Горячее цинкование – современный метод защиты от коррозии

За последние 20 лет в России сформировалась новая отрасль – горячее цинкование готовых деталей и конструкций. Если ранее такие производства существовали как небольшие вспомогательные цеха на судостроительных заводах, с размерами ванн 3,5–7 м, то сейчас это самостоятельные заводы, цинкующие металлоконструкции своего производства, а также выполняющие заказы на защиту от коррозии, поступающие от сторонних организаций.

За эти годы в стране появилось свыше 60 новых заводов, большинство из которых имеет линии длиной 12–13 метров, позволяющие цинковать крупногабаритные металлоконструкции, например, элементы ЛЭП. Причем эти заводы построены по последнему слову техники и отвечают всем требованиям как технологической, так и экологической безопасности. Оборудование поставляется ведущими западными фирмами: W.Pilling, BISOL, WESTECH, Sirio, KVK, Koerner и другими. Химические реактивы для нужд наших заводов поставляют как иностранные компании – Herwig, Soprin, так и отечественные – например, ИНТЕРХИММЕТ.

Россия занимает ведущее место в мире по темпам роста числа заводов горячего цинкования. Чем же был обусловлен взрывной рост в этой отрасли? Дело в том, что в начале 2000-х железные и автомобильные дороги и строители ЛЭП в рамках оптимизации расходов на обслуживание инфраструктуры своих объектов приняли решение повсеместного использования оцинкованной металлопродукции. Это позволило увеличить срок службы изделий в 4–5 раз, снизить расходы на эксплуатацию и ремонт. Именно потребность этих заказчиков позволило успешно развиваться отрасли горячего цинкования.

Оцинкованный прокат находит все более широкое применение в нашей повседневной жизни. Что же обусловливает такой тренд? Прежде всего, простота нанесения защитного цинкового покрытия, его долговечность и относительно невысокая 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 немало!). 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, сохраненные электроэнергия и нефть, человеческие ресурсы и огромные суммы инвестиций, которые сохраняются для страны в целом и могут служить будущим поколениям.

Актуальные технологии

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.

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 невысокая 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, мостовых опор.

Электролитическое цинкование: покрытие наносится электролитическим методом из солевого раствора цинка на очищенную поверхность стали. Обычно это автомобильный лист с высокими требованиями к качеству покрытия или мелкие детали.

Цинкнаполненные 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.

Особенности метода горячего цинкования

Горячеоцинкованая сталь:

• прочный и легкий материал,
• не деформируется в процессе эксплуатации (не расширяется или сжимается при изменении влажности),
• при обработке образуется меньше отходов (например, по сравнению с деревом),
• высокая пожаробезопасность,
• не подвержена воздействию природно-биологических факторов (насекомые, животные),
• высокая сейсмостойкость и сопротивление внешним воздействиям,
• конструкция может быть собрана вне строительного участка. Сокращение времени на монтаж/демонтаж и сборку,
• быстрый и поэтому более дешевый способ строительства,
• сталь и цинк на 100% пригодны для повторного использования

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 возникает прочный сплав. При температуре расплава 440–450 градусов реакция протекает быстро – 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 – срок службы цинкового покрытия может сильно варьироваться, от 10–15 лет для автомобилей или бытовой техники до более чем 100 лет для цинкового листа в кровле. Уличные фонари освещения, сделанные из оцинкованного проката, могут находится в эксплуатации в течение более 40 лет, линии электропередач служат больше 70 лет. Вся эта продукция чаще заменяется вследствие морального износа, а не из-за коррозии.

Если оцинкованная сталь случайно оказывается в очаге пожара, то не представляет собой никакой опасности. На самом деле в тех местах, где меры пожарной безопасности особенно строги, например, в метро, цинкование часто выбирается как вид защиты от коррозии, потому что не выделяет токсичных или горючих паров. Следует знать, что в огне цинковое покрытие: не горит, не выделяет органических паров, не представляет угрозы пожарным.

Где используется горячее цинкование

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 спортивных 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, авторазвязки, тоннели, виадуки, трубопроводы;
• подъемные механизмы мостов, балки кранового оборудования, канаты, проволока, сетка, цепи;
• шумопоглощающие 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.

Преимущество цинкового покрытия как способа защиты

Обычные виды защитных покрытий – хромирование, анодирование, покраска – защищают сталь, создавая барьер между окружающей средой и защищаемым материалом. В случае повреждения защитного слоя коррозия начинает развиваться и под слоем защитного покрытия.

В случае горячеоцинкованой стали цинковое покрытие, в отличие от лакокрасочного, обеспечивает защиту не только барьерную, но и электрохимическую. В результате образования гальванической пары цинк защищает основной металл от коррозии даже в местах царапин и отверстий.

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 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.

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 бы можно было 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.

Помимо вышесказанного, оцинкованный прокат обладает рядом других достоинств по сравнению с традиционными методами противокоррозионной защиты.

Использование оцинкованного проката способствует борьбе с глобальным потеплением, т.е. снижает так называемый «углеродный след». При использовании 500 тонн оцинкованного проката в атмосферу выбрасывается на 57 тонн CO2 меньше, чем при окраске того же количества стали.

Таким образом, оцинкованный прокат обладает не только рядом эксплуатационных преимуществ, но и сохраняет окружающую среду.

Одним из важнейших свойств цинкового покрытия является его пригодность ко вторичной переработке. В настоящее время из используемого во всем мире цинка 70% производится из концентрата, а 30 % – это вторичный цинк. Уровень вторичной переработки растет из года в год. Сегодня перерабатывается более чем 80% цинка, доступного для переработки.

Таким образом, использование оцинкованного проката позволяет не только получить выигрыш в стоимости и долговечности изделия, по сравнению с другими материалами и системами защиты от коррозии, но также благодаря своим уникальным свойствам дает возможность сохранить природные и энергетические ресурсы для будущих поколений.

Текст: генеральный директор НКП «ЦРЦ» к.т.н. И.В. Полькин