G90 so với G60 – Thành phần, Xử lý nhiệt, Tính chất và Ứng dụng

Giới thiệu

G90 và G60 được tham chiếu rộng rãi trong chuỗi cung ứng xây dựng, thiết bị gia dụng và ô tô — nhưng chúng không phải là các loại thép luyện kim khác nhau theo cách mà A36, S275 hoặc 1020. Thay vào đó, G90 và G60 là các ký hiệu mạ kẽm/lớp phủ truyền đạt khối lượng lớp phủ kẽm tối thiểu được áp dụng cho thép tấm và thép dải theo các thông số kỹ thuật chung (ví dụ như họ ASTM A653/A924). Các kỹ sư, quản lý mua sắm và người lập kế hoạch sản xuất thường phải đối mặt với tình thế tiến thoái lưỡng nan khi lựa chọn giữa khả năng bảo vệ chống ăn mòn và hiệu suất vòng đời với chi phí vật liệu gia tăng và nhu cầu xử lý hạ nguồn. Bối cảnh quyết định điển hình bao gồm các kết cấu tiếp xúc bên ngoài, nơi khả năng chống ăn mòn lâu dài là quan trọng so với các bộ phận bên trong hoặc được sơn, nơi chi phí và khả năng tạo hình có thể chiếm ưu thế; một sự đánh đổi phổ biến khác là liệu lớp phủ dày hơn có làm phức tạp các hoạt động tạo hình, hàn hoặc sơn hay không.

Sự khác biệt kỹ thuật chính giữa G90 và G60 là khối lượng kẽm được phủ lên bề mặt thép: G90 có lớp kẽm dày hơn đáng kể so với G60. Vì lớp phủ kẽm — chứ không phải thành phần hóa học của lớp nền — chủ yếu phân biệt các chỉ định này, nên hai lớp phủ này thường được so sánh khi lựa chọn mức độ bảo vệ chống ăn mòn, trong khi thành phần hóa học, cường độ và phản ứng xử lý nhiệt của thép nền vẫn có thể được lựa chọn theo cấp độ cơ bản mà người mua yêu cầu.

1. Tiêu chuẩn và Chỉ định

• Các tiêu chuẩn chung kết hợp ký hiệu G và nhãn số liệu tương đương:
• ASTM/ASME: ASTM A653 / A924 (tấm mạ kẽm nhúng nóng và mạ galvalume)
• EN: EN 10346 (thép phủ nhúng nóng liên tục); khối lượng phủ hệ mét được biểu thị là Z (ví dụ: Z275)
• JIS và các tiêu chuẩn khu vực khác sử dụng các ký hiệu khối lượng lớp phủ tương tự
• GB (Trung Quốc): Tiêu chuẩn GB/T cho thép mạ kẽm
• Phân loại:
• G90/G60 là các lớp phủ được áp dụng cho thép cacbon và thép hợp kim thấp (không phải là các họ hợp kim riêng biệt).
• Các loại thép nền được áp dụng cho G90/G60 có thể là thép cacbon thông thường, thép cán nguội chất lượng thương mại, thép kết cấu hoặc thép nền hợp kim thấp cường độ cao (HSLA), tùy thuộc vào thông số kỹ thuật của người mua (ví dụ: thép cán nguội chất lượng thương mại, thép kết cấu hoặc thép kết cấu cường độ cao).

2. Thành phần hóa học và chiến lược hợp kim

Bảng: các nguyên tố hóa học và mối liên hệ của chúng với các sản phẩm G90/G60

Yếu tố	Sự liên quan điển hình đối với tấm mạ kẽm	Ghi chú cho G90 so với G60
C (Cacbon)	Kiểm soát độ bền, khả năng tạo hình, khả năng hàn của vật liệu nền	Chất nền C được chỉ định theo từng loại thép; lớp phủ không quy định C. C thấp hơn thường dùng cho khả năng tạo hình.
Mn (Mangan)	Yếu tố góp phần tạo nên độ bền và độ cứng trong chất nền	Mức Mn được lựa chọn theo cấp độ nền; không phụ thuộc vào lớp mạ kẽm.
Si (Silic)	Ảnh hưởng đến phản ứng mạ kẽm-sắt và hình thức lớp phủ	Lượng Si bổ sung nhỏ hoặc Si dư có thể làm thay đổi độ bám dính và hình thái của lớp phủ; thông số kỹ thuật có thể hạn chế một số phạm vi Si nhất định để kiểm soát chất lượng lớp phủ.
P (Phốt pho)	Kiểm soát độ bền và độ giòn lạnh	Thông thường bị giới hạn ở các chất nền được tạo hình nguội; lớp phủ không thay đổi giới hạn P.
S (Lưu huỳnh)	Ảnh hưởng đến khả năng gia công và hình thành khuyết tật	Giữ ở mức thấp; ảnh hưởng đến độ sạch của lớp phủ.
Cr, Ni, Mo, V, Nb, Ti, B	Các nguyên tố hợp kim vi mô trong HSLA hoặc các cấp độ nâng cao	Những yếu tố này ảnh hưởng đến độ bền và cấu trúc vi mô của vật liệu nền; được lựa chọn độc lập với lớp phủ. Một số nguyên tố hợp kim có thể ảnh hưởng cục bộ đến khả năng hàn và phản ứng mạ kẽm.
N (Nitơ)	Được kiểm soát trong một số thông số kỹ thuật của chất nền	Quản lý nitơ là kiểm soát chất nền, không phải là thông số của lớp phủ.

Vì G90 và G60 chỉ định khối lượng kẽm, nên chiến lược hợp kim hóa cho thép nền được xác định dựa trên các yêu cầu về kết cấu hoặc khả năng định hình. Khi cần lớp phủ dày (G90), việc kiểm soát hóa học nền cũng có thể được thắt chặt để đảm bảo hiệu suất sau khi phủ (ví dụ: tránh các khuyết tật lớp phủ do hàm lượng Si).

3. Cấu trúc vi mô và phản ứng xử lý nhiệt

• Cấu trúc vi mô: Cấu trúc vi mô nội tại (ferrite-pearlite, martensite ram, bainite, hoặc ferrite tinh chế trong HSLA) được thiết lập bởi thành phần hóa học của thép và quá trình xử lý nhiệt-cơ học của nền. Bản thân quá trình mạ kẽm nhúng nóng tạo ra một lớp liên kim loại (pha Fe-Zn, thường là các lớp zeta, delta, gamma và eta) giữa lớp kẽm ngoài cùng và nền thép.
• Các tuyến xử lý tiêu chuẩn:
• Thép nền cán nguội, ủ và ngâm chua thường phát triển cấu trúc vi mô ferit-perit hoặc ferit kết tinh hoàn toàn ở cấp độ thương mại.
• Các chất nền HSLA hoặc có độ bền cao hơn có thể được xử lý nhiệt cơ học để tinh chỉnh kích thước hạt và tạo ra các ma trận ferit-perit bền hơn hoặc gia cố kết tủa hợp kim siêu nhỏ.
• Ảnh hưởng của mạ kẽm đến xử lý nhiệt:
• Mạ kẽm nhúng nóng là một quá trình tiếp xúc nhiệt riêng biệt (thường là ngâm trong thời gian ngắn và làm mát bằng không khí) và không làm thay đổi đáng kể các đặc tính cơ học của vật liệu nền thường dùng có độ bền thấp và trung bình. Tuy nhiên, đối với các loại thép đã tôi và ram hoặc có độ bền rất cao, việc tiếp xúc nhiệt có thể làm thay đổi nhẹ độ ram hoặc ứng suất dư—cần kiểm tra các thông số quy trình và lựa chọn vật liệu nền để đánh giá hiệu suất sau khi phủ.
• Các thao tác sau khi phủ (ví dụ, uốn) có thể làm nứt lớp kẽm nếu lớp phủ giòn trong điều kiện liên kim loại nhất định; lựa chọn giữa G90 và G60 có thể ảnh hưởng đến các khuyến nghị về tạo hình và quyết định ủ sau khi phủ.

4. Tính chất cơ học

Bảng: trình bày so sánh điển hình (lưu ý: tính chất cơ học được xác định bởi thép nền, không phải lớp phủ)

Tài sản	G90	G60	Bình luận
Độ bền kéo	Giống như chất nền	Giống như chất nền	Độ dày lớp mạ kẽm có ảnh hưởng không đáng kể đến độ bền kéo tổng thể.
Sức chịu lực	Giống như chất nền	Giống như chất nền	Được kiểm soát bằng phương pháp xử lý nhiệt và hóa học của chất nền.
Độ giãn dài	Giống như chất nền	Giống như chất nền	Lớp phủ có thể ảnh hưởng đôi chút đến độ dẻo của bề mặt trong quá trình tạo hình.
Độ bền va đập	Giống như chất nền	Giống như chất nền	Độ dẻo dai của nền quyết định; lớp phủ không làm thay đổi đáng kể độ dẻo dai nội tại.
Độ cứng (bề mặt)	Lớp kẽm có bề mặt cứng hơn/dày hơn	Bề mặt kẽm mỏng hơn	Độ cứng tổng thể không bị ảnh hưởng; lớp phủ dày hơn có thể ảnh hưởng đến phép đo độ cứng bề mặt và hiện tượng mài mòn.

Giải thích: Vì G90 và G60 đề cập đến khối lượng kẽm, nên cả hai đều không làm tăng giới hạn chảy hoặc độ bền kéo của thép. Kẽm dày hơn của G90 có thể ảnh hưởng không đáng kể đến hiện tượng nứt bề mặt do tạo hình và khả năng chống mài mòn, nhưng các đặc tính cơ học của lõi phản ánh mác thép cơ bản và bất kỳ quá trình xử lý nhiệt nào được áp dụng cho lớp nền đó.

5. Khả năng hàn

Khả năng hàn chủ yếu được xác định bởi thành phần nền, lượng cacbon tương đương và sự hiện diện của lớp phủ bề mặt. Hai chỉ số thực nghiệm thường được sử dụng để đánh giá khả năng hàn được trình bày để tham khảo:

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

Và

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

• Giải thích:
• Lớp mạ kẽm (G60 hoặc G90) cần lưu ý thêm: phải loại bỏ lớp mạ kẽm khỏi các mối nối hoặc điều chỉnh cho phù hợp với kỹ thuật hàn vì kẽm sẽ bay hơi trong quá trình hàn nóng chảy, tạo ra khói độc, tăng độ xốp hoặc gây ra khuyết tật mối hàn nếu không được xử lý đúng cách.
• Cacbon nền và hợp kim kiểm soát khả năng làm cứng và khả năng nứt hydro; công thức CE và Pcm chỉ ra rằng C, Mn, Cr, Mo, V và các hợp kim khác cao hơn làm tăng khả năng làm cứng và nguy cơ nứt nguội.
• Trên thực tế: khả năng hàn của các bộ phận G90 và G60 là tương tự nhau nếu thành phần hóa học của chất nền giống hệt nhau, nhưng lớp phủ dày hơn (G90) đòi hỏi phải loại bỏ lớp phủ cục bộ, hút khí và kiểm soát khói cẩn thận hơn để đảm bảo chất lượng và độ an toàn của mối hàn.

6. Chống ăn mòn và bảo vệ bề mặt

• Phương pháp bảo vệ chính: cả G60 và G90 đều là lớp phủ kẽm nhúng nóng; kẽm cung cấp khả năng bảo vệ hy sinh (bảo vệ catốt) cho các cạnh thép lộ ra và các vết xước.
• Khả năng chống ăn mòn so sánh:
• G90, với khối lượng kẽm danh nghĩa cao hơn, có thời gian xuyên thủng lâu hơn khi tiếp xúc với khí quyển so với G60 trong cùng điều kiện môi trường.
• Đối với hệ thống sơn, lớp phủ kẽm dày hơn (G90) có thể kéo dài tuổi thọ của lớp sơn lót/sơn hoặc được sử dụng khi cần cả lớp bảo vệ ngăn chặn và bảo vệ hy sinh.
• Chỉ số đo lường/chỉ số khác:
• Đối với thép không gỉ, các chỉ số chống ăn mòn như PREN sẽ có liên quan, ví dụ: $$ \text{PREN} = \text{Cr} + 3,3 \lần \text{Mo} + 16 \lần \text{N} $$ Điều này không áp dụng cho G60/G90 vì chúng là thép cacbon/hợp kim thấp được phủ kẽm chứ không phải thép không gỉ.
• Lưu ý về môi trường sử dụng: việc lựa chọn giữa G60 và G90 nên dựa trên môi trường dự kiến ​​(nông thôn, đô thị, công nghiệp, hàng hải). Lớp phủ dày hơn sẽ cải thiện tuổi thọ sử dụng trong môi trường khắc nghiệt nhưng không thay thế các biện pháp kiểm soát ăn mòn khác (thiết kế cho hệ thống thoát nước, sơn, hệ thống catốt).

7. Chế tạo, khả năng gia công và khả năng định hình

• Tạo hình và uốn cong:
• Lớp phủ kẽm dày hơn (G90) có thể dễ bị nứt hoặc bong tróc hơn trong quá trình tạo hình khắc nghiệt, có khả năng để lộ thép trần; dụng cụ thích hợp, bán kính uốn cong và bôi trơn giúp giảm thiểu tình trạng này.
• G60 mang lại độ đồng nhất hoàn thiện sau khi tạo hình dễ dàng hơn cho các khúc cua hẹp; G90 có thể cần xử lý sau hoặc sơn dặm lại trên các đường cong.
• Cắt và đục lỗ:
• Kẽm dày hơn có thể tích tụ trên dụng cụ cắt nhanh hơn và có thể cần bảo dưỡng dụng cụ thường xuyên hơn. Các cạnh cắt có hàm lượng kẽm cao có thể tích tụ nhiều kẽm hơn.
• Khả năng gia công:
• Bản thân lớp mạ kẽm thường làm giảm hiện tượng ăn mòn nhưng sẽ bay hơi trong quá trình hàn. Khả năng gia công kim loại cơ bản phụ thuộc vào hợp kim nền.
• Hoàn thiện:
• Sơn lên bề mặt mạ kẽm thường yêu cầu phải chuẩn bị bề mặt (thụ động hóa/sơn lót) để đảm bảo độ bám dính; lớp kẽm dày hơn có thể ảnh hưởng đến độ bóng của sơn và đặc tính bám dính ban đầu.

8. Ứng dụng điển hình

Bảng: công dụng điển hình theo lớp phủ

G90 – Công dụng điển hình	G60 – Công dụng điển hình
Mặt tiền tòa nhà bên ngoài, các thành phần mái hở, lan can, đồ đạc đường phố, vỏ HVAC có tuổi thọ cao, nơi cần khả năng chống ăn mòn kéo dài	Ống gió bên trong, các thành phần kết cấu trong nhà, tấm ốp bên trong ô tô, các thành phần bên trong thiết bị gia dụng có khả năng chống ăn mòn vừa phải
Các công trình liền kề biển có thêm lớp sơn	Tấm sản xuất hàng loạt tiết kiệm chi phí với nhu cầu chống ăn mòn nhẹ
Các bộ phận cần thời gian bảo trì dài hơn (cầu, biển báo)	Các bộ phận có khả năng được sơn hoặc sử dụng ở những nơi được che chắn

Cơ sở lựa chọn: chọn khối lượng lớp phủ dựa trên tuổi thọ dự kiến, chu kỳ bảo trì và mức độ tiếp xúc. Đối với môi trường tiếp xúc nhiều, G90 giúp giảm thiểu việc bảo trì chống ăn mòn; đối với môi trường sơn hoặc che chắn, G60 thường mang lại khả năng bảo vệ chấp nhận được với chi phí thấp hơn.

9. Chi phí và tính khả dụng

• Chi phí tương đối: Sản phẩm G90 thường có giá cao hơn G60 do lượng kẽm tiêu thụ và thời gian xử lý lớn hơn. Mức chênh lệch này thay đổi tùy theo giá thị trường kẽm và hiệu suất quy trình phủ.
• Khả dụng:
• Cả G60 và G90 đều là những tên gọi thương mại phổ biến và được cung cấp rộng rãi dưới dạng cuộn, tấm và sản phẩm định hình từ các nhà cung cấp thép lớn.
• Tính khả dụng theo độ bền và độ dày của vật liệu nền có thể khác nhau; việc chỉ định cả cấp vật liệu nền và lớp phủ trong tài liệu mua hàng giúp đảm bảo nhà cung cấp có thể báo giá chính xác (ví dụ: “Cán nguội, cấp X, mạ kẽm nhúng nóng G90 theo ASTM A653”).
• Hậu cần: thời gian giao hàng có thể bị ảnh hưởng bởi nguồn cung cuộn mạ kẽm và nhu cầu thị trường; lớp phủ nặng hơn như G90 có thể có thời gian giao hàng lâu hơn một chút trong những cơ sở hạn chế.

10. Tóm tắt và khuyến nghị

Bảng tóm tắt các sự đánh đổi chính

Thuộc tính	G90	G60
Khả năng hàn (thực tế)	Cao (nhưng cần kiểm soát khói/tẩy trước khi hàn nhiều hơn)	Cao (yêu cầu loại bỏ lớp phủ ít hơn)
Độ bền – Độ dẻo dai (kiểm soát nền)	Giống như chất nền	Giống như chất nền
Trị giá	Cao hơn (nhiều kẽm hơn)	Thấp hơn (ít kẽm hơn)

Kết luận và khuyến nghị: - Chọn G90 nếu: - Bộ phận này sẽ tiếp xúc với môi trường khắc nghiệt (bờ biển, công nghiệp, tiếp xúc với clorua) hoặc khi cần thời gian bảo trì dài hơn. - Ứng dụng ưu tiên bảo vệ chống ăn mòn và kéo dài thời gian bảo dưỡng hơn là tăng thêm chi phí vật liệu. - Chọn G60 nếu: - Thành phần này sẽ được sử dụng trong các ứng dụng có mái che, trong nhà hoặc được sơn, nơi có khả năng chống ăn mòn vừa phải và chi phí hoặc khả năng tạo hình là ưu tiên hàng đầu. - Tạo hình hạ lưu, uốn chặt hoặc hàn mà không loại bỏ lớp phủ rộng rãi là một hạn chế quan trọng trong sản xuất.

Lưu ý cuối cùng: Vì G90 và G60 là các lớp phủ, hãy luôn ghi rõ cả cấp thép nền cần thiết (thành phần hóa học, cường độ, xử lý nhiệt) và lớp phủ trong hồ sơ mua sắm. Xác nhận xem khối lượng lớp phủ được diễn giải theo từng mặt hay tổng diện tích bề mặt cho tiêu chuẩn tham chiếu (ký hiệu hệ mét ASTM so với EN) để tránh việc đặt hàng không khớp và để hiệu suất chống ăn mòn dự kiến ​​phù hợp với tuổi thọ thiết kế của bên mua.