Galvanisert stål: Materialegenskaper, prosess og bruk

Galvanisert stål spiller en betydelig rolle innen materialvitenskap og engineering på grunn av dets unike sett med egenskaper. Den har et bredt spekter av bruksområder, spesielt innen konstruksjon, husholdning og ulike bilkomponenter. Beskyttelsen av sinkbelegg er det som gjør det unikt fra andre typer stål som til slutt favoriserer det i forlenget levetid. I denne artikkelen vil du kunne utforske materialets egenskaper, produksjonsprosess og dets store bruk i industrien. Så, uavhengig av din utdanningsbakgrunn, gjør deg klar til å utstyre kunnskap om dette allsidige materialet.

Figur 1: Galvanisert stål

Hva er galvanisert stål?

En type stål som består av sinkbelegg gjennom en kjent prosess for galvanisering. Det respektive belegget er utført ved metallurgisk binding av sink og stål med det eneste formål å øke dets egenskaper som korrosjonsbestandighet og holdbarhet. Derfor gjør dette beskyttende laget det i stand til å motstå aggressivt miljø. Dessuten øker det levetiden til stål, noe som gjør det holdbart og kostnadseffektivt [3] [4].

Figur 2: Galvanisert stålplate

Hvorfor er galvanisert stål viktig?

Denne ståltypen har sin betydning på grunn av sin eksepsjonelle korrosjonsbestandighet og lange levetid. Det beskyttende belegget av sink fungerer som en blokkade som hindrer oksygen og luft fra direkte kontakt med stål, og til slutt minimerer sjansene for nedbrytning og rust. Denne evnen til å tåle ulike miljøforhold gjør dette materialet til et perfekt valg for industrifolk å bruke det i applikasjoner som konstruksjon og infrastruktur. I tillegg til dette krever det lite vedlikehold, noe som gjør det til et kostnadseffektivt valg.

Hva brukes galvanisert stål til?

Dette sinkbeskyttede stålet har en rekke bruksområder på grunn av dets unike sett med egenskaper. Noen av dem er listet opp nedenfor:

Anlegg

• Strukturelle bjelker
• taktekking
• Muring

Biler

• Bilkarosseri og deler

Infrastruktur

• broer,
• Rekkverk
• Lysstolper

Husholdningsprodukter

• Vaskemaskiner
• kjøleskap

Såing av bønnene

• Gjerder
• Siloer

Figur 3: Bruksområder for galvanisert stål

Fordeler og ulemper med galvanisert stålmateriale

Nedenfor er noen av fordelene og ulempene med galvanisert stål:

Figur 4: Fordeler og ulemper med galvanisert stål

Hvordan er galvanisert stål laget

Dette stålet er laget gjennom en galvaniseringsprosess der nedsenking av stål gjøres i smeltet sink. Nedenfor er en kort beskrivelse av galvaniseringsstål:

Galvaniseringsprosessen

Den mest fremtredende galvaniseringsprosessen som sikrer god korrosjonsbestandighet er varmgalvanisering som består av flere trinn som diskuteres som følger:

Overflate forberedelser

Først gjennomgår stålet overflatebehandling før det sinkbelegges. Det kan gjøres i tre trinn som er beskrevet under:

• Avfetting og rengjøring:Smuss, olje og andre typer forurensninger fjernes ved å bruke alkalisk løsning for å sikre fri for sinkbelegg.
• Sylting:når det er rengjort, er stålet nedsenket i enten svovelsyre eller saltsyre som ytterligere fjerner oksid eller rust på ståloverflaten.
• Fluxing:Deretter senkes stålet ned i en flussløsning som består av sinkammoniumklorid som fører til å danne et beskyttende lag som forhindrer oksidasjon før galvanisering. Denne prosessen bidrar også til å øke vedheftsevnen til sinkbelegg med stål.

Varmgalvanisering

Prosessen inkluderer å dyppe det rene stålet i et smeltet sinkbad, vanligvis holdt ved en temperatur på 450°C. Prosessen inkluderer følgende trinn:

• Nedsenking av stål i et smeltet sinkbad:Denne nedsenkingen fører til reaksjonen mellom sink og stål som resulterer i dannelsen av sinklegeringslag som sikrer at stålet er fullstendig belagt med sink.
• Dannelse av sink-jernlegeringslag:Denne dannelsen finner sted under nedsenking og gir en sterk binding og øker korrosjonsmotstanden. Vanlige lag som dannes under nedsenking er gamma, delta sammen med zetafase som forbedrer den generelle holdbarheten.
• Kontrollere sinkbeleggtykkelse:Dette kan kontrolleres ved å justere visse parametere, inkludert nedsenkingstid, temperatur på badet og hastigheten som stålet trekkes ut av badekaret med.

Etterbehandling

Når stålet er galvanisert, gjennomgår det følgende stadier for etterbehandling:

• Avkjøling og størkning av sinkbelegget:Det sinkbelagte stålet får avkjøles i luft eller gjennom en viss kjøleprosess når det tas ut av sinkbadet.
• Inspeksjon for defekter og beleggens enhetlighet:Visuell inspeksjon utføres for å kontrollere eventuelle beleggsfeil. Dessuten vurderes tykkelsen og jevnheten også via spesialiserte instrumenter.
• Anvendelse av tilleggsbehandlinger:i henhold til kravet til søknaden, kan ytterligere prosess gjøres for å galvanisere stål. For forbedret vedheft og overflatehardhet utføres galvannealing. I tillegg til dette kan sinkfosfatbelegg gjøres for økt korrosjonsbestandighet.

Figur 5: Trinnvis prosess for galvanisering av stål 

Materialegenskaper for galvanisert stål

Galvanisert stål har et unikt sett med egenskaper som er utdypet nedenfor:

Korrosjon Resistance

Dette stålet har utmerket korrosjonsbestandighet på grunn av sinkbelegg som fungerer som en offerbarriere. Fenomenene bak denne oppofrende oppførselen og beskyttelsen av stål mot rust er diskutert nedenfor:

Sinklaget som en offerbarriere

Sinklaget av galvanisert stål fungerer som en offerbarriere som til slutt gir motstand mot korrosjon under aggressive miljøforhold. Sink er sterkt tiltrukket av oksygen og fuktighet i miljøet sammenlignet med stål, derfor korroderer sink først samtidig som den beskytter stålkomponenten. Denne handlingen av offer forlenger levetiden til stål.

Hvordan sink beskytter stål mot rust

Dannelsen av sinkoksid og sinkhydroksid finner sted når sinken gjennomgår korrosjon. Denne dannelsen av oksider utvikler et passivt lag over overflaten av stålkomponenten og gir fysisk barriere mot oksygen og fuktighet fra å komme i direkte kontakt med stålkomponenten. I noen tilfeller, hvis dette belegget er skadet, gir restene av sink fortsatt beskyttelse til stål gjennom offerhandling.

Den elektrokjemiske prosessen med sinkkorrosjon

Dette. Den elektrokjemiske prosessen fører til korrosjon av sink på en slik måte at sinkbelegget fungerer som en anode mens stålkomponenten fungerer som katode. Elektrolytten i dette tilfellet er oksygen eller fuktighet som hjelper til med elektronstrømmen. Som et resultat av denne oksidasjon finner sted ved sink mens reduksjon ved katode som til slutt fører til prosess som forhindrer dannelse av rust på stålkomponenten.

Faktorer som påvirker korrosjonsbestandighet

Viktige faktorer som påvirker motstanden mot korrosjon er:

Tykkelsen på sinkbelegget

Tykkelsen på sinkbelegget har sterk innflytelse på korrosjonsbestandigheten. Belegg som har tilstrekkelig tykkelse gir større motstand mot korrosjon sammenlignet med tynne belegg.

Type sinkbelegg (galvanisert vs. galvanisert)

Galvanisert belegg gir større overlegen motstand sammenlignet med elektropletterte belegg fordi det består av et tykkere lag og har evnen til å motstå aggressive forhold. På den annen side er elektropletterte belegg egnet for milde miljøforhold.

Miljøforhold (fuktighet, temperatur, forurensninger)

Naturen til miljøet som stålkomponenten skal tåle har stor innflytelse på dens evne til å motstå korrosjon. Aggressive forhold som involverer fuktighet, forhøyet temperatur og andre forurensninger kan fremskynde korrosjon.

Kjemisk sammensetning av galvanisert stål

Nedenfor er den kjemiske sammensetningen av galvanisert stål:

Tabell 1: Kjemisk sammensetning av galvanisert stål

Galvanisert stål mekaniske egenskaper

Nedenfor er de mekaniske egenskapene kort beskrevet til galvanisert stål [21] [22] [23]:

Tetthet av galvanisert stål

Galvanisert stål har en tetthet som ligger mellom 7.85 og 8.15 g/cm³.

Holdbarhet

Den har eksepsjonell holdbarhet på grunn av faktorer nevnt nedenfor:

Motstand mot tøffe miljøer

Dens motstand mot aggressive miljøforhold som inkluderer forurensninger, fuktighet og omvendt på grunn av sinkbeleggets ofrende handling.

Beskyttelse mot forvitring og UV-stråling

Belegget av sink gir god beskyttelse mot UV-stråling samt forvitring som øker levetiden til stålkomponenter.

Tåler ekstreme temperaturer

Den tåler ekstreme temperaturer uten å forårsake noen form for degradering i materialkomponenten.

Ugjennomtrengelighet for fuktighet og kjemikalier

Evnen til galvanisert stål til å tåle aggressive forhold på grunn av det beskyttende belegget gjør dem i stand nok til høye krav.

Styrke

Galvanisert stål opprettholder stålets naturlige styrke samtidig som det øker flere mekaniske egenskaper:

Strekkstyrke og flytestyrke

• Galvanisert stål holder fast på sin høye strekkfasthet samt flytegrense, som er avgjørende for strukturelle komponenter.

Duktilitet og slagfasthet

• Den viser kompetent duktilitet sammen med slagfasthet som gjør at den tåler brå støt uten å gå i stykker.

Hardhet og slitestyrke

• Sinkbelegget forbedrer overflatehardheten og slitestyrken til dette stålet, og tvinger det til å være egnet nok for bruksområder som krever slitestyrke.

Elastisitetsmodul

Dette materialet har en elastisitetsmodul på omtrent 200 GPa som viser dets evne til å motstå belastning uten å deformere plastisk.

Bulkmodul

Galvanisert stål består av en bulkmodul på 160 GPa.

Poissons forhold

Tilsvarende er giftforholdet for galvanisert stål 0.3.

Skjærmodul

Det sinkbelagte stålet har en skjærmodul på 80 GPa som viser dets evne til å motstå skjærkrefter.

Sammendrag av mekaniske egenskaper Tabell av galvanisert stål

Tabell 2: Mekaniske egenskaper for galvanisert stål

Formbarhet

Galvanisert kan ha forskjellige former uten å forhandle dets mekaniske egenskaper:

Kaldformingsprosesser

Den kan gjennomgå flere kaldformingsprosesser, inkludert bøying, rulling og stempling, som viser dens tendens til å oppnå forskjellige former og er lett tilgjengelig for en rekke bruksområder uten at det går på bekostning av dens strukturelle integritet.

Fremstillingsteknikker

Dette sinkbelagte stålet kan gjennomgå ulike fabrikasjonsteknikker som sveising, skjæring og boring avhengig av bruksbehovet. Imidlertid bør det utvises forsiktighet mens du utfører en hvilken som helst teknikk for å unngå å forårsake skade på sinkbelegg.

Bearbeidingskapasiteter

Dette materialet har evnen til å bearbeide, noe som til slutt lar industrimannen utføre ulike operasjoner som dreiing, boring eller fresing i henhold til behovet og kravet til applikasjonen.

Galvanisert stål finish

Galvanisert stål får en god overflatefinish. De viktigste overflateegenskapene den har er nevnt nedenfor:

Overflateegenskaper

• Har god glatthet som gjør stålkomponenten tiltalende med tanke på estetisk utseende.
• Belegget av sink fremmer eksepsjonell vedheft av belegg og maling med langvarig sikkerhet.
• Har god trykkbarhet som gjør dem fleksible nok i forhold til etterbehandling av ulike arkitektoniske applikasjoner.

Kostnadseffektivitet

Galvanisert stål har en høyere startkostnad på grunn av prosessen med å påføre sinkbelegg på stål. Derfor er det kostbart sammenlignet med forskjellige andre materialer, men hvis vi er bekymret for langsiktig sparing, er dette materialet mye mer fordelaktig ettersom det krever lite vedlikehold, tåler aggressivt miljø og omvendt.

Alternativer til galvanisert stål

Hvis vi er bekymret for et alternativ til galvanisert stål, bør du vurdere faktorer som kostnad, miljøforhold det kan tåle, mekaniske egenskaper og omvendt. Følgende er imidlertid de beste alternative materialene å vurdere:

• Rustfritt stål
• Aluminum
• Belagt karbonstål
• Plast
• kompositter

Fordeler med galvanisert stål CNC maskineringsdeler i produksjon

CNC-maskinering er en av de nyeste teknologiene for å bearbeide et bestemt materiale til en viss form eller størrelse avhengig av applikasjonens natur og etterspørsel. Forskjellen mellom tradisjonell og CNC-bearbeiding ligger når det gjelder nøyaktighet og presisjon. Som alle andre materialer har galvanisert stål god evne til å bli CNC-maskinert på grunn av sin formingsevne uten at det går på bekostning av dets mekaniske egenskaper. Det er mange fordeler med galvanisert stål CNC maskineringsdeler i produksjon. Noen av dem er nevnt i figuren nedenfor:

Figur 6: Fordeler med galvanisert stål CNC maskineringsdeler

Konklusjon

Avslutningsvis er galvanisert stål et av de mest allsidige materialene som er allment akseptabelt for en rekke bruksområder, enten du velger det for produksjon, konstruksjon eller annen sektor. Dessuten gjør sinkbelegget eller vi bør si det beskyttende belegget som gir stålet en enorm mengde beskyttelse mot aggressive forhold det til et populært valg blant bruksområdene som krever motstand mot sterkt korrosive miljøer. Til slutt gjør maskineringsegenskapene dette materialet til en god kandidat der det kreves høy presisjon og nøyaktighet blant stålkomponentene. Derfor gjør dette materialet til et verdifullt bidrag i produksjonspraksis.