Что такое оцинкованная сталь? — Свойства, как это работает, использование и многое другое.

Оцинкованная сталь изготавливается путем покрытия стали тонким слоем цинка. Процесс включает погружение стальных изделий или конструкций в ванну с расплавленным цинком. Когда сталь вынимают из ванны, тонкий слой цинка металлургически связывается с поверхностью стали. Это цинковое покрытие обеспечивает превосходную защиту от коррозии, поскольку цинк является жертвенным анодом, который корродирует преимущественно по сравнению с железом или сталью. Цинк образует барьер на поверхности стали, который блокирует доступ кислорода и воды к нижележащему железу. Это позволяет оцинкованной стали гораздо лучше противостоять воздействию погодных условий и влажных, агрессивных сред, чем сталь без покрытия. Цинковое покрытие может значительно увеличить срок службы стальных конструкций и изделий, предотвращая коррозионное повреждение в течение длительного времени.

Различия между оцинкованной сталью и обычной сталью

Ключевым отличием является цинковое покрытие, которое придает оцинкованной стали превосходную коррозионную стойкость по сравнению с обычной сталью без покрытия, но за счет более высокой цены. Оба имеют схожие прочностные характеристики.

– Покрытие

Оцинкованная сталь имеет тонкий слой цинка, прикрепленный к поверхности, тогда как обычная сталь не имеет защитного покрытия. Цинковое покрытие обеспечивает коррозионную стойкость оцинкованной стали.

— Устойчивость к коррозии

Благодаря цинковому покрытию оцинкованная сталь имеет гораздо более высокую коррозионную стойкость, чем обычная сталь без покрытия, при воздействии атмосферных воздействий, влаги, соленой воды и т. д. Обычная сталь более склонна к ржавчине.

— Продолжительность жизни

Цинковое покрытие существенно продлевает срок службы оцинкованной стали по сравнению с обычной сталью в агрессивных наружных средах. Обычная сталь может прослужить всего несколько лет, прежде чем подвергнется коррозии.

— Появление

Сразу после цинкования сталь приобретает блестящий серебристо-серый оттенок благодаря цинковому покрытию. Со временем на нем может появиться тусклая патина. На обычной стали со временем появляются следы ржавчины по мере коррозии.

— Сила

Цинковое покрытие существенно не влияет на прочность подлежащей стали. Оцинкованная и обычная сталь имеют схожие прочностные характеристики.

— Расходы

Оцинкованная сталь стоит дороже обычной стали из-за процесса цинкования. Однако увеличенный срок службы часто делает его более рентабельным в долгосрочной перспективе.

Как работает процесс цинкования стали?

Процесс цинкования начинается с тщательной очистки и ополаскивания стальных поверхностей для удаления грязи, масел, жиров, ржавчины и других загрязнений, которые могут помешать правильному схватыванию цинкового покрытия. Затем сталь можно окунуть в раствор кислоты, чтобы слегка протравить поверхность. Затем очищенные стальные детали постепенно нагреваются в печи до температуры 840-848°F, после чего их погружают в ванну с расплавленным цинком внутри непрерывной линии цинкования. Цинк и сталь затем металлургически связываются, поскольку сталь реагирует с расплавленным цинком. После нанесения покрытия оцинкованная сталь поднимается из цинковой ванны, где избыток цинка стекает обратно в резервуар. Затем детали быстро охлаждаются на воздухе, в результате чего цинк затвердевает и прочно сцепляется со стальной поверхностью. Наконец, оцинкованная сталь подвергается визуальному осмотру, чтобы гарантировать равномерное и прочное покрытие на протяжении всего процесса.

Методы цинкования стали

Существует несколько основных методов цинкования стали. Горячее цинкование является наиболее эффективным методом, тогда как электрооцинкование подходит для сложных деталей.

– Горячее цинкование: это наиболее распространенный и традиционный метод. Он включает в себя погружение стальных деталей в ванну с расплавленным цинком при температуре около 840°F. Как следует из названия, это горячий процесс, при котором сталь нагревается перед погружением. В результате образуется металлургическая связь между цинковым покрытием и стальной основой.
– Электроосаждение (электроцинкование): электрический ток используется для нанесения тонкого однородного цинкового покрытия на сталь посредством электролиза в водном растворе. Это позволяет наносить покрытие на детали с жесткими допусками. Толщина покрытия легко контролируется.
– Механическое цинкование: цинковый спрей или порошок распыляется на стальные поверхности механическим способом без плавления цинка. Покрытие не такое однородное и прочное, как методы горячего погружения или электроосаждения. Используется для ремонта повреждений существующих оцинкованных покрытий.
– Краска с высоким содержанием цинка. Эпоксидную или акриловую краску с высоким содержанием цинка можно наносить на сталь в качестве неметаллургического покрытия. Он не обеспечивает защиту от коррозии, свойственную горячему цинкованию, но обеспечивает некоторую барьерную защиту деталей, не подходящих для методов горячего цинкования.
– Гальванический отжиг: аналогичен горячему цинкованию, но включает добавление в расплавленный цинк других элементов, таких как алюминий. После погружения на стали образуется коррозионностойкое покрытие из сплава.

Химические свойства оцинкованной стали

1. Химический состав:

– Базовая сталь: 95-98% железа (Fe) и следовые количества углерода, марганца, фосфора, серы и других элементов.
– Цинковое покрытие: 2-5% цинка (Zn), связанного с поверхностью.

2. Свойства покрытия:

– Толщина покрытия: 12–102 мкм или 0,0005–0,004 дюйма для обычного горячего цинкования.
– Внешний вид покрытия: Первоначально гладкий серебристо-серый цвет, со временем появляется тускло-серая патина.
– Твердость покрытия: 350-400 твердость по Виккерсу (HV). Цинковое покрытие немного мягче, чем основная сталь.
– Состав покрытия: Практически чистый цинк с некоторой диффузией следов железа из стальной основы. Содержание железа менее 5%.

Физические свойства оцинкованной стали

1. Плотность

Плотность оцинкованной стали составляет около 7,85 г/см3. Это немного выше, чем у простой углеродистой стали из-за дополнительного цинкового покрытия.

2. Точка плавления

– Температура плавления базовой стали составляет 1500-1600°С, в зависимости от конкретного содержания углерода и сплава.
– Температура плавления цинкового покрытия составляет около 420°C.

3. Твердость

– Твердость по Виккерсу основного металла оцинкованной стали соответствует сопоставимой углеродистой стали, обычно в диапазоне 140–350 HV.
– Само цинковое покрытие имеет меньшую твердость – около 350-400 HV.

4. Магнетизм

Оцинкованная сталь обладает такими же магнитными свойствами, как и обычная углеродистая сталь, поскольку содержание в ней черных металлов составляет более 95%.

Преимущества и недостатки оцинкованной стали

Преимущества оцинкованной стали:

– Отличная коррозионная стойкость: цинковое покрытие защищает стальную основу от ржавчины на долгие годы.
– Низкие эксплуатационные расходы: после нанесения покрытия оцинкованная сталь не требует покраски или других покрытий для предотвращения коррозионных повреждений.
– Долговечность: слой цинка выдерживает истиранию, царапинам и незначительным ударам, не нарушая при этом своих барьерных свойств.
– Пригодность для вторичной переработки: как стальная подложка, так и цинковое покрытие могут быть переработаны по окончании срока службы продукта.
– Экономически эффективно: хотя на начальном этапе цинкование дороже, чем голая сталь, оно обеспечивает долговечность, которая перевешивает более высокие первоначальные затраты.
– Эстетичность: серебристо-серый цвет оцинкованной стали имеет привлекательный полированный вид, обычно используемый для перил, фурнитуры и т. д.

Недостатки оцинкованной стали:

– Более высокая стоимость материала: обработка цинкованием увеличивает первоначальную стоимость стали.
– Ограничения по нагреву: нельзя сваривать или формовать при температуре выше 300°C без риска испарения цинка.
– Охрупчивание: длительный нагрев с течением времени может привести к охрупчиванию слоя цинка нижележащего стального листа.
– Дефекты покрытия: царапины на поверхности или потертости при цинковании подвергают голую сталь коррозии.
– Шероховатость поверхности: в процессе цинкования текстура стали становится более шероховатой по сравнению с промасленными/окрашенными поверхностями.
– Токсичные пары: горячее цинкование сопровождается опасными парами цинка, требующими соответствующей вентиляции и контроля.

Использование оцинкованной стали

Везде, где сталь нуждается в надежной защите от коррозии при использовании на открытом воздухе, особенно во влажных или прибрежных условиях, оцинкованная сталь часто является предпочтительным материалом из-за ее превосходной устойчивости. Вот некоторые распространенные варианты использования и применения оцинкованной стали.