ZF70 против ZF140 – Состав, Термальная обработка, Свойства и Применения

Введение

ZF70 и ZF140 — это обозначения углеродной/низколегированной стали с поверхностной обработкой, которые обычно используются в строительных, автомобильных и общих производственных приложениях, где требуется коррозионная стойкость от металлического покрытия. Инженеры, менеджеры по закупкам и планировщики производства часто взвешивают компромиссы между механическими свойствами подложки, долговечностью поверхности, возможностью производства и стоимостью жизненного цикла при выборе между этими двумя вариантами. Типичные контексты принятия решений включают балансировку устойчивости к атмосферной или транспортной коррозии (и, следовательно, долговечности покрытия) против стоимости единицы, формуемости и ограничений процесса сварки.

Основное операционное различие между двумя вариантами заключается в количестве металлического покрытия, нанесенного на базовую сталь: один вариант имеет значительно больше защитного покрытия, чем другой, что влияет на долговечность поверхности, стойкость к абразивному износу и некоторые аспекты производства. Поскольку металлургия подложки может быть очень похожей для обоих продуктовых обозначений, их часто сравнивают в первую очередь по защите поверхности, сроку службы и стоимости на единицу площади, а не по фундаментальной химии легирующих элементов.

1. Стандарты и обозначения

• Основные стандарты, которые могут регулировать стали и покрытия подложки:
• EN (Европейские нормы) — например, EN 10147 (оцинкованные стали), EN 10346 (непрерывно покрытые стали)
• ASTM/ASME — различные спецификации ASTM для оцинкованных покрытий и углеродных сталей
• JIS — Японские промышленные стандарты для покрытых сталей
• GB — Китайские национальные стандарты для покрытых сталей
• Классификация:
• ZF70 и ZF140 лучше всего характеризуются как углеродные или низколегированные стали с металлическими защитными покрытиями (т.е. покрытые стали). Они не являются нержавеющими марками; также они не являются инструментальными сталями или высокопрочными легированными инструментальными категориями по определению. Основная подложка может быть простой углеродной сталью, сталью без интерстициальных элементов (IF) или контролируемой низколегированной сталью в зависимости от поставщика и предполагаемого применения.

2. Химический состав и стратегия легирования

Таблица: типичная роль элементов для покрытых углеродных/низколегированных подложек (качественная)

Примечания: - Многие линии покрытых сталей определяются массой покрытия и отделкой поверхности, в то время как подложка поставляется в согласованном химическом/микроструктурном классе. Точные составы варьируются в зависимости от завода и продуктовой группы. - Стратегия легирования для этих подложек обычно предполагает низкий углерод и контролируемое микроалюминирование для сохранения формуемости, свариваемости и стабильных механических свойств после покрытия.

Как легирование влияет на производительность: - Углерод и марганец в первую очередь определяют прочность и пластичность; увеличение C и Mn повышает прочность и закаляемость, но снижает свариваемость и формуемость. - Элементы микроалюминирования (V, Nb, Ti) предлагают улучшения предела текучести за счет осаждения и улучшения зернистости без значительного увеличения углерода. - Химия покрытия и адгезия зависят от небольших добавок (например, содержания Si) и от процесса покрытия (горячее оцинкование, непрерывное электроцинкование или процессы Zn-Al).

3. Микроструктура и реакция на термообработку

• Типичная микроструктура: Для этих покрытых сталей подложка обычно представляет собой феррит–перлит или феррит с мелкими осадками (в HSLA вариантах). Микроструктура выбирается для балансировки формуемости, прочности и пластичности.
• Нормализация: Образует более мелкую, более однородную феррит–перлитную структуру и может использоваться для приложений с более высокой прочностью. Нормализация может улучшить пластичность и размерную стабильность.
• Закалка и отпуск: Редко для общих покрытых строительных сталей, поскольку операции покрытия и требования к формуемости предполагают более пластичные условия подложки. Q&T используется, когда требуется более высокая прочность, но обычно ассоциируется с непокрытыми или специально обработанными продуктами.
• Термо-механическая обработка: Для высокопрочных низколегированных подложек контролируемая прокатка и ускоренное охлаждение образуют мелкие феррит–байнитные микроструктуры, которые повышают прочность при сохранении пластичности. Эти подложки могут быть впоследствии покрыты, но последовательность процессов и тепловое воздействие критически важны для сохранения целостности покрытия.
• Эффект покрытия: Процессы покрытия (горячее погружение, непрерывное оцинкование) накладывают термические циклы, которые могут слегка отпускать или изменять микроструктуру вблизи поверхности. Заводы контролируют отжиг и охлаждение, чтобы сохранить механические цели подложки.

4. Механические свойства

Таблица: сравнительное механическое поведение (качественное, зависит от подложки)

Интерпретация: - Различные массы покрытия не изменяют существенно внутренние механические свойства стальной подложки. Выбор для прочности или пластичности, следовательно, должен основываться на спецификации подложки, а не только на обозначении ZF70/ZF140. Любые небольшие различия в поведении при формовании или инициировании поверхностного разрушения на краях могут возникать из-за толщины покрытия и адгезии, а не из-за прочности подложки.

5. Свариваемость

Соображения по свариваемости зависят от углеродного эквивалента подложки и от того, как покрытие влияет на стабильность дуги и дым. Полезные индексы:

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

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

Качественная интерпретация: - Более низкое содержание углерода и контролируемое содержание легирующих элементов снижают восприимчивость к холодным трещинам и водородному хрупкому разрушению; держите $CE_{IIW}$ и $P_{cm}$ как можно ниже для легкой сварки. - Металлические покрытия создают локализованное испарение цинка во время сварки, что может вызвать пористость и дым, вызванный цинком; удаление покрытия в области сварки или использование правильных параметров сварки является обычной практикой. - Более тяжелые покрытия (большая масса покрытия) требуют дополнительной очистки краев или корректировок в технике сварки, поскольку больше покрытия должно быть удалено или смещено для качественной сварки. - Предварительный подогрев, контролируемые температуры между проходами и соответствующий выбор присадочного материала снижают риски в подложках с высоким CE или когда загрязнение покрытия не может быть полностью удалено.

6. Коррозия и защита поверхности

• Для непокрытых нержавеющих сталей, таких как ZF70 и ZF140, металлические покрытия (обычно цинк или цинковые сплавы) обеспечивают жертвенную защиту и барьерную защиту. Более тяжелая масса покрытия продлевает начало коррозии подложки и улучшает стойкость к механическому абразиву и повреждениям при обращении.
• При оценке коррозионной производительности в агрессивных средах учитывайте механизмы локализованного разрушения, защиту краев и необходимость пост-окисления или покраски после покрытия.
• Для нержавеющих сталей только PREN имеет значение: $$ \text{PREN} = \text{Cr} + 3.3 \times \text{Mo} + 16 \times \text{N} $$ Этот индекс не применим к углеродным сталям с цинковым покрытием; используйте его только при оценке настоящих нержавеющих сплавов.
• Системы покрытия могут быть дополнены органическими верхними покрытиями, ингибиторами или преобразующими покрытиями для продления срока службы, особенно в прибрежных или промышленных атмосферах.

7. Обработка, обрабатываемость и формуемость

• Резка и механическая обработка: Обрабатываемость подложки соответствует стандартному поведению углеродных/низколегированных сталей. Металлическое покрытие может забивать инструменты или влиять на отделку поверхности; стратегии инструмента и охлаждающей жидкости должны учитывать это.
• Формование и изгиб: Более тяжелые покрытия изменяют трение и могут трескаться на резких изгибах; окна процесса (минимальный радиус изгиба, геометрия штампа/матрицы) должны учитывать пластичность и адгезию покрытия. Более тяжелые покрытия типа ZF140 будут более заметно показывать прерывания покрытия при сильном формовании, если не будут специально спроектированы для этого.
• Отделка поверхности: Более тяжелые покрытия предлагают лучшую стойкость к постобработке, но могут требовать более тщательной обрезки краев и обслуживания ножей для обрезки. Адгезия краски и электроокрашивание могут зависеть от химии покрытия и подготовки поверхности.

8. Типичные применения

Обоснование выбора: - Выберите более легкое покрытие, если сложность формования, свариваемость или самая низкая начальная стоимость преобладают, а воздействие окружающей среды ограничено. - Выберите более тяжелое покрытие, если требуется длительный срок службы против коррозии, улучшенная жертвенная защита или лучшая стойкость к абразивному воздействию во время эксплуатации и обращения.

9. Стоимость и доступность

• Относительная стоимость: Более тяжелые покрытые продукты имеют более высокую стоимость за единицу площади из-за дополнительного материала покрытия и времени обработки. Экономия на масштабе и запасы поставщиков влияют на окончательную цену.
• Доступность по форме продукта: Оба покрытия обычно предлагаются в виде рулонов, листов и предварительно окрашенных вариантов. Сроки поставки могут варьироваться в зависимости от регионального спроса и возможностей поставщика; более тяжелые покрытые варианты могут иметь немного более длительные сроки поставки, если они менее распространены на складе.
• Совет по закупкам: Явно указывайте требуемую массу покрытия, класс адгезии и механические свойства подложки, чтобы избежать неоднозначности в предложениях поставщиков.

10. Резюме и рекомендации

Резюме таблицы (качественное)

Выводы и рекомендации: - Выберите ZF70, если: приложение требует максимальной формуемости и легкости сварки, воздействие окружающей среды умеренное, и минимизация начальной стоимости материала является приоритетом. ZF70 часто предпочитается для сложного штамповки, внутренних автомобильных панелей и внутренних конструктивных компонентов. - Выберите ZF140, если: приложение требует длительной защиты от коррозии, улучшенной стойкости к абразивному воздействию/обращению или уменьшения частоты обслуживания в наружных или агрессивных условиях. ZF140 имеет смысл для открытых конструктивных компонентов, внешних деталей кузова автомобилей и деталей, которые ожидается, что будут подвергаться частому механическому износу или длительному воздействию коррозионных атмосфер.

Заключительная заметка: Поскольку химию подложки и механические требования можно указывать независимо от массы покрытия, всегда определяйте как класс стали подложки (механические и химические требования), так и требуемую массу/химию покрытия в документах по закупкам и проектированию. Это гарантирует, что выбранный вариант ZF соответствует как структурным, так и долговечным ожиданиям, не полагаясь только на номенклатуру.