Процесс горячего цинкования: Подробное руководство – РТК

Подробный разбор по теме в нашем закрытом телеграмм канале ВЭД Логика. В чате можно задать вопрос, посоветоваться с экспертами, поделиться новостью.

Горячее цинкование (HDG) — широко используемый метод защиты стали от коррозии путем нанесения на нее слоя цинка. Этот процесс повышает прочность и срок службы стали, что делает ее незаменимой в таких отраслях, как строительство, инфраструктура и производство. Погружая сталь в расплавленный цинк, HDG создает прочное покрытие с металлургическим покрытием, которое может выдерживать суровые условия эксплуатации в течение десятилетий.

В этом сообщении в блоге мы рассмотрим, как работает горячее цинкование, его подробные этапы, отраслевые стандарты, требования к покрытиям, меры предосторожности, распространенные проблемы с устранением и соответствующие ключевые слова для поиска для дальнейшего изучения.

Что такое горячее цинкование?

Горячее цинкование включает погружение стальных деталей в ванну с расплавленным цинком при температуре приблизительно 450 °C (842 °F) для нанесения защитного цинкового покрытия. Цинк образует металлургическую связь со сталью, создавая серию слоев сплава цинк-железо, покрытых слоем чистого цинка. Это покрытие защищает сталь насквозь:

• Барьерная защита: Слой цинка защищает сталь от влаги и кислорода, предотвращая появление ржавчины.
• Повышенная защита: Цинк преимущественно подвержен коррозии, защищая сталь даже при наличии царапин на покрытии.

По данным Американской ассоциации гальванизаторов, сталь HDG может прослужить 50 лет в сельской местности и 20-25 лет в городских или прибрежных районах при минимальном техническом обслуживании, что делает ее экономически эффективным решением для обеспечения коррозионной стойкости.

Как работает процесс горячего цинкования

Процесс HDG — это многоступенчатая процедура, которая обеспечивает равномерное и долговечное цинковое покрытие. Она включает в себя подготовку поверхности, погружение в расплавленный цинк и последующую обработку для достижения оптимальной коррозионной стойкости. Цинк вступает в реакцию со сталью, образуя интерметаллические слои, которые тверже базовой стали и обеспечивают превосходную стойкость к истиранию.

Химический и металлургический процесс

Во время погружения цинк диффундирует на стальную поверхность, а железо диффундирует наружу, образуя отчетливые слои:

• Гамма (Γ) слой: Fe₃zn₁₀ (75% цинка, 25% железа), наиболее близкий к стали, обладает высокой коррозионной стойкостью.
• Дельта-слой (δ): fezn₇ (90% цинка, 10% железа) обеспечивает твердость и долговечность.
• Слой дзета (ζ): fezn₁₃ (94% цинка, 6% железа), переходный слой.
• Слой Eta (η): Чистый цинк, пластичный и устойчивый к коррозии.

Металлургия горячего цинкования (ссылка на изображение: GAA Australia)

Эти слои образуются в результате процесса диффузии при высоких температурах, а не простой химической реакции. Получаемая толщина покрытия обычно колеблется в пределах 50-150 мкм, в зависимости от толщины стали и времени погружения.

Этапы процесса горячего цинкования

Процесс цинкования включает в себя несколько важных шагов, чтобы обеспечить высококачественное покрытие. Каждый шаг тщательно контролируется на соответствие отраслевым стандартам.

Этапы горячего цинкования процесс (КАС.: azz.com)

1. Подготовка Поверхности
   • Обезжиривание: Удаляет масла, жир и органические загрязнения с помощью щелочных или кислотных растворов для обеспечения чистоты поверхности.
   • Травление: Сталь погружается в разбавленную кислоту (например, соляную или серную кислоту) для удаления ржавчины, окалины и окислов, обнажая чистую стальную поверхность.
   • Флюсование: Наносится раствор хлорида аммония цинка для предотвращения окисления перед погружением и улучшения адгезии цинка.
2. Цинкование
   • Очищенную сталь погружают в ванну с расплавленным цинком при температуре 445-465°C (833-869°F). Время погружения варьируется (обычно 3-10 минут) в зависимости от размера и толщины детали.
   • Цинк вступает в реакцию со сталью, образуя интерметаллические слои, описанные выше.
3. Охлаждение и проверка
   • Сталь извлекают из цинковой ванны и охлаждают либо на воздухе, либо в закалочном баке (часто с использованием пассивирующего раствора, такого как дихромат натрия, для предотвращения раннего окисления).
   • Покрытие проверяется на толщину, однородность и адгезию с помощью таких методов, как магнитные датчики или визуальный контроль.
4. Последующая обработка (необязательно)
   • Пассивация или хромирование могут быть применены для повышения коррозионной стойкости или подготовки поверхности к покраске.
   • Излишки цинка (шлак или зола) удаляются для обеспечения гладкой поверхности.

Отраслевые стандарты горячего цинкования

Процесс HDG регулируется несколькими международными стандартами для обеспечения качества и последовательности. Ключевые стандарты включают:

• ASTM A123/A123M (США): Определяет минимальную толщину покрытия для стальных изделий в зависимости от толщины материала и категории (например, конструкционные формы, пластины). Например, для стали толщиной более 6 мм требуется минимальная толщина покрытия 85 микрометров.
• ISO 1461 (Международный): Определяет требования к толщине покрытия, адгезии и внешнему виду. В нем классифицируется сталь по толщине и указывается минимальная масса цинкового покрытия (например, 610 г/м2 для стали толщиной >6 мм).
• BS EN ISO 1461 (Европа): Аналогично стандарту ISO 1461, широко используемому в Великобритании и Европе, с подробными требованиями к долговечности покрытия.
• AS/NZS 4680 (Австралия/Новая Зеландия): Определяет требования к HDG для местных условий, включая прибрежную среду.
• ASTM A153/A153M: Распространяется на крепежные изделия (например, болты, гайки) с особыми требованиями к толщине покрытия.

Эти стандарты гарантируют, что покрытие соответствует ожидаемым эксплуатационным характеристикам, при этом требования варьируются в зависимости от толщины стали, области применения и воздействия окружающей среды.

Требования к покрытию

Качество и эффективность цинкового покрытия зависят от нескольких факторов, включая толщину, однородность и адгезию. Основные требования к покрытию включают:

• Толщина: Зависит от толщины стали и стандарта. Например:
  • ASTM A123: 45-100 микрометров для стали толщиной 1,5–6 мм.
  • ISO 1461: 70-85 микрометров для стали >3 мм.
• Однородность: покрытие должно покрыть все поверхности, включая края и углы, без голых пятен или шелушения.
• Адгезия: цинка должны облигаций металлургически на сталь, проверены с помощью молотка и изгиб, чтобы убедиться, не осыпается.
• Внешний вид: гладкое, полосатое отделка типична, хотя мелкие недостатки (например, небольших комочков) приемлемы, если они не влияют на производительность.
• Масса покрытия: измеряется в граммах на квадратный метр (г/м2). Например, ISO 1461 требует 505 г/м2 для стали толщиной 3-6 мм.

Толщина покрытия имеет решающее значение, как более толстые покрытия обеспечивают длительную защиту, но может повлиять на свариваемость и эстетики.

Меры предосторожности в горячего цинкования

Процесс HDG включает в себя высокие температуры, опасные химические вещества и тяжелое оборудование, что требует строгих мер безопасности:

• Средства индивидуальной защиты (СИЗ):
  • Термостойкие перчатки, фартуки и защитные маски для лица для защиты от брызг расплавленного цинка.
  • Респираторы, чтобы избежать вдыхания паров кислоты во время травления или флюсования.
• Вентиляция: Соответствующие вытяжные системы для удаления паров травильных кислот и паров цинка.
• Контроль температуры: Контролируйте температуру цинковой ванны, чтобы предотвратить перегрев, который может привести к взрыву при наличии влаги.
• Контроль влажности: Убедитесь, что стальные детали высохли перед погружением, чтобы избежать взрыва пара в цинковой ванне.
• Обращение с химикатами: Безопасное хранение и утилизация кислот и флюсовых растворов для предотвращения разливов или нанесения ущерба окружающей среде.
• Обучение: Рабочие должны быть обучены обращению с расплавленным цинком, эксплуатации кранов и действиям в чрезвычайных ситуациях.
• Пожарная безопасность: Огнетушители и системы подавления адрес цинк пожаров, которые требуют сухого порошка или песка (не воды).

Соблюдение норм охраны труда, такие как OSHA (США) или министерством охраны труда (Австралия), имеет важное значение для минимизации рисков.

Типичные проблемы и средства

Несмотря на свою надежность, этот процесс цинкования могут возникнуть проблемы, которые влияют на качество покрытия. Ниже приведены распространенные проблемы, их причины и способы устранения:

1. Голые места или непокрытые участки
   • Причина: неполное очистки остаточных масел, оксиды цинка или предотвращать прилипание.
   • Средство: увеличьте обезжиривания и травления процессов; проведения тщательной промывки после пайки.
2. Чрезмерное нарастание цинка (изгарь или ясеня)
   • Причина: Неправильная скорость извлечения или загрязнение цинковой ванны.
   • Средство: контроль вывода скорости и обезжиренное цинковую ванну, чтобы удалить примеси.
3. Шероховатое или комковатое покрытие
   • Причина: Высокое содержание кремния в стали или длительное погружение.
   • Решение: Используйте сталь с низким содержанием кремния или отрегулируйте время погружения; проконсультируйтесь с поставщиками стали о совместимых сортах.
4. Шелушение или отслаивание
   • Причина: Слишком толстое покрытие из-за химически активной стали или чрезмерного погружения.
   • Решение: Оптимизируйте время погружения и температуру ванны; предварительно проверьте реакционную способность стали.
5. Белая ржавчина (пятно при влажном хранении)
   • Причина: Влага, задерживающаяся на оцинкованных поверхностях во время хранения, образует гидроксид цинка.
   • Способ устранения: Хранить в сухом, проветриваемом помещении; после цинкования нанести пассивирующее или легкое масляное покрытие.
6. Искажение или деформация
   • Причина: Термическое напряжение из-за высоких температур цинковой ванны, особенно в тонких или асимметричных деталях.
   • Решение: Используйте сбалансированные конструкции, предварительно нагревайте детали или применяйте более медленные методы охлаждения.
7. Плохая адгезия
   • Причина: Недостаточная подготовка поверхности или загрязнение флюсом.
   • Способ устранения: Обеспечьте тщательную очистку и применение свежего раствора флюса; регулярно проверяйте качество флюса.

Применение горячеоцинкованной стали

Сталь HDG используется во многих отраслях промышленности благодаря своей долговечности и коррозионной стойкости:

• Строительство: Кровля, сайдинг, конструктивные балки и строительные леса.
• Инфраструктура: Мосты, ограждения, инженерные столбы и дорожные знаки.
• Сельское хозяйство: Сельскохозяйственное оборудование, силосы и ограждения для скота.
• Промышленность: Трубопроводы, резервуары для хранения и компоненты тяжелой техники.
• Энергия: Башни ветряных турбин, каркасы солнечных панелей и опоры электропередач.

Ассоциация гальванизаторов отмечает, что более 50% стали, используемой в инфраструктурных проектах, оцинковывается горячим способом, что подчеркивает ее широкое распространение.

Преимущества горячего цинкования

• Превосходная коррозионная стойкость: Толстое цинковое покрытие и интерметаллические слои обеспечивают защиту на десятилетия.
• Экономическая эффективность: Низкие затраты на техническое обслуживание и длительный срок службы снижают затраты на жизненный цикл.
• Полное покрытие: Погружение обеспечивает покрытие всех поверхностей, включая внутренние полости.
• Экологичность: Цинк и сталь полностью пригодны для вторичной переработки, и этот процесс оказывает низкое воздействие на окружающую среду.
• Долговечность: Слои из твердого сплава устойчивы к истиранию и механическим повреждениям.

Общие стандарты и методы тестирования

Для обеспечения качества покрытия HDG тестируются в соответствии с отраслевыми стандартами:

• Толщина покрытия: Измеряется с помощью магнитных датчиков (ASTM E376).
• Адгезия: Проверяется с помощью молотка или испытаний на изгиб (ASTM A123).
• Внешний вид: Визуальный осмотр на предмет однородности и дефектов (ISO 1461).
• Испытание солевым распылением: Оценивает коррозионную стойкость (ASTM B117).

Заключение

Горячее цинкование — это надежный метод защиты стали от коррозии, обеспечивающий непревзойденную долговечность и экономичность. Благодаря точному выполнению этапов — подготовке поверхности, погружению и охлаждению — и соблюдению таких стандартов, как ASTM A123 и ISO 1461, процесс обеспечивает получение высококачественных покрытий, которые прослужат десятилетия. Несмотря на то, что могут возникать такие проблемы, как голые пятна или белая ржавчина, надлежащие методы и средства правовой защиты эффективно решают эти проблемы. Благодаря приложениям, охватывающим строительство, инфраструктуру и многое другое, HDG остается краеугольным камнем современной инженерии. Понимая ее процессы, стандарты и меры предосторожности, промышленные предприятия могут максимально использовать преимущества этой проверенной временем технологии.