1. 介绍
镀锌钢与不锈钢 是现代行业中使用最广泛使用的两种耐腐蚀金属.
从桥梁和高层建筑到厨房设备和化学罐, 这些材料在确保耐用性方面起着核心作用, 安全, 和苛刻环境中的美学完整性.
他们的共同目标（保护基本的金属免受腐蚀）使它们一目了然.
然而, 他们的 化学成分, 保护机制, 机械性能, 和 成本结构 显着不同.
选择合适的施工材料时，这些差异变得至关重要, 制造业, 或基础设施项目.
2. 什么是镀锌钢
作品
镀锌钢主要由基本碳钢组成, 通常包含铁作为主要元素, 以及少量的碳 (通常小于 2%).
其他微量元素，例如锰, 硅, 硫, 和磷碱也可能存在磷.
镀锌钢的定义特征是 锌涂层 应用于其表面. 锌涂层的厚度可以取决于镀锌过程和应用要求.
制造过程
热浸镀锌:
这是镀锌的最常见方法. 在这个过程中, 首先将碳钢彻底清洗以清除污垢, 油, 和生锈.
然后将其浸入大约450°C的熔融锌浴中.
在这个高温下, 发生了一系列化学反应, 在钢表面形成多层锌铁合金, 上面有一层纯锌.
涂层的厚度可能会有所不同, 但是对于结构应用, 它经常从 85-100 微米. 热浸镀锌钢可提供出色的长期腐蚀保护.
电动机:
也称为电镀, 它涉及将电流通过含锌离子的溶液传递.
钢组件充当阴极, 当锌阳极放在溶液中.
随着电流的流动, 锌离子沉积在钢的表面上, 形成薄而均匀的涂层, 通常之间 5-15 微米厚.
与热浸镀锌钢相比，电 - 摩谷化钢提供了更平滑的表面饰面，但由于较薄的涂层，耐腐蚀性较低.
通过锌的牺牲阳极行为保护
镀锌钢的腐蚀保护基于锌的牺牲阳极行为. 锌比铁具有电化学活性.
当镀锌钢暴露于电解质, 例如空气中的水分或水, 锌涂层优先于下面的钢.
作为锌腐蚀, 它形成一层氧化锌和氢氧锌, 充当物理障碍, 进一步保护钢.
这种牺牲行动一直持续到完全消耗锌涂层.
镀锌钢的普通等级
镀锌钢有多种 等级 取决于基本钢性能和锌涂层厚度. 一些最常使用的包括:
| 年级 | 标准 | 涂料方法 | 关键属性 | 典型的应用 |
| G90 | ASTM A653 | 热浸镀锌 | 0.90 盎司/ft²锌 (总计〜76μm); 良好的外部腐蚀保护 | 屋顶, HVAC管道, 框架成员 |
| G60 | ASTM A653 | 热浸镀锌 | 0.60 盎司/ft²锌 (总计〜51μm); 中等腐蚀性 | 汽车组件, 室内框架 |
| Z275 | 在 10346 | 热浸镀锌 | 275 g/m²锌 (〜20μm/侧); 在欧洲广泛使用 | 覆层, 结构曲线, 护栏 |
| 例如 | ASTM A879 / 他G3313 | 电 - 充电 | 5–25μm涂层; 光滑的饰面, 有限的室外耐用性 | 汽车尸体, 电器, 光围栏 |
笔记: “ G”名称 (例如。, G90) 指每平方英尺的总锌涂料重量, 而“ Z”名称 (例如。, Z275) 表示克每平方米.
涂层厚度直接影响耐腐蚀性和成本.
3. 什么是不锈钢?
不锈钢 是一种基于铁的合金，以其特殊的耐腐蚀性而闻名, 高力量, 和多功能性.
与镀锌钢不同, 这取决于外部锌涂层, 不锈钢从其内部合金元件中获得其耐腐蚀性, 最值得注意的是 铬 (Cr).
当暴露于氧气时, 铬在表面形成一个被动氧化膜，充当自我修复保护屏障.
核心成分
虽然不锈钢必须至少包含 10.5% 铬,
许多等级还结合了诸如 镍 (在), 钼 (莫), 锰 (Mn), 硅 (和), 和 碳 (c) 增强机械性, 热的, 和耐腐蚀特性.
这是广泛使用的典型组成 类型 304 不锈钢:
| 元素 | 典型内容 (wt％) | 功能 |
| 铁 (铁) | 平衡 | 结构基本材料 |
| 铬 (Cr) | 18.0–20.0％ | 形成被动膜以耐腐蚀 |
| 镍 (在) | 8.0–10.5％ | 增强对酸性环境的延展性和抗性 |
| 碳 (c) | ≤ 0.08% | 提高力量 (限制以防止碳化物形成) |
| 锰 (Mn), 硅 (和) | ≤ 2.0%, ≤ 1.0% | 脱氧剂, 改善韧性和力量 |
其他等级，例如 316 不锈钢, 包括2-3％ 钼, 进一步增强对氯化物和苛刻化学物质的抗性.
不锈钢制造工艺
不锈钢的生产是一个多步骤过程，涉及高温冶金转化, 精度形成, 和表面处理. 以下是一个概述:
融化和合金
铁矿石等原材料, 废钢, 铬, 和镍融化在一起 电弧炉 (EAF) 或者 基本氧气炉.
一旦熔化, 进行精确的化学调整以实现所需的合金组成.
铸件
熔融合金是 投掷 分为半整合形式，例如 平板, 坯料, 或开花. 然后根据最终用途要求进一步处理这些.
冷热滚动
- 热滚动 在重结晶温度上方进行，以降低厚度和完善谷物结构.
- 冷滚动 在室温下进行改善 表面饰面, 机械强度, 和 维度的准确性.
形成和制造
不锈钢可以通过冲压来形状, 绘画, 弯曲, 或挤压. 不同等级提供不同水平的可表现性-304以出色的延展性而闻名, 尽管 430 更僵化.
表面处理
结束 2b (冷滚, 哑光的), 不. 4 (刷), 和 不. 8 (镜子) 根据美学或功能要求应用.
其他过程，例如 钝化 也可用于去除污染物并增强氧化铬层.
按晶体结构进行分类
不锈钢大致分为:
- 奥氏体 (例如。, 304, 316): 非磁性, 高腐蚀性, 出色的表现性
- 铁素体 (例如。, 430): 磁的, 中等腐蚀性, 良好的导热率
- 马氏体 (例如。, 410): 可以通过热处理硬化, 较低的耐腐蚀性
- 双工 (例如。, 2205): 结合奥氏体和铁素体的特征, 优异的强度和氯化物耐药性
4. 镀锌钢与不锈钢的耐腐蚀性
耐腐蚀性是镀锌钢和不锈钢的定义特征, 然而，他们通过根本不同的机制实现了这一目标，并在各种环境条件下表现出明显的性能曲线.
腐蚀保护机制
| 材料 | 腐蚀机制 |
| 镀锌钢 | 牺牲阳极保护: 锌涂层优先腐蚀以保护基础钢. |
| 不锈钢 | 被动保护: 铬形成稳定, 自我修复氧化物膜，以防止进一步的氧化. |
在各种环境中的性能
大气条件
- 城市的 & 乡村的:
两种材料在低污垢区域都充分发挥作用. 然而, 随着时间的推移, 镀锌涂料降解 由于风化, 特别是如果暴露于水分和co₂. - 工业气氛:
不锈钢, 特别 316 年级, 在高水平的环境中表现出色, NOX, 和其他酸性污染物.
镀锌钢由于酸性攻击在锌层上迅速恶化. - 海洋环境:
含盐的空气加速锌腐蚀. 镀锌钢 通常持续 5–10年 在海岸附近.
相比之下, 316 不锈钢 可以忍受 25–50多年 在相同的条件下.
盐喷雾测试 (ASTM B117)
标准化加速腐蚀测试:
- 热浸镀锌钢: 500–1,000小时才出现红锈病
- 304 不锈钢: >1,500 小时 (没有生锈)
- 316 不锈钢: >2,000 小时 (没有生锈)
水暴露
| 环境 | 镀锌钢 | 不锈钢 |
| 淡水 | 如果pH是中性的，良好的阻力 | 优异的耐腐蚀性 |
| 硬/碱性水 | 锌可能对形成量表沉积物反应 | 对不锈钢的影响最小 |
| 咸水 / 海水 | 几年内快速锌降解 | 316 不锈钢建议长期使用 |
化学暴露
- 镀锌钢: 容易受到酸的影响 (例如。, 盐酸, 硫酸), 碱性环境可以去除锌层.
- 不锈钢: 提供更广泛的耐化学性. 类型 304 抵抗有机酸和温和化学物质, 尽管 316 抵抗强酸, 碱, 和氯化物.
化学暴露环境中的腐蚀速率 (近似, mm/年)
| 化学培养基 | 镀锌钢 | 304 不锈钢 | 316 不锈钢 |
| 1% 盐酸 (HCl) | > 0.50 | 〜0.05 | 〜0.01 |
| 10% 醋酸 | 〜0.10 | < 0.01 | < 0.005 |
| 3.5% 氯化钠 (NACL) | 0.15 - 0.30 | 〜0.01 | < 0.005 |
| 10% 氢氧化钠 (Naoh) | 中等腐蚀 | 良好的抵抗力 | 出色的阻力 |
| 二氧化硫 (所以₂) 气氛 | 显着降解 | 最小效应 | 出色的阻力 |
随着时间的推移耐用性
- 镀锌钢寿命:
-
- 室内干燥条件: 50+ 年
- 中等的室外暴露: 15–25年
- 沿海/工业区: <10 年 没有维护
- 不锈钢寿命:
-
- 304 SS: 50+ 年 在一般环境中
- 316 SS: 75+ 年 在海洋和工业区
局部腐蚀风险
| 腐蚀的形式 | 镀锌钢 | 不锈钢 |
| 点缀 | 氯化物中等 | 严重 304, 低 316 |
| 缝隙腐蚀 | 潮湿缝隙的高风险 | 低风险 316 |
| 应力腐蚀破裂 | 稀有的 | 氯化物的风险 + 紧张 |
| 晶间腐蚀 | 不 | 低C等级可预防 |
5. 镀锌钢与不锈钢的机械性能
机械性能在确定材料对负载的适用性方面起着关键作用, 冲击阻力, 和长期结构完整性.
比较表: 机械性能
| 性能特性 | 镀锌钢(低碳钢基) | 304 不锈钢 | 316 不锈钢 |
| 抗拉强度 | 270–500 MPA | 515–750 MPA | 520–770 MPA |
| 屈服强度 | 180–350 MPA | 〜205 MPA | 〜215 MPA |
| 断裂伸长率 | 20–30％ | 40–45％ | 40–50％ |
| 硬度 (布里尔) | 〜120 hb | 〜201 HB | 〜217 hb |
| 冲击阻力 | 一般 | 高的 | 高的 |
| 疲劳强度 | 降低 (不理想循环载荷) | 极好的抗疲劳性 | 优质疲劳性 |
6. 制造, 加工 & 镀锌钢与不锈钢的可焊性
镀锌钢
制造和加工
- 易于加工: 镀锌钢相对容易使用常规工具，因为它的基部通常是轻度或碳钢.
然而, 锌涂层增加了复杂性:
-
- 锌层较软，可以变形或芯片, 需要调整切割参数.
- 切割或磨削姿势健康和环境危害期间产生的锌烟, 需要足够的通风和防护设备.
- 表面准备: 在二级操作（如绘画或焊接）之前, 表面清洁对于去除锌氧化物和污染物至关重要.
机械或化学清洁可改善粘附和焊接质量.
可焊性
- 常见的焊接方法: 可以使用MIG焊接镀锌钢, 氩弧焊, 或粘贴焊接. 然而, 焊接锌涂层钢需要特定的预防措施:
-
- 锌汽化: 锌涂层在907°C左右蒸发, 如果吸入.
- 焊接质量: 如果从焊接区域未正确取出的话，锌会引起孔隙率和焊接缺陷.
- 预焊接准备: 建议通过研磨或化学剥离去除焊接区域的锌涂层，以确保清洁焊接并减少烟雾危险.
不锈钢
制造和加工
- 加工挑战: 不锈钢, 特别是等级 304 和 316, 比低碳钢更硬，更磨碎, 导致:
-
- 增加工具磨损，因为它的工作趋势.
- 由于导热率低，热积聚需要较慢的加工速度和切割液的使用.
- 推荐的工具: 带有涂料的碳化物工具，例如氮化钛 (锡) 或氯化钛 (ticn) 延长工具寿命并提高削减质量.
可焊性
- 焊接过程: 不锈钢与多种焊接方法兼容-TIG, 我, 和Smaw广泛使用.
-
- 提格焊接 对于需要高焊接质量和美学的薄层和关键应用，您受到青睐.
- 我焊接 支持更快, 自动操作, 适用于较厚的部分.
- 焊接挑战:
-
- 风险 致敏: 焊接过程中碳化物的形成可以降低热影响区域的耐腐蚀性 (热影响区).
- 使用 低碳变体 (例如。, 304l) 或稳定等级 (304的) 减轻碳化物沉淀.
- 适当控制热量输入, 多通焊接, 焊后溶液退火改善了焊接完整性和耐腐蚀性.
- 焊后治疗: 焊接后通常使用钝化和腌制，以恢复氧化铬的被动层并增强耐腐蚀性.
7. 镀锌钢与不锈钢的美学和表面饰面
| 完成类型 | 镀锌钢 | 不锈钢 |
| 原始外观 | 暗灰色, 有时会吐出来 | 银色, 干净的, 现代的 |
| 质地 | 粗糙的, 结晶 | 光滑的 (2b), 刷, 或镜面上 |
| 建筑用途 | 有限的 | 首选高端立面 & 内饰 |
| 涂层耐用性 | 涂层可能会天气或粉笔 | 随着时间的流逝，完成保持稳定 |
8. 镀锌钢与不锈钢的应用
镀锌钢应用:
- 户外电柜
- 公路护栏
- 街道照明杆
- 围栏和门
- HVAC管道
- 汽车底盘组件
不锈钢应用:
- 商业厨房和食物准备区
- 船用硬件和船体
- 医疗器械和手术托盘
- 药水和洁净室
- 装饰的外墙和室内栏杆
- 化学处理管道
9. 镀锌钢与不锈钢的优缺点
镀锌钢
优点:
- 具有成本效益的保护: 镀锌增加了相对便宜的锌涂层.
- 出色的牺牲保护: 锌充当牺牲阳极, 保护钢即使涂层被刮擦或损坏.
- 广泛的可用性: 镀锌钢被广泛生产，并且很容易以各种形式和尺寸提供.
- 易于制造: 与不锈钢相比，使用标准设备更容易机加工和焊接.
- 适合户外应用: 在城市和农村环境等大气条件下表现良好, 使其非常适合击剑, 屋顶, 和护栏.
缺点:
- 恶劣环境中耐腐蚀性有限: 锌涂层会在海洋或高度酸性环境中迅速降解.
- 维护需求: 随着时间的推移, 镀锌涂层可能需要重新粉刷或修饰以保持保护.
- 健康危害: 焊接或切割镀锌钢释放有毒锌烟雾, 需要保护措施.
- 外貌: 锌涂层会发出沉闷, 对建筑用途的视觉效果可能不那么吸引人的磨砂表面.
- 厚度约束: 保护锌层相对较薄，可以因磨损或冲击而损害.
不锈钢
优点:
- 耐腐蚀性: 不锈钢的铬富合金形成一个自我修复的被动氧化物层，可承受刺激性化学物质, 海洋, 和工业环境.
- 耐用性: 表现出极好的机械强度, 韧性, 和长时间使用的疲劳阻力.
- 维护低: 由于抵抗染色和变色，需要最少的维护并保留美学吸引力.
- 美学多功能性: 有各种饰面 (例如。, 镜抛光, 刷, 哑光的) 适用于装饰和建筑应用.
- 生物相容性: 在医疗中首选, 食品加工, 以及由于卫生特性而引起的制药行业.
缺点:
- 更高的初始成本: 材料和制造费用大大高于镀锌钢.
- 加工和焊接挑战: 由于工作硬化和热敏感性而需要专门的工具和技术.
- 对某些腐蚀类型的敏感性: 而通常耐腐蚀, 等级喜欢 304 不锈钢可能容易受到氯化物诱导的点缀或应力腐蚀破裂的侵略性环境.
- 重量较重: 通常比镀锌钢更密集, 这可能会影响设计和运输成本.
10. 镀锌钢与不锈钢的摘要表
| 属性/方面 | 镀锌钢 | 不锈钢 |
| 作品 | 含锌的碳钢 | 铁合金, 铬 (≥10.5％), 镍, 其他的 |
| 腐蚀保护 | 锌牺牲涂层; 通过电流行动保护 | 被动氧化铬层; 自我修复 |
| 典型的涂层厚度 | 5–25微米 (随过程和使用而变化) | 没有涂层; 合金的耐腐蚀性 |
| 耐腐蚀性 | 在温和的环境中良好; 限制海洋/酸性 | 在大多数环境中出色, 包括海军陆战队, 化学 |
| 抗拉强度 | 〜370–550 MPA | 〜500–750 MPA (依赖年级, 例如。, 304: 〜515 MPA) |
| 屈服强度 | 〜230–350 MPA | 〜205–310 MPA |
| 伸长 | 〜15–30％ | 〜40–50％ |
| 硬度 | 通常为100–150 hb | 通常为70-90 hrb |
| 重量/密度 | 〜7.85 g/cm³ | 〜7.9 g/cm³ |
制造 & 加工 |
更容易机加工和焊接; 焊接过程中的锌烟 | 更难加工; 需要专门的工具; 可以谨慎焊接 |
| 维护 | 可能需要随着时间的推移进行重新涂抹 | 维护低; 耐腐蚀 |
| 成本 | 通常降低初始成本30–50％ | 更高的材料和制造成本 |
| 美学外观 | 哑光或斑点灰色饰面 | 种类繁多: 镜子, 刷, 缎面结束 |
| 应用领域 | 结构, 击剑, HVAC, 汽车, 电线 | 食品加工, 医疗的, 建筑学, 海洋, 化学处理 |
| 环境影响 | 锌径流潜力; 可回收钢芯 | 高度可回收; 更长的寿命减少废物 |
11. 结论
在镀锌和不锈钢之间选择, 上下文就是一切.
- 为了 低成本, 短期申请 在非侵略性环境中, 镀锌钢提供了实用的, 经济解决方案.
- 为了 高性能, 持久, 和视觉精致的项目, 不锈钢以无与伦比的性能为其更高的成本合理.
通过称重 腐蚀性环境, 机械应力, 维护时间表, 和 审美目标, 材料工程师可以使最合适的, 成本效益, 和安全的材料选择.
常见问题解答
更耐腐蚀的钢或不锈钢?
不锈钢 - 尤其是等级 304 或316-由于其高铬和镍含量而产生的耐腐蚀性, 形成自我修复的被动层.
镀锌钢依靠锌涂层进行保护, 最终会磨掉, 特别是在恶劣或咸的环境中.
比不锈钢便宜?
是的. 镀锌钢在初始成本方面的负担得起 - 通常 2 到 3 比不锈钢便宜.
然而, 不锈钢由于维护降低和使用寿命较长而可能提供更好的长期价值.
可以焊接镀锌和不锈钢?
是的, 但是有考虑. 镀锌钢焊接时会释放有毒的锌烟雾, 需要适当的通风和PPE.
不锈钢是可焊接的，但可能需要专门的设备和焊接后处理以保持耐腐蚀性.
哪一个更好用于户外使用?
这取决于环境. 在轻度腐蚀性环境中 (例如。, 干或内陆), 镀锌钢通常足够.
在高度腐蚀的环境中 (例如。, 沿海, 工业的), 不锈钢随着时间的推移表现更好.
可以镀锌钢锈蚀吗?
是的. 一旦锌涂层被损害或穿过, 基础钢变得容易侵害生锈和腐蚀.
