Новости

25.10.2013

Что цинкуем?
(Основные требования к металлоизделиям, планируемым для обработки методом горячего цинкования).

1. Введение.

Горячее цинкование является наиболее распространённым способом защиты черных металлов от атмосферной, почвенной и водной коррозии. Несмотря на двухсотлетнюю историю, процесс горячего цинкования не имеет в настоящее время серьезных конкурентов, как со стороны электролитического цинкования, так и со стороны технологии нанесения защитных покрытий на основе полимеров.
Горячее цинкование штучных изделий включает покрытие деталей, конструкций и изделий, начиная с болта и заканчивая мачтами электропередач, а непрерывные способы широко применяются для цинкования листов, полос и проволоки.
К наносимому покрытию предъявляются следующие требования: оно должно быть беспористым, иметь прочное сцепление с основным металлом, быть пластичным, выдерживать внешние механические нагрузки и обладать достаточной стойкостью против коррозии.
Ряд физических, химических, электрохимических, термических и механических свойств покрытия, таких как поверхностная твердость, сопротивление износу, водостойкость, прочность на изгиб и т.п. должны быть приняты во внимание при выборе антикоррозионной обработки изделия или конструкции. Большинство из этих свойств дает именно обработка методом горячего цинкования.

2. Общие требования.

Между методами защиты от коррозии и требованиями, предъявляемыми к конструкции, существует тесная взаимосвязь.
Прежде всего, необходимо соблюдать следующие условия: избегать контакта между двумя разнородными металлами при их соединении; принимать меры для предотвращения щелевой коррозии, придавать поверхности оптимальную форму для нанесения защитных покрытий, избегать глубокопрофилированных деталей, применять профили с наименьшим числом углов и выступов; угловому профилю отдавать предпочтение перед швеллером, а швеллер предпочесть двутавру; учитывать такие усиливающие коррозию факторы как эрозия, вибрация, местный разогрев и т.п. Расположение деталей и конструкций должно препятствовать проникновению агрессивных сред или ограничивать их воздействие. Недоступные места конструкции должны быть основательно зачищены от коррозии. При правильном, с точки зрения защиты от коррозии конструировании, необходимо учитывать экономичность мероприятий по уходу за конструкцией.
Для актуального решения вопросов защиты от коррозии надо принимать во внимание технологию изготовления установок, конструкций или изделий и возможность нанесения защитного покрытия в зависимости от: массы изделий или соотношения их величин; числа изделий, деталей или конструкций, подлежащих изготовлению; состояния поверхности, расположения деталей в общей конструкции, условий их монтажа или эксплуатации.
Наиболее важными критериями определения пригодности материала основы являются свойства конструкционного материала, пригодность материала для применения способа горячего цинкования, степень защитных покрытий с материалом основы, влияние коррозионной защиты на адгезионные свойства материала основы, влияние метода подготовки поверхности.
Требования, предъявляемые к металлоизделиям, подвергающимся коррозионной защите методом горячего цинкования регламентируются ГОСТ 9.307-89 «Покрытия цинковые горячие. Общие требования и методы контроля» и ISO 1461: 2009 «Покрытия цинковые горячие для изделий из черных металлов и стали. Технические условия и методы испытаний»


3. Требования к основному металлу.


Изделия должны соответствовать по содержанию С (углерода) не более 0,24%, Si (кремния) не более о,37%. Это марки низкоуглеродистых сталей, образмеряемые ГОСТами 380-94, 1050-88, 27772-88. К ним относятся изделия из:


- строительных сталей листового и универсального проката, гнутых профилей из ст. С235, С245, С255, С285, С345Т, С375Т, С390К;
-обычные углеродистые стали кп (кипящие), пс (полуспокойные), сп (спокойные) Ст0, Ст1, Ст2, Ст3
-прокат сортовой калиброванный со специальной отделкой поверхности из углеродистой конструкционной стали кп (кипящие), пс (полуспокойные), сп (спокойные) Ст05, Ст08, Ст10, Ст15, Ст20.


Кроме того, учитывая, что стали могут быть изготовлены способом холодной прокатки и горячей, то рассмотрим какие стали лучше подвергать горячему цинкованию. Если описать ограничения по содержанию Si и Р для сталей, то % Si + 2,5% Р < А,


где А - 0,09 % для горячекатаных сталей и 0,05% для холоднокатаных.


Следовательно, лучше подвергать обработке горячим цинкованием горячекатаные стали.
Допускается так же цинкование некоторых видов литейных сталей и чугуна, но только в таком случае заказчик берет на себя риски за качество покрытия.
Из практики горячего цинкования известно, что заказчики часто обращаются с просьбой оцинковать ст 15ХСНД и 09Г2С. Эти стали имеют повышенное содержание Si, они после оцинковки могут использоваться только в ж/б конструкциях, так как структура изделий из них становится достаточно хрупкой.


4. Требования к поверхности основного металла.


1. На поверхности основного металла не допускаются закатанная окалина, заусенцы, поры, включения, сварочные шлаки, остатки формовочной массы, графита, смазки, металлической стружки, маркировочной краски.
В то время как процесс образования ржавчины происходит при нормальной температуре, окалина образуется при повышенной. Имеются два различных вида окалины. При горячей прокатке и штамповке образуется так называемая прокатная или воздушная окалина, а при термической обработке возникает печная окалина или окалина отжига. В случае если была нарушена технология (повышенная продолжительность нагрева, повышенное содержание кокса в печи, прокатка с недостаточным боковым обжатием и т.д.) поверхность металла может получить дефекты в виде остатков окалины, вдавленной в поверхность металла. По характеру, закатанная окалина может быть точечной, дорожковой или мазковой. Дефект сопровождается строчками окалины под слоем металла. В случае если изделие изготовлено из такого металла или же имеет заусенцы, поры, включения, каким получится покрытие предсказать невозможно, однозначно понятно, что цинковое покрытие не может быть в таком случае качественным и равномерным.
При сварке покрытым электродом на сварном шве образуется стекловидный сварочный шлак. Подобное покрытие с поверхности должно удаляться сварщиком, поскольку в противном случае на сварном шве образуется дефектное цинковое покрытие.
При сварке в среде защитного газа явно выраженный сварной шлак не образуется, однако, в зависимости от вида сварки и рабочих параметров на сварном шве могут образовываться коричневые стекловидные побочные продукты. В данном случае речь идет о шлаках, преимущественно состоящих из силиката марганца и в некоторых случаях так же вызывающих образование дефектного цинкового покрытия, которое характерно для обычного сварочного шлака. Как следствие, сварные швы, образованные в ходе сварки в среде защитного газа, так же требуют последующей обработки.
Еще одной проблемой при цинковании становятся загрязнения, образующиеся при сварке стальных поверхностей, недостаточно хорошо очищенных от масел и жиров. Под действием высоких температур продукты могут подвергнуться разложению и будут скапливаться и сгорать на поверхности около сварного шва, после чего, как правило, не могут быть удалены в ходе обезжиривания и травления, в результате этого образуются дефекты в цинковом покрытии.
Несмотря на то, что линии горячего цинкования сегодня оснащены ваннами обезжиривания, производители стальных деталей и конструкций должны стремиться к тому. Что бы жиры и масла не попадали на поверхность цинкуемых изделий, так как они станут причиной дефектов цинкования (образование непроцинкованных мест).
Часто для лучшей идентификации стальные детали маркируют краской. В этом случае так же обязательно удаление краски специальными составами, так как в противном случае на изделии останутся непроцинкованные места.


2. На поверхности литых изделий не должно быть пор и усадочных раковин, так как это ведет к дефектному цинковому покрытию.


3. Сварные швы должны быть равномерными, плотными и сплошными по всей длине. Не допускаются поры, свищи, трещины, шлаковые включения, наплавные сопряжения сварных швов.
Сварка является наиболее часто применяемым способом соединения деталей, подлежащих горячему цинкованию. Уменьшение внутренних напряжений, вызывающих коробление конструкции при цинковании, может быть достигнуто путем соответствующей последовательности операций при сварке. Имеет значение так же выбор подходящей формы сварного шва: например, Х-образный шов по сравнению V-образным требует на половину меньшего количества наплавленного металла при одинаковой толщине места, и, соответственно, меньшее количество тепла, при этом, однако, требуется больше времени на подготовку кромок. Рекомендуется принимать угол разделки шва не более 60 °. В процессе сварки необходимо поддерживать минимальную и равномерную ширину сварочного шва, не допускать пережога металла, обеспечивать минимальную высоту шва, основательно проваривать шов, соблюдать постоянство зазора между свариваемыми деталями.


4.Острые углы и кромки изделий, за исключением технически обоснованных случаев, должны быть скруглены, радиусом не менее 0,3 мм, так как в углах образуются концентрации напряжений, что приводит к интенсивному износу детали в этих местах, тем более детали, подвергающиеся обработке горячими температурами и эксплуатируемые в средне и сильноагрессивных средах.


5. Требования к конструкции изделия.


1.Изделие не должно превышать габаритов ванны цинкования.
На разных предприятиях габариты ванн отличаются. Всегда следует стремиться к тому, чтобы цинкуемое изделие было полностью погружено в расплав металла. Для максимально быстрого и рационального процесса горячего цинкования, с обеспечением хорошего качества покрытия, детали, подвергаемые горячему цинкованию не должны быть громоздкими. Негабаритные детали уже при транспортировке могут представлять трудности и могут быть повреждены. Так же в процессе горячего цинкования, они требуют больших затрат труда, чем стандартных размеров. Поскольку расходы в горячем цинковании. Помимо прочего. Зависят от оптимальной загруженности траверс, неудобные, негабаритные детали приводят к повышению затрат. Конечно, за счет двух или многократного окунания отдельных зон детали можно достигнуть того, что и крупногабаритная деталь будут оцинкованы, однако, возникают следующие риски: растет опасность образования трещин и коробления в результате разного нагрева и охлаждения конструктивных элементов. До достижения температуры цинкования, деталь удлиняется на 4-5 мм на 1 метр длины. Различного нагрева избежать невозможно, так как часть конструкции находится в цинковом расплаве при температуре 440-460°, в то время как остальная часть находится в воздухе с более низкой температурой. Это приводит к различному удлинению верхней и нижней частей конструкции, что дает ей термически обусловленной внутреннее напряжение. Кроме того, повторное окунание неизбежно приводит к наложению во время второго погружения еще одного слоя цинка на уже оцинкованную поверхность.


2.Чертежи конструкций и изделий, планируемых к оцинкованию должны быть предварительно согласованы с техническими специалистами завода-оцинковщика. Это необходимо заказчику для получения консультации от специалистов предприятия о возможности цинкования изделия данной марки стали и конфигурации, требуемой предподготовке (например, технологические отверстия, проушины для возможности подвешивания изделия). Это сократит время и средства заказчика на транспортировку конструкции или изделий, которые позднее не смогут пройти входящий контроль, и подвергнуты цинкованию. Кроме того, если новая конструкция только проектируется с планируемой потом оцинковкой, было бы очень неплохим вариантом получить рекомендации от завода-оцинковщика, с которым планируется позднее сотрудничать.


3.В конструкциях не должно быть карманов, закрытых полостей, воздушных мешков, все полости должны быть доступны для беспрепятственного поступления и выхода из них жидкостей, расплавленного цинка и газа.
Только горячее цинкование дает возможность оцинковать за один рабочий цикл изнутри и снаружи полые изделия, такие как сосуды, конструкции из труб. Для этого детали должны быть сконструированы таким образом, что при окунании в ванну цинкования, с одной стороны, цинк быстро и беспрепятственно сможет проникать внутрь полого изделия и изнутри будет вытесняться воздух, с другой стороны, при выемке изделия из ванны оставшийся цинк должен беспрепятственно стекать без остатка, а воздух должен снова заполнить изделие. В случае отсутствия такого доступа изделие перед цинкованием должно быть обеспечено технологическими отверстиями, диаметром не менее 5 мм. Если в процессе горячего цинования полых изделий воздух, либо жидкость замыкается, это может привести к опасному избыточному давлению и взрывам в ванне цинкования, так и препятствованию погружения детали в цинковый расплав за счет заключенного в нем воздуха (всплытие). Испаряющаяся влага при нагреве до 440-460° может привести к высокому избыточному давлению, и, как следствие, к разрушению детали взрывом. Внутренний диаметр цинкуемых труб должен быть не менее 14 мм.
В случае наличия на детали резьб, элементы с наружней резьбой должны быть поставлены на цинкование с наружними втулками, элементы с внутренней резьбой – со стальными заглушками, в противном случае резьбы придется прогонять снова, так цинк «заплавит» резьбу.
Собственно, при соблюдении этих несложных рекомендаций вы получите надежное, долговечное и качественное покрытие ваших изделий способом горячего цинкования.


Литература:


1. «Руководство по горячему цинкованию» Н.Б. Сциборовская, М.И. Огинский, Москва, Металлургия, 1975 г
2. ГОСТ 9.307-89 «Покрытия цинковые горячие»
3. ГОСТ 27772-88 «Прокат для строительных стальных конструкций»
4. ГОСТ 380-94 «Сталь углеродистая обыкновенного качества. Марки»
5. ГОСТ 1050-88 «Прокат сортовой, калиброванный, со специальной отделкой поверхности из углеродистой качественной конструкционной стали»
6. «Конструирование и производство по требованиям горячего цинкования» Г. Шеер, М. Хуксхольд

← Вернуться к списку.