Регион:

Влияние примесей в металле на оцинкованное покрытие


Хотя аномально толстые покрытия при погружении сталей в расплав цинка наблюдались периодически в 20-х – 30-х годах прошлого века, впервые связал эффект получения толстого покрытия на металле с неудовлетворительными механическими и адгезионными свойствами с наличием в цинкуемом металле кремния в определенной концентрации немецкий исследователь Санделин, почему этот эффект и был назван впоследствии эффектом Санделина. Свои исследования он опубликовал в 1940 году. Схематически зависимость толщины покрытия от содержания кремния в металле описывается графиком, изображенным на рис. 7.7. Схематически - потому, что от исследователя к исследователю форма кривой не повторяется, как это видно из многочисленных цинкованию и в публикаций в ряде Интернета.

Такие расхождения могут быть обусловлены следующими причинами:

  • тем, что объемная концентрация кремния и концентрация на поверхности металла из-за явлений ликвации различаются, иногда в несколько раз;
  • тем, что у различных исследователей используются разная температура процесса цинкования и различные времена выдерживания в расплаве;
  • тем, что наряду с кремнием в металле содержатся разные концентрации других элементов, концентрация которых в большинстве работ не отслеживалась.

Влияние содержания кремния в стали на толщину цинковых покрытий

Рис. 7.7. Влияние содержания кремния в стали на толщину цинковых покрытий (эффект Санделина).

Исследования Санделина в течение более чем двух десятилетий не были востребованы, поскольку сравнительно редкие случаи получения толстых, неудовлетворительных по внешнему виду покрытий с большой вероятностью списывались на недостаточную квалификацию технологов.

Ситуация резко изменилась, когда металлургия начала переходить на непрерывную разливку сталей. Образование неудовлетворительных покрытий из сравнительно редких случаев превратилось в неприятную закономерность. Вероятнее всего, именно тогда и были вновь открыты работы Санделина по механизму цинкования.

Поскольку было выяснено, что кремний в определенном концентрационном интервале вызывает образование толстого, неудовлетворительного по внешнему виду и легко отслаивающегося покрытия, были предприняты исследования, целью которых было определить, является ли кремний уникальным элементом в этом отношении, или же есть и другие элементы, которые встречаются в технических металлах, способные производить такие же или даже  большие воздействия. Эти работы велись довольно интенсивно сразу в нескольких странах, первый итог этих исследований был подведен в 1975 году на специальной конференции, посвященной исследованию «реакционно-активных» сталей. Однако это был первый, скорее всего, лишь качественный этап исследований, который выявил всю сложность проблемы, поэтому в следующие годы исследованиями по проблеме, выявленной Санделином, продолжало заниматься большое число исследователей.

Особенно отметим работы Пелерина и Гофмана. Они нашли, что еще один элемент, а именно, фосфор, оказывает значительно большее влияние, чем кремний. Фосфор при производстве стали оказывает вредное влияние на ее свойства, поэтому все технологии производства сталей направлены на то, чтобы снизить его содержание в готовом продукте. Поэтому его содержание в готовой продукции редко превышает 0,02%. Лишь в некоторых сортах сталей, полученных главным образом из африканских руд с большим количеством фосфатов, получается продукция с заметным содержанием этого элемента.

Очевидно, что получить образцы сталей с меняющимся содержанием фосфора, но с незначительным количеством других элементов практически невозможно, поэтому Пелерин пошел несколько другим путем – он использовал образцы двух типов:

  • первый с меняющимся содержанием кремния, но с минимальным содержанием фосфора,
  • второй - с примерно одинаковым содержанием кремния, но с заметно различающимся количеством фосфора.

В результате исследования образцов первого типа была получена хорошо воспроизводимая зависимость  толщины покрытия от содержания кремния, достаточно свободная от ошибок предыдущих исследователей и изображенная на рис. 7.8.

Влияние содержания	кремния в	стали на толщину получаемых покрытий

Рис.  7.8.   Влияние  содержания  кремния  в  стали  на толщину получаемых покрытий.

Исследования второй группы образцов показали, что получаются совершенно невоспроизводимые результаты, из чего был сделан вывод о том, что кремний и фосфор не просто дополняют друг друга, а создают синергический эффект, для определения которого были проделаны следующие измерения и расчеты. Были выбраны четыре образца стали, на которых проводились измерения толщин покрытия как функции времени погружения (рис. 7.9).

Было постулировано, что все отклонения от расчетных величин, обусловленных содержанием кремния, должны быть отнесены на счет другого элемента. Таким образом, зависимость толщины покрытия от содержания фосфора, изображенная на рис. 7.10, является лишь расчетной.

Путем расчетов было найдено, что эффективность влияния фосфора примерно в 2,5 раза выше эффективности кремния, что вызвало изменение формулы, отличающей пригодную  к цинкованию сталь от санделиновой стали.

Si + 2,5 P < 0,09 (%)

А сама зависимость толщины покрытия от суммарной концентрации этих двух элементов несколько видоизменяется (напомним, что эта зависимость не экспериментальная, а основанная на произвольном суммировании экспериментальных данных, она изображена на рис. 7.11).

Скорость роста цинкового покрытия на четырех сталях различного химического состава

Рис. 7.9. Скорость роста цинкового покрытия на четырех сталях различного химического состава.

Очевидно, что и другие элементы, входящие в состав стали в качестве примесей, могут обладать аналогичными свойствами, но большинство из них в сталях встречаются в очень небольших количествах, другие элементы, такие, как, например, углерод и легирующие металлы (хром,  никель) делают стали с их превышенным содержанием (углерод более 0,25, хром и никель в сумме выше 0,3%) непригодными к цинкованию погружением.

Тем не менее, основные элементы, которые могут входить в состав сталей, были в свое время проверены на предмет создания слоя цинкового сплава повышенной толщины; некоторые данные по границам перехода обратно-квадратичной в линейную зависимость от концентрации элементов в металле даны на рис. 7.13.

Однако ко всем исследованиям, где дается однозначная трактовка получаемых результатов и на их основании даются те или иные прогнозы, надо относиться с большой осторожностью, поскольку соотношение примесных компонентов в сталях может быть самым разнообразным, различной может быть и предыстория исследуемых сталей. На этой почве неясно, как относиться к последним представлениям о зависимости повышенной реактивности сталей от соотношения кремния и фосфора.

Расчетная зависимость толщины цинкового покрытия от содержания фосфора в стали

Рис. 7.10. Расчетная зависимость толщины цинкового покрытия от содержания фосфора в стали.

Расчетная зависимость толщины цинкового покрытия от величины параметра

Рис. 7.11. Расчетная зависимость толщины цинкового покрытия от величины параметра (Si + 2,5P) в стали.

Характер влияния типа примеси и ее концентрации на соотношение типа скоростей

Рис.7.13. Характер влияния типа примеси и ее концентрации на соотношение типа скоростей (обратно-квадратичной и линейной).

Возможно Вас так же заинтересуют следующие статьи:

comments powered by HyperComments