Tűzihorganyzott acéllemez

Termékismeret

Hogyan alakítja ki a tűzihorganyzási eljárás a bevonatát – rétegről rétegre

A cinkbevonat a tűzihorganyzott acéllemez nem egyszerűen felületi lerakódás – ez egy metallurgiailag kötött rendszer, amely különálló intermetallikus rétegekből áll, amelyek körülbelül 450 °C-on olvadt cinkbe való merítés során keletkeznek. Ennek a rétegszerkezetnek a megértése megmagyarázza, hogy a tűzihorganyzás miért jobb teljesítményt nyújt a többi horganyzási módszernél a hosszú távú korrózióállóság és a tapadási szilárdság tekintetében. Az acél szubsztrátumtól kifelé a bevonat négy zónából áll: egy Gamma réteg (Γ, ~1 μm, ~75% Zn), egy Delta réteg (δ, ~10-20 μm, ~90% Zn), egy Zéta réteg (ζ, ~20-30 μm, ~94% Zn), és végül az at 9% cink (η) -9% Zn. és a szemmel látható legkülső szabad cinkfelületet alkotja.

Az intermetallikus Gamma, Delta és Zeta réteg keményebb, mint maga az alapacél (a Gamma és Delta 250-300 HV Vickers keménységet ér el), ami közvetlenül hozzájárul a bevont felület kopásállóságához. Az eta réteg, mivel tiszta cink, puhább és rugalmasabb – ez biztosítja az áldozat korrózióvédelmet és az alakíthatóságot, amely lehetővé teszi a bevont lemez hajlítását és formázását a bevonat leválása nélkül a normál gyártás során. Ezeknek a rétegeknek a vastagságarányát befolyásolja az acél szilícium- és foszfortartalma, a fürdő hőmérséklete, a merítési idő és a kihúzási sebesség – mindezek a változók, amelyeket gyártási folyamatunk pontosan szabályoz, hogy egyenletes, jól kötött bevonatot biztosítson minden lapon.

A cinkbevonat tömegére vonatkozó szabványok és a megfelelő minőség meghatározása

A bevonat tömege – az acélfelület egységnyi területére jutó cink tömege – az elsődleges paraméter, amely egy adott alkalmazáshoz tűzihorganyzott acéllemez meghatározására szolgál. Ez gramm per négyzetméterben van kifejezve (g/m²), és mindkét felületre vonatkozik, hacsak nincs másképp jelezve. A különböző szabványok különböző jelölési rendszereket használnak, és ezek félreolvasása a specifikációs hibák gyakori forrása.

Kritikus pont, amelyet gyakran félreolvasnak: az ASTM G-jelölési szám a bevonat tömegére vonatkozik oz/ft²-ben, szorozva 100-zal, nem g/m²-ben. Tehát a G90 mindkét oldalon 0,90 oz/ft²-nek felel meg, ami körülbelül 275 g/m²-re vált át – számszerűen egybeesik az EN Z275-tel, de egy másik egységrendszerből származik. A nemzetközi ellátási láncok specifikációinak összehasonlításakor az ekvivalencia értékelése előtt mindig g/m²-re váltsa át, mint közös alapot. Tűzihorganyzott acéllemezeink az EN 10346 és az ASTM A653 előírásoknak megfelelően készülnek, és teljes marási vizsgálati jelentéseket tartalmaznak, amelyek dokumentálják a tekercsenkénti tényleges bevonattömegeket.

Korróziós mechanizmusok A cink véd – és azok ellen, amelyek ellen nem

A cink védi az acélt két különálló, egyidejűleg működő mechanizmus révén. Az első a gátvédelem: a cinkbevonat fizikailag elválasztja az acél hordozót a nedvességtől, az oxigéntől és a környezetben lévő korrozív ionoktól. A második a katódos (galvanikus) védelem: mivel a cink elektrokémiailag aktívabb, mint az acél (kisebb redukciós potenciál körülbelül -0,76 V-nál, szemben a vasnál -0,44 V-nál), a cink előnyösen oxidálódik, amikor mindkét fém elektromos érintkezésben van egy elektrolittal. Ez azt jelenti, hogy még a vágott éleknél, fúrt lyukaknál vagy karcos területeken is, ahol az acél ki van téve, a környező cink elsősorban korrodálódik, miközben az acél védett marad – ez az öngyógyító mechanizmus, amelyet egyetlen festék vagy szerves bevonat sem képes megismételni.

A galvanikus védelemnek azonban véges tartománya van. A cinkbevonatú felület katódos védelmi sugara az elektrolit vezetőképességétől és a bevonat vastagságától függően körülbelül 1-3 mm-re terjed ki egy szabad acélzónába. Az ennél szélesebb sérülési területek a középpontjukban nem lesznek teljesen védettek. Ezenkívül a galvanikus védelem bizonyos környezetekben megfordul: a körülbelül 65 °C feletti melegvizes rendszerekben a cink katódossá válik az acélhoz képest, ami azt jelenti, hogy az acél elsősorban korrodálódik – ezt a jelenséget polaritásváltásnak nevezik. A tűzihorganyzott acéllemez ezért nem ajánlott bevonat nélküli felhasználásra melegvíz-tartályokban vagy szoláris csővezetékekben további védőintézkedések nélkül.

Környezetek, amelyek felgyorsítják a cinkbevonat fogyasztását

A cink korróziós sebessége a környezettől függően drámaian változik. Az ISO 9223 szabvány a légköri korróziót öt kategóriába (C1-C5) és két merítési kategóriába sorolja (Im1 édesvízre, Im2 tengervízre), a megfelelő cinkveszteség mértékével. Vidéki C1 környezetben a cink korróziós aránya akár évi 0,1 μm is lehet; C5-ös part menti ipari környezetben az arányok meghaladhatják a 10 μm-t évente – ez 100-szoros különbség. A savas esők (pH 6 alatt), az ammónia atmoszférája (gyakran a mezőgazdasági létesítmények közelében) és a tengeri sópermetezési környezet különösen agresszív a cinkre. A beton érintkezése általában jóindulatú a horganyzott acéllal szemben, mivel a beton nagy lúgossága passziválja a cink felületét; azonban az acél-beton határfelületen megfelelő vízelvezetés nélkül felfogott nedvesség felgyorsult réskorróziós állapotot hoz létre, függetlenül a bevonat minőségétől.

Spangle mérete, felületkezelési típusai és funkcionális vonatkozásaik

A tűzihorganyzott acéllemez felületén látható jellegzetes kristályos mintázat – úgynevezett spangle – az eta (tiszta cink) réteg megszilárdulásával jön létre, amikor a lemez kilép a cinkfürdőből és lehűl. A spangle méretét a cinkfürdő kémiája és a hűtési sebesség szabályozza: a gyorsabb hűtés és kis mennyiségű antimon vagy ólom hozzáadása nagyobb, kifejezettebb csillogást eredményez; a lassabb hűtés vagy az ólommentes fürdőkémiák (az RoHS-megfelelőség szerint egyre standardabbak) általában minimális vagy nulla flexibilis felületeket eredményeznek.

A spangle mérete nem pusztán esztétikai jellegű – funkcionális következményei vannak a későbbi feldolgozásnak. A nagy spangle anyagnak kifejezettebb felületi topográfiája van, ami eltérő cinkvastagságot hozhat létre a sávon keresztül (vastagabb a szemcseközéppontokon, vékonyabb a határokon), ami egyenetlen festéktapadást eredményez, ha a lapot előkezelés nélkül kell festeni. Azoknál az alkalmazásoknál, ahol a horganyzott felületet festik, porszórják vagy tovább dolgozzák fel, minimális törésvonalú vagy bőráteresztett (temporerelt) horganyzott lemez van előírva, hogy laposabb, egyenletesebb felületet biztosítson. A bőr áthaladása emellett megszünteti a Lüders sávokat (feszítő nyúlásnyomokat), amelyek a bőrön át nem engedett anyagokon a későbbi alakítási műveletek során jelenhetnek meg.

Gyártási szempontok: horganyzott lemez vágása, formázása és hegesztése

A tűzihorganyzott acéllemez vágható, alakítható és hegeszthető szabványos gyártóberendezésekkel, de a cinkbevonat minden egyes folyamatlépésnél speciális szempontokat vet fel, amelyek mind a késztermék minőségét, mind a dolgozók biztonságát befolyásolják. Ezen szempontok figyelmen kívül hagyása a bevonat károsodásához, hegesztési hibákhoz, és – hegesztés esetén – súlyos munkahelyi egészségi veszélyekhez vezet.

Vágás és élkezelés

A nyírás és a plazmavágás a tűzihorganyzott acéllemezek megmunkálásának leggyakoribb módja. A lézeres vágás hatékony, de elpárologtatja a cinket a hő által érintett zónában, és cink-oxid gőzöket termel, amelyek helyi elszívást igényelnek. A vágott éleknél a cinkbevonat definíció szerint hiányzik, és a szomszédos cink katódos védelme csak 1-3 mm-re terjed ki a csupasz acélzónába. A legtöbb szerkezeti alkalmazásnál ez a katódos védelem elegendő a korrózió megelőzésére a vágott éleknél az élettartam során. C4–C5 korróziós környezetben történő alkalmazásoknál a vágott éleket összeszerelés előtt cinkben gazdag alapozóval vagy hideghorganyzó keverékkel kell kezelni. A vágott élek sorjátlanítása nem csak a biztonságos kezelés miatt fontos, hanem azért is, hogy megakadályozzuk, hogy az éles élek sorja feszültségkoncentrációs pontként működjön a hajlítás során.

Hajlítás és hengeralakítás

A horganybevonat hajlékonysága – különösen a tiszta cink eta rétegé – határozza meg a bevonat repedése nélkül elérhető minimális hajlítási sugarat. A Z275 bevonatú szabványos tűzihorganyzott lemezeknél a minimális hajlítási sugár jellemzően 0t és 1t (ahol t = lemezvastagság) vékonyabb, 1,5 mm alatti, vastagabb anyag esetén pedig 1t és 2t között. A keményebb intermetallikus rétegek (Delta és Zeta) nem deformálódnak plasztikusan – szűk hajlítási sugaraknál mikrorepedések keletkezhetnek, de ezek az intermetallikus zónában lévő mikrorepedések normál üzemi körülmények között nem terjednek szét rétegződésig, és nem rontják jelentősen a korróziós teljesítményt a hajlításnál. Hengerelt profiloknál (tetőfedő lemezek, szelemenek, burkolatok) a hengeralakítási eljárás ismételt növekményes hajlítása általában kompatibilis a tűzihorganyzott bevonatokkal további alakíthatósági fokozatok nélkül, feltéve, hogy a szerszámozási sugarat a specifikáción belül tartják.

Hegesztés: füstveszély és a kötés minősége

A tűzihorganyzott acél hegesztésekor cink-oxid gőzök keletkeznek, amikor a bevonat a hegesztési zónában és körülötte elpárolog. A cink-oxid gőzeinek belélegzése fémfüst-lázat okoz – egy influenzaszerű állapot, amely az expozíció után 4–8 órával kezdődik –, a krónikus, magas szintű expozíció pedig komolyabb légúti kockázatokat hordoz magában. Ez a legkritikusabb biztonsági szempont, amikor horganyzott acéllemezeinket szerkezeti gyártás során hegesztjük. A kötelező ellenőrzések közé tartozik a hegesztési pontra irányított helyi elszívás, a légzésvédelem (minimum P3 FFP3 vagy azzal egyenértékű), és ahol lehetséges, a hegesztés előtt a hegesztési vonaltól 20-25 mm-re a horganybevonat visszacsiszolása, valamint a hegesztés után a csupasz zóna újrakezelése cinkben gazdag hideg spray-vel. A szilícium-bronz töltőhuzallal végzett MIG-hegesztés (forrasztás) kevesebb füstöt termel, mint a fúziós hegesztés, és elfogadhatóan erős kötést hoz létre a horganyzott lemezen lévő számos szerkezeti kapcsolathoz, így előnyös módszer a könnyebb méretű anyagokhoz.

Festés tűzihorganyzott acélra: miért nem sikerül a tapadás, és hogyan lehet megelőzni?

A horganyzott acél festése egy széles körben alkalmazott stratégia az élettartam meghosszabbítására, mint amit a cink önmagában biztosít ("duplex rendszer"), vagy hogy megfeleljen bizonyos esztétikai követelményeknek. A horganyzott acélon a festék tapadási hibája azonban egy gyakori probléma, amely szinte mindig a felület előkészítésének hibájára, nem pedig a festékrendszer kiválasztására vezethető vissza. Az adhéziós károsodás mechanizmusai és megelőzése jól ismert, de a gyakorlatban gyakran figyelmen kívül hagyják őket.

A frissen horganyzott acél sima, kémiailag aktív cink felülettel rendelkezik, amely kezdetben jól fogadja a festéket. A kültéri expozíció első néhány hetében azonban a cink felületén stabil cink-karbonát és cink-hidroxid passzivációs réteg képződik - korai formájában általában "fehér rozsdának" nevezik -, amely kémiailag inert és rendkívül alacsony felületi energiájú. Az erre a passzivált cinkfelületre felvitt festék mechanikailag gyengén kötődik és kémiailag nem tapad az aljzathoz, ami 1-3 éven belül hámlással vagy felhólyagosodással nyilvánul meg. A megoldás a felület előkészítése: vagy mechanikai koptatás (sweep szemcseszórás Sa 1-2 profilig) a friss cink feltárásához, vagy kémiai kezelés foszforsavas mosással vagy T-mosással (hígított foszforsav réz-szulfát indikátorral) a felület maratásához és cink-foszfát konverziós bevonat létrehozásához jobb festékkel. A T-washing a szabványos előkészítési módszer a horganyzott acélon horganyzott acélra felhordott bevonatokhoz hidak és infrastruktúra alkalmazásokban.

• Időálló horganyzott acél (6-12 hónapos kültéri expozíció): Söpörje le a szemcseszórást a cinksók eltávolítására és a felület érdesítésére, majd hordjon fel cinkkompatibilis alapozót (epoxi vagy poliuretán) a szemcseszórást követő 4 órán belül. Ez a felület valójában jobb tapadást biztosít a festéknek, mint a frissen horganyzott acél az időjárás hatására kialakuló enyhe felületi érdesség miatt.
• Újonnan horganyzott acél (kevesebb, mint 48 óra a horganyzás óta): Vigyen fel T-wash-t vagy foszforsavas maratóanyagot, hagyja teljesen megszáradni, majd alapozza le cink-kompatibilis maratási alapozóval vagy közvetlenül fémes epoxi alapozóval. Kerülje az alkidolaj alapú festékeket, amelyek cinkkel érintkezve elszappanosodnak (szappanná válnak), és gyorsan tönkremennek.
• Előre festett (tekercses) horganyzott lemez: A gyári tekercsbevonat alapozót és fedőbevonatot hord fel ellenőrzött körülmények között hengeralakítás vagy vágás előtt. Ez a legmegbízhatóbb duplex rendszer építészeti és tetőfedő alkalmazásokhoz, és elkerüli a terepi festési tapadási változókat.
• Kerülje az inkompatibilis alapozókat: A hagyományos vörös ólom és klórgumi alapozók nem alkalmasak cink aljzatra. A cink-kromát alapozók, bár nagyon hatékonyak, számos piacon korlátozzák a REACH és az RoHS előírásokat. A modern, kromátmentes epoxi-cink-foszfát alapozók egyenértékű teljesítményt nyújtanak, és megfelelnek a horganyzott acél ipari duplex rendszereinek.

Horganyzott acél a szerkezeti tervezésben: A csatlakozási részletek számítanak

Szerkezeti alkalmazásokban – épületvázak, hídelemek, ipari állványok és erőátviteli tornyok – a horganyzott acélszerkezetek teljesítményét nagymértékben befolyásolják a csatlakozási és részletezési döntések, amelyek mind a szerkezeti integritást, mind a hosszú távú korróziós teljesítményt meghatározzák. A csupasz acél tervezésében jártas szerkezetmérnökök néha figyelmen kívül hagyják a cinkbevonat sajátos vonatkozásait a csatlakozási pontokon.

A horganyzott acél csavarkötéseinél ügyelni kell a csavarok anyagának kompatibilitására és a lyuktávolságra. A tűzihorganyzott csavarok és anyák szabványosak a horganyzott szerelvények szerkezeti csatlakozásainál – a bevonat nélküli acél kötőelemek cinkbevonatú szerkezeti elemekkel érintkezve galvanikus párost hoznak létre, amely felgyorsítja a kötőelemek korrózióját. A csavarfuratok méretének figyelembe kell vennie a cinkbevonat vastagságát: a Z275 bevonat felületenként hozzávetőlegesen 0,04 mm-t (körülbelül 20 μm vastagságot) ad hozzá, amihez a lyukasztó vagy fúró átmérőjét 0,5–1,0 mm-rel kell növelni a bevonat nélküli acél specifikációihoz képest, hogy a horganyzás után is megmaradjanak a megadott hézagok.

A nagy szilárdságú súrlódó markolatú (HSFG) csavarkötéseknél a horganyzott felületeknél meg kell határozni az érintkezési felületek csúszási tényezőjét (súrlódási tényezőjét). A tűzihorganyzott felületek csúszási tényezője jellemzően 0,18–0,20, szemben a szemcseszórással tisztított acélfelületek 0,45–0,50-es értékével – ez a jelentős csökkenés, amelyet a csúszáskritikus csatlakozások tervezési számításainál figyelembe kell venni. Az EN 1090-2 speciális útmutatást ad a horganyzott csúszáskritikus kötések felületkezelésére és vizsgálati követelményeire vonatkozóan. Szerkezeti minőségű tűzihorganyzott acéllemezeink dokumentált felületi minőséggel és bevonategyenletességgel készülnek, amelyek támogatják a pontos csúszási tényező jellemzést a híd- és nehézszerkezeti alkalmazások mérnöki számításaihoz.

Tűzihorganyzott lemez tárolása és kezelése: A nedves tárolási foltok megelőzése

A nedves tárolási folt – más néven fehérrozsda – az egyik leggyakrabban előforduló minőségi probléma tűzihorganyzott acéllemez és felelős a szállítók és a végfelhasználók közötti jelentős kereskedelmi vitákért. Okainak, megjelenésének és következményeinek megértése megakadályozza a javítható anyagok szükségtelen elutasítását, és tájékoztatja a megfelelő tárolási gyakorlatot.

Nedves tárolási foltok akkor képződnek, amikor a nedvesség megszorul a szorosan egymásra rakott horganyzott lemezek között olyan körülmények között, amikor a cink felület nem fér hozzá elegendő légköri oxigénhez és szén-dioxidhoz ahhoz, hogy normál, stabil passzivációs rétegét képezze. Ehelyett a cink vízzel reagál, és cink-hidroxidot (Zn(OH)2) képez – a felületen látható fehér, terjedelmes, lazán tapadó lerakódás. A nedves tárolási foltok kialakulását elősegítő feltételek a következők: lapok egymásra rakása szoros szemtől-szembe szellőztetés nélkül, páralecsapódás a szállítási konténerekben a hőmérséklet-különbségek miatt, nem megfelelő vízelvezetési gradiens kültéri tárolókban és magas páratartalmú raktározás párátlanítás nélkül.

• A súlyosság értékelése: A nedves ruhával eltávolítható, a cinkbevonat felülete alá nem behatolt halvány fehér foltok csak kozmetikai jellegűek, és nem befolyásolják a korróziós tulajdonságokat. Az erős festés a horganyrétegbe történő lyukasztással csökkenti a bevonat hatékony vastagságát és élettartamát. Az EN 10346 C melléklet útmutatást ad annak értékeléséhez, hogy a festett anyag a specifikáción belül marad-e.
• Tárolási bevált gyakorlat: Tárolja a lapokat dönthető állványos rendszerekben vagy szellőző távtartókkal átlapolva, hogy lehetővé tegye a levegő áramlását az oldalak között. Fedje le a kültéri tárolót, hogy megakadályozza az eső és a harmat érintkezését, de ügyeljen arra, hogy a burkolat ne zárja be alatta a nedvességet. Kerülje a lapok vízszintes egymásra helyezését sík talajon, vízelvezető gradiens nélkül.
• Tranzit védelem: A tengeri vagy távolsági szállításra szánt tekercseket és lemezeket a malomban kémiailag passziválni kell (kromát- vagy kromátmentesen) a szállítás előtt. Ez a passziváló réteg a fehérrozsda-ellenállást napoktól több hónapig meghosszabbítja párás körülmények között, és alapszolgáltatás, amelyet exportrendelésekre nyújtunk.
• Világos elszíneződések megszüntetése: Az enyhén nedves tárolási folt híg ammóniaoldattal (1-2%) eltávolítható, tiszta vízzel leöblíthető és szárítható. A festendő anyagoknál a foltos területet a folteltávolítás után T-wash-vel vagy foszforsavas maratással kell kezelni, hogy helyreállítsa a felület állapotát az alapozó felhordása előtt.