Защита стали от коррозии методом цинкования в России появилась не так давно, но тенденция к его применению быстро распространилась. Сегодня, горячее цинкование признано наиболее эффективным методом антикоррозионной защиты стали.
Но несмотря на это, некоторые вопросы до сих пор остаются открытыми. Ответы на самые актуальные вопросы приведены в нашей статье.
Вопрос 1. Для обработки каких металлов подходит цинкование?
Цинкование подходит как для горячекатанной, так и для холоднокатанной стали различных марок. Наиболее востребованы стали марок Ст2, Ст3, 09Г2С. При этом сталь 09Г2С, ввиду повышенных прочностных характеристик, используемая в основном в северных районах, набирает большую толщину покрытия, вплоть до предельного значения по ГОСТ 9.307-89 в 200 мкм и выше из-за высокого содержания кремния. Поэтому предпочтительно использовать стали любых марок с наименьшем содержанием кремния и фосфора в рамках допустимых значений.
Исключением являются стали с содержанием кремния в диапазоне от 0,05 до 0,12%, т.к. в этом диапазоне также происходит реактивный и неуправляемый набор толщины при цинковании.
Наши рекомендации по химическому составу основного металла Si%+2,5P%<0,05%, например это могут быть стали S235JR с дополнительными требованиями.
Вопрос 2. Метод уже довольно старый, не появилось ли более эффективных аналогов? Если есть, то в чём их преимущества?
По нашему глубокому убеждению, самым эффективным на сегодняшний день способом антикоррозионной защиты стали является цинкование. Перспективы мы видим в дуплексной системе защитного покрытия «горячий цинк + последующая покраска специализированными составами». Передовые европейские страны уже давно активно и успешно применяют данный метод, который помимо повышенной защиты несёт в том числе и декоративную функцию.
Вопрос 3. Что влияет на коррозионную стойкость цинка? Может ли ржаветь сам цинк?
Коррозионная стойкость цинкового покрытия в первую очередь зависит от условий, при которых изделие будет эксплуатироваться. К примеру, если конструкция установлена во влажной среде, срок ее службы заметно меньше, чем в сухом, проветриваемом помещении, при этом в любом случае срок службы больше по сравнению с покраской. Также цинковое покрытие не любит агрессивные среды, особенно кислые и соленые, здесь как раз хорошо работает дуплексное покрытие.
Во вторую очередь на срок службы покрытия влияет его толщина, поскольку горячий цинк, в отличии от краски, обладает не только «барьерной защитой», но и так называемой «жертвенной». Иначе говоря, более активный по отношению к железу цинк первым вступает во взаимодействие с окружающей средой, за счёт чего основной металл остаётся невредимым. Это также подтверждается эффектом, когда цинк «затягивает» мелкие повреждения, сколы и царапины. В связи с этим на протяжении срока эксплуатации цинковое покрытие утончается, и таким образом, чем больше толщина покрытия, тем дольше срок его службы. По этой причине на дорогах, в энергетике и инфраструктуре РЖД установлены повышенные требования к минимальной толщине покрытия (от 80 или от 100 мкм).
Обратной стороной медали является повышение хрупкости и ухудшение адгезии цинкового покрытия при толщинах близким к 200 мкм, что особенно часто проявляется на изделиях из 09Г2С при механических повреждениях.
В сфере горячего цинкования известен такой термин, как «белая ржавчина». Так называют белый налёт, состоящий из гидрооксидов и гидрокарбонатов цинка. Как правило, этот эффект проявляется на оцинкованной поверхности при долгом воздействии и застаивании влаги, особенно если только что оцинкованное изделие сразу попадает во влажную среду. Стоит отметить, что хотя данный дефект существенно может ухудшать товарный вид, он не является браковочным по ISO 1461 и по ГОСТ 9.307. В среде профессиональных цинковальщиков даже расхожа шутка, что «если на Ваших изделиях проявилась «белая ржавчина» — это гарантирует, что они покрыты горячим цинком, а не краской».
Если же говорить серьёзно, то при повышенных требованиях к товарному виду мы рекомендуем хранить изделия в крытых помещениях, особенно в первые несколько дней после цинкования, и перевозить в закрытом транспорте. На наших 3-х заводах для решения данной проблемы заказчики могут дополнительно осуществить пассивацию после цинкования, более подробно о которой расскажем ниже.
Вопрос 4. Что происходит с цинком при контакте с атмосферой?
В первые часы, непосредственно после цинкования, на поверхности цинкового покрытия образуется тонкая защитная пленка - оксид цинка. Подобные процессы происходят, например, и с алюминием, из-за чего его сварка возможна только в среде аргона (на открытом воздухе плёнка образуется слишком быстро). Эта защитная плёнка служит надёжным барьером и существенно замедляет дальнейшую коррозию покрытия.
Вопрос 5. Какие используются методы для увеличения стойкости цинкового покрытия?
Существует несколько методов для увеличения стойкости покрытия, к примеру пассивация. Это дополнительная операция, при которой оцинкованные изделия погружают в специальный раствор. На поверхности изделий образуется дополнительная защитная пленка (пассивационный слой), которая препятствует взаимодействию цинка с окружающей средой и гарантирует сохранение товарного вида на время хранения. Также некоторые конструкции после цинкования подвергают покраске, которая предотвращает взаимодействие цинкового покрытия с влагой и увеличивает срок службы конструкции.
В нашей стране это в основном применяется для промышленных теплиц, некоторых строительных конструкций, и ограждающих, и других конструкций на РЖД и метрополитене. Важным является правильная подготовка и выбор краски по цинку, т.к. не все составы для этого подходят. Также не допускается восстановление цинкового покрытия цинксодержащими лакокрасочными материалами даже в рамках ГОСТ, поскольку в дальнейшем это приводит к отслоению следующего слоя краски.
Вопрос 6. Какие существуют способы цинкования? Какие у них особенности и ограничения?
В широком понимании этого термина к цинкованию относят следующие способы:
Горячее цинкование, являющееся самым надёжным способом защиты. Производится путём погружения конструкций в расплав цинка при температуре от 440 до 460 градусов. Это самый распространенный метод нанесения цинкового покрытия на изделия. При данном методе оцинкованию подвергается не только поверхность конструкций, но и все внутренние полости, что обеспечивает полную защиту изделий от коррозии. Ограничения по оцинкованию связаны с габаритами изделий, которые должны быть не больше самой ванны цинкования, а также недопустимостью наличия закрытых полостей, ввиду высокой температуры процесса.
Непрерывное цинкование и другие автоматизированные способы цинкования (метизные и другие автоматические линии) – по сути своей являются тем же горячим цинкованием, но специализированным под определённый типовой продукт. Разница заключается в том, что металл или изделия проходят процесс подготовки и цинкования в автоматизированном режиме. В основном это цинкование металла в рулоне, а также арматуры, проката, трубы, метизов и так далее.
Термодиффузионное цинкование – это нанесение цинкового покрытия путём нагрева до 400-440 градусов с одновременным вращением деталей вместе с цинковым порошком в барабане (реторте). Данный метод подходит для цинкования небольших конструкций, мелких комплектующих, и особенно метизов с резьбой и прочего.
Газотермическое напыление (шоопирование) – представляет собой нанесение цинка на подготовленную поверхность металла путём распыления из специального устройства (пистолета) расплавленных частиц цинковой проволоки или порошка. Метод подходит для нанесения покрытия непосредственно на объекте, где конструкции уже смонтированы (например, мосты), а также для покрытия небольших деталей и восстановления цинкового покрытия, нанесённого методом горячего цинкования.
Гальваническое цинкование - цинкование конструкций в электролитическом растворе, где положительно-заряженные ионы цинка оседают на поверхности цинкуемого изделия. Данный метод цинкования подходит для конструкций, которые будут использоваться в помещениях, либо подвергаться покраске, поскольку толщина покрытия сравнительно небольшая - 10-20 мкм. Такой вид покрытия носит скорее декоративный характер и применяется в основном при производстве мебели и крепежа. Для эксплуатации на открытом воздухе подходит плохо.
На мощностях нашего предприятия для заказчиков доступны такие услуги, как горячее цинкование, термодиффузия, автоматическое цинкование трубы и пассивация.
В последнее время всё более активно к способам цинкования относят так называемое «холодное цинкование», которое позиционируется как замена горячему цинку. В профессиональной среде горячего цинкования данный метод не признаётся как полноценный аналог, более подробно об этом речь пойдёт далее.
Вопрос 7. Почему холодное цинкование защищает дольше?
И действительно, почему это?.. По существу метод называемый «холодное цинкование» является покраской цинксодержащим лакокрасочным составом, который хоть и имеет преимущество перед обычными красками (частицы цинка внутри служат протектором), но не сопоставим по уровню защиты с традиционным горячим цинкованием.
При горячем цинковании под воздействием температуры происходит процесс диффузии – химическая реакция, при которой поверхностный слой металла переходит в интерметаллид, т.е. цинк проникает внутрь изделия, что обеспечивает лучшую адгезию и коррозионную стойкость по сравнению с холодным цинкованием.
При нанесении же цинксодержащего лакокрасочного покрытия, частицы цинка, которые призваны работать по тому же принципу, на самом деле изолированы друг от друга и от поверхности слоем наполнителя на основе органических соединений, что практически исключает проводимость и взаимодействие как с основным металлом, так и между собой, а «жертвенная» защита цинка строится как раз на разности потенциалов цинка и железа как основы. Перспективы на данном фронте проглядываются в направлении цинк-ламельного покрытия, похожего, по сути, на «холодное цинкование», с тем отличием, что частицы цинка в нём имеют форму чешуек, и при «запекании» состава выстраиваются в определённую структуру, сохраняя проводимость.
Тем не менее, эти 2 способа защиты на сегодняшний день не являются полноценным аналогом и заменой горячему цинкованию, и их применение может быть уместно в агрессивных средах, в идеале как дополнение поверх горячего цинка. В подтверждение тому служат хорошие результаты испытаний цинк-ламельного покрытия в камере соляного тумана. Объяснение кроется в неподверженности органических соединений разрушению кислотой (кислой/соленой средой). Например, в случае восстановления цинксодержащим лакокрасочным составом в рамках ГОСТ непокрытых горячим цинком участков, данные участки не протравливаются в ваннах с соляной кислотой, в случае принятия решения о «переоцинковке», и подлежат механической зачистке перед повторным цинкованием.
Вопрос 8. Какие ещё существуют способы антикоррозионной защиты? Какие из них больше распространены и почему? Какие дешевле?
Помимо цинкования для защиты поверхности металла традиционно используются различные виды покраски, а также нанесение полимерных плёнок, другие виды металлизации поверхности (хромирование, алюминирование, никелирование и т.д.), анодирование и использование изначально легированных металлов и сплавов (в основном «нержавейка»). Данные методы защиты от коррозии обладают разными степенями защиты, и подбирать наиболее подходящий следует, отталкиваясь от предполагаемых условий эксплуатации. И чтобы правильно оценивать стоимость покрытия, необходимо учитывать его срок службы и эксплуатационные затраты.
Например, горячее цинкование обходится дороже покраски, если учитывать только стоимость нанесения покрытия, при этом срок службы может составлять 20-30, и даже до 50! лет на открытом воздухе, при том, что покрашенные металлоконструкции потребуют регулярного обслуживания, и вероятнее всего для поддержания нормального состояния их придётся перекрашивать раз в 3-5 лет.
Вопрос 9. Безопасен ли процесс цинкования для человека?
Сам по себе цинк в окружающем мире является одним из самых безопасных металлов, и используется в том числе для водопроводных труб с питьевой водой. Также этот металл является важным химическим элементом, необходимым организму человека, а его недостаток негативно сказывается как на общем состоянии, так и практически на всех органах и системах (особому вниманию сильной половины человечества!
Осторожности требуют процессы, связанные с высоким нагревом цинка более 550 градусов, а особенно сварка оцинкованного металла.
Технология горячего цинкования, как и другие виды цинкования, является не менее безопасной, по сравнению с другими способами нанесения покрытий и защиты от коррозии. А при использовании современного оборудования, как на нашем предприятии, и 100% соблюдении технологии даже и более безопасным способом.
Эксперты Точинвест Цинк
Илья Трухачёв
Денис Вишняков
Дмитрий Петров
Если у вас еще остались вопросы по горячему цинкованию, то наши высококвалифицированные специалисты всегда готовы ответить на них или предоставить другую необходимую информацию. Связаться с нами можно по номеру телефона +7 (800) 100-86-42 или почте sales@t-zinc.ru
