เหล็กแผ่นเคลือบสังกะสีมีประสิทธิภาพในการต้านทานการกัดกร่อนมากน้อยเพียงใด?

ความต้านทานการกัดกร่อนของม้วนเหล็กชุบสังกะสี: กลไกและมาตรฐาน

สังกะสีในฐานะชั้นป้องกันแบบสองหน้าที่: ทั้งเป็นเกราะป้องกันและทำหน้าที่เป็นแอโนดเสียสละ

ม้วนเหล็กที่เคลือบด้วยสังกะสีสามารถต้านทานการเกิดสนิมได้สองวิธีหลัก วิธีแรกค่อนข้างตรงไปตรงมาจริงๆ สังกะสีจะสร้างชั้นหนาที่อยู่บนผิวของเหล็กโดยตรง ทำหน้าที่กันน้ำ อากาศ และสารอันตรายต่างๆ ที่ลอยปะปนอยู่ในบรรยากาศ แต่ยังมีกลไกอีกวิธีหนึ่งด้วย เมื่อมีสิ่งใดสิ่งหนึ่งขีดข่วนผ่านชั้นเคลือบสังกะสี (ซึ่งอาจเกิดขึ้นได้ตามปกติ) สังกะสียังคงให้การป้องกันแก่วัสดุที่อยู่ด้านล่างต่อไป ทั้งนี้เป็นเพราะสังกะสีมีสมบัติทางเคมีที่ต่างจากเหล็ก เมื่อเกิดการกัดกร่อน สังกะสีจะ 'รับบทแทน' เหล็ก แทนที่จะปล่อยให้เหล็กเกิดสนิม ซึ่งถือว่าฉลาดมากหากใครได้พิจารณาอย่างลึกซึ้ง ผลการทดสอบเชิงอุตสาหกรรมโดย NACE International เมื่อปีที่แล้ว แสดงให้เห็นว่าวิธีการป้องกันแบบคู่นี้ทำให้เหล็กชุบสังกะสีมีอายุการใช้งานยาวนานกว่าการเคลือบแบบทั่วไปอย่างมาก โรงงานที่ใช้วัสดุชนิดนี้รายงานว่าอุปกรณ์ของพวกเขาสามารถใช้งานได้ดีขึ้นประมาณ 40 ถึง 50 เปอร์เซ็นต์ก่อนต้องเปลี่ยนใหม่ ซึ่งช่วยประหยัดค่าใช้จ่ายในระยะยาว

การสอดคล้องตามมาตรฐาน ASTM A653/A924: มวลของชั้นเคลือบ ความหนา และเกณฑ์ประสิทธิภาพสำหรับม้วนเหล็กชุบสังกะสี

มาตรฐาน ASTM A653 และ A924 กำหนดเกณฑ์คุณภาพที่จำเป็นสำหรับม้วนเหล็กชุบสังกะสี โดยระบุมวลขั้นต่ำของชั้นสังกะสี—ซึ่งแสดงเป็นออนซ์ต่อตารางฟุต (oz/ft²) หรือกรัมต่อตารางเมตร (g/m²)—ซึ่งมีผลโดยตรงต่อความสามารถในการต้านทานการกัดกร่อนและความทนทาน:

ข้อมูลภาคสนามจาก American Galvanizers Association ระบุว่า ม้วนเหล็กชุบสังกะสีที่มีความหนาตามข้อกำหนดระดับ Class 55 มีการเกิดสนิมแดงน้อยลง 30% หลังใช้งานมาเป็นเวลาสองทศวรรษในพื้นที่ชายฝั่ง ทั้งสองมาตรฐานยังกำหนดให้มีความต้านทานต่อการพ่นสารละลายเกลือได้นานอย่างน้อย 1,000 ชั่วโมง โดยไม่มีการกัดกร่อนของโลหะพื้นฐาน ซึ่งยืนยันประสิทธิภาพภายใต้สภาวะกัดกร่อนที่เร่งความเร็ว

ความทนทานจริงของม้วนเหล็กชุบสังกะสีภายใต้สภาพแวดล้อมที่แตกต่างกัน

เปรียบเทียบอัตราการเสื่อมสภาพและทำนายอายุการใช้งาน: เขตอุตสาหกรรม เขตชายฝั่ง และเขตชนบท

ประสิทธิภาพของวัสดุนั้นขึ้นอยู่กับสถานที่ที่ติดตั้งจริงๆ ยกตัวอย่างเช่น บริเวณชายฝั่งทะเล ซึ่งอากาศเค็มผสมกับความชื้นที่มีอยู่ตลอดเวลา จะทำลายชั้นเคลือบสังกะสีได้เร็วกว่ามากเมื่อเทียบกับพื้นที่ชนบททั่วไป บางงานวิจัยระบุว่าอัตราการกัดกร่อนในบริเวณชายฝั่งอาจสูงกว่าถึงสามเท่า โรงงานและเขตอุตสาหกรรมก็สร้างความท้าทายที่แตกต่างออกไปโดยสิ้นเชิง เนื่องจากสถานที่เหล่านี้ปล่อยสารต่างๆ ที่มีฤทธิ์เป็นกรดออกสู่อากาศ เช่น ก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์ ซึ่งค่อยๆ ทำลายพื้นผิววัสดุลงตามกาลเวลา แต่ในพื้นที่ชนบทที่มีปริมาณเกลือหรือมลพิษลอยอยู่ในอากาศน้อยกว่า วัสดุมักคงทนนานกว่าและไม่แสดงอาการสึกหรอให้เห็น ในกรณีที่พิจารณาอายุการใช้งานของวัสดุก่อนต้องเปลี่ยนใหม่ ปัจจัยหลักสองประการที่มีผลคือ ความหนาของชั้นเคลือบ และสภาพแวดล้อมที่วัสดุนั้นต้องเผชิญในแต่ละวัน

• ชายฝั่ง : 15–25 ปี (ต้องมีความหนาของสังกะสีอย่างน้อย 45 ไมโครเมตร)
• อุตสาหกรรม : 25–40 ปี
• ชนบท : 50 ปีขึ้นไป

อัตราการสูญเสียสังกะสีที่วัดได้สะท้อนความชันนี้: สูงสุดถึง 7.5 ไมโครเมตรต่อปีในสภาพแวดล้อมทางทะเล เทียบกับเพียง 1.2 ไมโครเมตรต่อปีในพื้นที่ภายในแผ่นดิน การจัดหมวดหมู่สภาพแวดล้อมอย่างแม่นยำในขั้นตอนการกำหนดคุณสมบัติเป็นสิ่งจำเป็นอย่างยิ่งเพื่อหลีกเลี่ยงความล้มเหลวก่อนวัยอันควร

การตรวจสอบยืนยันระยะยาว: ข้อมูลภาคสนามเป็นระยะเวลา 25 ปี จากการใช้งานโครงสร้างพื้นผิวสะพานตามมาตรฐาน ASTM C1658

ประสิทธิภาพในระยะยาวที่ได้รับจากการใช้งานจริงในสนามแสดงให้เห็นอย่างชัดเจนว่าม้วนเหล็กชุบสังกะสีมีความน่าเชื่อถือเพียงใดเมื่อนำไปใช้ในโครงการโครงสร้างพื้นฐานที่มีความท้าทายสูง ตัวอย่างเช่น แผ่นพื้นสะพาน ซึ่งได้รับการทดสอบตามมาตรฐาน ASTM C1658 บริเวณพื้นที่ชายฝั่งที่มีสภาพกัดกร่อนรุนแรงเป็นพิเศษ ที่น้ำทะเลกัดกร่อนวัสดุอย่างต่อเนื่อง หลังจากผ่านระยะเวลา 25 ปีเต็ม ที่ถูกกระแทกด้วยละอองน้ำทะเลและได้รับการปฏิบัติโดยใช้เกลือโรยถนนในช่วงฤดูหนาว โครงสร้างเหล่านี้ยังคงมีการสูญเสียมวลโลหะจริงเพียงไม่ถึงครึ่งมิลลิเมตรเท่านั้น — นับเป็นผลลัพธ์ที่น่าประทับใจอย่างยิ่งเมื่อพิจารณาจากสภาวะแวดล้อมที่รุนแรงเช่นนี้! ความสมบูรณ์ของโครงสร้างยังคงมั่นคงแข็งแรงอย่างสมบูรณ์แบบตลอดช่วงเวลาดังกล่าวด้วย ยิ่งไปกว่านั้น อัตราการกัดกร่อนยังลดลงเกือบ 90% เมื่อเปรียบเทียบกับเหล็กธรรมดาที่ไม่มีการเคลือบป้องกันแต่อย่างใด หลักฐานเชิงประจักษ์จากโลกแห่งความเป็นจริงทั้งหมดนี้ชี้ชัดไปในทิศทางเดียวกันอย่างไม่คลุมเครือ: การปฏิบัติตามแนวทางของมาตรฐาน ASTM A653 เกี่ยวกับความหนาของการเคลือบเป็นปัจจัยสำคัญยิ่งที่ทำให้อาคารและสะพานสามารถใช้งานได้นานขึ้นหลายทศวรรษ ตรงตามวัตถุประสงค์ที่เราต้องการให้พวกมันยืนหยัดอย่างแข็งแกร่งในสถานที่ที่จำเป็น

โหมดการล้มเหลวที่สำคัญและแนวทางปฏิบัติที่ดีที่สุดสำหรับการติดตั้งม้วนเหล็กชุบสังกะสี

ความเสี่ยงของการกัดกร่อนแบบกาแวนิก: สลักเกลียวสแตนเลส การสัมผัสกับอลูมิเนียม และกลยุทธ์การบรรเทา

การสัมผัสกับโลหะต่างชนิดกัน—โดยเฉพาะสลักเกลียวสแตนเลสหรือชิ้นส่วนอลูมิเนียม—จะก่อให้เกิดการกัดกร่อนแบบกาแวนิก ซึ่งเร่งกระบวนการสูญเสียสังกะสี ในคู่โลหะดังกล่าว สังกะสีจะทำหน้าที่เป็นแอโนดและถูกกัดกร่อนอย่างรวดเร็วเพื่อปกป้องแคโทดที่มีศักยภาพสูงกว่า (more noble cathode) มาตรฐาน ASTM G82 ระบุว่าอัตราการกัดกร่อนอาจเพิ่มขึ้นสูงสุดถึงสิบเท่าในกรณีที่ไม่มีการดำเนินมาตรการบรรเทาที่เหมาะสม วิธีการป้องกันที่มีประสิทธิภาพ ได้แก่:

• แยกโลหะออกจากกันทางไฟฟ้าโดยใช้แผ่นรองหรือแ Washer ที่ไม่นำไฟฟ้า
• ปิดผนึกรอยต่อโดยใช้สารป้องกันการรั่วซึมที่ทนต่อความชื้น เพื่อขัดขวางเส้นทางการไหลของอิเล็กโทรไลต์
• ระบุรายละเอียดสลักเกลียวที่เคลือบสังกะสีให้สอดคล้องกับระดับการชุบสังกะสีของม้วนเหล็ก

มาตรการเหล่านี้ช่วยรักษาความสมบูรณ์ของชั้นเคลือบและป้องกันการล้มเหลวแบบเฉพาะจุดในชิ้นส่วนประกอบที่ใช้โลหะหลายชนิดร่วมกัน

เกณฑ์ความสมบูรณ์ของชั้นเคลือบ: เหตุใดความหนาของสังกะสี ≥45 ไมครอน จึงจำเป็นสำหรับสภาพแวดล้อมที่มีความรุนแรงปานกลางถึงรุนแรง

การเคลือบสังกะสีอย่างน้อย 45 ไมโครเมตร ไม่ใช่เพียงข้อแนะนำเท่านั้น แต่เป็นสิ่งจำเป็นโดยหน้าที่เพื่อให้การทำงานที่เชื่อถือได้ในสภาพแวดล้อมบริเวณชายฝั่งหรือเขตอุตสาหกรรม ค่าเกณฑ์นี้รับประกันว่า:

• มีการปกคลุมพื้นผิวฐานอย่างสมบูรณ์ระหว่างกระบวนการรีดขึ้นรูป (roll-forming) และการผลิต
• มีปริมาณสังกะสีสำรองแบบเสียสละเพียงพอในการซ่อมแซมรอยขีดข่วนและต้านทานการกัดกร่อนแบบรูเข็ม (pinhole corrosion)
• สอดคล้องตามมาตรฐาน ASTM A123/A123M สำหรับการใช้งานเชิงโครงสร้าง

หากความหนาของชั้นสังกะสีต่ำกว่า 45 ไมโครเมตร การสลายตัวของสังกะสีอาจทำให้เหล็กกล้าเปลือยปรากฏขึ้นภายในระยะเวลา 5–7 ปีภายใต้สภาวะที่รุนแรง ในขณะที่ชั้นเคลือบที่สอดคล้องตามมาตรฐานสามารถให้บริการได้นานเกิน 25 ปีอย่างเชื่อถือได้ ชั้นเคลือบที่บางเกินไปมีความเสี่ยงต่อการเสื่อมสภาพก่อนกำหนด เนื่องจากแรงเสียดสี การบางตัวบริเวณขอบ หรือการเคลือบที่ไม่สม่ำเสมอ ซึ่งจะส่งผลให้ทั้งหน้าที่การป้องกันแบบเป็นเกราะ (barrier function) และหน้าที่การป้องกันแบบเสียสละ (sacrificial function) ลดประสิทธิภาพลง