سیم‌کش فولاد گالوالوم: مقاومت عالی در برابر خوردگی

فولاد گالوالوم چیست و چگونه در برابر خوردگی مقاومت می‌کند؟

ترکیب گالوالوم: 55٪ آلومینیوم، 43.4٪ روی، 1.6٪ سیلیسیم

سیم‌کش فولاد گالوالوم ترکیبی از دوام آلومینیوم و حفاظت قربانی روی را در یک آلیاژ دقیق مهندسی‌شده ارائه می‌دهد. این پوشش شامل موارد زیر است:

این آلیاژ سه‌تایی در حین پوشش دادن غوطه‌وری گرم، پیوند متالورژیکی با زیرلایه فولادی ایجاد می‌کند. نقش سیلیسیم به‌ویژه بسیار حیاتی است—تحقیقات تأیید می‌کنند که سیلیسیم از شکنندگی بین‌فلزی جلوگیری می‌کند و به این ترتیب پوشش می‌تواند در مقابل شکل‌دهی مکانیکی مقاومت کرده و بدون ریزش یا ترک خوردن تحمل کند.

حفاظت سدی از طریق لایه سطحی غنی از آلومینیوم

حدود نیمی از مواد را آلومینیوم تشکیل می‌دهد که لایه اکسیدی ضخیمی بر روی سطح فولاد ایجاد می‌کند. این لایه محافظتی از ورود آب، هوا و یون‌های خورنده مزاحمی که باعث خوردگی فلز می‌شوند، جلوگیری می‌کند. پوشش‌های روی معمولی به همان اندازه مقاوم نیستند، به‌ویژه در نزدیکی سواحل که آب شور همه‌جا نفوذ می‌کند. آزمایش‌های آزمایشگاهی نشان داده‌اند که اگر این لایه اکسیدی خراشیده شود، در طول زمان به‌صورت خودبه‌خودی ترمیم می‌شود. چیزی که واقعاً قابل توجه است، مقاومت این ماده در برابر سال‌ها تابش نور خورشید و دماهای بسیار شدید است که از زیر نقطه انجماد تا بالای نقطه جوش نیز امتداد دارد.

حفاظت قربانی‌شونده فعال‌شده توسط روی موجود در آلیاژ

محتوای 43.4 درصدی روی، حفاظت کاتدی را به‌ویژه در همان نقاط آسیب‌پذیر که در آنها برش ایجاد می‌شود یا سطح دچار آسیب می‌گردد، فراهم می‌کند. گاهی فولاد در معرض قرار می‌گیرد و در این حالت، روی تمایل دارد که اول اکسید شود. این بدین معناست که حدود 0.05 میلی‌متر از لایه محافظ هر ساله از بین می‌رود که در مقایسه با حدود 0.2 میلی‌متر از دست‌داد سالانه در پوشش‌های فولاد گالوانیزه معمولی است. در اینجا در واقع دو لایه دفاعی وجود دارد که با هم کار می‌کنند: حفاظت سدی و این عنصر فداکشی‌شده که توضیح می‌دهد چرا سیم‌پیچ‌های فولاد گالوالوم عموماً در آزمون‌های شتاب‌داده‌شده پاشش نمک بر اساس استاندارد ASTM B117، عمری تقریباً 2 تا 4 برابر بیشتر از معادل‌های استاندارد گالوانیزه خود دارند.

مکانیسم دوام بلندمدت سیم‌پیچ‌های فولاد گالوالوم

مقاومت تآثری در برابر خوردگی ناشی از تعامل آلومینیوم و روی

آنچه که مقاطع فولادی گالوالوم را متمایز می‌کند، طول عمر بسیار بالاتر آن نسبت به فولاد معمولی است. راز این موضوع در ترکیب خاص محافظتی آن نهفته است: آلومینیوم به عنوان یک سپر در برابر رطوبت عمل می‌کند، در حالی که روی دارای این ویژگی جالب است که در صورت آسیب، به طور خودکار ترمیم می‌شود. حدود نیمی از مواد تشکیل‌دهنده این محصول از آلومینیوم است که لایه‌ای از اکسید مقاوم ایجاد می‌کند و از نفوذ آب جلوگیری می‌کند. هنگامی که سطح آسیب یا خراشیده می‌شود، روی ابتدا دچار خوردگی می‌شود و از فولاد اصلی محافظت می‌کند. آزمایش‌ها نشان داده‌اند که این مقاطع می‌توانند در شرایط سخت مانند قرار گرفتن در معرض آب شور، بین ۲ تا ۴ برابر طولانی‌تر از فولاد گالوانیزه معمولی دوام بیاورند. برای ساختمان‌های نزدیک به خطوط ساحلی یا مناطق صنعتی، این امر به معنای کاهش تعویض‌های مکرر و مشکلات تعمیر و نگهداری در طول زمان است.

نقش عناصر آلیاژی کم‌مقدار (Si، Mn، Cr) در مقاومت در برابر اکسیداسیون

حدود ۱٫۶ درصد سیلیسیم به ایجاد پیوند قوی بین پوشش و فولاد زیرین کمک می‌کند که این امر زمانی که شرایط به طور مکرر گرم و سرد می‌شود، بسیار مهم است. منگنز و کروم نیز در حفظ پایداری عملکرد بسیار مؤثر هستند. آزمایش‌های انجام‌شده در شرایط واقعی نشان داده‌اند که این مقادیر کم، مشکلات اکسیداسیون را در مناطق مرطوب تقریباً ۳۸٪ کاهش می‌دهند، در حالی که آلیاژهای معمولی آلومینیوم-روی نمی‌توانند به همین میزان با این شرایط کنار بیایند. بیشتر تولیدکنندگان می‌گویند که با این ترکیب خاص از مواد شیمیایی، زنگ قرمز در شرایط آب‌وهوایی مختلف به مدت ۲۰ تا ۳۵ سال عملاً ناپدید می‌شود که بر اساس آزمایش‌های میدانی در طول زمان مشاهده شده است.

تشکیل لایه‌های اکسید محافظ در محیط‌های مختلف

مقاومت در برابر خوردگی گالوالوم از طریق پسیو شدن وابسته به محیط به‌وجود می‌آید:

• آب‌وهوای دریایی: تشکیل لایه‌های لایه‌ای از اکسی‌هیدروکسیدهای آلومینیوم (AlO(OH)) که در برابر نفوذ کلرید مقاوم هستند
• مناطق صنعتی: تشکیل ترکیبات سولفات روی که ترکیبات گوگردی را خنثی می‌کند
• مناطق معتدل: ایجاد لایه‌های پایدار کربنات روی از طریق کربنات‌شدن طبیعی

داده‌های میدانی از نصب‌های آمریکای شمالی نشان می‌دهد که پس از ۱۷ سال در مناطق ساحلی، ۹۷٪ از یکپارچگی سطح حفظ شده است که عملکرد بهتری نسبت به میانگین ۶۳٪ فولاد گالوانیزه دارد. این محافظت تطبیقی توضیح می‌دهد که چرا طبق بررسی مواد ساختمانی در سال ۲۰۲۳، ۷۸٪ از متخصصان طراحی معماری اکنون مقواهای فولادی گالوالوم را برای پروژه‌های زیرساختی حیاتی ترجیح می‌دهند.

عملکرد واقعی در کاربردهای ساحلی و صنعتی

طول عمر مقواهای فولادی گالوالوم در آب و هوای دریایی و با شوری بالا

سیم‌پیچ فولاد گالوالوم دوام زیادی در برابر شرایط سخت مناطق ساحلی دارد که در آن هواي نمکی و رطوبت مداوم به مواد آسیب می‌زنند. عامل اصلی عملکرد خوب آن، ترکیب خاص آلومینیوم و روی است که لایه محافظ محکمی در برابر یون‌های خورنده کلرید ایجاد می‌کند. آزمایش‌های آزمایشگاهی که فرآیند پیری را تسریع می‌کنند، نشان می‌دهند گالوالوم در شرایط دریایی شبیه‌سازی‌شده حدود سه تا پنج برابر بیشتر از فولاد گالوانیزه معمولی دوام می‌آورد. با بررسی سازه‌های واقعی احداث‌شده نزدیک به اقیانوس، مهندسان نرخ سایش پوشش را حتی پس از پانزده سال در مناطق جزر و مدی که آب شور دائماً به سطوح فلزی حمله می‌کند، کمتر از ۰٫۵ میلی‌متر در سال اندازه‌گیری کرده‌اند.

مقاومت در برابر گوگرد و آلاینده‌ها در مناطق صنعتی

گالوالوم به دلیل پوشش غنی از سیلیسیم خاص خود که در برابر آلاینده‌های اسیدی مقاومت می‌کند، خود را در محیط‌های سختی مانند کارخانجات فرآوری مواد شیمیایی و مناطق صنعتی شلوغ اثبات کرده است. تحقیقات انجام‌شده در اطراف مراکزی که ترکیبات گوگردی منتشر می‌کنند، چیز جالبی را نشان می‌دهد - نرخ خوردگی تنها به میزان ۱۴٪ نسبت به فولاد گالوانیزه معمولی است. چرا؟ زیرا این ماده لایه محافظی از اکسید آلومینیوم تشکیل می‌دهد که در طول زمان در برابر آسیب سولفیداسیون مقاومت بسیار بهتری دارد. برای هر کسی که روی پروژه‌های ساختمانی در نزدیکی کارخانه‌ها یا مناطق با ترافیک سنگین کار می‌کند و کیفیت هوای آنجا به طور منظم به زیر ۵۰ میکروگرم در متر مکعب ماده معلق می‌رسد، گالوالوم انتخاب آشکاری برای مواردی مانند نصب سقف و سیستم‌های تهویه مطبوع است. این ماده در این شرایط سخت، به سادگی عمر طولانی‌تری دارد.

داده‌های میدانی: نرخ تشکیل زنگ‌زدگی در مقابل فولاد بدون پوشش و فولاد گالوانیزه

آزمایش‌های مستقل در ۴۲ نقطه، برتری عملکرد گالوالوم را نشان می‌دهد:

مولفه روی حفاظت قربانی را در محل آسیب به پوشش فراهم می‌کند، در حالی که آلومینیوم حفاظت سدی را در مناطق سالم حفظ می‌کند.

گالوالوم در مقابل گالوانیزه و فولاد پوشش‌دار با آلومینیوم: مقایسه عملکرد

مقاومت در برابر خوردگی: سیم‌پیچ فولاد گالوالوم در مقابل فولاد گالوانیزه

آزمایشات نشان داده است که کویل های فولاد Galvalume حدود 2 تا 4 برابر بیشتر از فولاد گالوانیزه معمولی در هنگام آزمایش اسپری نمک در آزمایشگاه (استانداردی ASTM B117 از سال 2023) دوام می آورند. مواد گالوانیزه ی معمولی با داشتن روی که از فلز زیر آن محافظت می کند کار می کنند، اساساً خود را در برابر خوردگی در ابتدا رها می کنند. اما گالالوئم این ترکیب خاص آلومینیوم و روی دارد که چیزی بسیار قوی تر را در برابر ورود آب تشکیل می دهد. وقتی به آنچه در محیط های ساحلی واقعی اتفاق می افتد نگاه کنیم، تفاوت آن حتی واضح تر می شود. گالولوم معمولاً تا 25 تا 40 سال قبل از ظاهر شدن فرسایش جدی دوام می آورد، در حالی که فولاد گالوانیزه معمولی پس از تنها 12 تا 18 سال در شرایط مشابه در امتداد سواحل شروع به تجزیه می کند.

بازتاب گرمی و آب و هوا: گالولوم در مقابل فولاد پوشانده با آلومینیوم

گالولوم در واقع حدود ۸۰ درصد از تابش خورشیدی را بازتاب می دهد، که کمی بهتر از ۶۵ درصد بازتاب برای فولاد پوشانده با آلومینیوم است. این تفاوت تاثیر قابل توجهی بر دمای سطح زمین نیز دارد، که بر اساس آزمایش های مختلف حرارتی که دیده ایم، در آن روزهای گرم تابستان، حدود 14 درجه فارنهایت (یا حدود 8 درجه سانتیگراد) کاهش می یابد. با این حال، وقتی که گرما شدیدتر می شود، بالاتر از ۷۵۰ درجه فارنهایت، نسخه های پوشیده از آلومینیوم به طور معمول بهتر نگه می دارند. در این دمای شدید، قسمت روی موجود در Galvalume از طریق فرآیندهای اکسیداسیون شروع به تجزیه می کند. با توجه به دوام طولانی مدت هر دو گزینه در طول زمان بسیار انعطاف پذیر هستند. پس از پانزده سال در معرض شرایط آب و هوایی عادی در اکثر نقاط کشور، هیچ یک از مواد نشان می دهد که بسیار فرسایش و اشکالی، باقی می ماند در زیر نشان تجزیه 5٪ مشخص شده در استانداردهای ISO 9227 برای آزمایش مقاومت در برابر خوردگی.

کل هزینه مالکیت و عمر خدمت بر اساس نوع پوشش

مدل سازی هزینه چرخه عمر نشان می دهد که Galvalume 23٪ صرفه جویی در سیستم های پوششی آلومینیومی در کاربردهای سقف (40 سال افق) را به دست می آورد.

وقتی فولاد گالوانیزه می تواند از گالولوم برتر باشد: درک این تناقض

فولاد گالوانیزه در محیط های دارای سولفید بالا (ترکیب فاضلاب، کارخانه های پالپ) که در آن آلومینیوم سولفید های خوردنی را تشکیل می دهد، مقاومت برتر را نشان می دهد. یک مطالعه پالایشگاه 2024 نرخ خوردگی 0.12 میلی متر در سال را برای گالوانیزه در مقابل 0.28 میلی متر برای Galvalume در جوهای غنی از گوگرد ثبت کرد. محافظت کاتدی از روی نیز بهتر از خوردگی برش لبه در مجموعه های مکانیکی بدون مهر و موم می کند.

عوامل کلیدی که بر مقاومت در برابر خوردگی در کاربردهای Galvalume تأثیر می گذارند

ضخامت پوشش و تاثیر آن بر طول عمر

مقاومت کویل فولاد گالالووم در برابر خوردگی به شدت به ضخامت پوشش بستگی دارد. تحقیقات انجام شده در آزمایش های صنعتی نشان می دهد که وقتی گالوالوم دارای پوشش هایی با ضخامت بیش از 35 میکرو است، در مناطق نزدیک به ساحل در مقایسه با فولاد گالوانیزه معمولی با پوشش های زیر 20 میکرو با توجه به استانداردهای ASTM از سال 2022 بسیار طولانی تر است. وقتی به پوشش های حتی ضخیم تر بین 45 تا 55 میکرونه نگاه کنیم، این ها می توانند درواقع زندگی کاری بیش از 50 سال را در مکان هایی با شرایط آب و هوایی متوسط به ماده بدهند. این اتفاق می افتد چون لایه ضخیم تر چیزی را تشکیل می دهد که اساسا یک سپر محافظی محکم تر با غنی سازی آلومینیوم است که یون های کلرید مضر را مسدود می کند و مانع از نفوذ رطوبت به سطح می شود.

بهترین شیوه های آماده سازی سطح و چسبندگی پوشش

آماده سازی مناسب سطح، چسبندگی پوشش را در مقایسه با فولاد بدون درمان، 300٪ افزایش می دهد (SSPC-SP 1 2021). مراحل مهم عبارتند از:

• فسفات برای ایجاد الگوهای لنگر میکرو کریستال
• پاک‌سازی شیمیایی برای حذف اکسیدها و پوسته فلزی
• پسیواسازی کنترل‌شده برای بهینه‌سازی پیوند آلومینیوم-روی
  آماده‌سازی ناکافی باعث 73٪ از خرابی‌های زودهنگام پوشش می‌شود و اجازه می‌دهد عوامل خورنده به لایه‌های زیرین نفوذ کنند.

عوامل محیطی: رطوبت، شوری و آلودگی هوا

عملکرد گالوالوم در محیط‌های مختلف به طور قابل توجهی متفاوت است:

داده‌های میدانی از 4,000 نصب نشان می‌دهد که رطوبت بالای 70% فرسایش روی را تا 40% تسریع می‌کند، در حالی که ترکیبات گوگرد صنعتی باعث ایجاد حفره‌های ریز در لایه‌های غنی از آلومینیوم می‌شوند (مطالعه میدانی NACE، 2020).

سوالات متداول

تهیه فولاد گالوالوم چه عناصری را شامل می‌شود؟

سیم‌پیچ فولاد گالوالوم از 55% آلومینیوم، 43.4% روی و 1.6% سیلیسیم تشکیل شده است.

فولاد گالوالوم چگونه در برابر خوردگی مقاومت می‌کند؟

فولاد گالوالوم از طریق ترکیبی از محافظت سدی که توسط آلومینیوم ایجاد می‌شود و محافظت قربانی‌گری که توسط روی انجام می‌شود، در برابر خوردگی مقاومت می‌کند.

طول عمر سیم‌های فولادی گالوالوم در محیط‌های دریایی چقدر است؟

در محیط‌های دریایی، معمولاً سیم‌های فولادی گالوالوم بین سه تا پنج برابر بیشتر از فولاد گالوانیزه معمولی دوام دارند.

گالوالوم در مقایسه با فولاد گالوانیزه چگونه است؟

پوشش آلومینیوم-روی گالوالوم باعث می‌شود که این ماده در آزمایش‌های پاشش نمک، به‌طور کلی ۲ تا ۴ برابر بیشتر از فولاد گالوانیزه دوام بیاورد.