Какие типы сталей подвергают горячему цинкованию

Какие типы сталей подвергают горячему цинкованию

11 января 2021

Один из основных недостатков железоуглеродистых сплавов (сталей и чугунов) – высокая склонность чистого железа к коррозии в атмосфере, влажной среде и при контакте с агрессивными веществами. Образующаяся при окислении на поверхности железа плёнка оксидов и гидроксидов имеет низкую плотность и не защищает металл от дальнейшей реакции с внешней средой.

Коррозия приводит к преждевременному выходу изделий из строя и служит ограничивающим фактором при расчете срока службы конструкций. Это особенно актуально для металлоконструкций зданий, срок эксплуатации которых составляет десятки лет, и для деталей, контактирующих с агрессивными веществами, подвергающихся постоянным растягивающим поверхность напряжениям, работающих при повышенной температуре.

Разновидности сталей

Сталь – важнейший материал промышленности. Этот металл занимает первое место в мире по объему производства и применяется практически во всех областях техники.

Стали принято классифицировать по применению, химическому составу, количеству вредных примесей и другим параметрам. Наиболее широко распространённая группа сталей – углеродистые. В состав сталей этого класса входит железо, углерод, некоторое количество вредных примесей (сера, фосфор, газы) и полезные постоянные примеси в небольшой концентрации. Такие элементы, как марганец и кремний, вводятся в углеродистые стали при выплавке для раскисления (снижения концентрации вредных примесей оксидов и сульфидов железа, которые ухудшают механические и технологические свойства сплава).

Стали обыкновенного качества

Наиболее широко применяемый промышленный материал. В зависимости от марки для данных сталей производитель гарантирует механические свойства (группа А – АСт1, АСт3 и т.д.), химический состав (группа Б) или оба параметра одновременно (группа В). Области применения:

  • Группа А – для изделий, не подвергающихся высокотемпературной обработке (ковка, сварка). Материал в процессе эксплуатации имеет те механические свойства, которые получил на выходе из прокатного цеха металлургического комбината;
  • Группа Б – для изделий, обрабатываемых давлением в горячем состоянии (ковка, горячая штамповка, волочение, прокатка). Гарантируемый химический состав в этом случае определяет свойства изделий после обработки;
  • Группа В – для сварных конструкций. Химический состав определяет свойства стали в зоне сварки и термического влияния. Механические свойства той части изделия, которая не подвергается нагреву у потребителя, сохраняются в состоянии поставки.

Из сталей обыкновенного качества изготавливают крепежные изделия, метизы низких классов прочности. Также они широко применяются в строительстве для сварных, резьбовых, клёпанных конструкций.

Качественные стали

Для деталей машин, инструментов и других ответственных конструкций используются марки стали, от которых требуется комплекс высоких механических свойств. К таким сталям относятся конструкционные, инструментальные, жаростойкие, жаропрочные, коррозионностойкие, износостойкие и другие марки сталей.

Конструкционные стали классифицируют по содержанию углерода. Низкоуглеродистые стали (C < 0,25 %) отличаются высокой вязкостью и пластичностью в отожжённом состоянии, поэтому их применяют для изготовления деталей методом интенсивной пластической деформации (например, холодная листовая штамповка). Также из них изготавливают детали машин, которые подвергаются химико-термической обработке поверхности (цементация, азотирование). После такого вида обработки детали сохраняют вязкость сердцевины при высокой прочности и износостойкости поверхности. Из этих марок сталей изготавливают сварные и бесшовные трубы. Для повышения прочности в низкоуглеродистые стали добавляют хром, никель, марганец, ванадий и другие легирующие элементы в небольшой концентрации.

Среднеуглеродистые (улучшаемые) стали с концентрацией углерода 0,3 – 0,4 % чаще всего подвергаются закалке и высокому отпуску. Такой режим термической обработки называют улучшением, так как обеспечивает сочетание высокой прочности и конструкционной надёжности данных сталей. Введение небольшого количества легирующих элементов повышают прокаливаемость среднеуглеродистых сталей. Из улучшаемых сталей изготавливают разнообразные детали машин и станков, высокопрочные крепежные изделия, бесшовные трубы.

Высокоуглеродистые стали (0,5 – 0,7 % С) отличаются высокой упругостью и применяются в производстве пружин, рессор и подобных деталей. Шарикоподшипниковые стали должны иметь высокую прочность, твёрдость и сопротивление износу, поэтому в их составе большое количество углерода (около 1 %) и хром.

Инструментальные стали применяются в производстве режущих инструментов (резцы, свёрла, фрезы, пилы), штампов, кузнечного оборудования. В завивимости от назначения в их состав входит от 0,3 до 1,2 % углерода, также часто производится добавка легирующих элементов, обеспечивающих твёрдость, изностостойкость и сохранение свойств при нагреве в процессе работы (хром, вольфрам, молибден).

Коррозионностойкие (нержавеющие) стали отличаются высокой стойкостью к окислению в различных средах. Основной легирующий элемент, повышающий коррозионную стойкость сталей – хром. При содержании этого элемента более 13 % сталь приобретает положительный потенциал и не окисляется в воде, воздухе и агрессивных веществах. Добавление никеля комплексно улучшает свойства таких сталей.

К жаростойким сталям предъявляются требования высокой коррозионной стойкости при нагреве. Данные сплавы легированы большим количеством хрома (> 13%), никеля. Жаропрочные стали сохраняют прочность при высоких температурах и содержат легирующие элементы в высокой концентрации.

Стали, подвергающиеся горячему цинкованию

Горячее цинкование – действенный и простой способ защиты стальных изделий от окисления в различных средах. Он применяется для изделий, которые экономически и технологически нецелесообразно изготавливать из дорогостоящих коррозионностойких сталей. Чаще всего, горячему цинкованию подвергаются детали и конструкции из низко- и среднеуглеродистых нелегированных сталей.

С повышением содержания углерода возрастает гетерогенность структуры стали, при этом ускоряется процесс её взаимодействия с расплавом цинка. Так, на высокоуглеродистых сталях образуется цинковое покрытие чрезмерной толщины, что негативно сказывается на его адгезионной прочности и ведёт к перерасходу сырья. Так как в современной промышленности ставится цель получения прочного цинкового покрытия с минимальной толщиной, высокоуглеродистые стали не подвергают данному методу обработки.

Для горячего цинкования не используют высоколегированные стали, так как входящие в их состав химические элементы могут не лучшим образом сказаться на толщине, свойствах и строении цинкового покрытия, в результате сложных химических реакций и фазовых превращений, происходящих на границе стали и расплава цинка.