Tấm thép mạ kẽm nhúng nóng

Kiến thức sản phẩm

Quá trình mạ kẽm nhúng nóng hình thành lớp phủ như thế nào - từng lớp

Lớp phủ kẽm trên tấm thép mạ kẽm nhúng nóng không chỉ đơn giản là lớp lắng đọng bề mặt - nó là một hệ thống liên kết luyện kim gồm các lớp liên kim loại riêng biệt hình thành trong quá trình ngâm trong kẽm nóng chảy ở nhiệt độ khoảng 450°C. Hiểu được cấu trúc lớp này giải thích tại sao mạ kẽm nhúng nóng lại vượt trội hơn các phương pháp mạ kẽm khác về khả năng chống ăn mòn lâu dài và độ bền bám dính. Từ nền thép trở ra ngoài, lớp phủ bao gồm bốn vùng: lớp Gamma (Γ, ~1 μm, ~75% Zn), lớp Delta (δ, ~10–20 μm, ~90% Zn), một lớp Zeta (ζ, ~20–30 μm, ~94% Zn), và cuối cùng là lớp eta (η) — về cơ bản là kẽm nguyên chất ở mức 99% và tạo thành bề mặt kẽm tự do ngoài cùng có thể nhìn thấy bằng mắt.

Các lớp Gamma, Delta và Zeta liên kim loại cứng hơn chính thép cơ bản (Gamma và Delta đạt độ cứng 250–300 HV Vickers), góp phần trực tiếp vào khả năng chống mài mòn của bề mặt được phủ. Lớp eta, là kẽm nguyên chất, mềm hơn và dẻo hơn - nó cung cấp khả năng chống ăn mòn hy sinh và khả năng định hình cho phép tấm phủ được uốn cong và tạo hình mà không bị tách lớp phủ trong chế tạo thông thường. Tỷ lệ độ dày của các lớp này bị ảnh hưởng bởi hàm lượng silicon và phốt pho của thép, nhiệt độ bể, thời gian ngâm và tốc độ rút - tất cả các biến số mà quy trình sản xuất của chúng tôi kiểm soát chính xác để mang lại lớp phủ đồng nhất, liên kết tốt trên mỗi tấm.

Tiêu chuẩn về trọng lượng lớp phủ kẽm và cách xác định cấp độ phù hợp

Trọng lượng lớp phủ - khối lượng kẽm trên một đơn vị diện tích bề mặt thép - là thông số chính được sử dụng để chỉ định tấm thép mạ kẽm nhúng nóng cho một ứng dụng nhất định. Nó được biểu thị bằng gam trên mét vuông (g/m2) và áp dụng cho cả hai bề mặt kết hợp trừ khi có quy định khác. Các tiêu chuẩn khác nhau sử dụng các hệ thống ký hiệu khác nhau và việc đọc sai chúng là nguyên nhân phổ biến gây ra lỗi đặc tả.

Một điểm quan trọng thường bị đọc sai: số chỉ định G của ASTM đề cập đến trọng lượng lớp phủ tính bằng oz/ft2 nhân với 100, không phải tính bằng g/m2. Vì vậy, G90 tương đương với tổng 0,90 oz/ft2 cho cả hai mặt, quy đổi thành khoảng 275 g/m2 — trùng về mặt số với EN Z275 nhưng bắt nguồn từ hệ thống đơn vị khác. Khi so sánh các thông số kỹ thuật giữa các chuỗi cung ứng quốc tế, hãy luôn chuyển đổi sang g/m2 làm cơ sở chung trước khi đánh giá sự tương đương. Các tấm thép mạ kẽm nhúng nóng của chúng tôi được sản xuất để đáp ứng cả thông số kỹ thuật EN 10346 và ASTM A653 và có đầy đủ các báo cáo thử nghiệm tại nhà máy ghi lại trọng lượng lớp phủ thực tế trên mỗi cuộn.

Cơ chế ăn mòn mà kẽm bảo vệ chống lại - và những cơ chế không được kẽm bảo vệ

Kẽm bảo vệ thép thông qua hai cơ chế riêng biệt hoạt động đồng thời. Đầu tiên là lớp bảo vệ rào cản: lớp mạ kẽm ngăn cách vật lý nền thép khỏi độ ẩm, oxy và các ion ăn mòn trong môi trường. Thứ hai là bảo vệ catốt (mạ điện): vì kẽm có hoạt tính điện hóa mạnh hơn thép (thế khử thấp hơn ở khoảng −0,76 V so với −0,44 V đối với sắt), kẽm sẽ oxy hóa tốt hơn khi cả hai kim loại tiếp xúc điện với chất điện phân. Điều này có nghĩa là ngay cả ở các cạnh bị cắt, lỗ khoan hoặc khu vực bị trầy xước nơi thép lộ ra, kẽm xung quanh sẽ bị ăn mòn nhiều nhất trong khi thép vẫn được bảo vệ - một cơ chế tự phục hồi mà không loại sơn hoặc hệ thống phủ hữu cơ nào có thể tái tạo được.

Tuy nhiên, bảo vệ điện có phạm vi hữu hạn. Bán kính bảo vệ catốt từ bề mặt mạ kẽm kéo dài khoảng 1–3 mm vào vùng thép lộ ra ngoài, tùy thuộc vào độ dẫn điện của chất điện phân và độ dày lớp phủ. Các khu vực thiệt hại rộng hơn mức này sẽ không được bảo vệ hoàn toàn ở trung tâm của chúng. Ngoài ra, khả năng bảo vệ điện bị đảo ngược trong một số môi trường nhất định: trong hệ thống nước nóng trên khoảng 65°C, kẽm trở thành cực âm so với thép, nghĩa là thép dễ bị ăn mòn hơn - một hiện tượng được gọi là đảo ngược cực tính. Do đó, tấm thép mạ kẽm nhúng nóng không được khuyến khích sử dụng không tráng phủ trong bể nước nóng hoặc hệ thống đường ống nhiệt năng lượng mặt trời mà không có biện pháp bảo vệ bổ sung.

Môi trường đẩy nhanh việc tiêu thụ lớp phủ kẽm

Tốc độ ăn mòn kẽm thay đổi đáng kể theo môi trường. Tiêu chuẩn ISO 9223 phân loại độ ăn mòn trong khí quyển thành năm loại (C1 đến C5) và hai loại ngâm (Im1 đối với nước ngọt, Im2 đối với nước biển), với tỷ lệ mất kẽm tương ứng. Trong môi trường C1 nông thôn, tốc độ ăn mòn kẽm có thể thấp tới 0,1 μm mỗi năm; trong môi trường công nghiệp ven biển C5, tốc độ có thể vượt quá 10 μm mỗi năm - chênh lệch gấp 100 lần. Mưa axit (pH dưới 6), khí quyển amoniac (phổ biến gần các cơ sở nông nghiệp) và môi trường phun muối biển đặc biệt có hại cho kẽm. Tiếp xúc với bê tông nói chung là lành tính đối với thép mạ kẽm vì độ kiềm cao của bê tông làm thụ động bề mặt kẽm; tuy nhiên, độ ẩm bị giữ lại ở bề mặt tiếp xúc thép-bê tông mà không có hệ thống thoát nước thích hợp sẽ tạo ra tình trạng ăn mòn kẽ hở tăng tốc bất kể chất lượng lớp phủ như thế nào.

Kích thước trang trí, kiểu hoàn thiện bề mặt và ý nghĩa chức năng của chúng

Mẫu tinh thể đặc trưng có thể nhìn thấy trên bề mặt tấm thép mạ kẽm nhúng nóng - được gọi là vảy - được hình thành do sự hóa rắn của lớp eta (kẽm nguyên chất) khi tấm ra khỏi bể kẽm và nguội đi. Kích thước của các đốm được kiểm soát bởi chất hóa học trong bể kẽm và tốc độ làm nguội: làm nguội nhanh hơn và bổ sung một lượng nhỏ antimon hoặc chì tạo ra các đốm lớn hơn, rõ ràng hơn; làm mát chậm hơn hoặc hóa chất tắm không chì (ngày càng đạt tiêu chuẩn tuân thủ RoHS) có xu hướng tạo ra các bề mặt được giảm thiểu hoặc không có vết loang.

Kích thước hình thoi không chỉ mang tính thẩm mỹ mà còn có ý nghĩa chức năng đối với quá trình xử lý tiếp theo. Vật liệu trang trí lớn có địa hình bề mặt rõ ràng hơn, có thể tạo ra độ dày kẽm chênh lệch trên toàn trang (dày hơn ở tâm thớ, mỏng hơn ở các ranh giới), dẫn đến độ bám dính sơn không đồng đều nếu tấm được sơn mà không xử lý trước. Đối với các ứng dụng mà bề mặt mạ kẽm sẽ được sơn, sơn tĩnh điện hoặc được xử lý thêm, tấm mạ kẽm có lớp mạ tối thiểu hoặc cán qua da (cán tôi) được chỉ định để mang lại bề mặt phẳng hơn, đồng đều hơn. Quá trình gia công qua da cũng loại bỏ các dải Lüders (dấu vết căng do căng) có thể xuất hiện trong các hoạt động tạo hình tiếp theo trên vật liệu không qua da.

Các cân nhắc về chế tạo: Cắt, tạo hình và hàn tấm mạ kẽm

Tấm thép mạ kẽm nhúng nóng có thể được cắt, tạo hình và hàn bằng thiết bị chế tạo tiêu chuẩn, nhưng lớp phủ kẽm đưa ra những cân nhắc cụ thể ở từng bước quy trình ảnh hưởng đến cả chất lượng thành phẩm và sự an toàn của người lao động. Việc bỏ qua những cân nhắc này sẽ dẫn đến hư hỏng lớp phủ, khuyết tật mối hàn và - trong trường hợp hàn - các nguy cơ nghiêm trọng về sức khỏe nghề nghiệp.

Xử lý cắt và cạnh

Cắt và cắt plasma là những phương pháp phổ biến nhất để gia công tấm thép mạ kẽm nhúng nóng. Cắt laser có hiệu quả nhưng làm bay hơi kẽm ở vùng chịu ảnh hưởng nhiệt, tạo ra khói oxit kẽm cần phải thông gió cục bộ. Tại các cạnh bị cắt, theo định nghĩa, lớp phủ kẽm không có và lớp bảo vệ catốt từ lớp kẽm liền kề chỉ kéo dài 1–3 mm vào vùng thép trần. Đối với hầu hết các ứng dụng kết cấu, lớp bảo vệ catốt này đủ để ngăn chặn sự ăn mòn ở các cạnh cắt trong suốt thời gian sử dụng. Đối với các ứng dụng trong môi trường ăn mòn C4–C5, các cạnh cắt phải được xử lý bằng sơn lót giàu kẽm hoặc hợp chất mạ kẽm lạnh trước khi lắp ráp. Việc làm sạch các cạnh cắt không chỉ quan trọng để xử lý an toàn mà còn để ngăn chặn các gờ sắc nhọn hoạt động như các điểm tập trung ứng suất trong quá trình uốn.

Uốn và tạo hình cuộn

Độ dẻo của lớp phủ kẽm - đặc biệt là lớp eta kẽm nguyên chất - xác định bán kính uốn cong tối thiểu có thể đạt được mà không bị nứt lớp phủ. Đối với tấm mạ kẽm nhúng nóng tiêu chuẩn có lớp phủ Z275, bán kính uốn cong tối thiểu thường là 0t đến 1t (trong đó t = độ dày tấm) đối với các thước đo mỏng hơn dưới 1,5 mm và 1t đến 2t đối với vật liệu dày hơn. Các lớp liên kim loại cứng hơn (Delta và Zeta) không bị biến dạng dẻo - chúng có thể tạo ra vết nứt vi mô ở bán kính uốn cong chặt, nhưng các vết nứt vi mô này trong vùng liên kim loại không lan truyền đến sự phân tách trong điều kiện sử dụng bình thường và không ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất ăn mòn ở phần uốn cong. Đối với các cấu hình dạng cuộn (tấm lợp, xà gồ, sàn), việc uốn tăng dần lặp đi lặp lại của quá trình tạo hình cuộn thường tương thích với lớp phủ mạ kẽm nhúng nóng mà không cần cấp độ định hình bổ sung, miễn là bán kính dụng cụ được duy trì trong phạm vi thông số kỹ thuật.

Hàn: Nguy hiểm về khói và chất lượng mối hàn

Hàn thép mạ kẽm nhúng nóng tạo ra khói oxit kẽm khi lớp phủ trong và xung quanh vùng hàn bốc hơi. Hít phải khói oxit kẽm gây ra sốt khói kim loại - một tình trạng giống như cúm khởi phát 4–8 giờ sau khi tiếp xúc - và phơi nhiễm mãn tính ở mức độ cao sẽ gây ra nhiều nguy cơ hô hấp nghiêm trọng hơn. Đây là vấn đề an toàn quan trọng nhất khi hàn các tấm thép mạ kẽm của chúng tôi trong chế tạo kết cấu. Các biện pháp kiểm soát bắt buộc bao gồm thông gió xả cục bộ hướng vào điểm hàn, bảo vệ hô hấp (P3 FFP3 hoặc tương đương) và nếu có thể, mài lại lớp mạ kẽm cách đường hàn 20–25 mm trước khi hàn và xử lý lại vùng trần sau khi hàn bằng phun lạnh giàu kẽm. Hàn MIG với dây hàn bằng đồng silicon (hàn) tạo ra ít khói hơn so với hàn nhiệt hạch và tạo ra mối nối chắc chắn ở mức chấp nhận được cho nhiều kết nối kết cấu trên tấm mạ kẽm, khiến phương pháp này trở thành phương pháp được ưa chuộng cho vật liệu nhẹ hơn.

Sơn trên thép mạ kẽm nhúng nóng: Tại sao độ bám dính không thành công và cách phòng ngừa

Sơn thép mạ kẽm là một chiến lược được sử dụng rộng rãi để kéo dài tuổi thọ sử dụng ngoài những gì chỉ kẽm cung cấp ("hệ thống song công") hoặc để đáp ứng các yêu cầu thẩm mỹ cụ thể. Tuy nhiên, lỗi bám dính sơn trên thép mạ kẽm là một vấn đề phổ biến hầu như luôn xảy ra do lỗi chuẩn bị bề mặt hơn là do lựa chọn hệ thống sơn. Cơ chế và cách phòng ngừa hư hỏng bám dính đã được hiểu rõ nhưng thường bị bỏ qua trong thực tế.

Thép mới mạ kẽm có bề mặt kẽm mịn, hoạt tính hóa học, bước đầu chịu sơn tốt. Tuy nhiên, trong vài tuần đầu tiên phơi ngoài trời, bề mặt kẽm phát triển lớp thụ động kẽm cacbonat và kẽm hydroxit ổn định - thường được gọi là "rỉ trắng" ở dạng ban đầu - trơ về mặt hóa học và cực kỳ thấp năng lượng bề mặt. Lớp sơn phủ trên bề mặt kẽm thụ động này có khả năng liên kết cơ học và hóa học kém với nền, biểu hiện là bong tróc hoặc phồng rộp trong vòng 1–3 năm. Giải pháp là chuẩn bị bề mặt: mài mòn cơ học (phun nổ đến biên dạng Sa 1–2) để lộ kẽm tươi, hoặc xử lý hóa học bằng rửa axit photphoric hoặc rửa T (axit photphoric pha loãng với chỉ thị đồng sunfat) để ăn mòn bề mặt và tạo ra lớp phủ chuyển hóa kẽm photphat có độ bám dính sơn tốt hơn. Rửa T là phương pháp chuẩn bị tiêu chuẩn cho lớp phủ được áp dụng tại chỗ trên thép mạ kẽm trong các ứng dụng cầu và cơ sở hạ tầng.

• Thép mạ kẽm phong hóa (phơi ngoài trời 6–12 tháng): Quét phun sạch để loại bỏ muối kẽm và làm nhám bề mặt, sau đó sơn lớp sơn lót tương thích kẽm (epoxy hoặc polyurethane) trong vòng 4 giờ sau khi phun cát. Bề mặt này thực sự mang lại độ bám dính sơn tốt hơn so với thép mạ kẽm mới do bề mặt hơi nhám phát triển trong quá trình phong hóa.
• Thép mạ mới (dưới 48h kể từ khi mạ): Áp dụng T-wash hoặc axit photphoric, để khô hoàn toàn, sau đó sơn lót bằng sơn lót khắc tương thích kẽm hoặc sơn lót epoxy trực tiếp với kim loại. Tránh các loại sơn gốc dầu alkyd, loại sơn này bị xà phòng hóa (chuyển thành xà phòng) khi tiếp xúc với kẽm và nhanh hỏng.
• Tấm mạ kẽm sơn sẵn (tráng cuộn): Lớp phủ cuộn tại nhà máy áp dụng lớp sơn lót và lớp phủ ngoài trong các điều kiện được kiểm soát trước khi tạo hình hoặc cắt cuộn. Đây là hệ thống song công đáng tin cậy nhất cho các ứng dụng kiến ​​trúc và mái nhà, đồng thời tránh được tất cả các biến số về độ bám dính của sơn tại hiện trường.
• Tránh các loại sơn lót không tương thích: Sơn lót chì đỏ và cao su clo hóa truyền thống không phù hợp với nền kẽm. Sơn lót kẽm cromat tuy có hiệu quả cao nhưng lại bị hạn chế theo quy định REACH và RoHS ở nhiều thị trường. Lớp sơn lót epoxy kẽm photphat không chứa cromat hiện đại mang lại hiệu suất tương đương và là thông số kỹ thuật chính xác cho hệ thống song công công nghiệp trên thép mạ kẽm.

Thép mạ kẽm trong kỹ thuật kết cấu: Chi tiết kết nối quan trọng

Trong các ứng dụng kết cấu - khung xây dựng, các bộ phận cầu, giá đỡ công nghiệp và tháp truyền tải - hiệu suất của kết cấu thép mạ kẽm bị ảnh hưởng nặng nề bởi các quyết định kết nối và chi tiết xác định cả tính toàn vẹn của cấu trúc và hiệu suất ăn mòn lâu dài. Các kỹ sư kết cấu quen thuộc với thiết kế thép trần đôi khi bỏ qua ý nghĩa cụ thể của việc phủ kẽm tại các điểm kết nối.

Các kết nối bu lông bằng thép mạ kẽm đòi hỏi phải chú ý đến tính tương thích của vật liệu bu lông và độ hở của lỗ. Bu lông và đai ốc mạ kẽm nhúng nóng là tiêu chuẩn cho các kết nối kết cấu trong cụm mạ kẽm - sử dụng ốc vít bằng thép không tráng tiếp xúc với các bộ phận kết cấu được mạ kẽm tạo ra cặp điện làm tăng tốc độ ăn mòn của dây buộc. Kích thước lỗ bu lông phải tính đến độ dày lớp phủ kẽm: lớp phủ Z275 tăng thêm khoảng 0,04 mm trên mỗi bề mặt (độ dày khoảng 20 μm), yêu cầu đường kính đục lỗ hoặc khoan phải tăng thêm 0,5–1,0 mm so với thông số kỹ thuật của thép không tráng phủ để đảm bảo duy trì khoảng hở quy định sau khi mạ.

Trong các kết nối bu lông kẹp ma sát cường độ cao (HSFG), hệ số trượt (hệ số ma sát) của các bề mặt tiếp xúc phải được thiết lập cho các bề mặt mạ kẽm. Hệ số trượt đối với bề mặt mạ kẽm nhúng nóng thường là 0,18–0,20, so với 0,45–0,50 đối với bề mặt thép được làm sạch bằng phun hạt - một mức giảm đáng kể phải được tính đến khi tính toán thiết kế cho các kết nối quan trọng trượt. EN 1090-2 cung cấp hướng dẫn cụ thể về các yêu cầu thử nghiệm và xử lý bề mặt đối với các mối nối mạ kẽm chống trượt. Các tấm thép mạ kẽm nhúng nóng cấp kết cấu của chúng tôi được sản xuất với chất lượng bề mặt được ghi lại và tính đồng nhất của lớp phủ hỗ trợ đặc tính hệ số trượt chính xác cho các tính toán kỹ thuật trong các ứng dụng cầu và kết cấu nặng.

Bảo quản và xử lý tấm mạ kẽm nhúng nóng: Ngăn ngừa vết bẩn khi bảo quản ướt

Vết bẩn do bảo quản ướt - còn gọi là rỉ sét trắng - là một trong những vấn đề chất lượng thường gặp nhất đối với tấm thép mạ kẽm nhúng nóng và chịu trách nhiệm về các tranh chấp thương mại quan trọng giữa nhà cung cấp và người dùng cuối. Hiểu được nguyên nhân, hình thức và ý nghĩa của nó sẽ ngăn chặn việc từ chối không cần thiết các vật liệu có thể sử dụng được và cung cấp thông tin về các biện pháp bảo quản thích hợp.

Vết bẩn do bảo quản ướt hình thành khi hơi ẩm bị giữ lại giữa các tấm mạ kẽm xếp chồng lên nhau trong điều kiện bề mặt kẽm không thể tiếp cận đủ oxy và carbon dioxide trong khí quyển để tạo thành lớp thụ động ổn định thông thường. Thay vào đó, kẽm phản ứng với nước tạo thành kẽm hydroxit (Zn(OH)₂) — một chất kết dính màu trắng, cồng kềnh, lỏng lẻo có thể nhìn thấy trên bề mặt. Các điều kiện thúc đẩy vết bẩn khi bảo quản ướt là: xếp chồng các tấm tiếp xúc trực diện chặt chẽ mà không thông gió, ngưng tụ trong các thùng vận chuyển do chênh lệch nhiệt độ, độ dốc thoát nước không đủ trong kho bảo quản ngoài trời và bảo quản độ ẩm cao mà không hút ẩm.

• Đánh giá mức độ nghiêm trọng: Vết ố màu trắng nhạt có thể loại bỏ bằng vải ẩm và không thấm xuống dưới bề mặt lớp phủ kẽm chỉ mang tính thẩm mỹ và không ảnh hưởng đến hiệu suất ăn mòn. Vết ố nặng gây rỗ vào lớp kẽm làm giảm hiệu quả độ dày lớp phủ và tuổi thọ sử dụng. EN 10346 Phụ lục C cung cấp hướng dẫn về cách đánh giá liệu vật liệu bị ố có còn đáp ứng thông số kỹ thuật hay không.
• Thực hành tốt nhất về lưu trữ: Bảo quản các tấm trải trên hệ thống giá đỡ nghiêng hoặc xen kẽ các miếng đệm thông gió để cho phép không khí lưu thông giữa các mặt. Che phủ kho chứa ngoài trời để ngăn mưa và sương tiếp xúc, nhưng đảm bảo lớp phủ không giữ hơi ẩm bên dưới. Tránh xếp các tấm theo chiều ngang trên mặt đất bằng phẳng không có độ dốc thoát nước.
• Bảo vệ quá cảnh: Các cuộn và tấm dành cho vận tải đường biển hoặc vận chuyển đường dài phải được thụ động hóa về mặt hóa học (không chứa cromat hoặc không chứa cromat) tại nhà máy trước khi vận chuyển. Lớp thụ động này giúp tăng khả năng chống gỉ trắng từ vài ngày đến vài tháng trong điều kiện ẩm ướt và là dịch vụ tiêu chuẩn chúng tôi cung cấp cho các đơn hàng xuất khẩu.
• Khắc phục hiện tượng ố màu: Có thể loại bỏ vết bẩn nhẹ khi bảo quản bằng dung dịch amoniac loãng (1–2%), rửa sạch bằng nước sạch và sấy khô. Đối với vật liệu sẽ được sơn, khu vực bị ố vàng phải được xử lý bằng nước rửa T hoặc axit photphoric sau khi loại bỏ vết bẩn để khôi phục tình trạng bề mặt trước khi sơn lót.