Статья | Высокоэффективные материалы с новыми видами покрытий | Роктэс

Высокоэффективные материалы с новыми видами покрытий

На металлургических предприятиях России в последние годы значительно выросло производство оцинкованного проката. Однако за рубежом в большом количестве выпускается и листовой прокат с новыми покрытиями – из сплавов цинка с добавками алюминия и магния.

Несмотря на кризисные ситуации, оцинкованный прокат остается одним из наиболее востребованных и высокорентабельных металлургических продуктов. Судя по конъюнктуре мирового рынка, сейчас наиболее востребована продукция последнего передела прокатного производства: оцинкованный и окрашенный лист для строительной индустрии, автомобильный оцинкованный лист, а также металл с новыми видами защитных покрытий.

Потребность в таких материалах возрастает в первую очередь благодаря высоким темпам развития строительной индустрии — промышленного и гражданского строительства, благодаря созданию торговых комплексов, спортивных и культурных сооружений, автомобилестроению, производству бытовой техники и др.

В настоящее время в России для защиты листового проката от коррозии применяется цинк. Оцинкованная сталь выпускается на многих российских металлургических комбинатах. Бурный рост производства горячеоцинкованного листового проката начался несколько лет назад. В последние 10—15 лет, за счет реконструкции действующих и ввода в строй новых высокопроизводительных агрегатов горячего цинкования, выпуск оцинкованного проката в России возрос более чем в 3 раза. Новые агрегаты горячего цинкования появляются как на крупных металлургических комбинатах, так и на сравнительно небольших частных предприятиях. Общие мощности по производству листа с покрытиями в 2014 г. составляли около 5 млн т.

Российские предприятия выпускают стальной листовой прокат с цинковым покрытием, используя в качестве материала покрытия цинк с небольшими, менее 0,2%, технологическими добавками алюминия, а также в некоторых случаях свинца или сурьмы. За рубежом при производстве горячих покрытий кроме цинка давно применяют его сплавы с различным содержанием алюминия. Наибольшее распространение получили сплавы цинка с 5—7% и с 55% алюминия.

Листовой прокат с покрытием из цикового расплава с добавкой 5—7% алюминия имеет фирменное название Galfan (Гальфан), что в переводе означает «фантастический цинк». Стальной лист с алюмоцинковым покрытием именуют Galvalum (Гальвалюм), поскольку расплав, из которого производят покрытие, содержит большое количество алюминия (около 55%). Исследования показывают, что коррозионные потери (скорость разрушения) покрытий из сплавов цинка с алюминием, указанного выше оптимального химического состава, минимальны, их коррозионная стойкость превышает стойкость оцинкованной стали в 2—6 раз в зависимости от среды, в которой они применяются.

В последнее время все более широко применяются покрытия, в состав которых кроме цинка и алюминия входит магний. Фирменное название проката с покрытием из этого сплава — ZAM. Его коррозионная стойкость выше, чем у горячеоцинкованной стали, в несколько раз. Похожий материал Super Dyma, другого производителя, не уступает стойкости Гальвалюма. При этом производство покрытий сплавами Zn-Al и Zn-Al-Mg значительно экономичнее, чем Гальвалюма и даже оцинкованной стали, за счет более низкой температуры расплава.

Использование проката с этими покрытиями способно принести немалую прибыль при эксплуатации изготовленных из них изделий благодаря увеличению срока службы. Так, оцинкованная крыша в городе прослужит 7—10 лет, а крыша из проката с алюмоцинковым покрытием— 25—30 лет. Примерно столько же прослужит крыша из стального листа с покрытием цинкалюминиймагний.  

Покрытия из сплавов цинка и алюминия, а также из сплава цинка, алюминия и магния могут с успехом использоваться практически во всех областях, где в настоящее время применяют оцинкованную сталь. Имея более высокую, чем у оцинкованной стали, коррозионную стойкость, покрытия из сплавов цинка с алюминием обладают уникальным комплексом свойств, облегчающих их переработку или улучшающих эксплуатацию.

Исследования показывают, что Гальфан обладает высокой способностью к пластической деформации. Это позволяет перерабатывать его методом холодной штамповки в окрашенном виде без опасений травмировать лакокрасочный слой. Во многих случаях при значительной деформации лакокрасочное покрытие растрескивается, что недопустимо при изготовлении многих изделий, особенно бытовой техники. Листовой прокат с покрытием Гальфан способен выдерживать более значительные деформации при холодной штамповке без повреждения покрытия и потери коррозионной стойкости.

Прокат с цинкалюминиевым покрытием, обладающий такими свойствами, может и должен найти применение и в строительной индустрии, где нужна высокая коррозионная стойкость, и в автомобильной промышленности, где необходимы более высокие, чем в строительстве, пластические свойства металла. Применение проката с цинкалюминиевым покрытием в автомобильной промышленности позволит значительно повысить коррозионную стойкость автомобильных кузовов. Важной областью применения Гальфана является бытовая техника. За рубежом при производстве корпусов стиральных машин, холодильников, СВЧпечей и др. во многих случаях отказались от сварки и окраски. Используют листовой прокат с покрытием Гальфан, предварительно окрашенный в условиях металлургического комбината на непрерывных линиях нанесения полимерных покрытий, а элементы корпуса соединяют по технологии специальной клепки, где в качестве заклепки используется один из соединяемых листов. Так как у покрытия высокая пластичность, лакокрасочный слой не повреждается.

Прокат с цинкалюминиймагниевым покрытием обладает еще более высокой коррозионной стойкостью, большей твердостью и долговечностью. Материал прекрасно штампуется и профилируется. Он применяется в автомобильной промышленности, в гражданском, промышленном и сельском строительстве, при производстве различных ограждающих устройств, в машиностроении, в производстве бытовой техники, а также в других отраслях, где необходима высокая коррозионная стойкость.

У Гальвалюма очень привлекательный внешний вид. Поверхность листа с этим покрытием имеет уникальный узор кристаллизации, очень похожий на молотковую эмаль. Покрытие долгое время остается светлым и хорошо отражает свет. Поскольку температура плавления алюмоцинкового сплава выше, чем у цинка, у Гальвалюма более высокая, чем у оцинкованной стали, термостойкость. Несмотря на то что листовой прокат с алюмоцинковым покрытием хорошо профилируется и штампуется, он не нашел широкого применения в автомобильной промышленности. Лишь некоторое время, когда отсутствовал алюминированный прокат, его использовали для производства выхлопных систем автомобилей.

Высокая коррозионная стойкость покрытий из цинкалюминиевых и цинкалюминиймагниевых сплавов обусловлена их микроструктурой. У Гальвалюма она двухфазная, состоит из фазы, обогащенной цинком, и фазы, обогащенной алюминием. Обогащенная алюминием фаза сильно замедляет коррозию. У Гальфана эвтектическая структура, состоит из пластин цинка и алюминия толщиной несколько десятков нанометров. Проникновение агрессивной среды внутрь покрытия затруднено из-за малого размера цинковых пластин. Похожую структуру, объясняющую высокую коррозионную стойкость, имеет цинкалюминиймагниевое покрытие. Благодаря большому количеству цинка, входящему в состав покрытия, все указанные материалы обладают протекторной защитой, то есть способны защитить от коррозии обрезные кромки листа и небольшие оголенные участки за счет образования электрохимической пары.

Производство проката с покрытиями из сплавов цинка с алюминием и магнием выгодно всем: и службам, которые эксплуатируют здания, сооружения, машины и изделия, изготовленные из защищенного проката с длительным сроком службы, и производителям, поскольку себестоимость Гальвалюма значительно ниже, так как экономится материал покрытия. Экономия происходит за счет того, что удельный вес цинка составляет 7,14 г/см 3, а удельный вес алюмоцинкового сплава — 3,7 г/см 3 . Другими словами, алюмоцинковым сплавом можно покрыть почти в 2 раза бóльшую площадь стального проката, чем равным количеством цинка, затратив на материал покрытия примерно одинаковые средства. В результате этой экономии при производстве Гальвалюма металлургическое предприятие получает значительную прибыль.

Перейти с оцинкованного проката на выпуск проката с покрытиями Zn + 5% Al или Zn + 5% Al + 3%Mg не так уж трудозатратно. Потребуются минимальные дополнительные расходы, так как оборудование агрегатов горячего цинкования в достаточной степени приспособлено для реализации новой технологии. Организовать производство проката с указанными покрытиями можно на любом агрегате горячего цинкования без серьезной реконструкции оборудования. Если в начале производства нового материала потребность в нем будет ниже, чем возможности линии цинкования, то для полной ее загрузки можно перейти на другой расплав. Для этого зарубежные производители используют специальные миксеры, которые служат и как аварийные емкости.

Себестоимость полосы с покрытием цинк-алюминиевым или цинкалюминий-магниевым сплавом более чем на 5% ниже себестоимости оцинкованной полосы, так как экономится цинк (более чем 5 кг на 1 т), энергетические затраты уменьшаются благодаря более низкой температуре расплава. Кроме того, уменьшается количество дросса, увеличивается производительность при более длительной работе погружного оборудования и др. В то же время производитель может гарантировать больший срок службы изделий из такого металла.

В России до сих пор не производятся современные материалы с защитными покрытиями. Затраты для нанесения традиционных покрытий при производстве оцинкованной стали максимальны и намного превышают затраты на производство проката с перспективным алюмоцинковым и цинк-алюминий-магниевым покрытиями, позволяющими применять его в таких условиях, где использование обычного оцинкованного проката неэффективно. Переход на производство проката с новыми коррозионностойкими покрытиями принесет прибыль как их производителю, так и потребителю продукции, изготовленной из этих материалов, за счет увеличения длительности эксплуатации.

 

По материалам  В.Парамонова, В. Виноградова,, О.Занджияна.

Журнал «Металлоснабжение и сбыт»