Особенности нанесения и контроль покрытия стали методом горячего цинкования

Аннотация

Кравец А. Г., Булавин А. В. Особенности нанесения и контроль покрытия стали методом горячего цинкования. В работе представлены особенности нанесения защитных покрытий методом горячего цинкования, проанализированы требования контроля внешнего вида, толщины и прочности сцепления. Рассмотрен характер влияния содержания кремния на толщину цинкового покрытия.

Общая постановка проблемы

На современном этапе развития общества значительно увеличилось производство материалов и объем промышленных отходов, истощаются естественные источники сырья. В качестве одного из основных конструкционных материалов используют металлы. Для их получения добывается огромное количество руды и других материалов. В то же время этот металл непрерывно корродирует. Сложилась такая ситуация, что потери металла от коррозии в мире уже составляют около 30 % от его годового производства. Причем около 10 % прокорродировавшего металла теряется безвозвратно.

Цель работы

Исследовать процесс обработки стали расплавом цинка и определить факторы, влияющие на адгезионную прочность полученного покрытия.

Актуальность проблемы

Для увеличения срока службы металлоконструкций необходимо применять специальные способы защиты конструкционных материалов, в частности наиболее эффективным и самым безопасным для окружающей среды является метод горячего цинкования. Срок службы цинкового покрытия толщиной 100 мкм составляет в среднем 25–50 лет, без затрат средств на обследование и поддержание защитных свойств покрытия.

Основная часть

Под термином горячее цинкование понимают нанесение цинкового покрытия на поверхность металлических изделий, преимущественно из стали, ковкого, а также серого чугуна. Метод горячего цинкования основан на погружении металлоконструкций в ванну с расплавом цинка [1].

В Донецком регионе расположено одно из крупнейших специализированных предприятий по изготовлению металлических конструкций опор высоковольтных линий, порталов открытых распределительных устройств подстанций, дорожных ограждений барьерного типа и др. — ЧАО Донецкий завод высоковольтных опор, на котором осуществляется нанесение защитных покрытий методом горячего цинкования.

Технология нанесения антикоррозионного покрытия состоит из нескольких стадий. После промывки изделие подвергается травлению в водном растворе соляной кислоты с начальной концентрацией 150 г/дм³, с целью удаления ржавчины и окалины. Дальнейшая обработка ведется при температуре 60 ^oС концентрированным раствором флюса (400–600 г/дм³), для окончательного удаления оставшихся оксидов. В ходе основной операции горячего цинкования стальное изделие полностью погружается в ванну с расплавленным цинком. Ванна содержит не менее 98 % чистого цинка и имеет температуру около 450 ^oС. Расплавленный цинк реагирует с железом в стали с образованием слоев из железоцинковых сплавов. Сцепление цинкового слоя с поверхностью изделия достигается в результате диффузионного процесса между цинком и железом. При вынимании изделия из ванны горячего цинкования, поверх железоцинкового сплава ложится тонкий слой расплавленного цинка, который застывает после охлаждения изделия. Время выдержки изделия в расплаве должно быть по возможности минимальным с целью воспрепятствовать росту хрупких слоев железоцинковых сплавов и увеличению толщины цинкового покрытия.

Горячее цинковое покрытие должно соответствовать ГОСТ 9.307-89 [2] и Техническим требованиям [3].

Контроль внешнего вида производят на 100 % изделий. Поверхность цинкового покрытия должна быть гладкой, покрытие должно быть сплошным. Цвет покрытия — от серебристо-блестящего до матового темно-серого. Толщина покрытия должна составлять не менее 40 мкм и не более 200 мкм. Толщину цинкового покрытия измеряют магнитным методом, а также металлографическим или гравиметрическим методами.

Для контроля прочности сцепления покрытия применяют следующие методы:

• метод нанесения сетки царапин;
• метод крацевания (царапания стальными щетками);
• метод нагрева до 180–200 ^oС;
• метод удара поворотным молотком массой 212,5 г [2]

Горячее оцинкование пригодно для защиты низкоуглеродистых сталей (содержание углерода не более 0,25 %) с содержанием кремния до 0,37 % и при относительно малом содержании легирующих элементов [1].

На Донецком заводе высоковольтных опор работают с основными конструкционными марками сталей 09Г2С, S355, С345. Эти стали относятся к классу конструкционных низколегированных для сварных конструкций с содержанием углерода 0,09–0,2 %, 1,3–1,7 % марганца, 0,5–0,8 % кремния.

При работе с указанными марками сталей было отмечено, что при одинаковых условиях цинкования, полученная адгезионная прочность различна. Наблюдалось нарушение качества покрытий, они становились рыхлыми, уменьшался блеск, а в некоторых случаях было замечено отслаивание.

Наиболее вероятной причиной данного процесса является тот факт, что в стальных конструкциях с содержанием кремния 0,03–0,12 % и выше 0,2 % может образовываться рыхлый слой вместо плотного слоя железоцинкового сплава. Он увеличивается в зависимости от длительности погружения. Такая быстрая реакция ведет к тому, что образуется толстое цинковое покрытие, вследствие которого внешний цинковый слой отсутствует из-за увеличения слоя сплава во время охлаждения изделия.

Характер влияния содержания кремния на толщину цинкового покрытия представлен на рисунке 1 [1].

Во время цинкования стальных конструкций с критичным содержанием кремния часто можно увидеть серое покрытие, так как стальные конструкции очень быстро взаимодействуют с цинком и поэтому очень трудно избежать проникновения слоя железоцинкового сплава во время охлаждения.

Выводы

Современная технология непрерывной разливки стали не позволяет с достаточной точностью предсказывать остаточное содержание легирующих элементов в готовом продукте и его равномерное распределение по всему образцу. И хотя каждая партия стальной продукции сопровождается сертификатом, в которой указан химический состав стали, с качеством цинкования могут возникать проблемы. Поэтому в дальнейшем необходимо проводить определение содержания легирующего элемента кремния в образцах стали при соответствующей выборке.

Список использованной литературы

1. Рекомендации пользователям услуг цинкования ООО Агрисовгаз.
2. ГОСТ 9.307-89. Единая система защиты от коррозии и старения. Покрытия цинковые горячие. Общие требования и методы контроля.
3. Технические требования, предъявляемые к металлоконструкциям, подвергающимся антикоррозийному покрытию методом горячего цинкования.