Гальванизированная сталь (покрытая): свойства и основные применения

Галванизированная сталь, обычно называемая покрытой сталью, представляет собой тип стали, которая была покрыта слоем цинка для повышения ее коррозионной стойкости. Этот сорт стали в основном классифицируется как низкоуглеродная мягкая сталь, известная своей пластичностью и свариваемостью. Процесс галванизации включает в себя либо горячее потапливание, либо электро-галваницию, оба из которых обеспечивают защитный цинковый слой, который предотвращает ржавление и продлевает срок службы стали.

Всеобъемлющий обзор

Галванизированная сталь характеризуется отличной коррозионной стойкостью, что в основном обусловлено защитным цинковым покрытием, которое действует как барьер против внешних факторов. Основным легирующим элементом в галванизированной стали является цинк, который при контакте с влагой образует защитный слой оксида цинка, предотвращая дальнейшую коррозию основной стали.

Ключевые характеристики:
- Коррозионная стойкость: Цинковое покрытие обеспечивает жертвенный слой, защищающий сталь от ржавления.
- Пластичность и свариваемость: Низкое содержание углерода позволяет легко обрабатывать и сваривать.
- Поверхностная отделка: Галванизированная сталь имеет блестящую, эстетически привлекательную отделку, которая часто желательна в архитектурных приложениях.

Преимущества:
- Продленный срок службы: Галванизированная сталь может прослужить десятилетия без значительной коррозии.
- Экономически эффективная: Первоначальные инвестиции в галванизированную сталь могут быть компенсированы ее долговечностью и снижением затрат на обслуживание.
- Универсальность: Подходит для широкого спектра применений, от строительства до автомобилестроения.

Ограничения:
- Температурная чувствительность: Цинковое покрытие может ухудшаться при высоких температурах, что ограничивает его использование в высокотемпературных приложениях.
- Поверхностные повреждения: Царапины или абразивные повреждения могут оголять основную сталь, приводя к локализованной коррозии.
- Вес: Добавленное цинковое покрытие увеличивает вес стали, что может быть важно в определенных приложениях.

Исторически галванизированная сталь играла значительную роль в различных отраслях, особенно в строительстве и автомобилестроении, где ее прочность и стойкость к внешним факторам имеют первостепенное значение.

Альтернативные названия, стандарты и эквиваленты

Стандартная организация	Обозначение/Группа	Страна/Регион происхождения	Примечания/Замечания
UNS	G90	США	Ближайший эквивалент для коррозионной стойкости
ASTM	A653/A653M	США	Спецификация для горячекатаной галванизированной стали
EN	10346	Европа	Европейский стандарт для непрерывно галванизированной стали
JIS	G3302	Япония	Японский стандарт для горячекатаной галванизированной стали
ISO	1461	Международный	Стандарт для горячекатаных покрытий из цинка

Различия между эквивалентными марками могут повлиять на производительность, особенно с точки зрения коррозионной стойкости и механических свойств. Например, G90 предлагает более толстое цинковое покрытие по сравнению с G60, что может быть критически важно в условиях высокой коррозионной активности.

Ключевые свойства

Химический состав

Элемент (Символ и название)	Процентный диапазон (%)
C (Углерод)	0.05 - 0.25
Mn (Марганец)	0.30 - 0.60
P (Фосфор)	≤ 0.04
S (Сера)	≤ 0.05
Zn (Цинк)	90 - 98 (покрытие)

Основная роль цинка в галванизированной стали заключается в обеспечении коррозионной стойкости. Углерод и марганец способствуют прочности и пластичности стали, в то время как фосфор и сера контролируются для поддержания свариваемости и снижения хрупкости.

Механические свойства

Свойство	Состояние/Температура	Типичное значение/Диапазон (метрические - SI единицы)	Типичное значение/Диапазон (имперские единицы)	Справочный стандарт для метода испытаний
Прочность на разрыв	Отжиг	270 - 450 МПа	39 - 65 ksi	ASTM E8
Упругая прочность (0.2% смещение)	Отжиг	200 - 350 МПа	29 - 51 ksi	ASTM E8
Удлинение	Отжиг	20 - 30%	20 - 30%	ASTM E8
Твердость (Бринелля)	Отжиг	120 - 180 HB	120 - 180 HB	ASTM E10
Ударная прочность (Шарпи)	-20°C	30 - 50 Дж	22 - 37 фунт-футов	ASTM E23

Сочетание этих механических свойств делает галванизированную сталь подходящей для приложений, требующих хорошей прочности и пластичности, таких как строительные компоненты и автомобильные детали.

Физические свойства

Свойство	Состояние/Температура	Значение (метрические - SI единицы)	Значение (имперские единицы)
Плотность	-	7.85 г/см³	0.284 фунт/дюйм³
Температура плавления	-	1425 - 1540 °C	2600 - 2800 °F
Теплопроводность	20 °C	50 Вт/м·К	34.5 BTU·дюйм/(ч·фут²·°F)
Удельная теплоемкость	-	0.49 кДж/кг·К	0.12 BTU/фунт·°F
Электрическое сопротивление	-	0.0000017 Ом·м	0.0000017 Ом·дюйм

Ключевые физические свойства, такие как плотность и теплопроводность, имеют решающее значение в приложениях, где важны вес и теплоотвод, такие как системы вентиляции и климат-контроля, а также автомобильные компоненты.

Коррозионная стойкость

Коррозионный агент	Концентрация (%)	Температура (°C/°F)	Рейтинг стойкости	Примечания
Солёная вода	3.5	25/77	Средний	Риск коррозии
Уксусная кислота	5	20/68	Плохой	Подвержен SCC
Серная кислота	10	25/77	Не рекомендуется	Быстрая коррозия

Галванизированная сталь демонстрирует отличную стойкость к атмосферной коррозии и соленой воде, что делает её идеальной для наружных применений. Однако она подвержена коррозии в кислой среде, что может привести к быстрому разрушению. По сравнению с нержавеющей сталью, галванизированная сталь менее устойчива к коррозионным агентам, особенно в агрессивных условиях.

Теплоустойчивость

Свойство/Лимит	Температура (°C)	Температура (°F)	Примечания
Максимальная температура обслуживания	200	392	Выше этого цинк начинает окисляться
Максимальная температура кратковременного обслуживания	300	572	Кратковременное воздействие приемлемо
Температура инициации масштабирования	400	752	Риск потери цинка при более высоких температурах

При повышенных температурах галванизированная сталь может потерять свое защитное цинковое покрытие, что ухудшает ее коррозионную стойкость. Это делает ее непригодной для высокотемпературных приложений без дополнительных защитных мер.

Свойства обработки

Свариваемость

Процесс сварки	Рекомендуемый наполнитель (классификация AWS)	Типичный защитный газ/флюс	Примечания
MIG	ER70S-6	Аргон/CO2	Хорошо для тонких сечений
TIG	ER70S-2	Аргон	Обеспечивает чистые сварные швы
Электродная	E7018	-	Требуется предварительный подогрев для толстых сечений

Галванизированную сталь можно сваривать различными методами, но следует избегать перегрева, который может привести к испарению цинка и дефектам сварки. Предварительный подогрев может быть необходим для толстых сечений, чтобы обеспечить правильную спайку.

Обрабатываемость

Параметр обработки	Галванизированная сталь	AISI 1212	Примечания/Советы
Относительный индекс обрабатываемости	60	100	Более сложно из-за покрытия
Типичная скорость резания (точение)	30 м/мин	50 м/мин	Регулировать по толщине покрытия

Обработка галванизированной стали может быть сложной из-за цинкового покрытия, которое может быстрее изнашивать режущие инструменты по сравнению с незащищенной сталью. Использование острых инструментов и соответствующих скоростей резания может смягчить эти проблемы.

Формуемость

Галванизированная сталь обладает хорошими формуемыми свойствами, что делает ее подходящей для процессов холодной и горячей формовки. Однако цинковое покрытие может повлиять на радиус изгиба, и необходимо избегать трещин во время операций формовки.

Тепловая обработка

Процесс обработки	Температурный диапазон (°C/°F)	Типичное время выдержки	Метод охлаждения	Основная цель / Ожидаемый результат
Отжиг	600 - 700 / 1112 - 1292	1 - 2 часа	Воздух	Улучшение пластичности и снижение твердости
Нормализация	800 - 900 / 1472 - 1652	1 - 2 часа	Воздух	Улучшение зернистости

Процессы термической обработки могут значительно изменить микроструктуру галванизированной стали, улучшая ее механические свойства. Например, отжиг может повысить пластичность, что облегчает монтаж при обработке.

Типичные применения и конечные использования

Отрасль/Сектор	Пример конкретного применения	Ключевые свойства стали, используемые в этом применении	Причина выбора (коротко)
Строительство	Кровельные листы	Коррозионная стойкость, пластичность	Долговечное использование на открытом воздухе
Автомобильная промышленность	Корпусные панели	Прочность, формуемость	Легкая и прочная
Сельское хозяйство	Заборы	Коррозионная стойкость, свариваемость	Воздействие на жесткие условия
HVAC	Воздуховоды	Теплопроводность, коррозионная стойкость	Эффективный теплообмен

Другие применения включают:
- Электрические корпуса: Защита от влаги и коррозии.
- Мебель: Эстетическая привлекательность и долговечность.
- Трубопроводы и трубки: Стойкость к ржавчине в сантехнических применениях.

Галванизированная сталь выбирается для этих приложений из-за своего баланса прочности, коррозионной стойкости и экономической эффективности, что делает ее идеальной для сред, где важно воздействие влаги.

Важные аспекты, критерии выбора и дальнейшие сведения

Функция/Свойство	Галванизированная сталь	Нержавеющая сталь	Углеродная сталь	Краткая заметка о плюсах/минусах или компромиссах
Ключевое механическое свойство	Умеренная прочность	Высокая прочность	Переменная	Галванизированная менее прочная, чем нержавеющая
Ключевой аспект коррозии	Хорошая	Отличная	Плохая	Галванизированная подходит для умеренного воздействия
Свариваемость	Хорошая	Отличная	Хорошая	Галванизированная требует осторожности, чтобы избежать дефектов
Обрабатываемость	Умеренная	Хорошая	Высокая	Покрытие может быстрее изнашивать инструменты
Формуемость	Хорошая	Умеренная	Хорошая	Цинковое покрытие влияет на изгиб
Приблизительная относительная стоимость	Низкая	Высокая	Низкая	Галванизированная экономически эффективна
Типичная доступность	Высокая	Умеренная	Высокая	Широко доступна в различных формах

При выборе галванизированной стали стоит учитывать экономическую эффективность, доступность и конкретные требования применения. Ее баланс свойств делает ее универсальным выбором для многих отраслей, хотя ее ограничения в высокотемпературных и кислых условиях должны быть признаны. Кроме того, необходимо учитывать факторы безопасности, касающиеся обработки галванизированных материалов, особенно в процессе сварки, чтобы избежать воздействия паров цинка.

В заключение, галванизированная сталь является высокоценным материалом в современном машиностроении и строительстве, предлагая уникальное сочетание свойств, делающих ее подходящей для множества приложений. Ее историческое значение и продолжающая актуальность в различных секторах подчеркивают ее важность в материаловедении и машиностроении.