Горячеоцинкованный стальной лист

Знание продукта

Как процесс горячего цинкования формирует покрытие — слой за слоем

Цинковое покрытие на стальной лист горячей оцинковки Это не просто поверхностное отложение — это металлургически связанная система отдельных интерметаллических слоев, образующихся при погружении в расплавленный цинк при температуре примерно 450°C. Понимание структуры этого слоя объясняет, почему горячее цинкование превосходит другие методы цинкования по долгосрочной коррозионной стойкости и прочности сцепления. Начиная со стальной подложки наружу, покрытие состоит из четырех зон: гамма-слоя (Γ, ~1 мкм, ~75% Zn), дельта-слоя (δ, ~10–20 мкм, ~90% Zn), дзета-слоя (ζ, ~20–30 мкм, ~94% Zn) и, наконец, эта-слоя (η), который по существу представляет собой чистый цинк с содержанием 99% и образует самую внешнюю поверхность свободного цинка, видимую глазу.

Интерметаллические слои Гамма, Дельта и Дзета тверже самой базовой стали (Гамма и Дельта достигают твердости по Виккерсу 250–300 HV), что непосредственно влияет на стойкость к истиранию поверхности с покрытием. Эта-слой, являющийся чистым цинком, мягче и пластичнее — он обеспечивает защитную защиту от коррозии и пластичность, что позволяет сгибать и формовать лист с покрытием без расслаивания покрытия при обычном производстве. На соотношение толщины этих слоев влияет содержание кремния и фосфора в стали, температура ванны, время погружения и скорость извлечения — все эти переменные, которые наш производственный процесс точно контролирует, чтобы обеспечить равномерное, хорошо скрепленное покрытие на каждом листе.

Стандарты веса цинкового покрытия и как выбрать правильную марку

Вес покрытия — масса цинка на единицу площади стальной поверхности — является основным параметром, используемым для определения горячеоцинкованного стального листа для конкретного применения. Он выражается в граммах на квадратный метр (г/м²) и применяется к обеим поверхностям вместе, если не указано иное. В разных стандартах используются разные системы обозначений, и неправильное их прочтение является распространенным источником ошибок в спецификациях.

Критический момент, который часто неправильно трактуют: номер обозначения ASTM G относится к весу покрытия в унциях/фут², умноженному на 100, а не в г/м². Таким образом, G90 равен 0,90 унции/фут² в сумме для обеих сторон, что соответствует примерно 275 г/м², что численно совпадает с EN Z275, но получено из другой системы единиц. При сравнении характеристик в международных цепочках поставок всегда преобразуйте их в г/м² в качестве общей основы, прежде чем оценивать эквивалентность. Наши горячеоцинкованные стальные листы производятся в соответствии со спецификациями EN 10346 и ASTM A653 и имеют полные протоколы заводских испытаний, документирующие фактический вес покрытия на рулон.

Механизмы коррозии, от которых цинк защищает, и те, от которых он не защищает

Цинк защищает сталь посредством двух различных механизмов, действующих одновременно. Во-первых, это барьерная защита: цинковое покрытие физически отделяет стальную подложку от влаги, кислорода и агрессивных ионов окружающей среды. Вторая - катодная (гальваническая) защита: поскольку цинк электрохимически более активен, чем сталь (более низкий восстановительный потенциал примерно -0,76 В по сравнению с -0,44 В для железа), цинк преимущественно окисляется, когда оба металла находятся в электрическом контакте с электролитом. Это означает, что даже на обрезанных кромках, просверленных отверстиях или поцарапанных участках, где сталь обнажена, окружающий цинк преимущественно корродирует, в то время как сталь остается защищенной — механизм самовосстановления, который не может воспроизвести ни одна краска или система органического покрытия.

Однако гальваническая защита имеет ограниченный диапазон действия. Радиус катодной защиты от оцинкованной поверхности распространяется примерно на 1–3 мм в открытую зону стали в зависимости от проводимости электролита и толщины покрытия. Области повреждения, превышающие эту величину, не будут полностью защищены в центре. Кроме того, в определенных средах гальваническая защита меняется на противоположную: в системах горячего водоснабжения при температуре выше примерно 65°C цинк становится катодным по отношению к стали, а это означает, что сталь корродирует преимущественно — явление, известное как смена полярности. Поэтому горячеоцинкованный стальной лист не рекомендуется использовать без покрытия в резервуарах для горячей воды или в трубопроводах для солнечных батарей без дополнительных защитных мер.

Среда, ускоряющая расход цинкового покрытия

Скорость коррозии цинка резко меняется в зависимости от окружающей среды. Стандарт ISO 9223 классифицирует коррозионную активность атмосферы по пяти категориям (от C1 до C5) и двум категориям погружения (Im1 для пресной воды, Im2 для морской воды) с соответствующими показателями потерь цинка. В сельской местности класса C1 скорость коррозии цинка может составлять всего 0,1 мкм в год; в прибрежно-промышленной среде С5 скорости могут превышать 10 мкм в год — разница в 100 раз. Кислотные дожди (pH ниже 6), аммиачная атмосфера (обычно вблизи сельскохозяйственных объектов) и морские солевые брызги особенно агрессивны по отношению к цинку. Контакт с бетоном обычно безопасен для оцинкованной стали, поскольку высокая щелочность бетона пассивирует поверхность цинка; однако скопившаяся влага на границе раздела сталь-бетон без надлежащего дренажа создает условия ускоренной щелевой коррозии независимо от качества покрытия.

Размер блесток, типы отделки поверхности и их функциональное значение

Характерный кристаллический узор, видимый на поверхности горячеоцинкованного стального листа, известный как блестки, образуется в результате затвердевания слоя эта (чистого цинка), когда лист выходит из цинковой ванны и охлаждается. Размер блесток зависит от химического состава цинковой ванны и скорости охлаждения: более быстрое охлаждение и добавление небольшого количества сурьмы или свинца приводят к более крупному и более выраженному блестку; более медленное охлаждение или химические составы ванн, не содержащие свинца (которые становятся все более стандартными в соответствии с требованиями RoHS), как правило, приводят к образованию минимизированных поверхностей или поверхностей без блесток.

Размер блесток имеет не только эстетическое значение — он имеет функциональное значение для последующей обработки. Материал с крупными блестками имеет более выраженную топографию поверхности, что может создавать разную толщину цинка по блесткам (толще в центрах зерен, тоньше на границах), что приводит к неравномерной адгезии краски, если лист будет окрашен без предварительной обработки. Для применений, где оцинкованная поверхность будет окрашена, покрыта порошковой краской или подвергнута дальнейшей обработке, рекомендуется использовать оцинкованный лист с минимальным блеском или дрессированной прокаткой, чтобы обеспечить более плоскую и однородную поверхность. Прохождение дрессировки также устраняет полосы Людерса (маркировки растяжения), которые могут появиться во время последующих операций формования на материале, не прошедшем дрессировку.

Особенности изготовления: резка, формовка и сварка оцинкованного листа

Горячеоцинкованный стальной лист можно резать, формовать и сваривать с использованием стандартного производственного оборудования, но цинковое покрытие требует особых требований на каждом этапе процесса, которые влияют как на качество готовой продукции, так и на безопасность работников. Игнорирование этих соображений приводит к повреждению покрытия, дефектам сварных швов и, в случае сварки, к серьезным профессиональным рискам для здоровья.

Резка и обработка кромок

Ножницы и плазменная резка являются наиболее распространенными методами обработки горячеоцинкованных стальных листов. Лазерная резка эффективна, но приводит к испарению цинка в зоне термического воздействия, образуя пары оксида цинка, что требует местной вытяжной вентиляции. На кромках реза цинковое покрытие отсутствует по определению, а катодная защита от прилежащего цинка распространяется всего на 1–3 мм в оголенную зону стали. Для большинства конструкционных применений этой катодной защиты достаточно, чтобы предотвратить коррозию кромок реза в течение срока службы. При использовании в средах с коррозионной активностью C4–C5 кромки обреза перед сборкой следует обработать грунтовкой с высоким содержанием цинка или составом для холодного цинкования. Удаление заусенцев с кромок реза важно не только для обеспечения безопасности при работе, но и для предотвращения заусенцев на острых кромках, которые могут стать точками концентрации напряжений во время изгиба.

Гибка и профилирование

Пластичность цинкового покрытия, особенно эта-слоя чистого цинка, определяет минимальный радиус изгиба, достижимый без растрескивания покрытия. Для стандартного горячеоцинкованного листа с покрытием Z275 минимальный радиус изгиба обычно составляет от 0 до 1 тонны (где t = толщина листа) для более тонких листов толщиной менее 1,5 мм и от 1 до 2 тонн для более толстого материала. Более твердые интерметаллические слои (Дельта и Дзета) не деформируются пластически — они могут образовывать микротрещины при малых радиусах изгиба, но эти микротрещины в интерметаллидной зоне не перерастают в расслоение при нормальных условиях эксплуатации и не ухудшают значительно коррозионные характеристики при изгибе. Для профилей, формованных методом прокатки (кровельные листы, прогоны, настилы), повторяющийся поэтапный изгиб в процессе формования, как правило, совместим с покрытиями, оцинкованными горячим способом, без дополнительных классов формуемости, при условии, что радиус инструмента поддерживается в пределах спецификации.

Сварка: опасность дыма и качество соединений

При сварке горячеоцинкованной стали образуются пары оксида цинка, когда покрытие в зоне сварки и вокруг нее испаряется. Вдыхание паров оксида цинка вызывает металлическую лихорадку — гриппоподобное состояние, которое начинается через 4–8 часов после воздействия, — а хроническое воздействие высоких доз влечет за собой более серьезные респираторные риски. Это наиболее важный фактор безопасности при сварке наших оцинкованных стальных листов при изготовлении конструкций. Обязательные меры контроля включают местную вытяжную вентиляцию, направленную в точку сварки, защиту органов дыхания (минимум P3 FFP3 или эквивалент), а также, где это возможно, шлифовку цинкового покрытия на 20–25 мм от линии сварки перед сваркой и повторную обработку оголенной зоны после сварки холодным распылением с высоким содержанием цинка. Сварка MIG с присадочной проволокой из кремнистой бронзы (пайка) генерирует меньше дыма, чем сварка плавлением, и обеспечивает достаточно прочное соединение для многих структурных соединений на оцинкованном листе, что делает этот метод предпочтительным для материалов более легкого калибра.

Окраска горячеоцинкованной стали: почему отсутствует адгезия и как этого избежать

Покраска оцинкованной стали — широко используемая стратегия для продления срока службы сверх того, что обеспечивает один лишь цинк («дуплексная система»), или для удовлетворения конкретных эстетических требований. Однако нарушение адгезии краски на оцинкованной стали является распространенной проблемой, которая почти всегда связана с неудачной подготовкой поверхности, а не с выбором системы окраски. Механизмы и предотвращение нарушения адгезии хорошо изучены, но на практике часто упускаются из виду.

Свежеоцинкованная сталь имеет гладкую, химически активную цинковую поверхность, которая изначально хорошо принимает краску. Однако в течение первых нескольких недель пребывания на открытом воздухе на поверхности цинка образуется стабильный пассивирующий слой карбоната цинка и гидроксида цинка, обычно называемый «белой ржавчиной» в его ранней форме, который химически инертен и имеет чрезвычайно низкую поверхностную энергию. Краска, нанесенная на пассивированную цинковую поверхность, имеет плохое механическое сцепление и химическое сцепление с подложкой, что проявляется в виде отслаивания или образования пузырей в течение 1–3 лет. Решением является подготовка поверхности: либо механическая абразивная обработка (струйная очистка до профиля Sa 1–2) для обнажения свежего цинка, либо химическая обработка промывкой фосфорной кислотой или Т-промывка (разбавленная фосфорная кислота с индикатором сульфата меди) для травления поверхности и создания конверсионного покрытия из фосфата цинка с лучшей адгезией краски. Т-образная промывка является стандартным методом подготовки покрытий, наносимых на месте на оцинкованной стали в мостах и ​​инфраструктуре.

• Оцинкованная сталь, подвергнутая атмосферным воздействиям (6–12 месяцев воздействия на открытом воздухе): Проведите пескоструйную очистку, чтобы удалить соли цинка и придать поверхности шероховатость, затем в течение 4 часов после пескоструйной обработки нанесите совместимую с цинком грунтовку (эпоксидную или полиуретановую). Эта поверхность на самом деле обеспечивает лучшую адгезию краски, чем свежеоцинкованная сталь, из-за небольшой шероховатости поверхности, возникающей во время атмосферных воздействий.
• Недавно оцинкованная сталь (менее 48 часов с момента цинкования): Нанесите T-wash или протравливайте фосфорной кислотой, дайте полностью высохнуть, затем загрунтуйте цинк-совместимой протравливающей грунтовкой или эпоксидной грунтовкой, предназначенной непосредственно для металла. Избегайте алкидных масляных красок, которые омыляются (превращаются в мыло) при контакте с цинком и быстро выходят из строя.
• Предварительно окрашенный (с рулонным покрытием) оцинкованный лист: Заводское рулонное покрытие наносит грунтовку и верхнее покрытие в контролируемых условиях перед формовкой или резкой. Это самая надежная дуплексная система для архитектурного и кровельного применения, позволяющая избежать всех переменных адгезии при покраске на месте.
• Избегайте несовместимых праймеров: Традиционные грунтовки из сурика и хлоркаучука не подходят для цинковых поверхностей. Грунтовки на основе хромата цинка, несмотря на свою высокую эффективность, на многих рынках ограничены правилами REACH и RoHS. Современные бесхроматные эпоксидно-цинко-фосфатные грунтовки обладают эквивалентными характеристиками и являются подходящей спецификацией для промышленных дуплексных систем на оцинкованной стали.

Оцинкованная сталь в строительном проектировании: важные детали соединения

В конструкционных применениях — каркасах зданий, компонентах мостов, промышленных стойках и опорах электропередач — на характеристики оцинкованной стальной конструкции сильно влияют решения по соединениям и деталям, которые определяют как структурную целостность, так и долгосрочные коррозионные характеристики. Инженеры-строители, знакомые с конструкциями из голой стали, иногда упускают из виду особые последствия цинкового покрытия в точках соединения.

Болтовые соединения из оцинкованной стали требуют внимания к совместимости материалов болтов и зазору отверстий. Болты и гайки, оцинкованные горячим погружением, являются стандартными для структурных соединений в оцинкованных узлах — использование стальных крепежных изделий без покрытия в контакте с оцинкованными элементами конструкции создает гальваническую пару, которая ускоряет коррозию крепежа. Размеры отверстий для болтов должны учитывать толщину цинкового покрытия: покрытие Z275 добавляет примерно 0,04 мм на поверхность (толщина около 20 мкм), что требует увеличения диаметра дырокола или сверла на 0,5–1,0 мм по сравнению со спецификациями стали без покрытия, чтобы обеспечить соблюдение заданных зазоров после цинкования.

В высокопрочных болтовых соединениях с фрикционным захватом (ВСФГ) коэффициент скольжения (коэффициент трения) контактных поверхностей должен быть установлен для оцинкованных сопряжений. Коэффициент скольжения для горячеоцинкованных поверхностей обычно составляет 0,18–0,20 по сравнению с 0,45–0,50 для стальных поверхностей, подвергнутых пескоструйной очистке, — значительное снижение, которое необходимо учитывать при расчетах для соединений, критически важных для скольжения. EN 1090-2 содержит конкретные рекомендации по обработке поверхности и требованиям к испытаниям оцинкованных соединений, критически важных для скольжения. Наши горячеоцинкованные стальные листы конструкционного класса производятся с документально подтвержденным качеством поверхности и однородностью покрытия, что обеспечивает точное определение коэффициента скольжения для инженерных расчетов в мостах и ​​тяжелых конструкциях.

Хранение и обращение с горячеоцинкованным листом: предотвращение образования пятен при влажном хранении

Пятно от мокрого хранения, также называемое белой ржавчиной, является одной из наиболее часто встречающихся проблем с качеством продукции. стальной лист горячей оцинковки и несет ответственность за серьезные коммерческие споры между поставщиками и конечными пользователями. Понимание его причины, внешнего вида и последствий предотвращает ненужную отбраковку годного к эксплуатации материала и дает информацию о правильных методах хранения.

Пятна от мокрого хранения образуются, когда влага задерживается между плотно уложенными друг на друга оцинкованными листами в условиях, когда поверхность цинка не может получить доступ к достаточному количеству атмосферного кислорода и углекислого газа для формирования нормального стабильного пассивирующего слоя. Вместо этого цинк реагирует с водой с образованием гидроксида цинка (Zn(OH)₂) — белого, объемистого, рыхло прилипшего осадка, видимого на поверхности. Условиями, способствующими образованию пятен при влажном хранении, являются: штабелирование листов с плотным контактом друг с другом без вентиляции, конденсация в транзитных контейнерах из-за разницы температур, недостаточный градиент дренажа при хранении на открытом воздухе и складирование с высокой влажностью без осушения.

• Оценка серьезности: Легкие белые пятна, которые можно удалить влажной тряпкой и которые не проникли под поверхность цинкового покрытия, являются чисто косметическими и не влияют на коррозионные характеристики. Сильное окрашивание с выкрашиванием слоя цинка снижает эффективную толщину покрытия и срок его службы. Приложение C EN 10346 содержит рекомендации по оценке соответствия окрашенного материала техническим требованиям.
• Рекомендации по хранению: Храните листы на наклонных стойках или чередуя их с вентиляционными прокладками, чтобы обеспечить циркуляцию воздуха между сторонами. Накройте место хранения на открытом воздухе, чтобы предотвратить попадание дождя и росы, но следите за тем, чтобы покрытие не задерживало влагу под ним. Избегайте укладки листов горизонтально на ровной поверхности без уклона дренажа.
• Транзитная защита: Рулоны и листы, предназначенные для морских перевозок или транспортировки на дальние расстояния, должны быть химически пассивированы (хроматами или без хроматов) на заводе перед отправкой. Этот пассивирующий слой продлевает стойкость к белой ржавчине с нескольких дней до нескольких месяцев во влажных условиях и является стандартной услугой, которую мы предоставляем при экспортных заказах.
• Удаление светлых пятен: Легкие влажные пятна от хранения можно удалить разбавленным раствором аммиака (1–2%), промыть чистой водой и высушить. На материале, который будет окрашен, область пятна следует обработать T-wash или протравить фосфорной кислотой после удаления пятна, чтобы восстановить состояние поверхности перед нанесением грунтовки.