涂镀钢铁选用与设计
热轧钢,冷轧钢,铸钢,锻钢,铸铁等钢铁材料大多都能用热镀锌方法进行。高强度结构钢制成的热镀锌产品,但是,能获得优良镀层的钢结构材料的主要化量低于0.03%或在0。15%~0.25%之间。显然,并非所有的普通碳素结构钢和低合金高强度结构钢都符合这一成分范围。在热镀锌的过程中,钢铁材料中的铁与锌发生反应,生成一系列的铁锌合金层、镀层表面覆盖一层纯锌层。正常的热镀锌层中,铁锌合金层约占镀层总厚度的50%~70%。钢中的一些元素能显著影响热镀锌过程中铁锌之间的反应过程,改变镀层的组织结构以及镀层外观,例如,钢中含有一定量的硅,磷元素能导致几乎整个镀层生成铁锌合金层。主要由铁锌合金层构成的镀层,其黏附性要比典型的正常镀层差;缺少纯锌层的镀层会呈现不光滑的灰色外观。铸件的表面状况对热镀锌质量影响很大,表面质量好的铸件通常都能成功地。进行热镀锌。如果铸件表面黏结有砂粒和夹杂物,则很难在常规酸洗液中去除,会大大降低热镀锌品质。用喷丸,喷砂的方法清理铸件表面,不但可以除锈,而且能有效地除去铸件表面的铸造黏砂和夹杂物。铸件喷砂清理后再正常进行酸洗等热镀锌其他工序,由于大多数热镀锌厂没有喷砂除锈设备,喷砂清理通常在铸造厂进行。设计热镀锌铸件时应遵循以下规则:采用较大半径的铸造圆角,尽量避免尖锐的结构和深凹的缝槽,以利于铸件喷砂除锈清理;铸件壁厚要尽量统一,防止铸件在浸锌加热和镀后冷却过程中产生过量变形甚至开裂。热镀锌镀层通常要比电镀,化学镀,机械镀等方法获得的镀层厚,镀层的耐腐蚀寿命也比较长。但过厚的镀层在热应力,剧烈冲击等作用下容易剥落。实践中镀层厚度符合相应标准要求即可,不宜片面追求超厚镀层。
常规的溶剂涂装系统一酯树脂(PE) :聚酯树脂面漆(Regular Polyester,简称PE),是一种常规面漆系统,此类树脂不受脂肪油酸影响,于特征上表现比较优越。涂层有良好的柔韧性、附着性和加工性。但PE涂料对耐阳光性和涂膜粉化性并不理想,因此PE涂料的使用仍需受到若干限制,一般用于空气污染不严重的地区,在工业环境或污染严重的地区,其使用寿命相对降低。一般使用年限八至十年。目前市场上使用较多的彩涂板,包括宝钢板、武钢板及大部份、韩国进口板,都属于PE涂层。
较的溶剂涂装系统一强化砂化聚酯树脂(P) :强化砂化疑酯树脂面漆(Silicone Modified Polyester ,简称P) ,是从聚酯树脂(PE)改良而来。由于聚酯对脂(PE)含有活性基-OH/-COOH,极易和其它高化合物反应,所以为改良PE的耐阳光性与粉化性,将它同色泽保持性与耐热性都非常好的Silicone树脂作变性反应,而合成强化砂化聚酯树脂(P) , P可提供钢板更好的持久性及更佳的室外耐候性,并可延长其防蚀年限。P树脂涂料系统在户外常规气候及有迪当雨量洗涤的情况下,可在十至十五年内,漆层不产生裂痕、剥落或松脱。
的溶剂涂装系统一聚二氟乙烯树脂(PVDF) :二氟乙烯树脂涂料系统(Poly-vinylidene Fluoride,简称PVDF或PVF2) ,是目前世界上溶剂涂装系统中的系统,也是建筑工业用彩涂板涂料中级的产品。由于PVDF化学键与化学键之间有很强的键结力,因此涂料具有非常好的防蚀性及色泽保持性,其耐候性 (光泽保持性、耐粉化性、颜色耐久性)也是所有涂料系统中出类拔萃的。PVD F量大,且为直键型结构,因此除耐化学品性外,在机械性能、耐紫外线及耐热性能方面也极优。聚二氟乙烯树脂涂料系统在美国体系,称为Kynar 500;在澳洲体系,则应用在XSE系统中。聚二氟乙烯树脂涂料系统在户外常规气候及有适当雨量洗涤的情况下,可在三十至三十五年内,漆层不产生裂痕、剥落或松脱。
热镀锌钢结构件的力学性能
热镀锌过程一般不会使低碳结构钢的力学性能发生大的变化。在国际铅锌研究组织的赞助下,英国BNF金属技术中心曾对世界上主要工业国家的19种钢结构件热镀锌前后的力学性能进行了研究,研究的钢种大致相当于我国标准CB/T700-1988《普通碳素结构钢》和GB/T1591-1994《低合金高强度结构钢》中所列的一些钢种。BNF的研究报告《结构钢及其焊件的热浸镀锌》中得出结论:“热镀锌过程不会影响任何一种被研究的结构钢的拉伸、弯曲和冲击性能。”值得注意的是,很多钢结构中的部件是用冷轧钢或通过冷作加工方法来制造的。冷变形能增加钢结构件在热镀锌后出现应变时效脆性的可能。一些应用情况也已,过度的冷作加工会导致热镀锌钢结构件出现应变时效脆性。室温时应变时效进行得相对较慢,而在热镀锌的加热过程中却进行得很快。任何形式的冷变形都会降低结构钢的塑性。冲孔、开槽、剪切、剧烈弯曲等冷加工操作,都可能导致应变时效敏感的钢产生脆性。设计热镀锌钢结构件时,应尽量避免采用剧烈的冷作变形,以防止钢结构件热镀锌后出现应变时效脆性。还有一些钢铁材料,随着工作环境温度的降低,其脆性会明显增加。而热镀锌会提高韧脆转变温度,在严寒气候条件下使用热镀锌钢结构件时要注意采取下列一些措施可防范或减少这些脆性的发生。
1选择碳含量低于0.25%的钢。
2选择韧-脆转变温度低的钢。以保证钢结构件热镀锌后的韧-脆转变温度仍低于镀件的使用温度,即在使用温度下材料仍处于韧性状态。
3)选择应变时效脆性敏感性小的铝钢。@碳含量在0.1%~0.25%之间的钢结构件弯曲时,弯曲半径至少是截面厚度的三倍;如果弯曲半径不得不小于截面厚度的三倍,则弯曲后应该在600℃进行去应力退火,退火保温时间根据截面厚度按0.4h/cm计算。。剪切或冲孔会使切口或孔缘产生严重的冷变形区,还可能会产生撕裂缺口,因此热镀锌钢结构件应尽量避免此类操作。特别是对于厚截面的材料,好选火焰切割或锯切。材料的厚度超过20mm时,应该用钻孔,不用冲孔;如果采用冲孔,w明项度为一工分:,在中题具)年,产,展这品的高合理,会产生大的冷变形区。当材料的厚度小于6mm时,冲孔后热镀锌前不必消除应力。制作一些重要场合下应用的构件时,建议在650℃以上的温度进行热变形成形。在ASTMA143《防止热镀锌结构钢产品变脆的实践及脆性检测方法》标准中,对冷作加工和消除应力工序提供了一些意见,值得借鉴。产品批量生产之前,好对一定量的冷作成形工件试样进行热镀锌和测试,以评判钢结构件产生应变时效脆性的倾向和程度。
氢脆
氢脆是一种通常发生在高强度钢中的脆化现象。钢在酸洗过程中会吸收氢原子,被吸收的氢原子在钢内(钢的晶界、位错等地方)逐步聚集到一起时,就会产生氢脆。在镀锌温度下,氢会从钢中逸出,而使氢脆很少发生,尽管如此,还是应采取防范措施去避免它。对于高强度钢(特别是抗拉强度超过1050MPa的1钢)结构件,建议用喷砂代替酸洗除锈,以避免吸入氢原子。
钢结构件的尺寸与质量
热镀锌构件的大尺寸受锌锅尺寸的限制。当钢结构件太大不能整体进入镀锌锅而有超过一半长度能浸入时,可以将构件分两段先后进行热镀锌。在大型热镀锌钢结构件设计时,工件的质量有时也要考虑。如钢结构件的质量超过镀锌厂的起重设备的起吊能力,则应考虑改变设计或与镀锌厂商讨解决起重设备能力不足的问题。
实际应用中的产品举例说明如下:
基板选用:AZ(镀铝锌量g/m2;) G345A度 镀铝锌钢板(55%铝、43%锌与1.6%硅)
耐蚀数据:5%NaCL 35℃,1000Hrs,Field良好,Scribe No Blister 2mm以下
Q.U.V时:2000hrs,色差X.2,光保持率90%以上
以上数据表明,宝钢镀铝锌彩钢卷(AZ,G345A,PVDF)非常适用于极端环境下的建筑或其他设施,耐蚀和耐气候性,且此种钢板各大钢厂均可保证20年以上的使用寿命。另外度钢板在国外已普遍使用,具有较好的经济性,也是国内的发展趋势。
以上可以看出镀铝锌70克单面镀层厚度大于镀锌100克,且铝锌合金结构,提供了更好的耐久性。另外,在优越的耐久性前提,同等重量的情况下,1吨宝钢镀铝锌彩钢卷的长度要大于镀锌彩涂板的长度,从而具备更好的经济性。
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