亜鉛メッキ鋼とステンレス鋼: 適切な金属を選択します

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1. 導入

亜鉛メッキ鋼とステンレス鋼 現代産業全体で最も広く使用されている腐食耐性金属の2つです.

橋や高層ビルからキッチン機器や化学タンクまで, これらの材料は、耐久性を確保する上で中心的な役割を果たします, 安全性, そして、厳しい環境における美的完全性.

基礎となる金属を腐食から保護するために、彼らの共通の目標.

しかし, 彼らの 化学組成, 保護メカニズム, 機械的特性, そして コスト構造 大きく異なります.

これらの違いは、建設に適した材料を選択するときに重要になります, 製造, またはインフラストラクチャプロジェクト.

2. 亜鉛メッキ鋼とは何ですか

構成

亜鉛めった鋼は主に基本炭素鋼で構成されています, 通常、主な要素として鉄が含まれています, 少量の炭素とともに (通常はより少ない 2%).

マンガンなどの他の微量元素, シリコン, 硫黄, リンは炭素鋼ベースにも存在する可能性があります.

亜鉛メッキ鋼の決定的な特徴はです亜鉛コーティングその表面に適用されます. 亜鉛のコーティングは、亜鉛めっきプロセスと用途の要件に応じて厚さの範囲にあります.

製造プロセス

ホットディップの亜鉛メッキ:

これは、亜鉛メッキの最も一般的な方法です. このプロセスで, 炭素鋼は最初に徹底的に洗浄され、汚れを除去します, 油, と錆.

その後、約450°Cで溶融亜鉛のお風呂に浸されます.

この高温で, 一連の化学反応が発生します, 鋼の表面に亜鉛鉄合金の複数の層を形成する, 純粋な亜鉛の層をトッピングします.
コーティングの厚さは異なる場合があります, しかし、構造用途向け, それはしばしば範囲からです 85-100 マイクロメートル. ホットディップ亜鉛めっき鋼は、優れた長期腐食保護を提供します.

電気ガルバニング:

電気めっきとも呼ばれます, 亜鉛イオンを含む溶液に電流を渡すことが含まれます.
スチールコンポーネントはカソードとして機能します, 亜鉛陽極が溶液に配置されている間.
現在の流れとして, 亜鉛イオンは鋼の表面に堆積します, 薄くて均一なコーティングを作成します, 通常 5-15 厚さのマイクロメートル.
エレクトロガルバン鋼は、ホットディップ亜鉛めっき鋼と比較してより滑らかな表面仕上げを提供しますが、薄いコーティングにより耐食性が低くなります.

亜鉛の犠牲的陽極挙動による保護

亜鉛メッキ鋼の腐食保護は、亜鉛の犠牲的な陽極挙動に基づいています. 亜鉛は、鉄よりも電気化学的に活性です.

亜鉛メッキ鋼が電解質にさらされるとき, 空気や水中の水分など, 亜鉛コーティングは、下にある鋼の上で優先的に腐食します.

亜鉛が腐食するように, 酸化亜鉛と水酸化亜鉛の層を形成します, 物理的な障壁として機能します, 鋼をさらに保護します.

この犠牲的な行動は、亜鉛コーティングが完全に消費されるまで続きます.

亜鉛メッキ鋼の一般的なグレード

亜鉛メッキ鋼はさまざまなもので利用できます成績ベーススチールの特性と亜鉛のコーティングの厚さに応じて. 最も頻繁に使用されるものには含まれます:

学年	標準	コーティング方法	キープロパティ	典型的なアプリケーション
G90	ASTM A653	ホットディップ亜鉛めっき	0.90 oz/ft²亜鉛 (合計76μm); 良好な外部腐食保護	屋根付き, HVACダクト, メンバーのフレーミング
G60	ASTM A653	ホットディップ亜鉛めっき	0.60 oz/ft²亜鉛 (合計51μm); 中程度の腐食抵抗	自動車コンポーネント, 屋内フレーミング
Z275	で 10346	ホットディップ亜鉛めっき	275 g/m²亜鉛 (〜20μm/側); ヨーロッパで広く使用されています	クラッディング, 構造プロファイル, ガードレール
例えば	ASTM A879 / 彼はG3313	エレクトロガルバン化	5–25μmコーティング; 滑らかな仕上げ, 限られた屋外の耐久性	車体, アプライアンス, 光エンクロージャー

注記: 「G」指定 (例えば。, G90) 1平方フィートあたりの亜鉛コーティング重量を指します, 「Z」指定 (例えば。, Z275) 平方メートルあたりのグラムを示します.
コーティングの厚さは、腐食抵抗とコストに直接影響します.

3. ステンレス鋼とは何ですか?

ステンレス鋼 腐食に対する例外的な抵抗で知られている鉄ベースの合金です, 高強度, および汎用性.

亜鉛メッキ鋼とは異なり, これは、外部亜鉛コーティングに依存します, ステンレス鋼は、その内部合金要素からその腐食抵抗を導き出します, 最も注目に値します クロム (cr).

酸素にさらされた場合, クロムは、自己修復保護バリアとして機能する表面に受動的な酸化物膜を形成します.

コア構成

ステンレス鋼には少なくとも含まれている必要があります 10.5% クロム,

多くのグレードには、などの要素も組み込まれています ニッケル (で), モリブデン (MO), マンガン (Mn), シリコン (そして), そして 炭素 (c) 機械を強化するため, サーマル, 腐食耐性特性.

これは、広く使用されているものの典型的な構成です タイプ 304 ステンレス鋼:

要素	典型的なコンテンツ (wt％)	関数
鉄 (fe)	バランス	構造ベース材料
クロム (cr)	18.0–20.0％	腐食抵抗のためのパッシブフィルムを形成します
ニッケル (で)	8.0–10.5％	酸性環境に対する延性と耐性を高めます
炭素 (c)	≤ 0.08%	強度を改善します (炭化物の形成を防ぐために制限されています)
マンガン (Mn), シリコン (そして)	≤ 2.0%, ≤ 1.0%	脱酸化剤, 靭性と強さを改善します

などの他のグレード 316 ステンレス鋼, 2〜3％を含める モリブデン, 塩化物と過酷な化学物質に対する耐性をさらに高める.

ステンレス鋼製造プロセス

ステンレス鋼の生産は、高温冶金変換を含むマルチステッププロセスです, 精密形成, および表面処理. 以下は概要です:

融解と合金

鉄鉱石などの原材料, スクラップスチール, クロム, ニッケルは一緒に溶けます 電気弧炉 (EAF) または 基本的な酸素炉.

一度溶けます, 望ましい合金組成を実現するために、正確な化学的調整が行われます.

鋳造

溶融合金はですキャストなどの半仕上げのフォームに スラブ, ビレット, または花. これらは、最終用途の要件に応じてさらに処理されます.

暑くて冷たいローリング

ホットローリング 厚さを減らし、穀物構造を改良するために、再結晶温度を超えて実行されます.
コールドローリング 改善するために室温で行われます 表面仕上げ, 機械的強度, そして 寸法精度.

形成と製造

ステンレス鋼は、スタンピングを介して形作ることができます, 描画, 曲げ, または押し出し. さまざまなグレードがさまざまなレベルの形成性を提供します--304は優れた延性で知られています, その間 430 より厳格です.

表面仕上げ

のような仕上げ 2b (コールドロール, マット), いいえ. 4 (ブラシ), そして いいえ. 8 (鏡) 美的要件または機能的要件に応じて適用されます.

などの追加プロセス 危険性 汚染物質を除去し、酸化クロム層を強化するためにも使用できます.

結晶構造による分類

ステンレス鋼は広く分類されています:

オーステナイト (例えば。, 304, 316): 非磁性, 高い腐食抵抗, 優れた形成性
フェライト (例えば。, 430): 磁気, 中程度の腐食抵抗, 良好な熱伝導率
マルテンサイト (例えば。, 410): 熱処理により硬化性があります, 低腐食抵抗
二重 (例えば。, 2205): オーステナイトとフェライトの特徴を組み合わせます, 優れた強度と塩化物耐性

4. 亜鉛メッキ鋼とステンレス鋼の耐食性

腐食抵抗は、亜鉛メッキ鋼とステンレス鋼の両方にとって決定的な特性です, しかし、彼らは根本的に異なるメカニズムを通じてそれを達成し、さまざまな環境条件下で異なるパフォーマンスプロファイルを示します.

腐食保護のメカニズム

材料	腐食保護メカニズム
亜鉛メッキ鋼	犠牲的な陽極保護: 亜鉛コーティングは、基礎となる鋼を保護するために優先的に腐食します.
ステンレス鋼	受動的保護: クロムはstable舎を形成します, さらなる酸化を防ぐ自己修復酸化膜.

さまざまな環境でのパフォーマンス

大気条件

都会的な & 田舎:
どちらの材料も、低汚染地域で適切に機能します. しかし, 時間とともに, 亜鉛メッキコーティングが劣化します 風化のため, 特に湿気とco₂にさらされる場合.
工業用雰囲気:
ステンレス鋼, 特に 316 学年, 高レベルのso₂を持つ環境で優れています, nox, その他の酸性汚染物質.
亜鉛層への酸性攻撃により、亜鉛メッキ鋼は急速に劣化します.
海洋環境:
塩質の空気は亜鉛腐食を加速します. 亜鉛メッキ鋼 通常、持続します 5–10年 海岸近く.
対照的に, 316 ステンレス鋼 耐えることができます 25–50歳以上 同じ条件下で.

塩スプレーテスト (ASTM B117)
標準化された加速腐食試験:

ホットディップ亜鉛めっき鋼: 500赤錆が現れる-1,000時間前
304 ステンレス鋼: >1,500 時間 (錆はありません)
316 ステンレス鋼: >2,000 時間 (錆はありません)

水曝露

環境	亜鉛メッキ鋼	ステンレス鋼
淡水	pHが中性の場合、良好な抵抗	優れた腐食抵抗
硬/アルカリ水	亜鉛は反応してスケール堆積物を形成することができます	ステンレス鋼への最小限の影響
塩水 / 海水	数年以内に急速な亜鉛の分解	316 長期使用に推奨されるステンレス

化学曝露

亜鉛メッキ鋼: 酸に対して脆弱です (例えば。, 塩酸, 硫黄), また、アルカリ環境は亜鉛層を除去できます.
ステンレス鋼: より広範な耐薬品性を提供します. タイプ 304 有機酸と軽度の化学物質に抵抗します, その間 316 強酸に抵抗します, アルカリ, および塩化物.

化学曝露環境における腐食率 (近似, MM/年)

化学媒体	亜鉛メッキ鋼	304 ステンレス鋼	316 ステンレス鋼
1% 塩酸 (HCl)	> 0.50	〜0.05	〜0.01
10% 酢酸	〜0.10	< 0.01	< 0.005
3.5% 塩化ナトリウム (NaCl)	0.15 - 0.30	〜0.01	< 0.005
10% 水酸化ナトリウム (ナオ)	中程度の腐食	良い抵抗	優れた抵抗
二酸化硫黄 (そうです) 雰囲気	大幅な劣化	最小限の効果	優れた抵抗

時間の経過とともに耐久性

亜鉛メッキ鋼の寿命:

- 屋内乾燥状態: 50+ 年
- 中程度の屋外露出: 15–25年
- 沿岸/産業ゾーン: <10 年 メンテナンスなし

ステンレス鋼の寿命:

- 304 ss: 50+ 年 一般的な環境
- 316 ss: 75+ 年 海洋および産業ゾーンで

局所的な腐食リスク

腐食の形	亜鉛メッキ鋼	ステンレス鋼
ピッティング	塩化塩で中程度	重度 304, 低い 316
隙間腐食	湿った隙間の高いリスク	の低リスク 316
ストレス腐食亀裂	レア	塩化物のリスク + 張力
顆粒間腐食	いいえ	低Cグレードで予防可能

5. 亜鉛メッキ鋼とステンレス鋼の機械的特性

機械的特性は、負荷を負担するための材料の適合性を決定する上で極めて重要な役割を果たします, 耐衝撃性, および長期的な構造的完全性.

比較表: 機械的特性

財産	亜鉛メッキ鋼(軟鋼ベース)	304 ステンレス鋼	316 ステンレス鋼
抗張力	270–500 MPa	515–750 MPa	520–770 MPa
降伏強度	180–350 MPa	〜205 MPa	〜215 MPa
休憩時の伸び	20–30％	40–45％	40–50％
硬度 (ブリネル)	〜120 Hb	〜20 HB	〜217 Hb
耐衝撃性	適度	高い	高い
疲労強度	より低い (周期的な負荷には理想的ではありません)	優れた疲労抵抗	優れた疲労抵抗

6. 製造, 機械加工 & 亜鉛メッキ鋼とステンレス鋼の溶接性