冶金如何影响镀锌

我知道钢的化学成分会影响镀锌层的质量。为什么钢的化学成分不同，这些不同带来了什么优点和缺点?

为了回答你的问题，我必须先定义冶金学家通常提到的几个术语。首先，物理冶金可以描述为金属的物理和机械性能受成分、加工和环境条件的影响。硬度是衡量金属抵抗压痕变形的标准。淬透性是铁基合金性能的衡量标准，它决定了钢在淬火过程中产生的硬度范围。抗拉强度是能应用于金属而不使金属断裂的最大张力。

钢的主要成分是铁。作为一种元素，铁柔软而有延展性。向铁中添加重量仅为0.5%的碳可以显著提高钢的抗拉强度。将碳加入铁中，其重量最多可达2%，就会产生俗称的碳钢。增加钢的硬度会增加钢的脆性，降低可焊性。锰和碳一样，被添加到钢中以增加其强度。锰还能提高热加工性能，提高钢的淬透性和韧性。

除了碳和锰之外，还有一些其他的元素通常添加到铁中。不同化学成分的合金钢可能有非常不同的材料性能。为了解释这些差异，设计了一个公式来比较一种合金钢和另一种添加不同元素的合金钢。这个公式叫做碳当量(CE)。这个公式有几个不同的版本，这里是一个常用的:

CE = C % + (Si %) / 25 + (Mn % + Cr %) / 16 + (Cr % +倪% +莫%)/ 20 + V (%) / 1

当碳与铁结合时，空气中的氧气与碳发生反应并消耗掉碳。为了防止这种情况，在铁中加入硅作为脱氧剂。这就阻止了氧与碳发生反应并消耗碳。当硅以这种方式使用时，人们说它能杀死钢。硅还可以使钢变硬;然而，过量的硅会产生粗糙的镀锌层(见图1)。

大多数钢(图2)是由废铁制成的，废铁会把杂质引入钢中。少量的杂质通常不会对钢的性能产生不利影响。磷，这种杂质之一，在许多钢规范中允许含量高达0.04%。磷水平高于0.04%时，会对炼钢过程中的热成形操作产生负面影响，增加钢在焊接时产生裂纹的倾向，并产生粗糙的镀锌层图3)。当磷含量达到规定水平时，可以提高钢的强度和耐腐蚀性。

磷和硅可以协同作用引起镀锌层中锌铁合金层的快速生长。这是因为磷和硅在镀锌过程中锌和铁的冶金反应中起到催化剂的作用。

正如你所看到的，添加元素到钢中并不是随意的。它们有助于制造具有特定性能的钢。当这些元素添加被限制在ASTM A385中列出的范围内时，它们不应该对镀锌涂层的质量产生负面影响。这些建议范围包括碳含量低于0.25%、锰含量低于1.3%、硅含量低于0.04%或介于0.15%至0.22%之间、磷含量低于0.04%。