Влияние времени выдержки в расплаве на морфологию цинкового покрытия на сталях с различным содержанием кремния

  • Головач Андрей Максимович Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва https://orcid.org/0000-0003-1329-3001
  • Дмитриева Мария Олеговна Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва https://orcid.org/0000-0002-4874-9278
  • Бондарева Ольга Сергеевна Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва https://orcid.org/0000-0002-4273-2483
  • Мельников Алексей Александрович Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва https://orcid.org/0000-0002-1953-3670
Ключевые слова: цинковое покрытие, кремнистые стали, морфология покрытия, эффект Санделина, система Fe-Zn-Si

Аннотация

Формирование цинкового покрытия на сталях в процессе горячего цинкования обуславливается такими факторами, как температура процесса, время выдержки, химический состав стали, особенно содержание в ней кремния. В 40-х годах XX века Р.В. Санделин (R.W. Sandelin) описал процесс значительного ускорения реакции между железом и цинком при содержании кремния в стали 0,06–0,10 %. Существуют разные способы контроля реактивности кремния, однако самым простым способом управления толщиной покрытия является правильный выбор времени выдержки изделия в расплаве. Цель работы – определение влияния времени выдержки в расплаве на толщину и микроструктуру образующегося покрытия на сталях с различным содержанием кремния С235 (Si=0,02 %), Ст3пс (Si=0,04 %), Ст3сп (Si=0,17 %), 09Г2С (Si=0,6 %). Химический состав сталей для количественного определения кремния проводился с помощью метода искровой спектроскопии. Установлено, что толщина покрытия на стали растет с течением времени выдержки в расплаве по параболическому закону. Особенно интенсивный рост толщины покрытия с увеличением времени наблюдается на реактивных сталях с содержанием кремния 0,04 % и высококремнистых сталях с содержанием кремния 0,6 %. На реактивной стали также обнаружен значительный рост разнотолщинности. Анализ микроструктуры покрытия проводился с использованием растрового электронного микроскопа TESCAN Vega SB, он показал, что рост покрытия обусловлен особенностями строения ζ-фазы. Анализ тройной диаграммы Fe-Zn-Si позволил сделать вывод, что при содержании кремния в стали 0,04 % и 0,6 % в системе протекает эвтектическая реакция распада жидкости на смесь фаз ζ+η+FeSi. Этот процесс приводит к прямому контакту расплава и стальной основы и ускоряет взаимную диффузию железа и цинка. В результате интенсивно образуется ζ-фаза, что приводит к стремительному росту толщины покрытия.

Биографии авторов

Головач Андрей Максимович, Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва

студент

Дмитриева Мария Олеговна, Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва

студент

Бондарева Ольга Сергеевна, Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва

кандидат технических наук, доцент кафедры технологии металлов и авиационного материаловедения

Мельников Алексей Александрович, Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва

кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры технологии металлов и авиационного материаловедения

Литература

Знаменский Ю.П. Цинкование погружением. Обнинск, 2012. 546 с.

Maass P., Peissker P. Handbook of Hot-Dip Galvanization. Germany: Wiley-VCH, 2011. 494 p.

Sandelin R.W. Galvanizing characteristic of different types of steel // Wire and wire product. 1940. Vol. 15. № 11. P. 655–660.

Тарасова А.А. Особенности цинкования кремнийсодержащих сталей. М.: Металлургия, 1984. 72 с.

Kodras M.S., Niessen P. Siliconinduced destabilization of galvanized coatings in the sandelin peak region // Metallography. 1989. Vol. 22. № 3. P. 253–267.

Tang N.Y. Control of Silicon Reactivity in General Galvanizing // Journal of Phase Equilibria and Diffusion. 2008. Vol. 29. № 4. P. 337–344.

Xu B., Phelan D., Dippenaar R. Role of silicon in solidification microstructure in hot-dipped 55 wt% Al–Zn–Si coatings // Materials Science and Engineering A. 2008. Vol. 473. № 1-2. P. 76–80.

Che C., Lu J., Kong G., Xu Q. Role of silicon in steels on galvanized coatings // Acta Metallurgica Sinica (English Letters). 2009. Vol. 22. № 2. P. 138–145.

Kania H. Kinetics of growth and structure of coatings obtained on sandelin steels in the high-temperature galvanizing process // Solid State Phenomena. 2014. Vol. 212. P. 127–132.

Liberski P., Tatarek A., Mendala J. Investigation of the initial stage of hot dip zinc coatings on iron alloys with various silicon contents // Solid State Phenomena. 2014. Vol. 212. P. 121–126.

Inoue J., Miwa S. and Koseki T. Effect of Si content in steel on formation of Fe-Zn intermetallic compound layer at pure Zn melt/steel interface // Tetsu-To-Hagane / Journal of the Iron and Steel Institute of Japan. 2014. Vol. 100. № 3. P. 390–396.

Tu H., Song Y.-Y., Liu Y., Lü W., Su X.-P., Peng H.-P., Wu C.-J. Effect of Silicon on Microstructure and Growth Kinetics of Hot-Dip Galvanized ZnAl4 Coatings // Fenmo Yejim Cailiao Kexue yu Gongcheng / Materials Science and Engineering of Powder Metallurgy. 2015. Vol. 20. № 6. P. 815–821.

Pokorny P., Kolisko J., Balik L., Novak P. Reaction kinetics of the formation of intermetallic Fe – Zn during hot-dip galvanizing of steel // Metalurgija. 2016. Vol. 55. № 1. P. 111–114.

Sepper S., Peetsalu P., Kulu P., Saarna M., Mikli V. The role of silicon in the hot dip galvanizing process // Proceedings of the Estonian Academy of Sciences. 2016. Vol. 65. № 2. P. 159–165.

Bellini C., Carlino F., Natali S. Analysis of the Al and Ti additions influences on phases generation and damage in a hot dip galvanizing process // Procedia Structural Integrity. 2019. Vol. 18. P. 688–693.

Min T., Gao Y., Huang X., Gong Z., Li K., Ma S. Effects of aluminum concentration on the formation of inhibition layer during hot-dip galvanizing // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2018. Vol. 127. P. 394–402.

Samanta S., Halder A.K., Deo Y., Guha S., Dutta M. Effect of Mn and Cr on the selective oxidation, surface segregation and hot-dip Zn coat ability // Surface and Coatings Technology. 2019. Vol. 377. Art. 124908.

Xu W., Wei L., Zhang Z., Liu Y., Chou K.-C., Fan H., Li Q. Effects of lanthanum addition on the microstructure and corrosion resistance of galvanized coating // Journal of Alloys and Compounds. 2019. Vol. 784. P. 859–868.

Shibli S.M.A., Meena B.N., Remya R. A review on recent approaches in the field of hot dip zinc galvanizing process // Surface and Coatings Technology. 2015. Vol. 262. P. 210–215.

Sha C., Liu S., Du Y., Xu H., Zhang L., Liu Y. Experimental investigation and thermodynamic reassessment of the FeSiZn system // Calphad: Computer Coupling of Phase Diagrams and Thermochemistry. 2010. Vol. 34. № 4. P. 405–414.

Опубликован
2020-06-27
Выпуск
Раздел
Технические науки