Что такое оцинкованная сталь?

Оцинкованная сталь широко применяется в отраслях и областях применения — от мостов и башен до крепежа и кузовов автомобилей. В этой статье объясняется, что такое оцинкованная сталь, чем она отличается от неоцинкованной, какие существуют способы цинкования стали и как подготавливают и ремонтируют повреждённое цинковое покрытие.

Что такое оцинкованная сталь?

У использования стали много преимуществ. Её можно применять во многих ситуациях, и она известна своей прочностью. Но есть и недостаток: углеродистая сталь со временем ржавеет, что снижает и прочность, и внешний вид стального изделия. Чтобы этому противодействовать, сталь можно оцинковать. Для этого на сталь наносят слой цинка. При горячем цинковании цинк реагирует с железом стали и образует металлургически связанные слои цинково-железного сплава, как правило, покрытые сверху слоем чистого цинка. Такое защитное покрытие делает ржавление стали значительно менее вероятным, поэтому материал служит дольше.

Как цинкование защищает сталь?

Цинк защищает сталь двумя способами:

• Барьерная защита: цинковое покрытие отделяет сталь от влаги и кислорода — двух составляющих ржавчины.
• Катодная (жертвенная) защита: цинк менее благороден, чем железо. В месте царапины на покрытии или на срезанной кромке цинк корродирует преимущественно перед оголённой сталью и сохраняет её защищённой. Этот же принцип используется в цинконаполненных грунтовках; см. гальваническая коррозия и цинконаполненные грунтовки.

Слои цинково-железного сплава в покрытии, нанесённом горячим способом, также прочнее и устойчивее к механическим повреждениям, чем лакокрасочные плёнки, а верхний слой чистого цинка добавляет ударостойкость. Цинкование — одна из нескольких металлических, органических и комбинированных систем защиты, сравниваемых в материале защитные покрытия от коррозии: разъяснение.

Способы цинкования стали

Горячее цинкование

Наиболее часто применяемая технология — горячее цинкование погружением. Сначала сталь очищают: обезжиривают, травят в кислоте для удаления прокатной окалины и ржавчины и обрабатывают флюсом. Затем её полностью погружают в ванну с расплавленным цинком при температуре около 435–455 °C (815–850 °F), содержащую не менее 98% цинка. При погружении цинк вступает в реакцию с железом, образуя связанные слои сплава. Периодическое горячее цинкование изготовленных деталей даёт более толстые покрытия, чем непрерывное (поточное) цинкование листа и проволоки.

Другие методы цинкования и нанесения цинковых покрытий

• Гальваническое цинкование (электролитическое осаждение цинка): сталь помещают в раствор цинковой соли, и электрический ток осаждает цинк на поверхность. Покрытие тонкое и равномерное, что делает этот метод наиболее распространённым для мелкого крепежа с мелкой резьбой, но он обеспечивает меньшую защиту от коррозии на открытом воздухе, чем горячее цинкование, если его не дополнить другими покрытиями.
• Механическое цинкование: небольшие детали перекатываются в барабане вместе с цинковым порошком, химикатами и ударными материалами, такими как стеклянные шарики. Механическая энергия «приваривает» цинк к стали холодным способом. Толщины покрытий часто сходны с толщинами электролитически покрытых деталей.
• Газотермическое напыление цинка (металлизация): цинковая проволока или порошок расплавляются в распылительном пистолете и напыляются на сталь, которую необходимо предварительно очистить струйным методом и профилировать. Можно наносить покрытия толщиной до примерно 250 µm — как в заводских условиях, так и на объекте. Подготовка поверхности под газотермическое напыление требовательна; см. bristle blasting как подготовку поверхности под газотермическое напыление.
• Шерардизация (термодиффузионное цинкование): сталь нагревают вместе с цинковым порошком в закрытом вращающемся барабане, при температуре около 380 °C при шерардизации и 320–500 °C при термодиффузионных процессах. Цинк диффундирует в поверхность стали и образует равномерный цинково-железный слой, как правило, толщиной 20–120 µm.
• Цинконаполненные краски: это не процесс цинкования как таковой, а краски с высоким содержанием цинковой пыли, обеспечивающие катодную защиту небольших оголённых участков стали. Их широко используют как грунтовки и для ремонта цинковых покрытий.

Ремонт и подготовка повреждённой оцинкованной стали

Цинковые покрытия могут повреждаться при сварке, резке, обращении или при длительной эксплуатации в агрессивных средах. ASTM A780 допускает три метода подновления и ремонта: цинконаполненную краску, газотермическое напыление цинка (металлизацию) и цинковый припой. Каждому нужна надлежащим образом подготовленная поверхность. Для цинконаполненной краски American Galvanizers Association резюмирует требование так: очистка до почти белого металла SSPC-SP 10 для эксплуатации в погружении и очистка механизированным инструментом до голого металла SSPC-SP 11 для менее агрессивных полевых условий, при этом ремонтное покрытие должно быть на 50% толще окружающего цинкового покрытия, но не более 4,0 mil (около 100 µm).

Струйная очистка небольшого ремонтного участка на объекте часто нецелесообразна. Bristle Blaster® от MontiPower® очищает корродированные или повреждённые сваркой участки до голой стали и формирует профиль шероховатости (анкерный профиль) за один проход, без свободного абразива. В документированных испытаниях на стандартной стали он обеспечивает степень очистки, сопоставимую с Sa 2½ / SSPC-SP 10, и профиль Rz 65–85 µm; результаты зависят от марки стали, степени ржавости, ленты и техники работы. Поскольку он удаляет и цинк, и ржавчину, его применяют локально на ремонтируемом участке, а не по исправному цинковому покрытию. Подробнее о подготовке небольших участков см. локальный ремонт.

Оцинкованная сталь, которую предстоит красить (дуплексная система), требует собственной подготовки: цинковая поверхность должна быть чистой и соответствующим образом с приданной шероховатостью или обработанной для адгезии краски, без удаления большего количества цинка, чем необходимо. Следуйте инструкциям производителя краски для конкретного покрытия. Более широкие рекомендации по защите стали см. в материале защита стальных конструкций от коррозии.

Часто задаваемые вопросы

В чём разница между оцинкованной и неоцинкованной сталью?

Оцинкованная сталь имеет цинковое покрытие, которое защищает её двумя способами: как барьер от влаги и кислорода и катодно, поскольку цинк корродирует преимущественно перед сталью в месте повреждения покрытия. Неоцинкованная углеродистая сталь такой защиты не имеет и ржавеет, если её не окрасить или не покрыть иным образом.

Какова температура цинковой ванны при горячем цинковании?

По данным American Galvanizers Association, ванна расплавленного цинка поддерживается при температуре около 815–850 °F (435–455 °C) и содержит не менее 98% чистого цинка. При погружении цинк реагирует с железом стали, образуя металлургически связанные слои цинково-железного сплава, как правило, покрытые слоем чистого цинка.

Как ремонтируют повреждённую оцинкованную сталь?

ASTM A780 допускает три метода ремонта: цинконаполненную краску, газотермическое напыление цинка (металлизацию) и цинковый припой. При использовании цинконаполненной краски повреждённый участок очищают до SSPC-SP 10 для эксплуатации в погружении или до голого металла механизированным инструментом по SSPC-SP 11 для менее агрессивных условий, а ремонтное покрытие наносят на 50% толще окружающего покрытия, до 4,0 mil.

Можно ли обрабатывать оцинкованную сталь методом bristle blasting?

Да, но выборочно. Bristle Blaster® удаляет цинк вместе с ржавчиной, поэтому его используют для подготовки повреждённых или корродированных участков до голого металла с профилем шероховатости перед ремонтом цинконаполненным составом или металлизацией, а не для очистки неповреждённого цинкового покрытия. На исправном цинковом покрытии, которое предстоит красить, следуйте инструкциям производителя покрытия по лёгкой подготовке поверхности.