Vliv technologie žárového zinkování

Ploché vzorky vyrobené ze čtyř typů oceli byly mořeny, odmaštěny, namáčeny v lázni tavidla a žárově zinkovány s cílem stanovit, jaký mají jednotlivé technologické operace vliv na mechanické, křehkolomové a strukturní vlastnosti testovaných značek ocelí.

V poslední době byly některými dodavateli různých typů povrchových úprav a poté i zákazníky žárových zinkoven vysloveny pochybnosti o tom, nejsou-li konečné vlastnosti ocelových výrobků degradovány procesem žárového zinkování.

Asociace českých a slovenských zinkoven ve spolupráci se společností ArcelorMittal Ostrava a Vysokou školou báňskou - Technickou univerzitou Ostrava připravila experiment, jehož cílem bylo stanovit, jak jsou původní mechanické, křehkolomové a strukturní vlastností vybraných typů oceli ovlivněny jednotlivými technologickými operacemi procesu žárového zinkování.

Popis experimentálních prací

Pro experimentální práce byly vybrány 4 značky ocelí (viz tab. 1). Byly to nízkouhlíková konstrukční ocel typu S235 s nízkým obsahem křemíku (ocel 1), nízkouhlíková konstrukční ocel typu S235 s  obsahem křemíku v Sebistyho oblasti (ocel 2), nízkouhlíková konstrukční ocel Q380TM mikrolegovaná niobem (ocel 3) a nízkouhlíková konstrukční ocel Q460TM mikrolegovaná vanadem a niobem (ocel 4). Všechny uvedené oceli byly vyrobeny ve společnosti ArcelorMittal Ostrava a byl z nich na pásové trati P1500 téže společnosti vyroben za tepla válcovaný pás tloušťky 3,8 - 4,8 mm, který byl použit pro výrobu vzorků.

Vzorky o rozměrech 300 x 35 mm byly rozděleny do pěti skupin, které byly v zinkovně společnosti ArcelorMittal Ostrava podrobeny jednotlivým technologickým krokům procesu žárového zinkování. Pro hodnocení konečných vlastností tak byly získány vzorky, které byly:

• ve stavu po válcování za tepla;
• ve stavu po moření (cca 20 minut v15% roztoku HCl o teplotě 35 °C);
• ve stavu po odmaštění (cca 20 minut vspeciálním roztoku o teplotě 40 °C);
• ve stavu po aplikování tavidla (cca 20 minut ve směsi ZnCl₂ (72 %) a NH₄Cl (28%) o teplotě 50 °C);
• ve stavu po žárovém zinkování (cca 2,5 minuty, teplota 450 °C).

U všech uvedených vzorků byly stanoveny hodnoty mechanických vlastností (horní mez kluzu R_eH, pevnost R_m a tažnost A₅), hodnoty křehkolomových vlastností (nárazová práce KV a vrubová houževnatost KCV) za teplot 0 °C a -20 °C u nízkouhlíkových konstrukčních ocelí 1 a 2 a za teplot -20 °C a -40 °C u mikrolegovaných ocelí 3 a 4 a dále byl hodnocen charakter mikrostruktury oceli.

Mechanické vlastnosti

Po každé technologické operaci byly v každé sadě vzorků k dispozici tři pro provedení detailního hodnocení výše uvedených mechanických vlastností. Bylo provedeno srovnání hodnot mechanických pásů ve stavu po válcování za tepla a po jednotlivých krocích technologie žárového zinkování a dále byly všechny hodnoty mechanických vlastností porovnávány s hodnotami, které jsou pro vybrané oceli předepsány příslušnými normami.

Z provedeného hodnocení (viz tab. 2) vyplynuly následující poznatky:

Ocel 1

U oceli 1 (nízkouhlíková konstrukční ocel s nízkým obsahem křemíku) byly zaznamenány v průběhu jednotlivých technologických operací jen minimální změny v hodnotách pevnosti R_m a tažnosti A₅ (viz obr. 1). Nejvyšší hodnota pevnosti R_m byla zjištěna u vzorku ve stavu po válcování za tepla a po žárovém zinkování, nejnižší hodnota pak po moření. Tento rozdíl činil zanedbatelných 7 MPa. Nejvyšší hodnota tažnosti A₅ byla zjištěna ve stavu po moření, nejnižší ve stavu po žárovém zinkování. Rozdíl mezi těmito hodnotami byl 0,6 %. U horní meze kluzu R_eH byla nejvyšší hodnota zjištěna ve stavu po žárovém zinkování, nejnižší ve stavu po moření. Rozdíl mezi těmito krajními hodnotami činil 16 MPa.

U všech odebraných vzorků byly zjištěny takové hodnoty mechanických vlastnosti, které splňovaly všechny požadavky, jež na ně klade příslušná norma (ČSN EN 10025-2). Rozdíl v mechanických vlastnostech před žárovým zinkováním a po něm byl zcela zanedbatelný a lze konstatovat, že u této oceli nemá technologie žárového zinkování žádný vliv na hodnotu jejích mechanických vlastností.

Ocel 2

U oceli 2 (nízkouhlíková konstrukční ocel s obsahem křemíku v Sebistyho oblasti) byly zaznamenány v průběhu jednotlivých technologických operací pouze zanedbatelné změny v hodnotách pevnosti R_m a tažnosti A₅ (viz obr. 2). Nejvyšší hodnota pevnosti R_m byla zjištěna u vzorku ve stavu po žárovém zinkování, nejnižší hodnota pak po odmaštění. Tento rozdíl činil pouhých 14 MPa. Nejvyšší hodnota tažnosti A₅ byla zjištěna ve stavu po moření a po aplikaci tavidla, nejnižší ve stavu po válcování za tepla. Rozdíl mezi těmito hodnotami byl zanedbatelných 0,3 %. U horní meze kluzu R_eH byla nejvyšší hodnota zjištěna ve stavu po žárovém zinkování, nejnižší ve stavu po moření. Rozdíl mezi těmito krajními hodnotami činil 28 MPa.

U všech odebraných vzorků byly zjištěny takové hodnoty mechanických vlastnosti, které splňovaly všechny parametry požadované příslušnou normou (ČSN EN 10025-2). Rozdíl v mechanických vlastnostech před žárovým zinkováním a po něm byl zanedbatelný a lze konstatovat, že ani u této oceli nemá technologie žárového zinkování vliv na hodnotu jejích mechanických vlastností.

Ocel 3

U oceli 3 (nízkouhlíková konstrukční ocel Q380TM mikrolegovaná niobem) byly zaznamenány v průběhu jednotlivých technologických operací následující změny v hodnotách pevnosti R_m, horní meze kluzu R_eH a tažnosti A₅ (viz obr. 3): Nejvyšší hodnota pevnosti R_m byla zjištěna u vzorku ve stavu po válcování za tepla, nejnižší hodnota pak po aplikaci tavidla. Tento rozdíl činil 22 MPa. Hodnota pevnosti R_m po žárovém zinkování byla o 11 MPa nižší než ve stavu po válcování za tepla. Nejvyšší hodnota horní meze kluzu R_eH byla stanovena ve stavu po žárovém zinkování, nejnižší ve stavu po aplikaci tavidla. Rozdíl mezi těmito hodnotami činil 23 MPa. Hodnota horní meze kluzu R_eH po žárovém zinkování byla o 11 MPa vyšší než ve stavu po válcování za tepla. Nejvyšší hodnota tažnosti A₅ byla zjištěna ve stavu po moření, nejnižší ve stavu po aplikaci tavidla. Rozdíl mezi těmito hodnotami byl 1,6 %. Hodnoty tažnosti A₅ po žárovém zinkování a po válcování za tepla byly shodné.

U všech odebraných vzorků byly zjištěny takové hodnoty mechanických vlastnosti, které splňovaly všechny požadavky, které na ně klade příslušná norma (SEW 092). Rozdíl v mechanických vlastnostech před žárovým zinkováním a po něm byl zanedbatelný a lze konstatovat, že u oceli Q380TM nemá technologie žárového zinkování žádný negativní vliv na hodnotu jejích mechanických vlastností.

Ocel 4

U oceli 4 (nízkouhlíková konstrukční ocel Q460TM mikrolegovaná vanadem a niobem) byly zaznamenány v průběhu jednotlivých technologických operací pouze zanedbatelné změny v hodnotách pevnosti R_m a tažnosti A₅ (viz obr. 4). Nejvyšší hodnota pevnosti R_m byla zjištěna u vzorku ve stavu po válcování za tepla, nejnižší hodnota po moření. Tento rozdíl činil pouhých 19 MPa. Nejvyšší hodnota tažnosti A₅ byla zjištěna ve stavu po aplikaci tavidla, nejnižší ve stavu po odmaštění. Rozdíl mezi těmito hodnotami činil 1,2 %. U horní meze kluzu R_eH byla nejvyšší hodnota zjištěna ve stavu po žárovém zinkování, nejnižší ve stavu po moření. Rozdíl mezi těmito krajními hodnotami činil 21 MPa.

U všech odebraných vzorků byly zjištěny takové hodnoty mechanických vlastnosti, které splňovaly všechny požadavky, jež na ně klade příslušná norma (SEW 092). Rozdíl v mechanických vlastnostech před žárovým zinkováním a po něm byl zanedbatelný a lze konstatovat, že ani u oceli Q460TM nemá technologie žárového zinkování téměř žádný vliv na hodnotu jejích mechanických vlastností.

Z detailního hodnocení vlivu jednotlivých operací technologie žárového zinkování na mechanické vlastnosti vybraných čtyř ocelí vyplynulo, že ani u jedné z nich nejsou jejich hodnoty téměř nijak ovlivněny. Zjištěné rozdíly jsou nepatrné a na základě získaných údajů lze říci, že technologie žárového zinkování nemá na mechanické vlastnosti žárově zinkované oceli žádný vliv.

Pokračování příště

L. Černý, I. Schindler, R. Pachlopník, K. Beran

Laboratorní experimenty byly prováděny v rámci řešení výzkumného záměru MSM6198910015 (MŠMT ČR).

Strzyž Petr

info@acsz.cz

Asociace českých a slovenských zinkoven

Tabulky a grafy naleznete v tištěné verzi časopisu MM Průmyslové spektrum.