استاندارد ASTM A653/A653M یکی از مهمترین استانداردهای بینالمللی در حوزه تولید، خرید، کنترل کیفیت و کاربرد ورق گالوانیزه گرم است. بسیاری از ورقهای گالوانیزه مورد استفاده در صنایع ساختمانی، خودروسازی، تولید لوازم خانگی، کانالسازی، تجهیزات سرمایشی و گرمایشی، تابلوهای برق و سازههای سبک بر اساس الزامات این استاندارد تولید یا سفارشگذاری میشوند.
با این حال، عبارت " مطابق ASTM A653" بهتنهایی برای معرفی کامل یک ورق کافی نیست. برای مشخصشدن دقیق محصول باید علاوه بر شماره استاندارد، مواردی مانند نوع فولاد پایه، گرید مکانیکی، نوع پوشش، جرم پوشش، ضخامت، ابعاد، کیفیت سطح و عملیات تکمیلی نیز تعیین شود.
در این مقاله بررسی میکنیم که استاندارد ASTM A653/A653M چیست؟، چه محصولاتی را پوشش میدهد، علائم G90 و Z275 چه مفهومی دارند، چه تفاوتی میان ورق گالوانیزه و گالوانیل وجود دارد و هنگام خرید ورق مطابق این استاندارد باید به چه نکاتی توجه کرد.
عنوان رسمی این استاندارد عبارت است از:
Standard Specification for Steel Sheet, Zinc-Coated (Galvanized) or Zinc-Iron Alloy-Coated (Galvannealed) by the Hot-Dip Process
ترجمه فنی آن را میتوان چنین بیان کرد:
مشخصات استاندارد ورق فولادی با پوشش روی (گالوانیزه) یا پوشش آلیاژ روی–آهن (گالوانیل)، تولیدشده به روش غوطهوری گرم
این استاندارد، الزامات مربوط به ورق فولادی گالوانیزهشده با روی و ورق فولادی پوششدادهشده با آلیاژ روی–آهن یا گالوانیل را در دو شکل اصلی زیر تعریف میکند:
حرف M در استانداردهای ASTM معمولاً نشاندهنده استفاده از سیستم واحدهای متریک یا SI است:
برای مثال، جرم پوشش در نسخه اینچ–پوند ممکن است با واحد اونس بر فوت مربع و در نسخه متریک با واحد گرم بر متر مربع بیان شود.
نکته مهم این است که ASTM تصریح میکند مقادیر نسخه اینچ–پوند و SI الزاماً معادل دقیق یکدیگر نیستند و هر سیستم باید بهصورت مستقل استفاده شود. بنابراین نباید بخشی از سفارش بر اساس A653 و بخش دیگر بر اساس A653M تنظیم شود.
استاندارد ASTM A653/A653M برای ورقهایی کاربرد دارد که:
این استاندارد مجموعهای از فولادهای تجاری، شکلپذیر، کشش عمیق، سازهای، کمآلیاژ پراستحکام، محلولسختشونده و سختشونده در فرآیند پخت رنگ را در بر میگیرد.
ASTM A653 برای ورقهای دارای پوششهای فلزی دیگر مانند آلومینیوم–روی یا روی–آلومینیوم–منیزیم نوشته نشده است. این محصولات استانداردهای اختصاصی دیگری دارند.
در تولید پیوسته ورق گالوانیزه، نوار فولادی پس از تمیزکاری و آمادهسازی سطح، از حمام مذاب روی عبور میکند. سپس ضخامت و جرم پوشش با استفاده از جتهای هوا یا Air Knives کنترل میشود. این جتها روی اضافی را از سطح نوار حذف کرده و پوششی نسبتاً یکنواخت در عرض ورق ایجاد میکنند
مراحل عمومی این فرایند عبارتاند از:
پوشش روی، علاوه بر ایجاد یک مانع فیزیکی میان فولاد و محیط، به دلیل رفتار الکتروشیمیایی خود میتواند نقش آند فداشونده را نیز ایفا کند. به همین علت، افزایش جرم و ضخامت پوشش روی معمولاً موجب افزایش ظرفیت محافظت خوردگی میشود. ASTM A90 نیز رابطه میان جرم پوشش روی و میزان حفاظت خوردگی را مبنای انتخاب کلاس پوشش معرفی میکند.
این استاندارد دو خانواده اصلی پوشش را در بر میگیرد.
در این محصول، سطح ورق عمدتاً با لایهای از روی پوشانده میشود. پوشش روی شکلپذیری مناسبی دارد و میتواند بسیاری از عملیاتهایی مانند خمکاری، رولفرمینگ و کشش را تحمل کند.
ورق گالوانیزه در کاربردهایی مانند موارد زیر استفاده میشود:
در ورق گالوانیل، پس از خروج ورق از حمام روی، عملیات حرارتی تکمیلی انجام میشود تا آهن از فولاد پایه به داخل پوشش نفوذ کرده و پوشش آلیاژی روی–آهن تشکیل شود.
سطح گالوانیل معمولاً ماتتر و خاکستریتر از گالوانیزه معمولی است. این پوشش اغلب برای کاربردهایی انتخاب میشود که رنگپذیری و اتصال مناسب رنگ به سطح اهمیت زیادی دارد.
پوشش گالوانیل نسبت به پوشش روی خالص سختتر است؛ بنابراین در شکلدهیهای بسیار شدید باید شعاع خم، ضخامت ورق، کیفیت فولاد پایه و احتمال پودرشدن موضعی پوشش با دقت بررسی شود.
یکی از مهمترین بخشهای استاندارد ASTM A653، سیستم نامگذاری جرم پوشش است.
حرف G برای پوشش روی در سیستم اینچ–پوند استفاده میشود. عدد پس از آن، حداقل جرم اسمی پوشش را بر حسب اونس بر فوت مربع مجموع دو سطح ورق نشان میدهد.
برای مثال:
بنابراین G90 به معنای 0.90 اونس روی روی هر طرف نیست؛ بلکه این مقدار مجموع پوشش دو سطح است. استاندارد عمومی ASTM A924 نیز تصریح میکند که جز در محصولات با پوشش نامتقارن، جرم پوشش فلزی بهصورت مجموع پوشش دو سطح بیان میشود.
در سیستم SI، پوشش گالوانیزه با حرف Z و جرم پوشش بر حسب گرم بر متر مربع معرفی میشود.
برای مثال:
G90 و Z275 به یک سطح پوشش بسیار نزدیک اشاره میکنند؛ اما از نظر قراردادی باید همان سیستم واحدی که در سفارش و استاندارد انتخاب شده است، بهصورت مستقل به کار رود.
برای پوشش آلیاژ روی–آهن یا گالوانیل معمولاً از علائم زیر استفاده میشود:
برای نمونه، پوشش A40 تقریباً متناظر با ZF120 است. در جدولهای ASTM، A40 دارای جرم پوشش 0.40 اونس بر فوت مربع و ZF120 دارای جرم پوشش 120 گرم بر متر مربع در آزمون میانگین تعریف میشود.
جدول زیر چند کلاس رایج پوشش را بهصورت تقریبی مقایسه میکند:
| کلاس اینچ–پوند | کلاس متریک نزدیک | جرم پوشش مجموع دو سطح | ضخامت تقریبی هر طرف در توزیع مساوی | سطح نسبی حفاظت |
|---|---|---|---|---|
| G30 | Z90 | حدود 90 گرم بر متر مربع | حدود 6 میکرومتر | سبک |
| G40 | Z120 | حدود 120 گرم بر متر مربع | حدود 8 تا 9 میکرومتر | سبک تا متوسط |
| G60 | Z180 | حدود 180 گرم بر متر مربع | حدود 13 میکرومتر | متوسط |
| G90 | Z275 | حدود 275 گرم بر متر مربع | حدود 19 تا 20 میکرومتر | متوسط تا سنگین |
مقادیر ضخامت جدول تقریبیاند و بر اساس توزیع مساوی پوشش روی میان دو سطح محاسبه شدهاند.
همچنین مقاومت خوردگی صرفاً به کلاس پوشش وابسته نیست. شرایط محیطی، رطوبت، آلودگی صنعتی، کلریدها، تماس با مواد شیمیایی، طراحی قطعه، نقاط تجمع آب، لبههای برشخورده و وجود پوشش رنگ همگی بر عمر محصول اثر میگذارند.
خیر. G90 استاندارد نیست؛ بلکه یک کلاس یا Designation پوشش در استاندارد ASTM A653 است.
عبارت صحیحتر برای سفارش محصول میتواند چنین باشد:
ASTM A653/A653M, CS Type B, G90
نوشتن عبارت «ورق G90» فقط جرم پوشش را مشخص میکند و اطلاعاتی درباره نوع فولاد پایه، استحکام، قابلیت شکلدهی، ضخامت، تلرانسها و عملیات سطحی ارائه نمیدهد.
انتخاب نوع فولاد پایه باید متناسب با روش ساخت قطعه و الزامات مکانیکی انجام شود.
فولاد تجاری برای کاربردهای عمومی با شکلدهی نسبتاً محدود استفاده میشود. این گروه معمولاً در انواع زیر عرضه میشود:
تفاوت انواع CS عمدتاً به محدودیتهای ترکیب شیمیایی و شیوه کنترل خواص مرتبط است. انتخاب میان آنها باید بر اساس عملیات ساخت، جوشکاری، خمکاری و نیازهای خریدار انجام شود.
فولاد FS برای قطعاتی مناسب است که نسبت به فولاد تجاری به قابلیت شکلدهی بهتری نیاز دارند؛ مانند خمکاری و فرمدهی متوسط.
فولاد DDS برای ساخت قطعاتی انتخاب میشود که تحت کشش عمیق قرار میگیرند. کنترل ترکیب شیمیایی، ریزساختار و خواص مکانیکی در این فولاد اهمیت زیادی دارد.
فولاد Extra Deep Drawing Steel برای فرمدهیهای پیچیدهتر و شدیدتر طراحی شده است. این نوع فولاد در قطعاتی که به شکلپذیری زیاد و کاهش احتمال پارگی نیاز دارند، کاربرد دارد.
فولادهای SS دارای الزامات مکانیکی اجباری هستند و برای کاربردهایی انتخاب میشوند که حداقل استحکام تسلیم، استحکام کششی و ازدیاد طول اهمیت دارد.
برای مثال، در نامگذاری:
عدد گرید به سطح حداقل استحکام تسلیم مرتبط است. گریدهای سازهای باید بر اساس محاسبات طراحی و الزامات شکلدهی انتخاب شوند.
فولاد High-Strength Low-Alloy Steel نسبت استحکام به وزن بالاتری نسبت به بسیاری از فولادهای کربنی معمولی فراهم میکند. از این گروه در قطعات سازهای، خودرو، تجهیزات و پروفیلهایی استفاده میشود که کاهش ضخامت همراه با حفظ استحکام اهمیت دارد.
این فولادها برای دستیابی همزمان به استحکام بالا و قابلیت شکلدهی بهتر طراحی شدهاند. انتخاب آنها میتواند در قطعاتی که هم تحت بار سازهای و هم تحت عملیات فرمدهی قرار دارند، مفید باشد.
استاندارد A653 همچنین فولادهای Solution Hardened Steel و Bake Hardenable Steel را در بر میگیرد. در فولادهای Bake Hardenable، بخشی از افزایش استحکام پس از شکلدهی و طی سیکل حرارتی پخت رنگ ایجاد میشود؛ به همین دلیل این گروه در بعضی قطعات بدنه خودرو کاربرد دارد.
ترکیب شیمیایی فولاد پایه بر قابلیتهای زیر اثر میگذارد:
بسته به نوع و گرید فولاد، مقادیر عناصری مانند کربن، منگنز، فسفر، گوگرد، آلومینیوم و عناصر میکروآلیاژی کنترل میشوند.
استاندارد ASTM A924 انجام آنالیز ذوب، آنالیز محصول و در صورت لزوم آنالیز پوشش را در ساختار کنترل کیفیت ورقهای پوششفلزیشده پیشبینی میکند.
خواص مکانیکی مورد نیاز به نوع فولاد بستگی دارد. در فولادهای سازهای با استحکام بالا، معمولاً پارامترهای زیر اهمیت دارند:
روشهای عمومی آزمون مکانیکی فولادها در استاندارد ASTM A370 تعریف شدهاند. این استاندارد روشهای آزمون کشش، خم، سختی و ضربه را برای ارزیابی انطباق محصولات فولادی ارائه میکند.
خواص مکانیکی هر ورق باید با گرید سفارشدادهشده مقایسه شود، نه با یک مقدار عمومی برای تمام ورقهای ASTM A653.
جرم پوشش یکی از مهمترین شاخصهای پذیرش ورق گالوانیزه است. در الزامات عمومی ASTM A924 دو روش اصلی برای اندازهگیری پوشش معرفی شده است:
روش ASTM A90/A90M نیز برای تعیین جرم پوشش روی و آلیاژهای روی روی محصولات آهنی و فولادی استفاده میشود. این آزمون جرم متوسط پوشش در یک سطح مشخص را تعیین میکند و امکان محاسبه ضخامت متوسط پوشش را فراهم میسازد.
در ارزیابی پوشش باید به تفاوت میان این دو مفهوم توجه شود:
مطابقت یک کلاف فقط بر اساس یک اندازهگیری نقطهای دستگاه ضخامتسنج قابل اثبات نیست؛ روش نمونهبرداری، تعداد نمونهها، محل برداشت و روش آزمون باید با استاندارد و قرارداد خرید سازگار باشد.
ورق گالوانیزه در بسیاری از کاربردها پس از تولید خم، رول یا پرس میشود. بنابراین پوشش باید بتواند تغییر شکل مشخصشده را بدون جداشدگی تحمل کند.
آزمون خم پوشش برای ارزیابی رفتار پوشش در هنگام تغییر شکل استفاده میشود. نتیجه آزمون به عوامل متعددی وابسته است:
افزایش جرم پوشش الزاماً به معنای شکلپذیری بهتر نیست. پوشش سنگینتر، روی بیشتری برای حفاظت خوردگی فراهم میکند، اما در شکلدهی شدید ممکن است محدودیتهای فرایندی بیشتری ایجاد کند.
مطابقت با ASTM A653 به معنای کاملاً بدونعیببودن ظاهری سطح نیست. سطح موردنیاز باید متناسب با کاربرد نهایی، مانند قطعات دیده شونده، قطعات رنگشونده یا قطعات پنهان در سفارش مشخص شود.
ویژگیهای سطحی که ممکن است در خرید اهمیت داشته باشند عبارتاند از:
ظاهر گلهای روی یا اسپنگل بهتنهایی معیار دقیقی برای تعیین جرم پوشش، کیفیت فولاد یا مقاومت خوردگی نیست. جرم پوشش باید با روش آزمون معتبر یا گواهی کنترل کیفیت بررسی شود.
ورقهای مطابق ASTM A653، با توجه به گرید و کلاس پوشش، در صنایع متنوعی استفاده میشوند.
ورقهای گالوانیزه پیوسته در صنایع خودرو، لوازم خانگی، پوششهای موجدار ساختمانی و انواع محصولات فرمدادهشده کاربرد دارند.
استانداردهای ASTM A653 و ASTM A123 هر دو به گالوانیزه گرم مربوطاند، اما حوزه کاربرد یکسانی ندارند.
| موضوع | ASTM A653/A653M | ASTM A123/A123M |
|---|---|---|
| نوع محصول | ورق و کلاف فولادی | قطعات، مقاطع و سازههای فولادی |
| روش تولید | خط پیوسته گالوانیزه ورق | غوطهوری قطعه یا سازه ساختهشده |
| زمان گالوانیزهکاری | پیش از ساخت قطعه نهایی | غالباً پس از ساخت و جوشکاری |
| نوع نامگذاری پوشش | G، Z، A و ZF | ضخامتهای وابسته به نوع و ضخامت محصول |
| کاربرد متداول | ورق سقفی، کانال، بدنه، قطعات پرسشده | تیر، ستون، سازه، صفحات و قطعات ساختهشده |
ASTM A123 محصولات ساختهشده، مقاطع نوردی، قطعات پرسشده، فورجشده، ریختهگریها و سازههای مونتاژشدهای را پوشش میدهد که پس از ساخت گالوانیزه میشوند.
بنابراین عبارت «ASTM A653 G90» را نباید جایگزین مشخصات گالوانیزه گرم یک سازه ساختهشده مطابق ASTM A123 دانست.
استاندارد ASTM A653 مربوط به پوششهای زیر است:
در مقابل، استانداردASTM A792/A792M برای ورق فولادی با پوشش ۵۵ درصد آلومینیوم–روی تدوین شده است. نسخه جاری ASTM A792 علاوه بر پوشش Al-Zn-Si، نوع Al-Zn-Mg-Si را نیز در دامنه خود معرفی میکند. این محصولات برای کاربردهایی که مقاومت خوردگی، مقاومت حرارتی یا هر دو اهمیت دارند، عرضه میشوند.
بنابراین ورق دارای پوشش ۵۵ درصد آلومینیوم–روی، صرفاً با ASTM A653 تعریف نمیشود.
استاندارد ASTM A879/A879M مربوط به ورق فولادی پوششدادهشده با روی به روش الکترولیتی است و امکان تعیین جرم پوشش بهصورت جداگانه برای هر سطح را فراهم میکند.
در حالی که ASTM A653 بر پوشش اعمالشده به روش غوطهوری گرم پیوسته تمرکز دارد، ASTM A879 برای ورق الکتروگالوانیزه استفاده میشود.
استاندارد ASTM A1003/A1003M برای ورقهای فولادی پوششدار مورد استفاده در اعضای قاببندی مانند موارد زیر تدوین شده است:
این استاندارد علاوه بر خواص فولاد، الزاماتی درباره پوشش، خوردگی و کاربرد نهایی در اعضای قاببندی ارائه میکند.
ممکن است ماده اولیه برخی از این محصولات از خانواده ورقهای گالوانیزه باشد، اما برای قاببندی باید استاندارد اختصاصی محصول نهایی نیز بررسی شود.
یک سفارش فنی مناسب باید حداقل شامل اطلاعات زیر باشد:
یک نمونه سفارش فنی میتواند به شکل زیر نوشته شود:
ASTM A653/A653M-25a, CS Type B, Z275, 0.70 × 1250 mm, Coil, Skin-Passed, Oiled
برای کاربرد سازهای ممکن است مشخصات به شکل زیر باشد:
ASTM A653/A653M-25a, SS Grade 340, Z275, 1.50 × 1250 mm
این نمونهها صرفاً قالب سفارش را نشان میدهند. گرید، ضخامت و پوشش نهایی باید با توجه به طراحی محصول، محیط بهره برداری و قابلیت تولید کارخانه انتخاب می شود.
این استاندارد طیف متنوعی از ضخامتها را در قالب قابلیت تولید و تلرانسهای مربوط پوشش میدهد. ضخامت باید جداگانه در سفارش ذکر شود.
عدد 90 در G90 بیانگر 0.90 اونس بر فوت مربع مجموع دو سطح است، نه ضخامت 90 میکرومتر.
Z275 به مجموع جرم پوشش دو سطح اشاره دارد، مگر اینکه محصول بهصورت پوشش تفاضلی یا نامتقارن سفارش داده شده باشد.
ورق CS Type B، ورق DDS و ورق SS Grade 340 از نظر ترکیب شیمیایی، استحکام و قابلیت شکلدهی یکسان نیستند.
ممکن است بعضی گریدها و پوششهای ASTM، EN 10346 یا JIS G3302 شباهتهایی داشته باشند، اما معادلسازی باید بر اساس موارد زیر انجام شود:
تنها شباهت جرم پوشش، برای معادل دانستن دو گرید کافی نیست.
مقاومت خوردگی ورق دارای پوشش سبک با پوشش سنگین یکسان نیست ASTM نیز تأکید میکند که همراه با ادعای مطابقت محصول با A653 باید Designation پوشش مشخص شود؛ زیرا عملکرد خوردگی با جرم و ضخامت پوشش ارتباط مستقیم دارد.
انتخاب پوشش باید بر اساس تحلیل شرایط واقعی انجام شود.
در قطعات داخلی که تماس با رطوبت محدود است، پوششهای سبکتر ممکن است از نظر اقتصادی و فنی کافی باشند.
برای تجهیزات در معرض رطوبت، میعان یا شستوشوی محدود، معمولاً پوشش متوسط یا سنگینتر بررسی میشود.
در کاربردهای بیرونی باید علاوه بر جرم پوشش، طراحی آبرو، لبههای برشخورده، اتصالات، آلودگی محیط و امکان استفاده از رنگ یا پوشش تکمیلی ارزیابی شود.
وجود کلرید، رطوبت بالا یا آلایندههای صنعتی میتواند سرعت مصرف روی را افزایش دهد. در چنین شرایطی ممکن است پوشش سنگینتر، سیستم رنگ روی گالوانیزه یا آلیاژ پوششی متفاوت مناسب متفاوت مناسبتر باشد.
برای قطعات دارای کشش عمیق یا خمهای تند، انتخاب فولاد پایه و سازگاری پوشش با فرایند شکلدهی گاهی مهمتر از انتخاب صرفاً سنگینترین کلاس پوشش است.
خیر. استاندارد ASTM A653 حداقل الزامات محصول را تعیین میکند، اما یک عدد ثابت برای عمر مفید همه ورقها ارائه نمیدهد.
عمر واقعی ورق به عوامل زیر وابسته است:
از آنجا که حفاظت روی از طریق مصرف تدریجی پوشش انجام میشود، افزایش جرم پوشش معمولاً طول عمر بیشتری برای حفاظت خوردگی فراهم میکند.
استاندارد ASTM A653/A653M مرجع اصلی مشخصات فنی ورقهای گالوانیزه گرم است. این استاندارد تنها جرم پوشش روی را تعیین نمیکند، بلکه مجموعهای از الزامات مرتبط با نوع فولاد پایه، ترکیب شیمیایی، خواص مکانیکی، قابلیت خمکاری، جرم پوشش و انطباق محصول را در بر میگیرد.
برای تعریف دقیق یک ورق مطابق این استاندارد، باید حداقل موارد زیر مشخص شوند:
بنابراین عبارت کلی "ورق گالوانیزه ASTM A653..." برای یک خرید مهندسی کافی نیست. یک سفارش خرید ورق گالوانیزه حرفهای باید نوع فولاد، گرید مکانیکی، جرم پوشش، سیستم واحد، ابعاد و شرایط سطح را بهصورت شفاف تعیین کند.
