Vì Sao Cùng Là Thép Nhưng Chiều Dày Lớp Mạ Kẽm Nhúng Nóng Lại Khác Nhau? Vai Trò Của Silic Và Phospho

Vì sao cùng mạ kẽm nhúng nóng nhưng có chiều dày và màu sắc khác nhau? Tìm hiểu ảnh hưởng của Silic, Phospho và thép phản ứng.

Hai cấu kiện thép có cùng kích thước, cùng được đưa vào một dây chuyền mạ kẽm nhúng nóng, nhưng sau mạ lại có thể rất khác nhau:

Một cấu kiện sáng bạc, bề mặt khá mịn.
Cấu kiện khác màu xám đậm.
Có vị trí lớp kẽm dày hơn đáng kể.
Một số bề mặt hơi thô hoặc không đồng màu.

Điều này không nhất thiết có nghĩa quá trình mạ thiếu ổn định.

Một trong những nguyên nhân quan trọng nhất nằm ngay trong thành phần hóa học của thép, đặc biệt là hai nguyên tố:

Silic (Si) và Phospho (P).

American Galvanizers Association (AGA) xác định đây là hai thành phần hóa học có ảnh hưởng mạnh nhất đến chiều dày và ngoại quan của lớp mạ kẽm nhúng nóng.

1. Lớp mạ kẽm không đơn giản là một lớp kẽm bám trên thép

Trong quá trình mạ nhúng nóng, thép được đưa vào bể kẽm nóng chảy.

Kẽm không chỉ phủ lên bề mặt như sơn mà xảy ra phản ứng luyện kim giữa sắt và kẽm, tạo thành các lớp hợp kim Fe-Zn, phía ngoài thường có thêm lớp kẽm tương đối tinh khiết.

Vì vậy, chiều dày lớp mạ phụ thuộc vào tốc độ phản ứng giữa:

thép nền ↔ kẽm nóng chảy.

Mà tốc độ phản ứng này lại chịu ảnh hưởng rất lớn bởi thành phần hóa học của thép.

Đó là lý do hai loại thép nhìn bên ngoài gần như giống nhau vẫn có thể tạo ra lớp mạ khác nhau.

2. Silic ảnh hưởng đến lớp mạ như thế nào?

Silic được sử dụng trong quá trình luyện thép, trong đó có vai trò khử oxy.

Nhưng khi mạ kẽm nhúng nóng, hàm lượng Silic có thể làm thay đổi mạnh tốc độ phản ứng giữa Fe và Zn.

ASTM A385/A385M-22 hiện là phiên bản active của hướng dẫn tạo lớp mạ kẽm chất lượng cao. Theo hướng dẫn được AGA tổng hợp từ ASTM A385, các khoảng Silic thuận lợi thường là:

Si < 0,04%

hoặc khoảng:

Si = 0,15-0,22%.

Thép nằm ngoài các khoảng thuận lợi này có thể trở nên reactive – phản ứng mạnh hơn với kẽm, từ đó tạo lớp coating dày hơn bình thường.

3. Sandelin Effect – vì sao một số thép tạo lớp mạ rất dày?

Mối quan hệ giữa hàm lượng Silic và tốc độ hình thành lớp mạ thường được mô tả bằng Sandelin Curve.

Một điều quan trọng là:

Silic tăng không có nghĩa chiều dày lớp mạ tăng đều theo một đường thẳng.

Ở một số khoảng thành phần nhất định, thép trở nên rất phản ứng với kẽm.

Đặc biệt, GAA cho biết thép có hàm lượng Si khoảng 0,04-0,14% có thể tạo lớp mạ xám và dày quá mức do các lớp hợp kim Fe-Zn phát triển nhanh.

Kết quả có thể thấy:

phản ứng mạnh → lớp hợp kim Fe-Zn phát triển nhanh → coating dày → bề mặt xám hoặc thô hơn.

Đây thường được gọi là Sandelin Effect.

4. Phospho cũng có ảnh hưởng rất lớn

Silic không phải yếu tố duy nhất.

Phospho (P) cũng có khả năng thúc đẩy phản ứng giữa thép và kẽm.

Đáng chú ý hơn, khi Phospho kết hợp với Silic, ảnh hưởng có thể mạnh hơn so với chỉ xem từng nguyên tố riêng lẻ.

GAA cho biết hàm lượng Si và P đều ảnh hưởng đến:

Cấu trúc lớp mạ.
Ngoại quan.
Chiều dày.
Tính chất của coating.

Trong trường hợp phản ứng mạnh, lớp phủ có thể trở nên quá dày, giòn hơn và dễ bị tổn thương tại mép khi va đập mạnh.

Vì vậy khi cần dự đoán khả năng phản ứng của thép, không nên chỉ nhìn vào chỉ số Silic.

Đọc thêm: “Bề Mặt Mạ Kẽm Đẹp Hay Xấu Có Quyết Định Chất Lượng Không?”

5. Có thể đánh giá kết hợp Si và P như thế nào?

Một chỉ số tham khảo thường được sử dụng là Silicon Equivalent:

Si Equivalent = %Si + 2,5 x %P

AGA sử dụng chỉ số này để đánh giá tác động kết hợp của Silic và Phospho đối với khả năng phản ứng của thép khi galvanizing.

Tuy nhiên cần lưu ý:

Đây là công cụ dự báo, không phải công thức có thể dự đoán chính xác tuyệt đối chiều dày cuối cùng.

Phản ứng thực tế còn phụ thuộc vào:

Điều kiện bề mặt thép.
Chiều dày vật liệu.
Thời gian nhúng.
Nhiệt độ.
Độ nhám.
Tốc độ nguội.
Quá trình chế tạo.

6. Vì sao lớp mạ phản ứng mạnh thường có màu xám?

Lớp mạ thông thường thường có lớp kẽm ngoài cùng tạo ngoại quan sáng hơn.

Khi thép phản ứng mạnh, các lớp hợp kim kẽm–sắt phát triển nhanh, đôi khi phát triển gần tới bề mặt ngoài.

Kết quả là lớp mạ có thể:

Xám.
Xám đậm.
Mờ.
Lốm đốm sáng – tối.
Hơi thô.

AGA cho biết thép phản ứng mạnh thường tạo lớp mạ dày hơn và có ngoại quan xám mờ hoặc có vân lốm đốm, thay vì sáng bóng.

Điều quan trọng:

Màu xám không có nghĩa lớp mạ chất lượng kém.

Nếu lớp phủ:

Liên tục.
Đủ chiều dày.
Bám dính phù hợp.
Không ảnh hưởng công năng.

thì khác biệt màu sắc chủ yếu là vấn đề ngoại quan.

7. Lớp mạ càng dày có phải càng tốt?

Không nên hiểu đơn giản như vậy.

Trong cùng điều kiện môi trường, lớp kẽm dày hơn thường cung cấp nhiều vật liệu bảo vệ hơn và có thể giúp kéo dài thời gian bảo vệ.

Tuy nhiên, coating quá dày do thép phản ứng mạnh có thể tạo tỷ lệ lớp hợp kim Fe–Zn lớn hơn và trở nên:

Thô.
Giòn hơn.
Nhạy với va đập.
Dễ tổn thương tại mép khi vận chuyển.

AGA và GAA đều lưu ý reactive steel có thể tạo coating dày, nhưng trong trường hợp quá mức có thể làm giảm khả năng chịu tác động cơ học của lớp phủ.

Note: AGA – Hiệp hội mạ kẽm Hoa Kỳ và GAA – Hiệp hội mạ kẽm Úc.

Do đó:

dày đạt yêu cầu ≠ càng dày vô hạn càng tốt.

8. Vì sao cùng một kết cấu lại có chỗ sáng, chỗ xám?

Điều này đặc biệt thường gặp ở kết cấu tổ hợp.

Ví dụ một khung được chế tạo từ:

Dầm của nhà máy thép A.
Plate từ nhà máy thép B.
RHS từ nguồn C.

Các vật liệu có thể cùng mác thép theo yêu cầu cơ tính nhưng thành phần Si/P thực tế không hoàn toàn giống nhau.

Sau khi hàn thành một cấu kiện và cùng nhúng vào bể:

dầm có thể sáng → plate xám → RHS xám đậm hơn.

ASTM A385 cũng lưu ý khi một nối ghép sử dụng các thành phần thép có thành phần hoá học hoặc tình trạng bề mặt khác nhau thì ngoại quan sau galvanizing thường không đồng đều.

Đây là lý do không nên vội kết luận:

“Chỗ này mạ tốt, chỗ kia mạ không tốt”

chỉ dựa trên màu sắc.

Đọc thêm: “Những Lỗi Bề Mặt Thường Gặp Sau Mạ”

9. Cùng một mác thép vẫn có thể cho kết quả khác nhau

“Mác thép giống nhau” không đồng nghĩa:

Si và P hoàn toàn giống nhau.

Các heat thép khác nhau vẫn có thể có thành phần hóa học khác nhau trong phạm vi specification của nhà sản xuất.

Ngoài ra, kết quả trên Mill Test Certificate – MTC/MTR thường đại diện cho heat thép và không phải lúc nào cũng phản ánh tuyệt đối từng vị trí trên từng cấu kiện.

AGA lưu ý thành phần nguyên tố có thể biến thiên giữa các sản phẩm và thậm chí ở mức nhất định trên cùng vật liệu; vì vậy việc dự báo phản ứng galvanizing không phải lúc nào cũng tuyệt đối.

10. Khi nào cần quan tâm đặc biệt đến Si và P?

Không phải dự án nào cũng cần kiểm soát chemistry rất chặt.

Nhưng nên kiểm tra kỹ khi sản phẩm có:

Yêu cầu ngoại quan cao.
Kết cấu kiến trúc lộ thiên.
Nhiều loại thép ghép chung.
Yêu cầu lớp mạ đồng đều.
Yêu cầu Duplex System sau mạ.
Nhiều cấu kiện cần ngoại quan tương đồng.

Trong những trường hợp đó, kỹ sư hoặc purchaser nên kiểm tra MTC/MTR trước fabrication, đặc biệt các thông số:

Si – P – C – Mn.

AGA khuyến nghị khi ngoại quan HDG là yêu cầu quan trọng, steel grade và chemistry nên được trao đổi với đơn vị mạ ngay từ giai đoạn chọn vật liệu.

11. Có thể yêu cầu đơn vị mạ tạo chính xác 100 µm không?

Không phải lúc nào cũng có thể.

Với mạ kẽm nhúng nóng sau fabrication, chiều dày lớp phủ được hình thành bởi phản ứng luyện kim, không phải đơn giản như điều chỉnh độ dày một lớp sơn.

Với thép có thành phần hoá học bình thường, việc giữ cấu kiện trong bể lâu hơn không nhất thiết làm chiều dày tăng mạnh sau một giai đoạn nhất định.

Ngược lại, với reactive steel, coating có thể tiếp tục phát triển nhanh hơn khi thời gian nhúng kéo dài.

Vì vậy, yêu cầu hợp lý hơn thường là:

Đáp ứng minimum coating thickness theo tiêu chuẩn, thay vì yêu cầu mọi cấu kiện phải có một con số micron giống hệt nhau.

ASTM A123/A123M-24 hiện là phiên bản active đối với nhiều sản phẩm và kết cấu thép mạ nhúng nóng sau fabrication.

12. Khi nghiệm thu nên nhìn vào điều gì?

Không nên đánh giá một lớp mạ chỉ bằng:

“sáng hay xám?”

Cần kiểm tra:

Coverage – thép có được phủ đầy đủ không?
2. Thickness – chiều dày có đáp ứng tiêu chuẩn?
3. Adherence – lớp mạ có ổn định?
4. Finish – có cục kẽm, cạnh sắc hoặc vị trí ảnh hưởng sử dụng?
5. Function – có cản trở lắp ráp hay không?

Một lớp mạ xám nhưng đạt chiều dày và liên tục có thể hoàn toàn đáp ứng yêu cầu.

Ngược lại:

Một lớp mạ sáng đẹp chưa chắc đã đạt nếu chiều dày dưới mức yêu cầu.

Đọc thêm: “Cách Kiểm Tra Và Nghiệm Thu Mạ Kẽm”

13. Chien You khuyến nghị gì trước khi mạ?

Với dự án có yêu cầu cao về chiều dày hoặc ngoại quan, khách hàng nên cung cấp cho Chien You:

Mác thép.
Mill Test Certificate.
Hàm lượng Si và P nếu có.
Chiều dày vật liệu.
Shop drawing.
Tiêu chuẩn áp dụng.
Yêu cầu coating thickness.
Yêu cầu ngoại quan.
Có sơn Duplex sau mạ hay không.

Nếu một kết cấu sử dụng nhiều loại thép hoặc nhiều nguồn vật liệu, nên thông báo từ đầu.

Điều này giúp hai bên đánh giá nguy cơ:

khác màu → coating quá dày → bề mặt thô → hoặc chiều dày khó đồng đều

trước khi cấu kiện được đưa vào sản xuất hàng loạt.

Đọc thêm: “Mạ Kẽm Có Tuổi Thọ Bao Lâu?”

Câu hỏi thường gặp

Vì sao lớp mạ kẽm có chỗ sáng, chỗ xám?

Một trong những nguyên nhân phổ biến nhất là sự khác nhau về thành phần hóa học thép, đặc biệt Silic và Phospho. Tốc độ nguội và tình trạng bề mặt cũng có thể ảnh hưởng ngoại quan.

Lớp mạ màu xám có kém bền không?

Không nhất thiết. Màu xám thường xuất hiện khi các lớp hợp kim Fe-Zn phát triển mạnh. Cần kiểm tra chiều dày, độ phủ và công năng thay vì chỉ nhìn màu sắc.

Silic càng cao thì lớp mạ càng dày?

Không theo quan hệ tuyến tính đơn giản. Mối quan hệ giữa hàm lượng Si và tốc độ phản ứng có dạng đặc trưng thường được mô tả bằng Sandelin Curve.

Có nên yêu cầu thép có hàm lượng Silic bằng 0?

Không. Thép có Si rất thấp cũng có thể tạo coating mỏng hơn mong muốn trong một số trường hợp. Việc lựa chọn thành phần hoá học phải cân bằng giữa khả năng galvanizing, yêu cầu vật liệu và ngoại quan.

Làm sao dự đoán trước kết quả?

Kiểm tra MTC/MTR, đặc biệt Si và P, đồng thời gửi thông tin cho đơn vị galvanizing trước khi chế tạo. Tuy nhiên đây vẫn là dự báo chứ không thể bảo đảm từng cấu kiện sẽ có ngoại quan giống hệt nhau.

Kết luận

Khi hai cấu kiện thép có lớp mạ khác nhau, nguyên nhân không nhất thiết nằm ở bể kẽm.

Rất nhiều trường hợp bắt đầu từ:

thành phần hóa học của chính thép nền.

Hai nguyên tố cần đặc biệt chú ý là:

Silic (Si) + Phospho (P).

Chúng có thể làm thay đổi tốc độ phát triển của lớp hợp kim Fe-Zn, từ đó ảnh hưởng đến:

chiều dày → màu sắc → độ nhám → đặc tính cơ học của lớp mạ.

Vì vậy:

Nếu dự án yêu cầu lớp mạ có ngoại quan và chiều dày đồng đều cao, cần kiểm soát thép từ trước khi chế tạo – không nên đợi đến sau mạ mới xử lý.

Đối với các dự án có yêu cầu đặc biệt, khách hàng có thể gửi MTC/MTR + shop drawing + tiêu chuẩn + yêu cầu chiều dày/ngoại quan cho Chien You để xem xét khả năng galvanizing trước khi sản xuất.

———————————————————

Liên hệ Chien You để được tư vấn:
0942 977 988 – 0949 243 438 – 0969 999 761