Металлические покрытия сталей

Металлические покрытия из стали

Стали с металлическим покрытием определяются как стальные подложки, покрытые слоем цинка, сплава Zn/Al (цинк/алюминий), сплава Zn/Si (цинк/кремний) или чистого алюминия и т. д. Схематическое расположение структуры металлического покрытия с и без пассивации показан на рис. 1,

Рис. 1. Структура металлического покрытия с пассивацией и без нее

Металлические покрытия сталей увеличивают срок службы и эксплуатационные характеристики сталей. Они обеспечивают наиболее эффективный и экономичный способ защиты стали от коррозии. Стали с металлическим покрытием обладают уникальным сочетанием свойств, включая высокую прочность, формуемость, малый вес, коррозионную стойкость, эстетичность, возможность вторичной переработки и низкую стоимость.

Существует несколько процессов нанесения металлического покрытия на стали, как указано ниже.

• Процесс нанесения покрытия погружением, при котором стальная полоса погружается в ванну с расплавленным металлом. Состав расплавленного металла (Zn, Zn/Al, Al/Si или чистый Al и т. д.) определяет характер металлического покрытия.
• Процесс гальванического цинкования, при котором металл электролитически осаждается на полосу холодной стали.
• Покрытие под вакуумом, например PVD (физическое осаждение из паровой фазы), CVD (химическое осаждение из паровой фазы) и т. д.

Процессы покрытия горячим погружением являются наиболее популярными процессами металлического покрытия стальных полос. Обычно для производства стальных изделий с металлическим покрытием используются непрерывные линии нанесения покрытия.

Сталь с металлическим покрытием, производимая на линиях непрерывного нанесения покрытия, значительно расширилась и продолжает использоваться во все более разнообразных новых областях. Это связано с их выдающимися экономическими, технологическими и экологическими преимуществами.

.Широкий ассортимент стальных изделий с металлическим покрытием, доступный сегодня, отвечает требованиям всех секторов. Ниже приведены параметры, которые определяют выбор стального материала с металлическим покрытием.

Качество или марка стальной подложки

• Тип металлического покрытия
• Масса или толщина металлического покрытия
• Внешний вид
• Качество поверхности
• Обработка поверхности
• Допуски на размеры и форму

Металлическое покрытие повышает коррозионную стойкость стали и продлевает срок службы изделия. Подходящее металлическое покрытие позволяет улучшить свойства стали при формовании и контактной сварке, а также ее окрашиваемость.

Типы продуктов с покрытием

  Ниже приведены основные типы изделий с металлическим покрытием.

• Стальной лист с горячим цинкованием. Стандарты ASTM для этих стальных листов:A653M и A1063M. Гальваническое покрытие представляет собой цинковое покрытие на стальном листе. Слово «гальванизировать» происходит от гальванической защиты, которую Zn обеспечивает стали при воздействии коррозионной среды. Это, безусловно, самый распространенный продукт с покрытием методом погружения, имеющий широкий спектр применения. Zn обеспечивает как гальваническую, так и барьерную защиту. Гальваническая защита выше, чем у любого другого типа горячего покрытия стали. Покрытие содержит Al, содержание которого обычно составляет от 0,20 % до 0,30 %. Алюминий добавляют в ванну с расплавленным цинком, чтобы контролировать скорость роста слоя сплава (зона связи между сталью и цинковым покрытием). Это значительно улучшает адгезию покрытия, что позволяет жестко формировать лист с покрытием. Покрытие может содержать небольшое количество свинца (Pb) и/или сурьмы (Sb) для развития блесток. Почти все стали с гальваническим покрытием не содержат Pb, а если и содержат, то Pb составляет менее 0,03 %. Вес (масса) покрытия обычно находится в диапазоне от 90 до 1200 г/кв. м для A653M и от 90 до 600 г/кв. м для A1063M всего с обеих сторон.
• Стальной лист, оцинкованный методом горячего цинкования. Спецификация ASTM для этого стального листа:A653M. При производстве отожженного оцинкованного стального листа покрытие методом горячего цинкования диффузионно сплавляется со сталью путем дополнительного нагрева в колонне над ванной для нанесения покрытия. Типичное металлическое покрытие содержит от 8 % до 11 % железа. Эти листы обычно предназначены для окрашивания для большинства применений. Эти листы характеризуются высокой твердостью и хрупкостью при формовании. Оцинкованные листы легче поддаются точечной сварке и окраске, чем оцинкованные листы. Производительность при покраске синергетически улучшается из-за отличной связи, образованной между краской и поверхностью покрытия. По сравнению с оцинкованной сталью, оцинкованные отожженные стальные листы обычно проявляют меньшую подрезающую коррозию под краской на открытых краях, царапинах или других дефектах краски. Эти стальные листы используются для панелей кузова автомобиля. Вес (масса) покрытия обычно находится в диапазоне от 90 до 180 г/кв. м всего с обеих сторон.
• Стальной лист с покрытием из 55% алюминиево-цинкового сплава методом горячего погружения. Эти листы с покрытием также известны как листы Galvalume. Стандарт ASTM для этих листов - A792M. Покрытие представляет собой покрытие из сплава Al-Zn, которое содержит примерно 55 % Al, 43,5 % Zn и 1,5 % Si. Это покрытие обеспечивает превосходную барьерную защиту в сочетании с некоторой гальванической защитой. Сохранение гальванической защиты является важной особенностью этого покрытия. Эта конкретная комбинация Al и Zn влияет на формирование микроструктуры покрытия, что очень важно для хороших характеристик. Это покрытие обеспечивает очень хороший баланс между гальванической и барьерной защитой. Si добавляется для контроля скорости роста слоя сплава. Покрытие улучшает адгезию при формовании. Покрытие имеет гораздо более высокую устойчивость к коррозии, чем гальванические покрытия в большинстве сред. Была продемонстрирована его долговечность. Вес (масса) покрытия обычно находится в пределах 100 – 210 г/кв. м всего с обеих сторон.
• Стальной лист с покрытием из горячекатаного сплава Zn-5 % Al. Эти листы с покрытием также известны как листы Galfan. Стандарт ASTM для этих листов - A875M. Гальваническое покрытие содержит около 95 % Zn и 5 % Al. Это покрытие обеспечивает примерно такую ​​же гальваническую защиту, как и оцинкованное, и улучшенную коррозионную стойкость в большинстве сред. Это покрытие обычно используется в основном для применений, требующих хорошей пластичности покрытия (например, детали глубокой вытяжки и предварительно окрашенные листы) и превосходной коррозионной стойкости. Вес (масса) покрытия обычно составляет от 90 до 700 г/кв. м всего с обеих сторон.
• Стальной лист с покрытием из цинко-алюминиево-магниевого (магниевого) сплава методом горячего погружения — стандарт ASTM для этих листов — A1046M. Покрытие представляет собой гальваническое покрытие, содержащее Zn, Al (от 5 % до 11 %) и Mg (от 2 % до 4 %). Это покрытие обеспечивает превосходную коррозионную стойкость во многих агрессивных средах. Покрытие используется в таких областях, как транспорт, инфраструктура, строительство, сельское хозяйство, электроэнергетика и автомобилестроение. Вес (масса) покрытия обычно находится в пределах 60 - 600 г/кв. м всего с обеих сторон.
• Стальной лист с алюминированием методом горячего погружения. Спецификация ASTM для этих листов:A463M. Существует два типа алюминизированных покрытий, а именно (i) тип 1 – алюминий с содержанием Si от 5 % до 11 %, и (ii) тип 2 – покрытие из чистого алюминия. Наиболее распространенной формой является покрытие типа 1; используется для применений, требующих устойчивости к тепловому окислению, таких как детали печей, небольшие приборы, выхлопные системы и т. д. Алюминизированное покрытие является лучшим покрытием на стальном листе для обеспечения устойчивости к тепловому окислению. Его можно наносить на нержавеющую сталь, чтобы обеспечить еще лучшие характеристики при высоких температурах. Покрытие Pure Al Type 2 используется для наружных работ. Коррозионные характеристики этого покрытия основаны на барьерной защите без гальванической защиты в большинстве сред. Барьерная защита от коррозии в этом случае очень хороша, так как Al покрытия образует на поверхности покрытия стабильную пленку оксида алюминия. Вес (масса) покрытия обычно находится в пределах 75-300 г/кв. м всего с обеих сторон для типа 1 и для типа 2 в диапазоне 200-300 г/кв. м всего с обеих сторон.
• Стальной лист с покрытием Terne — стандарт ASTM для этих листов — A308M. Это покрытие представляет собой покрытие из сплава Pb, которое содержит от 3 % до 15 % Sn (олова). Sn добавляется для создания связи между покрытием и сталью. Покрытие хорошо формуется и улучшает поведение при глубокой вытяжке. Кроме того, лист с покрытием легко поддается сварке. Лист с покрытием имеет очень хорошую стойкость к бензину, хотя его использование для топливных баков сокращается (связано с экологическими проблемами, связанными с Pb, и не связано с характеристиками листа с покрытием). Вес (масса) покрытия обычно находится в пределах 75 – 335 г/кв. м всего с обеих сторон.

  Линия нанесения покрытия на металл

  На линии металлического покрытия на стальную основу наносится защитное проверенное сочетание металлов, обеспечивающее эффективную коррозионную стойкость. Линия имеет два накопителя номерной полосы, по одному на входе и выходе линии, что позволяет накапливать стальную полосу в течение короткого периода времени. Эта возможность позволяет линии перейти на новый рулон или удалить готовый рулон, в то время как остальная часть линии продолжает работать с постоянной скоростью. Точность может поддерживаться на каждом этапе процесса, что приводит к однородной поверхности и ровному покрытию. Ниже приведены основные компоненты линии нанесения покрытия на металл.

• Руток поступает со стана холодной прокатки (CRM) на линию нанесения покрытия через одну из двух раздаточных катушек. Хвостовой конец предыдущего рулона и головной конец нового рулона срезаются. Новые концы либо свариваются между собой электрошовным сварочным аппаратом, либо механически соединяются для создания непрерывной полосы стали в технологической части линии.
• Сталь поступает в первый накопитель полосы обычно в виде башни.
• После холодного обжатия в CRM перед отжигом со стали необходимо удалить остаточную пленку смазочного масла, чтобы обеспечить идеальное сцепление металлического покрытия со стальной подложкой. Масляная пленка удаляется в ванне щелочного обезжиривания. После очистки стальную полосу промывают и сушат.
• Полоса холодной стали поступает в печь. Целью печи является однократная окончательная очистка поверхности путем выжигания остатков масляной пленки на поверхности стали горелками с открытым пламенем в зоне предварительного нагрева участка отжига. Вторая цель печи — нагреть сталь для придания ей надлежащих механических свойств.
• Из-за холодной прокатки стали стальная основа демонстрирует сильное деформационное упрочнение и обычно называется полностью твердой сталью. Секция отжига обеспечивает термическую обработку стали для восстановления ее механических свойств и придания стали пригодности для использования по назначению. Во время термической обработки восстановленная микроструктура сильного холода рекристаллизуется.
• Секция отжига разделена на три зоны, а именно (i) предварительного нагрева, (ii) выдержки и (iii) контролируемого охлаждения. Внутри зоны отжига сталь предотвращается от окисления за счет использования газообразной смеси водорода и азота. Все горелки обычно лучистого типа, чтобы избежать прямого контакта пламени с поверхностью стали. Циклы отжига управляются в соответствии с требуемыми конечными механическими свойствами.
• В конце зоны охлаждения температура полосы снижается до уровня, соответствующего температуре расплавленного металла, подлежащего покрытию.
• После того как стальная полоса достигает необходимой температуры, ее погружают в ванну с расплавленным металлом. Когда полоса покидает ванну, она покрывается толстым слоем расплавленного металла. Набор воздушных (или азотных) ножей, расположенных над ванной, регулирует вес покрытия до необходимого уровня. Вес покрытия обычно постоянно контролируется и контролируется автоматическим измерительным оборудованием.
• Стальные полосы с покрытием проходят через градирню, в результате чего полоса с покрытием почти возвращается к комнатной температуре.
• В случае необходимости сталь можно пропустить через мельницу для подготовки поверхности, чтобы создать гладкую поверхность для цветного покрытия.
• Правильное устройство натяжения тянет стальную полосу с металлическим покрытием, проходя через ряд роликов, чтобы обеспечить превосходную плоскостность.
• Стальная полоса с металлическим покрытием, не предназначенная для линии окраски, проходит химическую обработку, обеспечивающую временную защиту от износа покрытия. Эта обработка поверхности выполняется обычным распылением или погружением с последующим отжимом или прямым нанесением с помощью валкового устройства для нанесения покрытий. Последующая обработка представляет собой пассивацию поверхности или нанесение тонкого органического покрытия. В некоторых случаях они могут применяться в разделе выхода.
• Стальная полоса с покрытием поступает в выходной накопитель, ожидая повторной намотки.
• Стальная полоса с покрытием повторно наматывается на натяжную катушку и отправляется на цветное покрытие или упаковку.?

Типичная принципиальная схема линии нанесения покрытия на металл, показывающая основное оборудование, представлена ​​на рис. 2.

<сильный>

Рис. 2. Типичная принципиальная схема линии нанесения покрытия на металл, показывающая основное оборудование

  Приложения

Использование различных сталей с металлическим покрытием стало неотъемлемой частью повседневной жизни людей. Эти стали используются для защиты, укрытия, упаковки и транспортировки, а также удовлетворяют спрос на прочные, долговечные и эстетически привлекательные материалы.

В строительстве сталь с металлическим покрытием уже много лет используется для профилирования, облицовки и кровли, но она также используется для изготовления дверей, лестниц, потолков и т. д.

Изделия из стали с металлическим покрытием имеют очень широкий спектр применения в общей промышленности. Например, мебель, кондиционеры, воздуховоды, баки, тепловые экраны и т. д.

Сектор бытовой техники также является крупным потребителем сталей с металлическим покрытием. Сегодня существует даже тенденция к изготовлению бытовой техники полностью из стали с металлическим покрытием, как бытовой техники (холодильники, стиральные машины, духовки и т. д.), так и бытовой техники (электроника, видео, hi-fi и т. д.).