Високоефективні матеріали з новими видами покриттів.
На металургійних підприємствах України останніми роками значно зросло виробництво оцинкованого прокату. Однак за кордоном у великій кількості випускається і листовий прокат з новими покриттями - зі сплавів цинку з добавками алюмінію та магнію.
Незважаючи на кризові ситуації, оцинкований прокат залишається одним із найбільш затребуваних та високорентабельних металургійних продуктів. Судячи з кон'юнктури світового ринку, зараз найбільш затребувана продукція останнього переділу прокатного виробництва: оцинкований та пофарбований лист для будівельної індустрії, автомобільний оцинкований лист, а також метал із новими видами захисних покриттів.
Потреба в таких матеріалах зростає насамперед завдяки високим темпам розвитку будівельної індустрії — промислового та цивільного будівництва, завдяки створенню торгових комплексів, спортивних та культурних споруд, автомобілебудуванню, виробництву побутової техніки та ін.
В даний час в Україні для захисту листового прокату від корозії застосовується цинк. Оцинкована сталь виготовляється на багатьох українських металургійних комбінатах. Бурхливе зростання виробництва гарячеоцинкованого листового прокату почалося кілька років тому. В останні 10—15 років, за рахунок реконструкції діючих та введення в дію нових високопродуктивних агрегатів гарячого цинкування, випуск оцинкованого прокату в Україні зріс більш ніж у 3 рази. Нові агрегати гарячого цинкування з'являються як у великих металургійних комбінатах, і порівняно невеликих приватних підприємствах. Загальні потужності з виробництва аркуша з покриттями у 2014 р. становили близько 5 млн т.
Листовий прокат із покриттям з цикового розплаву з добавкою 5-7%алюміній має фірмову назву Galfan (Гальфан), що означає «фантастичний цинк». Сталевий лист з алюмоцинковим покриттям називають Galvalum (Гальвалюм), оскільки розплав, з якого виробляють покриття, містить велику кількість алюмінію (близько 55%). Дослідження показують, що корозійні втрати (швидкість руйнування) покриттів із сплавів цинку з алюмінієм, зазначеного вище оптимального хімічного складу, мінімальні, їхня корозійна стійкість перевищує стійкість оцинкованої сталі в 2-6 разів залежно від середовища, в якому вони застосовуються.
Останнім часом все ширше застосовуються покриття, до складу яких крім цинку та алюмінію входить магній. Фірмова назва прокату з покриттям із цього сплаву - ZAM. Його корозійна стійкість вища, ніж у гарячеоцинкованої сталі, у кілька разів. Подібний матеріал Super Dyma, іншого виробника, не поступається стійкості Гальвалюму. При цьому виробництво покриттів сплавами Zn-Al та Zn-Al-Mg значно економічніше, ніж Гальвалюма та навіть оцинкованої сталі, за рахунок нижчої температури розплаву.
Використання прокату з цими покриттями здатне принести чималий прибуток при експлуатації виготовлених із них виробів завдяки збільшенню терміну служби. Так, оцинкований дах у місті прослужить 7-10 років, а дах із прокату з алюмоцинковим покриттям - 25-30 років. Приблизно стільки ж прослужить дах із сталевого листа із покриттям цинкалюмініймагній.
Покриття зі сплавів цинку та алюмінію, а також зі сплаву цинку, алюмінію та магнію можуть успішно використовуватися практично у всіх областях, де в даний час застосовують оцинковану сталь. Маючи вищу, ніж у оцинкованої сталі, корозійну стійкість, покриття зі сплавів цинку з алюмінієм мають унікальний комплекс властивостей,що полегшують їх переробку або покращують експлуатацію.
Дослідження показують, що Гальфан має високу здатність до пластичної деформації. Це дозволяє переробляти його методом холодного штампування у пофарбованому вигляді без побоювань травмувати лакофарбовий шар. У багатьох випадках при значній деформації лакофарбове покриття розтріскується, що є неприпустимим при виготовленні багатьох виробів, особливо побутової техніки. Листовий прокат з покриттям Гальфан здатний витримувати більші деформації при холодному штампуванні без пошкодження покриття і втрати корозійної стійкості.
Прокат з цинкалюмінієвим покриттям, що має такі властивості, може і повинен знайти застосування і в будівельній індустрії, де потрібна висока корозійна стійкість, і в автомобільній промисловості, де необхідні вищі, ніж у будівництві, пластичні властивості металу. Застосування прокату з цинкалюмінієвим покриттям автомобільної промисловості дозволить значно підвищити корозійну стійкість автомобільних кузовів. Важливою сферою застосування Гальфану є побутова техніка. За кордоном при виробництві корпусів пральних машин, холодильників, НВЧ печей та ін. у багатьох випадках відмовилися від зварювання та фарбування. Використовують листовий прокат з покриттям Гальфан, попередньо забарвлений в умовах металургійного комбінату на безперервних лініях нанесення полімерних покриттів, а елементи корпусу з'єднують за технологією спеціальної клепки, де як заклепка використовується один з листів, що з'єднуються. Так як у покриття висока пластичність, лакофарбовий шар не ушкоджується.
Прокат з цинкалюмініймагнієвим покриттям має ще більш високу корозійну стійкість, більшу твердість і довговічність. Матеріал чудово штампується тапрофільується. Він застосовується в автомобільній промисловості, у цивільному, промисловому та сільському будівництві, при виробництві різних огороджувальних пристроїв, у машинобудуванні, у виробництві побутової техніки, а також в інших галузях, де потрібна висока корозійна стійкість.
Гальвалюм має дуже привабливий зовнішній вигляд. Поверхня листа з цим покриттям має унікальний візерунок кристалізації, дуже схожий на молоткову емаль. Покриття довгий час залишається світлим і добре відбиває світло. Оскільки температура плавлення алюмоцинкового сплаву вища, ніж у цинку, у Гальвалюму більш висока, ніж у оцинкованої сталі термостійкість. Незважаючи на те, що листовий прокат з алюмоцинковим покриттям добре профільується і штампується, він не знайшов широкого застосування в автомобільній промисловості. Лише деякий час, коли був відсутній алюмінієвий прокат, його використовували для виробництва вихлопних систем автомобілів.
Висока корозійна стійкість покриттів із цинкалюмінієвих та цинкалюмініймагнієвих сплавів обумовлена їхньою мікроструктурою. У Гальвалюму вона двофазна, складається з фази, збагаченої цинком, та фази, збагаченої алюмінієм. Збагачена алюмінієм фаза сильно уповільнює корозію. У Гальфана евтектична структура складається з пластин цинку та алюмінію завтовшки кілька десятків нанометрів. Проникнення агресивного середовища всередину утруднене через малий розмір цинкових пластин. Схожу структуру, що пояснює високу корозійну стійкість, має цинкалюмініймагнієве покриття. Завдяки великій кількості цинку, що входить до складу покриття, всі зазначені матеріали мають протекторну захист, тобто здатні захистити від корозії обрізні кромки листа і невеликі оголені ділянки за рахунок утворення електрохімічної пари.
Виробництво прокату з покриттям із сплавів цинку з алюмінієм та магнієм вигідне всім: і службам, які експлуатують будівлі, споруди, машини та вироби, виготовлені із захищеного прокату з тривалим терміном служби, та виробникам, оскільки собівартість Гальвалюму значно нижча, оскільки економиться матеріал покриття . Економія відбувається за рахунок того, що питома вага цинку становить 7,14 г/см3, а питома вага алюмоцинкового сплаву - 3,7 г/см3. Іншими словами, алюмоцинковим сплавом можна покрити майже в 2 рази більшу площу сталевого прокату, ніж рівною кількістю цинку, витративши на матеріал покриття приблизно однакові засоби. Внаслідок цієї економії при виробництві Гальвалюму металургійне підприємство отримує значний прибуток.
Перейти з оцинкованого прокату на випуск прокату з покриттями Zn + 5% Al або Zn + 5% Al + 3% Mg не так важко. Потрібні мінімальні додаткові витрати, оскільки обладнання агрегатів гарячого цинкування достатньо пристосовано для реалізації нової технології. Організувати виробництво прокату із зазначеними покриттями можна на будь-якому агрегаті гарячого цинкування без серйозної реконструкції обладнання. Якщо на початку виробництва нового матеріалу потреба в ньому буде нижчою, ніж можливості лінії цинкування, то для її повного завантаження можна перейти на інший розплав. Для цього закордонні виробники використовують спеціальні міксери, які служать як аварійні ємності.
Собівартість смуги з покриттям цинк-алюмінієвим або цинкалюміній-магнієвим сплавом більш ніж на 5% нижче за собівартість оцинкованої смуги, оскільки економиться цинк (понад 5 кг на 1 т), енергетичні витрати зменшуються завдяки нижчій температурі розплаву. Крім того, зменшуєтьсякількість дросу, збільшується продуктивність при більш тривалій роботі занурювального обладнання та ін.
В Україні досі не виробляються сучасні матеріали із захисними покриттями. Витрати нанесення традиційних покриттів при виробництві оцинкованої сталі максимальні і набагато перевищують витрати на виробництво прокату з перспективним алюмоцинковим та цинк-алюміній-магнієвим покриттями, що дозволяють застосовувати його в таких умовах, де використання звичайного оцинкованого прокату неефективне. Перехід на виробництво прокату з новими корозійностійкими покриттями принесе прибуток як їхньому виробнику, так і споживачеві продукції, виготовленої з цих матеріалів, за рахунок збільшення тривалості експлуатації.
За матеріалами В.Парамонова, В. Виноградова,, О.Занджіяна.
Журнал «Металопостачання та збут»