Види металевих покриттів сталевого листа та їх взаємозамінність
Цинкове покриття не є єдиним способом захисту сталевого листа від корозії і дедалі рідше є оптимальним. Стандарт EN 10346 визначає шість типів покриттів, що наносяться методом безперервного гарячого занурення, а EN 10152 додає покриття, нанесене електролітично. Вони відрізняються складом, корозійною стійкістю, поведінкою на різаних кромках, діапазоном робочих температур і придатністю під фарбування. За однакової маси цинково-магнієве покриття втрачає товщину приблизно у 2,2 раза повільніше, ніж класичне цинкове, тож ZM310 забезпечує захист, порівнянний із Z600, за майже вдвічі меншої кількості металу.
Знання цих відмінностей перестає бути академічним тієї миті, коли доступність конкретної маси покриття на ринку обмежена, а строки виконання замовлення підтискають.
Що визначає стандарт
EN 10346 охоплює плоский прокат із безперервним гарячим покриттям, призначений для холодного формування. Символ покриття визначає його склад, а повне позначення листа поєднує його з гатунком сталі.
| Символ | Назва | Склад за стандартом |
|---|---|---|
| Z | цинкове покриття | мінімум 99% цинку |
| ZF | цинк-залізо, galvannealed | 8-12% заліза, решта цинк |
| ZA | цинк-алюміній, Galfan | близько 5% алюмінію, решта цинк |
| ZM | цинк-алюміній-магній | сума алюмінію і магнію 1,5-8%, мінімум 0,2% магнію |
| AZ | алюміній-цинк, алюцинк | 55% алюмінію, 1,6% кремнію, решта цинк |
| AS | алюміній-кремній, алюсі | 8-11% кремнію, решта алюміній |
Число після символу означає масу покриття в грамах на квадратний метр, враховану разом для обох сторін. Z275 означає 275 г/м2, тобто близько 20 мкм на сторону. Доступні маси охоплюють діапазон від Z80 до Z725 для цинкового покриття, від ZM70 до ZM430 для цинково-магнієвого, від ZA095 до ZA300 для Galfan і від AS50 до AS240 для алюмінієво-кремнієвого.
Окремо розглядається електролітичне покриття за EN 10152. Тут позначення описують товщину кожної сторони окремо: ZE25/25 означає 2,5 мкм і 18 г/м2 на сторону, ZE50/50 відповідно 5 мкм і 36 г/м2, ZE100/100 10 мкм і 72 г/м2. Можливі несиметричні варіанти, коли одна сторона виробу потребує товщого покриття, ніж інша.
Цинково-магнієві покриття
Додавання магнію та алюмінію до цинкової ванни змінює хімію продуктів корозії. Шар, що утворюється, щільніший і краще зчеплений, а в разі пошкодження покриття продукти цинку мігрують на оголене місце і відновлюють захист.
Найкраще публічно задокументованою оцінкою цього ефекту є звіт незалежного інституту The Steel Construction Institute, підготовлений для ArcelorMittal. Після шести років атмосферної експозиції в неприморських локаціях середнє співвідношення втрати товщини цинкового покриття Z275 до цинково-магнієвого ZM250 становило 2,2, з мінімумом 1,5 за весь період дослідження. У циклічному тесті зразок Z600 повністю вкрився білою іржею через чотири тижні, тоді як ZM310 мав лише часткове покриття через одинадцять тижнів. У тесті сольового туману ZM310 досяг тієї самої оцінки, що й Z600, приблизно за вдвічі довший час.
Висновок звіту однозначний: в атмосферних умовах Великої Британії та для типових застосувань легких сталевих конструкцій захист, який забезпечує ZM310, не гірший за захист Z600 як на поверхні, так і на різаних кромках.
Механізм захисту кромок розгортається в часі. У перші тижні оголена сталева основа окиснюється і з’являється іржа. За подальшої дії вологи матеріал покриття поширюється на кромку різу. Через рік продукти корозії заліза поступаються місцем білим продуктам цинку.
Склад покриттів ZM різниться між виробниками, хоча всі вони відповідають стандарту. У виробі ArcelorMittal це 93,5% цинку, 3,5% алюмінію і 3% магнію. У виробі voestalpine 2,5% алюмінію і 1,5% магнію, решта цинк. У разі заміни одного виробу іншим варто перевіряти паспорт матеріалу, а не лише символ стандарту.
Алюмінієві та алюмінієво-цинкові покриття
Там, де важлива стійкість до температури, цинкове покриття перестає бути рішенням. Цинк зберігає стабільність приблизно до 200 градусів Цельсія. У діапазоні 200-250 градусів зовнішній шар вільного цинку починає відшаровуватися, оскільки дифузія цинку до залізо-цинкового шару сплаву утворює порожнини. Понад 250 градусів процес прискорюється, а шари сплаву можуть розтріскуватися та відшаровуватися від сталі.
Алюмінієво-кремнієве покриття поводиться інакше. За паспортом виробника воно залишається стабільним до 450 градусів, зберігаючи близько 80% теплового відбиття, і витримує до 650 градусів без відшарування. Алюмінієво-цинкове покриття зберігає світлу поверхню без знебарвлення до 400 градусів і витримує 650 градусів без сильного окиснення.
Алюмінієво-цинкове покриття вирізняється також довговічністю при тривалій експозиції. Дані GalvInfo вказують на перевагу над цинковим покриттям масою, що відповідає Z275, приблизно в 3,8 раза в сильному морському середовищі, у 6,4 раза в промисловому та у 18,7 раза в сільському. Механізм полягає в тому, що багата на цинк мікроструктура кородує переважно і заповнює міждендритні простори алюмінієвого шару, тому корозія розвивається параболічно, а не лінійно, як у цинковому покритті.
Проте це покриття має чіткі обмеження застосування. Його не слід використовувати в контакті зі свіжим вологим бетоном, лужність якого атакує алюмінієвий шар, у тваринницьких будівлях, а також у контакті зі свинцем, графітом і міддю.
Покриття під фарбування та зовнішній вигляд
Цинково-залізне покриття, відоме як galvannealed, утворюється шляхом дифузійного відпалу безпосередньо після цинкової ванни. Вміст заліза на рівні 8-12% дає дрібноструктурну поверхню з дуже добрим зчепленням фарби, що робить його матеріалом першого вибору скрізь, де виріб фарбується. Наявність заліза також розширює діапазон струмів зварювання і зменшує знос електродів, що важливо у великосерійному виробництві.
Електролітичне покриття світліше й однорідніше, а його товщину можна регулювати точно й незалежно для кожної сторони. Тому його застосовують для видимих елементів із найвищими вимогами до вигляду, особливо фарбованих.
Galfan з евтектичною ламелярною мікроструктурою діє як природний мастильний матеріал під час формування, що дає перевагу при глибокій витяжці та профілюванні. Виробник заявляє корозійну стійкість приблизно вдвічі вищу, ніж у цинкового покриття, проте умови цього порівняння в публічних матеріалах детально не описані.
Коли заміна має сенс
У практиці постачання питання зазвичай звучить так: чи можна замість замовленої маси цинку прийняти інше покриття без втрати властивостей виробу. Наведене нижче зіставлення впорядковує найчастіші ситуації.
| Вихідна вимога | Можливий напрям заміни | Обґрунтування |
|---|---|---|
| Z600 або Z450, зовнішня конструкція | ZM310 або ZM250 | порівнянна або краща довговічність за меншої маси, підтверджена дослідженням інституту |
| Z275, виріб із численними різаними кромками | ZM подібної маси | помітно краща поведінка кромок після різання |
| Z275, елемент, що працює понад 250 градусів | AS або AZ | цинкове покриття не призначене для роботи в цьому діапазоні |
| Z, фарбований виріб | ZF | дрібноструктурна поверхня і зчеплення фарби |
| Z, видимий елемент із високими вимогами до вигляду | ZE | однорідна світла поверхня і точний контроль товщини |
| Z, виріб глибокої витяжки або профільований | ZA | мікроструктура, що полегшує формування |
| Z, контакт зі свіжим бетоном | не замінювати на AZ | лужність бетону атакує алюмінієвий шар |
Заміна не є суто матеріальним рішенням. Якщо виріб підлягає оцінюванню відповідності, конструкторському проєкту або специфікації замовника, зміна символу покриття потребує погодження з боку замовника. Там, де таких обмежень немає, гнучкість у виборі покриття буває різницею між поставкою вчасно і простоєм.
Зварювання цинкових покриттів
Цинк кипить за температури близько 907 градусів Цельсія, тобто значно нижчої за температуру зварювальної дуги. Покриття в зоні шва випаровується і окиснюється в повітрі до оксиду цинку, утворюючи дим, який вдихає зварник. Американське товариство зварювання називає вплив цього диму причиною металевої лихоманки, нездужання з грипоподібними симптомами, що з’являються через кілька годин після впливу і зазвичай минають протягом однієї-двох діб.
Межі впливу, прийняті у США, становлять 5 мг/м3 як середньозважене значення за восьмигодинну зміну і 10 мг/м3 як короткочасне значення. Практичні рекомендації незмінні: тримати голову поза потоком диму, місцевий відсмоктувач біля дуги, загальна вентиляція, а за недостатніх технічних заходів захист органів дихання. Окремо слід зазначити, що будь-яке зварювання руйнує покриття в місці шва і пошкоджує його в зоні термічного впливу, що потребує відновлення захисту фарбою з високим вмістом цинку.
Практичні критерії вибору
Вибір покриття випливає з чотирьох питань: у якому середовищі працює виріб, скільки він має там прослужити, що відбувається з різаними кромками і чи буде виріб фарбуватися, формуватися або нагріватися. Відповіді рідко вказують на одне рішення, але зазвичай відкидають кілька.
Європейський ринок останніми роками помітно зміщується в бік цинково-магнієвих покриттів, насамперед тому, що вони дають ту саму довговічність за меншої кількості металу, а отже за меншої маси та нижчої одиничної вартості покриття. Для покупця це також означає ширшу доступність альтернатив, коли конкретна маса цинку тимчасово важкодоступна.
Доступні гатунки сталі, види покриттів та формати рулонів, поздовжньо різаної стрічки і листів подає пропозиція сталевого листа HEN-STOL, з окремими сторінками про оцинкований лист, холоднокатаний лист і гарячекатаний лист.
Перевірте, як ми можемо допомогти
HEN-STOL допомагає підібрати вид і масу покриття до умов роботи виробу та вказує, які замінники в конкретному застосуванні рівноцінні, а які потребують погодження з проєктантом або замовником. Надішліть специфікацію, і ми перевіримо доступність та запропонуємо найвигідніший варіант.
Найчастіші запитання
Чи може покриття ZM замінити Z600?
В атмосферних умовах і для легких сталевих конструкцій ZM310 забезпечує захист, не гірший за Z600, що підтверджує дослідження незалежного інституту, яке охоплює як поверхню, так і різані кромки. Для виробів зі специфікацією замовника заміна потребує його згоди.
Яка товщина покриття Z275?
Маса 275 г/м2, врахована разом для обох сторін, відповідає приблизно 20 мкм на сторону. Той самий принцип перерахунку стосується інших мас цинкового покриття.
До якої температури можна застосовувати оцинкований лист?
Цинкове покриття призначене для роботи приблизно до 200 градусів Цельсія. Понад 200-250 градусів починається відшарування шару вільного цинку. За вищих температур застосовують алюмінієво-кремнієві або алюмінієво-цинкові покриття.
Яке покриття найкраще під фарбування?
Цинково-залізне покриття ZF завдяки дрібноструктурній поверхні, що забезпечує зчеплення фарби. Для видимих елементів із найвищими вимогами до вигляду застосовують електролітичне покриття ZE.
Чи можна зварювати оцинкований лист?
Так, за дотримання вимог безпеки щодо відсмоктування і вентиляції, оскільки цинк випаровується за температури дуги й утворює дим оксиду цинку. Покриття в зоні шва потрібно відновити, найчастіше фарбою з високим вмістом цинку.
Чим Galfan відрізняється від звичайного оцинкування?
Galfan це цинково-алюмінієве покриття з вмістом близько 5% алюмінію. Його мікроструктура полегшує формування, що дає перевагу при глибокій витяжці та профілюванні, а виробники заявляють вищу корозійну стійкість, ніж у чисто цинкового покриття.
Джерела
- EN 10346, Сталевий плоский прокат із безперервним гарячим покриттям - технічні умови постачання
- EN 10152, Сталевий холоднокатаний плоский прокат з електролітичним цинковим покриттям для холодного формування
- The Steel Construction Institute, Review of Magnelis coating performance as corrosion protection ZM310, звіт RT1999
- GalvInfo Center, GalvInfoNote 1.4, 55 percent Aluminum-Zinc Alloy-Coated Steel Sheet
- American Galvanizers Association, Galvanized Steel Performance in Extreme Temperatures
- American Welding Society, Safety and Health Fact Sheet No. 25, Metal Fume Fever