Когда заказчик спрашивает, как защитить ограждение, опоры освещения или каркас навеса «надолго и без обслуживания», мы почти всегда начинаем разговор с горячего цинкования. Это один из немногих способов антикоррозийной защиты, который работает без подкрашивания долгие годы даже на улице, в городской среде с реагентами и выхлопами. Но у метода есть характер: он требует, чтобы изделие было к нему подготовлено конструктивно, и не прощает ошибок в чертежах. Ниже — то, что нужно знать, прежде чем отправлять металл в ванну с цинком.
Горячее цинкование — это погружение подготовленного стального изделия в расплав цинка при температуре около 450 градусов. В отличие от краски, которая просто лежит на поверхности, цинк вступает со сталью в химическую реакцию. На границе образуется несколько слоёв железоцинковых сплавов, а сверху — слой практически чистого цинка. Покрытие буквально срастается с основным металлом, поэтому его невозможно «отколупнуть», как отслоившуюся краску.
Защищает цинк двумя способами одновременно:
Благодаря второму механизму горячий цинк прощает механические повреждения при транспортировке и монтаже, что особенно ценно для конструкций, которые грузят краном, стропят и собирают на болтах.
Чтобы понимать требования к конструкции, полезно представить путь изделия через цех цинкования. Он выглядит так.
Из этой последовательности следуют все главные правила конструирования. Изделие проходит через несколько жидкостей, значит, каждая из них должна свободно затекать во все полости и вытекать из них. Изделие нагревается до 450 градусов, значит, в нём не должно быть замкнутого воздуха, а сварные напряжения могут привести к деформации. И изделие должно поместиться в ванну.
Толщина цинка зависит в первую очередь от толщины стали и её химического состава. Требования к покрытию устанавливает ГОСТ 9.307 и международный стандарт ISO 1461. Ориентировочные минимальные средние значения таковы.
| Толщина стали | Минимальная средняя толщина цинка | Примерный срок до первого ремонта в городской атмосфере |
|---|---|---|
| До 1,5 мм | Около 45 мкм | Порядка 15–25 лет |
| 1,5–3 мм | Около 55 мкм | Порядка 20–30 лет |
| 3–6 мм | Около 70 мкм | Порядка 25–40 лет |
| Свыше 6 мм | Около 85 мкм | Порядка 30–50 лет |
Сроки условные: скорость потери цинка зависит от агрессивности среды. В сельской местности цинк теряет доли микрона в год, в городе и вдоль магистралей с противогололёдными реагентами — один-два микрона, в промышленной зоне с кислыми выбросами или у моря — больше. Для Москвы и ближнего Подмосковья, где на ограждения и опоры у дорог зимой попадает солевая каша, разумно ориентироваться на нижнюю границу диапазона.
Состав стали сильно меняет реакцию с цинком. Стали с повышенным содержанием кремния и фосфора (некоторые марки, раскисленные кремнием) реагируют очень активно: покрытие получается толстым, иногда до 200 мкм и больше, матово-серым и более хрупким. Это так называемый эффект Санделина. Защитные свойства у такого покрытия даже выше, но внешний вид неоднородный, а при ударах оно может отслаиваться. Если для вас важен ровный блестящий вид, марку стали обсуждают заранее.
Это самый важный раздел для заказчика и проектировщика. Большинство проблем с горячим цинкованием возникает не на заводе, а на чертеже.
Любая замкнутая полость — внутренность трубы, короба, профиля, заглушенного с торцов, — должна иметь отверстия для входа растворов и цинка и выхода воздуха. Замкнутый объём при нагреве до 450 градусов превращается в бомбу: оставшаяся в нём влага мгновенно испаряется, давление разрывает изделие, а брызги расплавленного цинка летят во все стороны. Поэтому на заводах цинкования изделия без отверстий просто не принимают.
Отверстия делают у концов полости, по диагонали друг от друга, чтобы при подвешивании изделия под углом цинк свободно затекал снизу, а воздух выходил сверху. Ориентировочно для трубы диаметром 50 мм нужны отверстия около 10–12 мм, для 100 мм — 16–20 мм, для больших профилей отверстия ещё крупнее. Если делать их слишком маленькими, цинк затвердеет в отверстии, закупорит его, и внутренняя поверхность не прокрасится.
Тонколистовые элементы большой площади, несимметричные сварные конструкции, изделия из металла разной толщины могут повести при нагреве. Остаточные сварочные напряжения при 450 градусах частично снимаются, и деталь «отыгрывает». Чтобы минимизировать коробление, конструкцию делают по возможности симметричной, избегают сочетания листа 2 мм с балкой 12 мм в одном узле, добавляют рёбра жёсткости на больших плоскостях.
У каждой ванны свои размеры. Типичные ванны в Московском регионе позволяют цинковать изделия длиной до 6–12 метров, но ширина и глубина ограничены. Крупногабаритную конструкцию приходится делить на отправочные марки с болтовыми монтажными стыками. Двойное погружение — когда длинную деталь макают сначала одним концом, затем другим — возможно, но в зоне перехлёста бывает видимая полоса.
При всех достоинствах метод подходит не для всего.
Резьбовые изделия. Покрытие толщиной 50–80 мкм забивает резьбу. Для болтов и гаек существует отдельная технология — центрифугирование после погружения и нарезание резьбы гаек после цинкования с увеличенным допуском. Оцинкованные метизы подбираются отдельно, их нельзя заменить обычными болтами, оцинкованными «вместе с конструкцией».
Высокопрочная сталь. Стали с пределом прочности выше определённого уровня и высокопрочные болты класса 10.9 и выше склонны к водородному охрупчиванию при травлении. Для них применяют специальные режимы или другие покрытия.
Изделия, которые нужно варить после цинкования. Сварка по цинку выжигает покрытие, выделяет ядовитые пары оксида цинка и даёт пористый шов. Монтажные соединения оцинкованных конструкций проектируют на болтах. Если сварка неизбежна, цинк в зоне шва удаляют, а после сварки восстанавливают защиту цинконаполненной краской.
Тонкий холоднокатаный лист и мелкие детали сложной формы. Здесь горячее цинкование часто экономически невыгодно, а для тонкого листа есть оцинкованный прокат с заводским покрытием. О разнице между ними можно почитать на странице про листовой прокат.
Иногда оцинкованный металл дополнительно окрашивают — ради цвета или для удвоения срока службы в агрессивной среде. Сочетание цинка и лакокрасочного покрытия называют дуплекс-системой, и её срок службы больше, чем сумма сроков отдельных покрытий: краска защищает цинк от атмосферы, а цинк не даёт развиваться подплёночной коррозии.
Но красить по цинку надо уметь. Свежий цинк гладкий и химически активный, обычные алкидные эмали на нём отслаиваются пластами — цинк реагирует с жирными кислотами в составе краски и образует под плёнкой мыльный слой. Правильная последовательность: лёгкая абразивная обработка (свиппинг) или специальная химическая подготовка, затем грунт по цветным металлам или эпоксидный грунт, и только потом финишная эмаль. Порошковая покраска оцинкованных изделий тоже возможна, но требует дегазации — предварительного прогрева, чтобы газы из пор цинка не вздули плёнку.
Чтобы было понятно, в каких случаях стоит платить за горячий цинк, сравним его с другими способами защиты, которые мы применяем на практике.
Подробнее о вариантах защиты, которые мы выполняем, можно узнать на странице антикоррозийной защиты и окраски.
Когда изделия пришли с завода, их стоит осмотреть. Покрытие должно быть сплошным, без непрокрашенных участков, пузырей и вздутий. Допускаются неоднородность цвета (от блестящего до матово-серого), следы от подвесов в виде небольших участков без цинка, которые потом закрываются ремонтным составом, лёгкие наплывы. Недопустимы отслаивание, шелушение, острые сосульки цинка в местах контакта с людьми, крупные непрокрасы.
Толщину покрытия проверяют магнитным толщиномером в нескольких точках на каждом изделии или выборочно на партии. Среднее значение должно соответствовать нормативу, а отдельные точки могут быть немного ниже. К поставке завод прикладывает паспорт или сертификат с результатами контроля толщины — этот документ стоит хранить вместе с исполнительной документацией.
И последнее: при хранении свежеоцинкованных изделий плотными пачками под дождём на них может появиться «белая ржавчина» — рыхлый белый налёт гидроксида цинка. Это не катастрофа, но покрытие частично теряет толщину. Изделия складируют на прокладках, с уклоном для стока воды и с доступом воздуха, как и любой металл на объекте.
Краска для металла — это не одна банка, а система из нескольких слоёв, которые должны работать вместе. Разбираем, как её собрать под конкретные условия, не переплатив и не получив отслоения.
Порошковое покрытие красиво и прочно, но его стойкость на девяносто процентов определяется подготовкой металла. Рассказываем, что происходит в камере и почему одна и та же краска служит у разных исполнителей по-разному.
Сталь не горит, но при пожаре теряет прочность за считаные минуты. Объясняем, как работают огнезащитные покрытия и облицовки и что учитывать заказчику, чтобы не переделывать огнезащиту перед сдачей объекта.
Разбираем условное обозначение на пачке электродов, подбор марки под металл и положение шва, а также правила хранения и прокалки, без которых даже хорошие электроды дают поры.
Опишите задачу — объём, сроки, адрес объекта. Мы подготовим расчёт и ответим в рабочее время.