THÉP MẠ KẼM LÀ GÌ? CẤU TẠO, PHÂN LOẠI VÀ CÁCH CHỌN CHO XƯỞNG

Thép mạ kẽm là gì? Đó là thép carbon được phủ một lớp kẽm để chống gỉ, dùng phổ biến cho kệ kho, hàng rào, tủ điện và kết cấu ngoài trời. Nhưng cùng gọi là "mạ kẽm", có tấm dùng 20 năm, có tấm gỉ mép sau một mùa mưa. Bài viết giúp kỹ sư sản xuất, chủ xưởng và phòng mua hàng hiểu đúng vật liệu, đọc đúng ký hiệu trên báo giá và chọn đúng loại cho thiết bị nhà xưởng.

1. Thép mạ kẽm là gì?

1.1. Định nghĩa thép mạ kẽm

Mạ kẽm là quá trình phủ kẽm (Zn) lên bề mặt kim loại khác để bảo vệ chống ăn mòn. Thép mạ kẽm (galvanized steel) là thép carbon đã qua quá trình mạ kẽm. Lớp kẽm ngăn nước, oxy và muối tiếp xúc với lõi thép, trong khi thép vẫn giữ nguyên độ cứng và khả năng chịu lực.

Thép nền thường là thép cán nguội (SPCC), thép cán nóng (SPHC) hoặc thép kết cấu như SS400. Trong nhà xưởng, bạn gặp thép mạ kẽm hằng ngày ở mâm kệ kho, khung xe đẩy hàng, máng cáp, lưới hàng rào và vỏ tủ điện.

1.2. Cơ chế chống gỉ hai lớp

Kẽm bảo vệ thép theo hai cơ chế cùng lúc:

• Bảo vệ rào cản: lớp kẽm che kín bề mặt, cách ly thép khỏi môi trường.

• Bảo vệ anode hy sinh: kẽm hoạt động hóa học mạnh hơn sắt. Khi bề mặt bị trầy, kẽm xung quanh "chịu gỉ thay" cho thép.

Cơ chế thứ hai là khác biệt lớn so với sơn. Vết xước trên thép sơn sẽ gỉ lan dưới màng sơn. Trên thép mạ kẽm, vết xước vài milimet vẫn được kẽm xung quanh che chắn.

1.3. Cấu trúc lớp mạ nhúng nóng

Khi nhúng thép vào bể kẽm nóng chảy, kẽm và sắt phản ứng tạo nhiều lớp. Ngoài cùng là lớp Eta gần như kẽm nguyên chất, mềm và sáng. Bên dưới là các lớp hợp kim kẽm-sắt Zeta, Delta, Gamma, càng vào trong càng giàu sắt và càng cứng.

Các lớp hợp kim này liên kết luyện kim với thép nền chứ không chỉ "dán" lên bề mặt. Vì vậy lớp mạ nhúng nóng chịu va đập, cọ xát tốt hơn hẳn lớp sơn thông thường.

2. Các phương pháp mạ kẽm thép phổ biến

Cùng là thép mạ kẽm nhưng bốn phương pháp dưới đây cho độ dày lớp phủ chênh nhau tới hàng chục lần.

2.1. Mạ kẽm nhúng nóng sau gia công

Sản phẩm được cắt, hàn hoàn thiện rồi mới mạ. Quy trình gồm 4 bước:

1. Tẩy dầu và tẩy gỉ bằng axit để bề mặt sạch hoàn toàn.

2. Nhúng trợ dung để kẽm bám đều, không bị điểm sót.

3. Nhúng vào bể kẽm nóng chảy khoảng 445-460°C.

4. Làm nguội, kiểm tra ngoại quan và đo độ dày lớp mạ.

Kẽm phủ kín cả mặt trong, mép cắt và mối hàn, nên đây là phương pháp bền nhất. Cột hàng rào an toàn đặt ngoài trời, giá đỡ đường ống và bulong neo thường dùng cách này. Nhược điểm là tấm mỏng dễ cong vênh do nhiệt, bề mặt không đủ mịn cho chi tiết cần thẩm mỹ.

2.2. Mạ nhúng nóng liên tục dạng cuộn (tôn GI)

Thép cuộn chạy liên tục qua bể kẽm, sau đó dao khí gạt bớt để kiểm soát độ dày. Sản phẩm là tôn mạ kẽm (GI), thường ký hiệu SGCC hoặc DX51D+Z. Lớp kẽm đều, giá hợp lý, nhưng mép cắt khi gia công sẽ lộ thép trần.

2.3. Mạ kẽm điện phân (SECC)

Kẽm được kết tủa lên thép bằng dòng điện trong dung dịch muối kẽm. Lớp mạ rất mỏng nhưng phẳng mịn, bám sơn tốt. Đây là vật liệu quen thuộc của vỏ tủ điện, vỏ máy và thiết bị điện tử đặt trong nhà.

2.4. Mạ kẽm lạnh

Thực chất là sơn chứa hàm lượng bột kẽm cao, quét hoặc phun lên bề mặt. Phương pháp này không thay được mạ nhúng nóng. Nó dùng để dặm vết hàn, vết cắt hoặc chỗ lớp mạ bị hư.

3. Các loại thép mạ kẽm theo hình dạng và ứng dụng trong nhà xưởng

Trên thị trường, thép mạ kẽm được bán dưới sáu dạng chính. Mỗi dạng hợp với một nhóm thiết bị khác nhau trong nhà máy.

Một vài ứng dụng cụ thể trong nhà máy:

• Kệ kho và giá để hàng: thanh beam, mâm tôn mạ kẽm chịu ẩm tốt trong kho không điều hòa. Xem các mẫu kệ để hàng công nghiệp tải nhẹ đến tải nặng.

• Hàng rào và vách ngăn: cột, khung, lưới mạ kẽm cho phân khu robot, khu máy dập, kho ngoài trời. Tham khảo hàng rào công nghiệp cho khu vực máy móc.

• Tủ điện, vỏ thiết bị: SECC hoặc SGCC sơn tĩnh điện là lựa chọn phổ biến. Quy trình chi tiết có trong bài lắp đặt tủ điện công nghiệp.

• Khay hứng dầu, khay chống tràn: thép mạ kẽm hợp với dầu nhớt; với axit, kiềm nên chọn inox hoặc nhựa. Xem khay chống tràn hóa chất.

4. Ký hiệu thép mạ kẽm trên báo giá: SGCC, SECC, Z275, G90

Nhiều nơi chỉ ghi "tôn mạ kẽm 1.2 ly" trên báo giá. Thiếu ký hiệu lớp phủ, người mua không biết mình nhận tấm Z08 hay Z27, dù lượng kẽm chênh nhau hơn 3 lần.

4.1. Các mác thép mạ kẽm thường gặp

• SGCC: tôn mạ kẽm nhúng nóng thông dụng theo JIS G 3302 (Nhật).

• SECC: thép cán nguội mạ kẽm điện phân theo JIS G 3313.

• DX51D+Z: tôn mạ kẽm nhúng nóng theo EN 10346 (châu Âu).

• ASTM A653 G90: tôn mạ kẽm theo tiêu chuẩn Mỹ, lớp phủ G90 tương đương Z275.

Tại Việt Nam, thép tấm mỏng mạ kẽm nhúng nóng dùng cho kết cấu được quy định trong TCVN 6525:2018 (tương đương ISO 4998:2014).

4.2. Bảng quy đổi ký hiệu lớp phủ Z

Ký hiệu Z cho biết khối lượng kẽm tối thiểu trên cả hai mặt, tính bằng g/m². Bảng dưới quy đổi sang độ dày gần đúng mỗi mặt, dùng khối lượng riêng kẽm 7,14 g/cm³.

4.3. Checklist ghi vào yêu cầu báo giá (RFQ)

• Mác thép và tiêu chuẩn: ví dụ SGCC theo JIS G 3302, hoặc SECC theo JIS G 3313.

• Ký hiệu lớp phủ: ví dụ Z12, Z27; với hàng nhúng nóng sau gia công ghi "theo ISO 1461".

• Độ dày thép nền: ví dụ 1,2 mm, ghi rõ là trước hay sau mạ.

• Yêu cầu hoàn thiện: để trần, sơn tĩnh điện, hay sơn dặm mép cắt và mối hàn.

• Chứng từ: Mill Certificate của lô thép, phiếu đo độ dày lớp phủ nếu cần trình audit.

Năm dòng này giúp phòng mua hàng so sánh các báo giá trên cùng một mặt bằng. Nó cũng tránh tình trạng nhận tấm Z08 trong khi bản vẽ cần Z27. Khi đặt làm kệ kho, tủ dụng cụ hay vỏ tủ, bạn có thể gửi kèm checklist này để kỹ sư Cinvico đề xuất vật liệu phù hợp.

4.4. Kiểm tra khi nhận hàng

• Nhìn bề mặt: tôn GI thường sáng, có thể có hoa kẽm; SECC xám mờ, rất mịn; hàng nhúng nóng sau gia công có lớp xám dày phủ cả mối hàn.

• Nhìn mép cắt: tôn mạ sẵn rồi mới cắt sẽ thấy viền thép trần ở mép.

• Đo độ dày lớp phủ: dùng máy đo theo nguyên lý từ tính (ISO 2178) để đối chiếu với ký hiệu Z hoặc yêu cầu ISO 1461.

• Đối chiếu chứng từ: khối lượng lớp phủ ghi trên Mill Certificate phải khớp ký hiệu đã đặt.

5. Ưu điểm và nhược điểm của thép mạ kẽm

Ưu điểm:

• Chống gỉ tốt hơn hẳn thép đen sơn thường, kể cả khi bị trầy xước nhẹ.

• Giá thấp hơn nhiều so với inox cùng độ dày.

• Giữ nguyên độ cứng và khả năng chịu lực của thép carbon.

• Ít phải bảo trì, giảm chi phí sơn lại định kỳ cho thiết bị kho hàng và kết cấu ngoài trời.

• Lớp mạ nhúng nóng phủ được cả góc khuất, mặt trong ống.

Nhược điểm:

• Kém bền trong môi trường axit, kiềm mạnh hoặc hóa chất tẩy rửa.

• Tôn mạ kẽm khi cắt, đột lỗ sẽ để lộ mép thép trần.

• Hàn sinh khói oxit kẽm độc, phải có biện pháp bảo hộ.

• Bề mặt kẽm khó bám sơn nếu không xử lý bề mặt trước.

• Có thể xỉn màu và sinh gỉ trắng nếu bảo quản sai.

6. Thép mạ kẽm bền bao lâu? Có bị gỉ không?

Thép mạ kẽm vẫn bị gỉ, chỉ là chậm hơn nhiều so với thép đen. Lớp kẽm hao dần theo thời gian. Khi kẽm mất hết tại một điểm, thép bên dưới bắt đầu gỉ đỏ.

Tốc độ hao kẽm phụ thuộc mạnh vào môi trường. Tiêu chuẩn ISO 9223:2012 phân cấp độ ăn mòn khí quyển và cho tốc độ hao kẽm năm đầu như sau:

Cách ước tính nhanh: tuổi thọ (năm) ≈ độ dày kẽm mỗi mặt (µm) ÷ tốc độ hao (µm/năm).

Ví dụ, tôn Z27 dày khoảng 19 µm mỗi mặt. Đặt ngoài trời môi trường C3 (lấy 1,4 µm/năm) sẽ dùng được khoảng 13-14 năm trước khi gỉ đỏ. Cùng tấm đó đặt trong xưởng khô C2 có thể dùng trên 25 năm. Đây là con số ước tính để so sánh phương án, không thay cho cam kết bảo hành.

Với sản phẩm nhúng nóng sau gia công, ISO 1461:2022 quy định độ dày trung bình tối thiểu theo độ dày thép:

• Thép trên 6 mm: tối thiểu 85 µm.

• Thép trên 3 đến 6 mm: tối thiểu 70 µm.

• Thép từ 1,5 đến 3 mm: tối thiểu 55 µm.

• Thép dưới 1,5 mm: tối thiểu 45 µm.

Lớp 85 µm trong môi trường C4 cho tuổi thọ ước tính 20-40 năm. Đây là lý do cột hàng rào và giá đỡ ngoài trời gần như luôn dùng mạ nhúng nóng.

7. So sánh thép mạ kẽm với các vật liệu dễ nhầm

7.1. Thép mạ kẽm, inox và thép sơn tĩnh điện

Ba vật liệu này thường được đặt lên bàn cân khi đặt làm thiết bị nhà xưởng.

Một hướng phổ biến là hệ duplex: thép mạ kẽm rồi sơn tĩnh điện bên ngoài. Hệ này bền hơn đáng kể so với từng lớp riêng lẻ, hợp với tủ điện ngoài trời và hàng rào khu công nghiệp ven biển. Muốn hiểu vì sao inox xếp nhóm khác thép carbon, bạn có thể đọc bài kim loại màu là gì.

7.2. Thép mạ kẽm khác tôn lạnh thế nào?

Nhiều người gọi chung tôn lạnh là "tôn mạ kẽm", nhưng đây là hai vật liệu khác nhau.

• Tôn mạ kẽm (GI): lớp phủ gần như kẽm nguyên chất, ký hiệu Z (Z12, Z27...).

• Tôn lạnh (galvalume, GL): lớp phủ hợp kim khoảng 55% nhôm, 43,4% kẽm, 1,6% silic, ký hiệu AZ (AZ100, AZ150...). Tại Việt Nam, loại này được quy định trong TCVN 11374:2016.

Tôn lạnh có bề mặt sáng bạc, phản xạ nhiệt tốt nên hay dùng lợp mái. Lớp nhôm giúp chống ăn mòn bề mặt tốt hơn, nhưng khả năng "che" mép cắt kém hơn tôn mạ kẽm. Khi chi tiết phải cắt, đột lỗ nhiều mà không sơn, tôn mạ kẽm thường dễ xử lý hơn.

8. Lưu ý khi gia công, hàn và bảo quản thép mạ kẽm

8.1. Khi cắt, đột, chấn gấp

Cắt laser và đột lỗ làm lộ mép thép trần trên tôn mạ kẽm. Lớp kẽm mỏng chỉ che được mép tấm mỏng trong môi trường khô. Ngoài trời, nên sơn dặm mép hoặc sơn phủ toàn bộ.

Chấn gấp cần bán kính uốn phù hợp để lớp kẽm không bong nứt ở mép gấp. Bạn có thể tra thêm trong bài chấn gấp kim loại và bảng tra V-die.

8.2. Khi hàn

Kẽm sôi ở khoảng 907°C, thấp hơn nhiều so với nhiệt độ hồ quang hàn. Khói oxit kẽm có thể gây sốt khói kim loại cho thợ hàn. Xưởng cần hút khói cục bộ, khẩu trang lọc phù hợp và mài bỏ kẽm vùng hàn khi có thể. Sau khi hàn, mối hàn phải được phủ lại bằng sơn giàu kẽm.

8.3. Khi sơn

Bề mặt kẽm trơn và phản ứng với một số loại sơn. Trước khi sơn tĩnh điện cần tẩy dầu, phosphat hóa hoặc phun hạt nhẹ. Bỏ qua bước này, lớp sơn dễ bong thành mảng sau vài tháng.

8.4. Khi bảo quản

• Không xếp tấm mạ kẽm sát nhau khi còn ẩm, dễ sinh gỉ trắng (kẽm hydroxit).

• Kê cao khỏi sàn, để nơi khô ráo, có mái che.

• Không để chung với axit, phân bón, xi măng ướt.

• Nếu thép bị ướt khi vận chuyển, lau khô và tách tấm ngay.

9. Cách chọn thép mạ kẽm cho thiết bị nhà xưởng

Không có loại thép mạ kẽm tốt nhất cho mọi chỗ. Hãy chọn theo môi trường và yêu cầu sử dụng:

Lưu ý thêm, kẽm có thể hòa tan khi gặp thực phẩm có tính axit. Vì vậy bề mặt tiếp xúc trực tiếp thực phẩm không nên dùng thép mạ kẽm.

Riêng bàn thao tác đặt trong xưởng khô, khung thường là thép sơn tĩnh điện, mặt bàn là gỗ phủ nhựa, mặt thép hoặc mặt inox tùy công đoạn. Thép mạ kẽm chỉ đáng cân nhắc cho khung bàn ở khu vực ẩm hoặc gần nước rửa.

Nguyên tắc chung là trả tiền cho lớp kẽm theo đúng môi trường. Dùng Z27 hay nhúng nóng cho thiết bị trong phòng điều hòa là lãng phí. Ngược lại, dùng SECC mỏng cho kệ ngoài trời có thể gỉ mép chỉ sau 1-2 mùa mưa.

Kết luận

Thép mạ kẽm là thép carbon được phủ kẽm, chống gỉ theo hai cơ chế rào cản và anode hy sinh. Độ bền thực tế phụ thuộc phương pháp mạ, ký hiệu lớp phủ và môi trường sử dụng. Hiểu đúng thép mạ kẽm là gì giúp bạn đọc đúng báo giá, kiểm tra đúng hàng nhận về và tránh thiết bị gỉ sớm.

Nếu xưởng bạn đang cần đặt làm kệ, tủ, hàng rào hay khay chống tràn, đội kỹ sư Cinvico có thể tư vấn chọn vật liệu theo môi trường thực tế, kèm bản vẽ và báo giá ghi rõ mác thép, lớp phủ. Liên hệ 0981.244.688 (Ms. Nhung, Zalo) hoặc ghé xưởng tại 422 Sơn Đồng, Hoài Đức, Hà Nội.