Преимущества и эксплуатационные характеристики оцинкованного проката.

Оцинкованный прокат находит все более широкое применение в нашей повседневной жизни. Что же обусловливает широкое применение оцинкованного проката во всем мире? Прежде всего, это простота нанесения защитного цинкового покрытия, его долговечность и относительно не высокая стоимость. Подсчитано, что в среднем ежегодные расходы по защите от коррозии в Западной Европе составляли до  6-7% ВВП, но благодаря началу программы по борьбе с коррозией эти потери удалось сократить в 2-3 раза.

Почему выгодно защищать металлоконструкции от коррозии? Это не только увеличение сроков службы самого здания и сооружения (хотя это уже не мало!) При использовании оцинкованного проката не требуется ежегодно подкрашивать и периодически менять поврежденные коррозией конструкции, не надо содержать (и возить на объекты)  целую армию работников, ежегодно тратить деньги на краску, грунтовки и пр. Если говорить о государственном уровне решения проблемы, то использование оцинкованного проката, это сотни тысяч тон стали, сохраненная электроэнергия и нефть, человеческие ресурсы и огромные суммы инвестиций, которые сохраняются для страны в целом и могут служить будущим поколениям.

Однако, возникает желание защитить металлоконструкции более дешевыми способами, например покраской, но на самом деле, экономия на способе защиты оборачивается серьезными финансовыми потерями. Следуем иметь в виду, что срок службы цинкового покрытия зависит, главным образом, от агрессивности атмосферы, в которой оно используется: особенно от содержания SO2 и влажности. Причем, с ростом числа автомобилей, агрессивность окружающей среды растет, соответственно увеличивается риск развития коррозии.

Существует несколько технологий по защите от коррозии на основе цинка. Каждая технология предназначена для своего вида металлопроката или условий эксплуатации.

  • Горячее Цинкование: Очищенную сталь погружают в расплавленный цинк, и происходит реакция, формирующая металлическую связь между цинком и сталью, которая приводит к образованию нескольких слоев с разным удельным соотношением цинка и железа. Этим способом защищают и лист и металлоконструкции. Размеры металлоконструкций ограничиваются размерами ванны с расплавом цинка. Причем лист дополнительно покрывают лакокрасочным или полимерным покрытием, что существенно увеличивает сроки службы . (об этом см ниже) Синергетический эффект дуплексных систем. Оцинкованный и дополнительно окрашенный прокат обеспечивает повышение срока службы в 1,5-2 раза. Пленка краски увеличивает срок эксплуатации оцинкованного покрытия путем дополнительной барьерной защиты слоев цинка. Нижний слой цинка способствует продлению срока эксплуатации окрашенного покрытия, предотвращая развитие коррозии. Продукты коррозии цинка и его сплавов в дальнейшем замедляют повреждения окрашенного покрытия путем заделки трещин и пор в краске.
  • Термодиффузия: подготовленные небольшие стальные изделия помещаются в барабан с цинковой пылью при температуре чуть ниже точки плавления цинка — обычно около 380°С. Цинк диффундирует в сталь, образуя твердый равномерный слой цинк/железо.  Этот способ защиты особенно эффективен для обработки деталей из высокопрочных сталей, особенно крепежа. Относительно не высокая температура процесса позволяет сохранить высокие эксплуатационные характеристики, а равномерность покрытия позволяет защищать изделия с резьбовыми соединениями без дополнительной «прогонки» резьбы.
  • Распыление цинка: После пескоструйной обработки поверхности распыляют капельки полурасплавленного цинка, для чего используют цинковую проволоку или порошок.  Это способ используют для защиты крупногабаритных изделий непосредственно на месте эксплуатации сооружений. Например мостовые опоры.
  • Электролитическое цинкование: Покрытие наносится электролитическим методом из солевого раствора цинка на очищенную поверхность стали. Обычно это автомобильный лист с высокими требованиями к качеству покрытия.
  • Цинковые краски: В состав цинковых красок входит чистая цинковая пыль (до 90 % металлического цинка). Чтобы получить эффект цинкования от таких красок, необходимо, чтобы сухая лакокрасочная пленка обладала электропроводностью и хорошим контактом со сталью. Для этого очень важно тщательно подготовить защищаемую поверхность.

Хотелось бы подробнее остановиться на горячем цинковании, как на самом динамично развивающемся способе защиты от коррозии на основе цинка.

Методом горячего цинкования ежегодно покрывается более 30 млн. тонн стальной продукции. На долю готовых металлоконструкций приходится около 9 млн. тонн, остальное количество цинкуется в виде листа, проволоки и труб.

В России предприятий оказывающих подобные услуги или выпускающих горячеоцинкованную продукцию крайне мало, для сравнения в Германии около 180 таких заводов, тогда как у нас порядка 48. Естественно такое небольшое количество участков горячего цинкования, разбросанных по стране,  не могут удовлетворить растущие потребности заказчиков. В результате в пик сезона на эти предприятия выстраивались очереди желающих оцинковать металлоконструкции.

Наиболее перспективно использование этого способа защиты от коррозии в строительстве нежилых помещений, элементов городской инфраструктуры, энергетике и дорожном строительстве:

в строительстве:

  • внутреннее оборудование (дверные и оконные рамы, жалюзи, балконы, пожарные лестницы, пожарные гидранты, водонапорная арматура, фитинги);
  • склады, с/х фермы, теплицы, ирригационное оборудование, внутреннее оборудование с/х ферм, ограды, ворота;
  • емкости, грузовые контейнеры, бункеры;
  • холодильное и нагревательное оборудование;
  • откосы, сливы, крыши, водосточные трубы;
  • крепеж, скобы, арматура;
  • воздуховоды и элементы вентиляционных систем;
  • развитие индивидуального строительства.

в городской инфраструктуре (перестройка центральной части города):

  • строительные леса;
  • мусорные баки, ограждения для деревьев, люки и т.п.;
  • оснащение спорт — и игровых площадок, зон отдыха;
  • торговые места, зонтичные навесы, автобусные остановки, телефонные будки, закрытые переходы, защитные жалюзи витрин;
  • фонари  и мачты освещения.

в транспорте и дорожном строительстве:

  • мосты, авто- развязки, тоннели, виадуки, трубопроводы;
  • подъемные механизмы мостов, балки кранового оборудования, канаты, проволока, сетка, цепи;
  • шумопоглащающие ограждения дорог;
  • уличные и дорожные ограждения, барьеры безопасности;
  • столбы, мачты освещения, ТВ антенны, флагштоки, рекламные щиты;
  • элементы ограждений ж/д путей, подвески силового кабеля, стрелки, склады и вокзалы;
  • портовое оборудование, якоря, доки, пирсы.

в энергетике:

  • ЛЭП, крепления проводов, нефте- и газопроводы, трансформаторные будки, несущие рамы конструкций;
  • морские буровые платформы и буровые вышки.

Преимущества способа горячего цинкования:

  • Эффективность и простота защиты — горячее цинкование является эффективным и простым способом защиты металлоконструкций. Цинковое покрытие образуется за счет реакции между железом и цинком, в результате которой образуется прочный сплав. При температуре, которая создается в ванной, 440 — 450 градусов, реакция протекает быстро за несколько минут. Конструкция извлекается из цинка с уже образовавшимся покрытием, а его внутренняя структура продолжает меняться пока сталь не остынет.
  • Экономичность — выгода для потребителей состоит в том, что они могут полагаться на защиту цинком долгие годы, не затрачивая средства на обследование конструкций, контроль и поддержание защитного покрытия в надлежащем состоянии. Поэтому цинкование из всех получивших широкое практическое применение способов, является самым экономичным.
  • Надежность — лакокрасочные материалы требуют восстановления через 2 — 3 года. Горячее цинкование дает надежное покрытие минимум на 25 лет.
  • Повышенный срок службы — в крупных промышленных городах со сложной экологической обстановкой, на предприятиях тяжелой промышленности, на морских побережьях срок службы таких конструкций составляет 20 — 25лет. В обычной городской среде и в сельской местности, во внутренних помещениях без воздействия кислотной и щелочной среды срок службы конструкций составляет 65 лет.

 

Себестоимость горячего цинкования

Как правило, при расчете суммы затрат на защиту строения, начальную стоимость работ делят на предполагаемый срок эксплуатации. Однако забывают учесть, что оцинкованная конструкция за весь срок службы (около 25 лет) не потребует ремонта покрытия, тогда как поверхность, окрашенная даже в несколько слоев, за тот же период потребует минимум одного, а то и трех перекрашиваний. Таким образом, более дешевое окрашивание при большом сроке эксплуатации сооружения оказывается намного дороже…

Если принять во внимание все расходы на окрашивание, то цинкование, оказывается, имеет более низкую себестоимость, чем хорошие системы окрашивания. В этой таблице стоимость качественной трехслойной покраски указана как 100%.

Толщина стали,

мм

Трехслойное окрашивание Четырехслойное окрашивание Цинкование
2 100 114 42
3 100 114 46
5 100 114 52
8 100 114 58
10 100 114 65
14 100 114 70
19 100 114 105

 

Горячее цинкование Сравниваемые параметры Окрашивание
Нет Спец. ручная обработка многослойное окрашивание, обворачивание в ткань, деревянные проколадки м/у конструкциями
Нет Конечная обработка в процессе монтажа Требуется
Производство Место нанесения Непосредственно на месте или на производстве
Нет Зависимость от погодных условий Да
от 348 °С до 665 °С Температурный диапазон < 473°С
Катодная и барьерная Система защит от коррозии Только барьерная
> 80 мкм Толщина покрытия Переменная
3600 psi Прочность покрытия 300-600 psi
179 — 250 HV Твердость/износостойкость Зависит от типа краски
75 лет Срок службы без ремонта (на открытом воздухе) 12-15 лет

 

Издержки за срок службы включают в себя все эксплуатационные расходы за весь средний ожидаемый срок службы. Один из путей сравнения систем защиты — это подсчет всех расходов, которые придется понести в будущем, как если бы нужно было платить их сегодня, но с корректировкой будущих расходов как если использовать эти деньги на что-нибудь другое. (Экономисты называют это чистой текущей стоимостью (ЧТС) будущих платежей из будущих потоков наличности). В этой таблице сравнивают цинкование и две системы окрашивания.

Необходимо учитывать предстоящие в будущем расходы, т.к. срок службы лакокрасочных покрытий гораздо меньше, чем оцинкованных, поэтому им необходимо, обеспечить сервисную окраску в период службы, тогда как цинковые покрытия этого не требуют. (Когда делалась эта калькуляция, то включали только стоимость окрашивания). Часто повторное окрашивание должно проводится в труднодоступных местах, с использованием строительных лесов и люлек. Это еще больше увеличивает эксплуатационные расходы.

 

Какое цинкование?

Необходимо поставить точки над i  в терминологии. Что такое ЦИНКОВАНИЕ?

ЦИНКОВАНИЕ это диффузионное взаимодействие твердого железа и жидкого цинка, которое  приводит к образованию отдельных слоев железо-цинковых интерметаллических фаз, толщина и структура которых зависит от условий их образования и от принятой технологии цинкования. Причем этот процесс происходит, ТОЛЬКО при горячем и термодиффузионном цинковании.

Термин «Холодное цинкование» — удачный маркетинговый ход! Для получения гальванической пары, необходима КАЧЕСТВЕННАЯ подготовка поверхности и очень хороший контакт, как между частичками цинка, так и с защищаемой поверхностью. Необходимо учитывать, что полимерные наполнители (а именно они являются основой цинк наполненных красок)склонны к сезонному растрескиванию. То есть существует вероятность нарушения той связи, о которой говорилось выше. Иногда, налипшего слоя цинкового порошка не хватает для предотвращения коррозии.  В последнее время появилось множество лакокрасочных покрытий, в описании которых гордо утверждается, что они «содержат 92-95% цинка и поэтому обладают протекторным действием«.  Относиться к таким высказываниям следует с большой осторожностью.