ZA150 против ZA200 – Состав, Термальная обработка, Свойства и Применения

Введение

ZA150 и ZA200 — это обозначения, которые часто встречаются при выборе покрытых стальных изделий для строительных, архитектурных и промышленных применений. Инженеры и команды по закупкам часто сталкиваются с компромиссом между коррозионной стойкостью, формуемостью, свариваемостью и стоимостью при выборе между этими двумя вариантами. Типичные контексты принятия решений включают внешнюю облицовку против внутренней мебели, глубокую вытяжку ламинатов против конструктивных элементов и сварные сборки против болтовых или механически закрепленных частей.

В отличие от стандартных идентификаторов стальных марок (например, S355 или A36), ZA150 и ZA200 чаще всего описывают стальные изделия с покрытием из сплава цинка и алюминия, которые отличаются прежде всего массой покрытия и содержанием сплава в покрытии. Основное техническое различие, следовательно, заключается в системе покрытия — его пропорции легирующих элементов и массе на единицу площади — что непосредственно влияет на защиту от коррозии, адгезию и некоторые технологии обработки.

1. Стандарты и обозначения

• ZA150 / ZA200: Обычно используются как коммерческие обозначения покрытой стали, где "ZA" указывает на покрытие из сплава цинка и алюминия, а числовой суффикс указывает на номинальную массу покрытия (обычно выражается в г/м² на обеих сторонах или на одну сторону в зависимости от поставщика). Это не универсальные названия металлургических марок стали в номенклатуре ASTM/EN/JIS, но они широко используются производителями рулонных покрытий и центрами обработки стали.
• Соответствующие международные стандарты и спецификации, регулирующие покрытые стали (основной материал и покрытия), включают:
• Семейство ASTM A653 / A792 (горячекатаная оцинкованная и Zn–Al–Mg/Al–Zn покрытия) — касается покрытых углеродных сталей.
• EN 10346 (непрерывно горячекатаная металлически покрытая сталь) — охватывает определения продуктов и маркировку для покрытых сталей.
• Стандарты JIS и GB (национальные спецификации), которые регулируют холоднокатаные подложки и процессы покрытия.
• Идентификация по классу материала:
• Материал подложки под покрытиями ZA обычно представляет собой углеродную (мягкую) сталь (низкоуглеродную или свободную от интерстициальных элементов холоднокатаную сталь) — не нержавеющую, инструментальную или HSLA в большинстве типичных продуктовых линий ZA150/ZA200.
• Покрытие является сплавом (на основе Zn–Al), поэтому готовый продукт представляет собой покрытый углеродный стальной продукт, а не другую марку стали.

2. Химический состав и стратегия легирования

Разница в функциональной производительности между ZA150 и ZA200 контролируется преимущественно химией покрытия (относительные пропорции Zn, Al, Mg и незначительные добавки) и массой покрытия. Химия стальной подложки обычно представляет собой обычную низкоуглеродную сталь, оптимизированную для формовки или покраски.

Таблица: Типичные области фокуса состава (подложка против покрытия). Примечание: составы, специфичные для поставщика, могут варьироваться; таблица дает типичную значимость элементов, а не предписанные значения.

Элемент	Типичная подложка из низкоуглеродной стали (значимость)	Покрытие ZA (тип Zn–Al) — значимость
C	Низкий (контролирует прочность и свариваемость)	Не применимо
Mn	Присутствует (контроль прочности/деформации)	Не применимо
Si	Небольшие количества (деоксидирование; влияет на смачивание покрытия)	Следы возможны
P	Низкий (риск хрупкости при высоком содержании)	Следы возможны
S	Низкий (включения влияют на формуемость)	Следы возможны
Cr	Обычно отсутствует (если не специальная подложка)	Редко в покрытиях ZA (следы, если есть)
Ni	Не актуально для подложки, если не легирован	Редко в покрытии
Mo	Не актуально	Редко
V, Nb, Ti	Возможное микроалюминирование в подложке для прочности	Не актуально
B	Следы в подложке иногда	Не актуально
N	Контролируется в подложке для некоторых сталей	Не актуально
Zn	Не присутствует в подложке	Основной элемент покрытия (большинство)
Al	Не в подложке	Легирующая добавка к Zn — улучшает барьерные и жертвенные свойства
Mg	Не в подложке	Часто добавляется в небольших количествах для повышения коррозионной стойкости и адгезии
Другие (Si, Sn, Bi)	Обычно следы в подложке	Незначительные добавки, используемые некоторыми производителями покрытий для настройки свойств

Как легирование влияет на производительность: - Увеличение содержания Al в покрытии Zn–Al обычно улучшает барьерную защиту и покраску, снижает белую ржавчину и может изменить жертвенное поведение. - Небольшие добавки Mg часто улучшают атмосферную коррозионную стойкость и уменьшают подрезание в царапинах. - Более высокая масса покрытия (например, ZA200 против ZA150) увеличивает доступный жертвенный цинк и продлевает срок службы защиты, при прочих равных условиях.

3. Микроструктура и реакция на термообработку

ZA150 и ZA200 отличаются прежде всего микроструктурой покрытия, а не микроструктурой основного металла (за исключением случаев, когда указаны специальные подложки).

• Микроструктура подложки:
• Базовая сталь для этих покрытых изделий обычно представляет собой холоднокатаную низкоуглеродную сталь с микроструктурой феррит–перлит (или полностью ферритную для сталей без интерстициальных элементов). Термообработка подложки обычно ограничивается отжигом, используемым в процессе холодной прокатки; подложка не предназначена для дополнительного закаливания/отпуска после покрытия.
• Микроструктура покрытия:
• Покрытия Zn–Al затвердевают, образуя дуплексную структуру: внешний слой сплава Zn–Al и межметаллический реакционный слой на интерфейсе сталь–покрытие. Al снижает скорость роста и изменяет образование фаз по сравнению с чистым Zn, что приводит к более тонкому межметаллическому слою и различному поведению адгезии.
• ZA200 (большая масса покрытия) будет иметь более толстый слой сплава и более толстую межметаллическую зону по сравнению с ZA150 при идентичной обработке.
• Ответ на термообработку/обработку:
• Процессы нормализации или закалки и отпуска обычно не применяются к готовым покрытым частям, так как они могут повредить покрытие; термическое воздействие во время обработки (например, при формовке или сварке) может привести к локальному росту межметаллических соединений или изменениям в спанге.
• Термические циклы во время непрерывной горячей оцинковки/покрытия (короткие отжиги) контролируют смачивание покрытия, образование межметаллических соединений и окончательные пропорции сплава.

4. Механические свойства

Механические свойства готового продукта в основном определяются сталью подложки; покрытие вносит незначительный вклад в общую механическую прочность, но критически важно для защиты поверхности.

Таблица: Сравнительные ожидания механических свойств (типичные диапазоны для покрытых низкоуглеродных стальных изделий).

Свойство	ZA150 (типичная покрытая низкоуглеродная сталь)	ZA200 (типичная покрытая низкоуглеродная сталь)
Прочность на разрыв (МПа)	Типичный диапазон подложки (например, 220–420) — покрытие незначительно	Тот же диапазон, контролируемый подложкой
Предельная прочность (МПа)	Контролируется подложкой (например, 140–350)	То же самое
Удлинение (%)	Контролируется подложкой (например, 15–40%)	То же самое
Ударная вязкость	Зависит от подложки; покрытие имеет небольшое влияние при обычных температурах	То же самое
Твердость поверхности	Покрытие немного тверже, чем чистый Zn, в зависимости от содержания Al	Немного выше твердость поверхности с более толстым/более легированным покрытием

Что сильнее, прочнее, более пластично и почему: - Прочность/прочность/пластичность происходят от металлургии подложки. Когда ZA150 и ZA200 используют идентичные подложки, различия в механических свойствах незначительны. - Покрытие влияет на твердость поверхности и поведение местного износа/реза; более толстое покрытие ZA200 может продемонстрировать немного более высокую стойкость к абразивному износу верхнего слоя. - Пластичность/формуемость могут зависеть от массы покрытия и легирования: более тяжелые покрытия и более хрупкие межметаллические слои могут снизить производительность при растяжке и способствовать растрескиванию покрытия при сильной деформации.

5. Свариваемость

Свариваемость в значительной степени определяется химией подложки (углерод и другие элементы закаливания) и наличием и составом покрытия.

• Углерод и закаливаемость:
• Более высокий углерод и легирующие элементы увеличивают риск трещин в сварной зоне. Многие изделия с покрытием ZA используют низкоуглеродные, низколегированные подложки для поддержания хорошей свариваемости.
• Эффекты покрытия:
• Покрытия вводят цинк в сварочную ванну во время дуговой сварки, что может вызвать пористость, увеличение брызг и дефекты, связанные с испарением. Более толстые покрытия (ZA200) выделяют больше цинка в соединении, чем более тонкие покрытия (ZA150), увеличивая вероятность этих проблем.
• Формулы оценки (качественное использование):
• Индекс эквивалента углерода (IIW): $$CE_{IIW} = C + \frac{Mn}{6} + \frac{Cr+Mo+V}{5} + \frac{Ni+Cu}{15}$$ Используйте это для оценки свариваемости подложки: более высокий $CE_{IIW}$ → большие требования к предварительному нагреву и постсварочной обработке.
• Pcm для восприимчивости к холодным трещинам: $$P_{cm} = C + \frac{Si}{30} + \frac{Mn+Cu}{20} + \frac{Cr+Mo+V}{10} + \frac{Ni}{40} + \frac{Nb}{50} + \frac{Ti}{30} + \frac{B}{1000}$$ Более высокий $P_{cm}$ увеличивает риск холодных трещин с помощью водорода.
• Практические последствия:
• Для ручной и роботизированной дуговой сварки чистое удаление покрытия в области сварки или соответствующие сварочные процессы (например, MIG с более высокой скоростью перемещения, лазерная сварка или использование флюсов/наполнителей, предназначенных для оцинкованной стали) смягчают проблемы.
• Предварительный нагрев, контролируемый тепловой ввод и постсварочная очистка являются обычными мерами смягчения. ZA200 может требовать более агрессивных мер, чем ZA150 для того же проектирования соединения из-за большего содержания цинка в сварке.

6. Коррозия и защита поверхности

Покрытия ZA предназначены для улучшения защиты от атмосферной коррозии по сравнению с неоцинкованной сталью. Они действуют за счет комбинации барьерной и гальванической (жертвенной) защиты.

• Для не нержавеющих подложек:
• Стратегии защиты включают выбор легирующего сплава покрытия (формулы Zn–Al–Mg), массу покрытия (ZA150 против ZA200), покраску или конверсионные покрытия поверх слоя ZA и обработку краев.
• Более толстая масса покрытия (ZA200) увеличивает срок службы в одинаковых условиях, поскольку доступно больше жертвенного материала, и барьерный слой более прочный.
• Индекс нержавеющей стали (PREN) не применим:
• Для нержавеющих сплавов PREN оценивает стойкость к образованию питтинга: $$\text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N}$$
• Изделия с покрытием ZA не являются нержавеющими сталями; следовательно, PREN не имеет отношения к ZA150/ZA200.
• Практическое руководство:
• Выбирайте ZA200 для более жестких наружных или прибрежных условий, если доступна увеличенная масса покрытия и, возможно, модифицированное легирование (например, добавки Mg).
• Для окрашенных систем более качественное покрытие ZA обеспечивает лучшую долговременную адгезию и барьерное поведение.

7. Обработка, обрабатываемость и формуемость

• Резка (резка, лазер, плазма):
• Более толстые покрытия (ZA200) могут производить больше шлака и влиять на качество краев. Параметры лазерной резки необходимо корректировать с учетом состава и толщины покрытия.
• Формование и изгиб:
• ZA150 обычно предлагает лучшую формуемость в сильно обработанных частях из-за меньшей толщины покрытия и более тонких межметаллических слоев; ZA200 может быть более подвержен растрескиванию покрытия и образованию порошка при резких изгибах.
• Используйте тестовые образцы для критических операций формования, чтобы подтвердить поведение покрытия при предполагаемом напряжении.
• Обрабатываемость:
• Покрытые изделия обычно обрезаются или пробиваются перед тяжелой механической обработкой; механическая обработка через покрытие возможна, но приводит к дополнительному износу инструмента и требует контроля стружки для цинковых сплавов.
• Финишная обработка:
• Красящие системы эффективно связываются с покрытиями Zn–Al, но подготовка поверхности и пассивация важны для обеспечения постоянного качества отделки.

8. Типичные применения

ZA150 (легкое покрытие)	ZA200 (тяжелое покрытие)
Шасси внутренних приборов, внутренние воздуховоды HVAC, окрашенные панели с контролируемыми условиями	Внешние крыши и фасады в умеренно агрессивных атмосферах
Внутренние панели автомобилей, где критичны формуемость и покраска	Отделка зданий, водостоки и внешние обшивки, требующие длительного срока коррозионной стойкости
Легкие штампованные детали, где стоимость имеет приоритет над максимальным сроком службы	Наружные вывески, прибрежные или промышленные установки, требующие дополнительной защиты

Обоснование выбора: - Выбирайте ZA150, когда высокие требования к формуемости, низкая стоимость и адекватная защита для мягких условий являются основными требованиями. - Выбирайте ZA200, когда длительный срок коррозионной стойкости, большая жертвенная резервуара и более надежное барьерное действие являются приоритетами, несмотря на немного более высокую стоимость и потенциальные сокращения в производительности при сильной формовке.

9. Стоимость и доступность

• Факторы стоимости:
• Масса покрытия (ZA200 > ZA150) — больше легирующего материала, более высокая стоимость материала.
• Сложность сплава (дополнительные добавки Al/Mg увеличивают стоимость).
• Обработка и сертификация поставщика.
• Доступность:
• Оба ZA150 и ZA200 обычно доступны от крупных производителей рулонных покрытий и сервисных центров в стандартных формах листов/рулонов. Индивидуальные формулы сплавов или очень толстые покрытия могут быть факторами, влияющими на сроки поставки.
• Формы продукта:
• Обычно предлагаются в виде рулонов, листов и предварительно окрашенных рулонов (PPCP). Более толстые покрытия могут быть менее распространены в тонких листах или в специализированных вариантах сплавов.

10. Резюме и рекомендации

Таблица: Быстрое сравнение

Характеристика	ZA150	ZA200
Свариваемость (практическая)	Проще (меньше цинка в сварке)	Сложнее (больше испарения цинка)
Прочность–Ударная вязкость (подложка)	Контролируется подложкой; аналогично	Контролируется подложкой; аналогично
Защита от коррозии	Меньший срок службы, чем у ZA200	Больше жертвенного резерва и больший срок службы
Формуемость	Лучше для сильной формовки	Снижена для сильной формовки (больший риск растрескивания покрытия)
Стоимость	Ниже	Выше

Рекомендации: - Выбирайте ZA150, если: - Вам нужна превосходная формуемость и малые радиусы изгиба в панелях или штампованных частях. - Условия эксплуатации мягкие или умеренные, и оптимизация стоимости важна. - Частота сварки и управление качеством сварки способствуют меньшей массе покрытия. - Выбирайте ZA200, если: - Требуется более длительный срок коррозионной стойкости (наружные, прибрежные или промышленные условия). - Дизайн приоритизирует долговечность покрытия и снижение затрат на обслуживание по сравнению с незначительным увеличением стоимости. - Сварные соединения минимизированы или сварочные процедуры оптимизированы для работы с более высоким содержанием цинка.

Заключительная заметка: ZA150 и ZA200 лучше оценивать как выбор покрытой системы, а не как отдельные марки стали. Для критических проектов запросите технические паспорта поставщика, показывающие номинальную массу покрытия (г/м²), детальный состав сплава покрытия, данные тестов на адгезию и коррозию, и проведите испытания формования/сварки с материалами, предназначенными для производства, перед окончательным выбором.