 — поэтому инженеры чаще всего сравнивают их по производительности защиты от коррозии, ожидаемому сроку службы и последствиям для обработки/сварки. Поскольку оба обозначения относятся к классу покрытия, а не к химическому составу базовой стали, выбор подложки и практика цинкования также влияют на конечную производительность.
1. Стандарты и обозначения
- Общие стандарты и спецификации, которые ссылаются на эти классы покрытий или используют их:
- EN 10346 (непрерывные горячепоцинкованные плоские изделия) — использует обозначения, такие как Z (цинк) с классами массы покрытия (например, Z100, Z275).
- ISO 14713 / ISO 1461 — рекомендации по защите от коррозии с помощью цинковых покрытий и горячего цинкования соответственно.
- ASTM A653 / A792 — спецификации оцинкованной стальной листовой продукции, обычно использующие классы массы покрытия (часто обозначаемые как G60, G90 в практике США; примечание: G60 ≈ Z180, G90 ≈ Z275 по массе).
- JIS H 8641, GB/T 2518 — национальные стандарты, которые касаются требований к цинкованию и покрытиям.
- Классификация материалов:
- Обозначение "Z" относится к цинковому покрытию; подложка обычно представляет собой углеродную/низколегированную сталь (не HSLA, инструментальную или нержавеющую сталь). Общие подложки — это низкоуглеродные холоднокатаные или горячекатаные стали, предназначенные для цинкования (DX51D, S220GD, S250GD, эквиваленты ASTM A1008/A1011).
2. Химический состав и стратегия легирования
Таблица: Типичный контекст состава для Z покрытий и типичной химии низкоуглеродной подложки (качественные диапазоны).
| Элемент | Покрытие Z180 (горячее цинкование) | Покрытие Z275 (горячее цинкование) | Типичная подложка из низкоуглеродной стали (контекст) |
|---|---|---|---|
| Zn | Основной компонент покрытия; масса покрытия = 180 г/м² (суммарно с обеих сторон) | Основной компонент; масса покрытия = 275 г/м² (суммарно с обеих сторон) | Следы или отсутствие в подложке; не является целевым легирующим элементом |
| Fe | Слой интерметаллической реакции содержит фазы Fe–Zn (гамма, дельта, зета) | Те же фазы; относительная толщина увеличивается с массой покрытия | Основной элемент подложки |
| C, Mn, Si, P, S, Nb, Ti, V, B, N | Не применимо к составу цинкового покрытия (может присутствовать в виде следовых примесей) | То же самое | Варьируются в зависимости от класса подложки; низкоуглеродные оцинкованные подложки обычно имеют низкое содержание углерода (для формуемости и свариваемости) и контролируемое содержание Mn/Si для соответствия механическим требованиям |
| Легирующие добавки в покрытие (Al, Mg, Ni) | Присутствуют только в специализированных покрытиях (например, Zn–Al–Mg или Galfan) — не в стандартных Z покрытиях | Та же оговорка — Z275 обычно обозначает массу чистого цинка, если не указано как легированное покрытие | Стратегия легирования подложки независима; микроалюминирование (Nb, Ti, V) используется в прочностных классах |
Примечания: - Z180 и Z275 относятся к массе цинка на единицу площади (г/м²), указанной стандартами; это не отдельные легированные стали. - Химия стальной подложки зависит от структурных/формуемых требований; цинкование применяется к совместимым низкоуглеродным сталям или правильно подготовленным классам.
Как легирование влияет на производительность: - В покрытии: чистый цинк действует жертвенно; любое целенаправленное легирование (Zn–Al, Zn–Al–Mg) изменяет коррозионное поведение и внешний вид. Стандартные Z покрытия полагаются на электрохимическую благородность цинка относительно железа для катодной защиты. - В подложке: углерод и микроалюминирование контролируют прочность и закаляемость; более низкий углерод способствует свариваемости и формуемости под оцинкованным покрытием.
3. Микроструктура и реакция на термообработку
- Микроструктура покрытия: горячепоцинкованное покрытие на стали образует несколько слоев от стали наружу: интерметаллические слои Fe–Zn (часто обозначаемые как гамма, дельта, зета) рядом со сталью, увенчанные верхним слоем почти чистого цинка eta (η). Интерметаллический слой относительно твердый и металлургически связан; внешний слой eta — более мягкий, пластичный цинк.
- Эффект массы покрытия: Z275, как правило, будет иметь более толстые слои eta и интерметаллические слои, чем Z180 при тех же условиях подложки и процесса; более толстые слои увеличивают жертвенную способность и продлевают срок службы в коррозионных атмосферах.
- Тепло и термические циклы: повышенные температуры (например, отверждение краски после запекания или локальная сварка) могут вызвать диффузию на интерфейсе цинк-сталь и потенциальное хрупкость интерметаллической зоны. Цинк имеет низкую температуру плавления; высокотемпературная обработка должна контролироваться, чтобы избежать повреждения покрытия или его испарения.
- Термообработка подложки: цинковое покрытие обычно наносится после холодной прокатки и подготовки поверхности, а не на закаленные и отпущенные стали. Термомеханические обработки подложки в значительной степени независимы от покрытия, но любая термообработка после цинкования может изменить микроструктуру покрытия и адгезию.
4. Механические свойства
Таблица: Сравнительный обзор механического эффекта (свойства подложки в значительной степени не изменяются покрытием).
| Свойство | Эффект для Z180 | Эффект для Z275 | Инженерная интерпретация |
|---|---|---|---|
| Устойчивость к растяжению | Нет значительных изменений в прочности на растяжение подложки | Нет значительных изменений в прочности на растяжение подложки | Масса покрытия не изменяет механическую прочность родственной стали |
| Предельная прочность | Без изменений | Без изменений | Механические свойства определяются классом подложки и обработкой |
| Удлинение / пластичность | Поверхностное покрытие может треснуть на резких изгибах при чрезмерной нагрузке | Немного большая склонность к трещинам покрытия при экстремальной формовке из-за более толстых, более хрупких интерметаллических слоев | Выбирайте подходящие радиусы изгиба и методы формовки; Z275 может требовать более осторожной формовки |
| Ударная вязкость | Подложка не затрагивается; хрупкие интерметаллические слои локализованы на поверхности | То же самое; более толстые интерметаллические слои могут увеличить риск отслаивания покрытия при ударе | Ударная вязкость компонента определяется родственной сталью |
| Твердость поверхности | Внешний слой цинка eta мягкий; интерметаллические слои тверже | Незначительное увеличение толщины поверхностного слоя → небольшое увеличение твердости поверхности | Не является заменой для износостойких обработок |
Резюме: Класс цинкового покрытия (Z180 против Z275) не изменяет основные механические свойства стальной подложки; различия связаны с поверхностью и влияют на формовку, изгиб и долговечность поверхности, а не на прочность на растяжение или предельную прочность.
5. Свариваемость
- Свариваемость базовой стали определяется химией подложки (углерод, Mn, микроалюминирование). Однако оцинкованные покрытия вводят специфические проблемы сварки:
- Цинк испаряется во время дуговой сварки, производя дым и пористость в сварных швах, если покрытие присутствует в сварном соединении.
- Наличие более толстого покрытия (Z275) увеличивает массу цинка, которую необходимо удалить или испарить локально, что может усугубить риски дыма и пористости.
- Использование формул эквивалента углерода помогает оценить свариваемость подложки (покрытие удалено). Общие индексы:
- $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$
- $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$
- Практическое руководство:
- Удалите цинкование из непосредственной области сварки (механическая шлифовка или химическая очистка) и используйте соответствующую вентиляцию и средства индивидуальной защиты для контроля за цинковыми парами.
- Используйте сварочные расходные материалы и рекомендации по предварительному нагреву/пиковым значениям, соответствующие CE подложки; класс покрытия влияет на количество необходимой локальной очистки, а не на сам CE.
- Точечная сварка и сопротивление сварки покрытых листов распространены в промышленности; более толстые покрытия могут изменить контактное сопротивление и срок службы электрода.
6. Коррозия и защита поверхности
- Механизм: цинк обеспечивает катодную (жертвенную) защиту открытой стали и образует коррозионные продукты (оксид/гидрокарбонат цинка), которые замедляют дальнейшую атаку.
- Относительная коррозионная производительность: большая масса цинка коррелирует с более длительным сроком защиты при атмосферных воздействиях. Z275, как правило, прослужит дольше, чем Z180 при аналогичных условиях окружающей среды, особенно в промышленных или морских атмосферах.
- Стратегии защиты поверхности:
- Покраска поверх цинкования (предварительно окрашенный оцинкованный рулон) для комбинированной барьерной и жертвенной защиты; убедитесь в совместимости и температурах отверждения.
- Используйте дополнительные герметики, преобразующие покрытия или верхние покрытия для продления срока службы в агрессивных условиях.
- PREN не применим к углеродным сталям с цинковым покрытием (он применяется для оценки устойчивости к образованию ямок у нержавеющих сталей). Для нержавеющих или Zn–Al–Mg покрытий используйте соответствующие коррозионные индексы и данные испытаний.
- Когда цинковые покрытия недостаточны, рассмотрите возможность использования легированных покрытий (Zn–Al–Mg) или замены материала на нержавеющую или атмосферостойкую сталь.
7. Обработка, обрабатываемость и формуемость
- Формование и изгиб: оцинкованные покрытия выдерживают обычные операции формования, но минимальные радиусы изгиба должны соблюдаться. Более толстые покрытия (Z275) имеют большую долю интерметаллических слоев, что может вызвать белую ржавчину или видимые трещины на резких изгибах.
- Резка и пробивка: покрытые поверхности могут образовывать заусенцы и деформацию покрытия; срок службы инструмента может быть незначительно затронут более тяжелыми покрытиями.
- Механическая обработка: покрытия тонкие относительно операций механической обработки; применяются стандартные практики механической обработки, но необходимо учитывать контроль за частицами и дымом.
- Финишная обработка поверхности: Z275 может принимать краску и рулонное покрытие аналогично Z180, хотя подготовка поверхности (пассивация, преобразующие покрытия) обеспечивает адгезию.
8. Типичные применения
Таблица: Типичные применения для каждого класса покрытия.
| Z180 (меньшая масса цинка) | Z275 (большая масса цинка) |
|---|---|
| Внутренние панели, мебель, легкие каркасные конструкции, внутренние воздуховоды | Кровля, водостоки, фартуки, внешняя облицовка, фасады |
| Автомобильные внутренние панели и неэкспонированные конструктивные элементы | Сельскохозяйственное оборудование, наружные вывески, конструктивные элементы, подверженные воздействию погоды |
| Легкие приборы, электрические корпуса для защищенных условий | Компоненты, расположенные рядом с морем, детали, подверженные воздействию соляного тумана, долговечная наружная инфраструктура |
Обоснование выбора: - Выбирайте Z180, если воздействие ограничено, ожидаемый срок службы умеренный, а более низкая стоимость материала и хорошая формуемость/свариваемость являются приоритетами. - Выбирайте Z275, если длительный срок службы, наружное воздействие или сокращенные интервалы обслуживания оправдывают более высокую первоначальную стоимость и несколько более осторожную практику формовки/сварки.
9. Стоимость и доступность
- Стоимость: Z275 использует больше цинка и, следовательно, имеет более высокую стоимость сырья по сравнению с Z180. Дополнительные затраты должны быть сбалансированы с увеличенным сроком службы и снижением затрат на обслуживание.
- Доступность: Оба класса покрытий обычно доступны по всему миру в рулонах и листах от крупных производителей стали и сервисных центров. Формы продукции включают холоднокатаный оцинкованный рулон, предварительно окрашенный оцинкованный рулон (PPGI) и оцинкованный лист/пластину.
- Сроки поставки: стандартные классы покрытий, как правило, находятся на складе; специализированные легированные покрытия (Zn–Al–Mg) или покрытия с очень высокой массой могут иметь более длительные сроки поставки.
10. Резюме и рекомендации
Таблица: Быстрый обзор сравнения.
| Атрибут | Z180 | Z275 |
|---|---|---|
| Свариваемость (практическая) | Хорошая, если покрытие удалено в местах сварки; меньше цинка для управления | Хорошая, если покрытие удалено; больше риска цинковых пар и износа электрода |
| Эффект прочности–вязкости на подложку | Нейтральный | Нейтральный |
| Защита от коррозии (ожидаемый срок службы на улице) | Ниже | Выше |
| Стоимость | Низкая первоначальная стоимость | Высокая первоначальная стоимость |
Выводы: - Выбирайте Z180, если: компонент используется в защищенной или закрытой среде, первоначальная стоимость и максимальная формуемость являются основными проблемами, а ожидаемый срок службы умеренный. Z180 подходит для многих легких конструктивных и бытовых применений, где жертвенная защита является достаточной. - Выбирайте Z275, если: компонент будет подвергаться наружному воздействию, промышленным или прибрежным атмосферам, или когда требуются более длительные интервалы обслуживания и срок службы. Z275 предпочтителен для кровли, водостоков, внешней облицовки и инфраструктуры, где большая масса цинка существенно продлевает срок службы.
Заключительные практические заметки: - Всегда указывайте класс стали подложки отдельно от класса цинкового покрытия; убедитесь, что масса покрытия указана в г/м² в соответствии с конвенцией EN и указано, являются ли цифры общими для обеих сторон или для каждой стороны. - Для сварных компонентов планируйте удаление покрытия в зоне сварки, адекватную вентиляцию и выбор электрода; проконсультируйтесь с значениями CE подложки для рекомендаций по предварительному нагреву/послесварке. - В случае сомнений для открытых или долгоживущих применений дополнительные затраты на Z275 часто приводят к более низким затратам на жизненный цикл за счет снижения коррозионного обслуживания.