Горячее цинкование металлоконструкций гост

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО
ПО ТЕХНИЧЕСКОМУ РЕГУЛИРОВАНИЮ И МЕТРОЛОГИИ

НАЦИОНАЛЬНЫЙ
СТАНДАРТ
РОССИЙСКОЙ
ФЕДЕРАЦИИ

Единая система защиты от коррозии и старения

ПОКРЫТИЯ ТЕРМОДИФФУЗИОННЫЕ ЦИНКОВЫЕ

Общие требования и методы контроля

1 Область применения

2 Нормативные ссылки

3 Классификация и обозначение покрытий

4 Общие положения

5 Физико-химические показатели качества покрытия

6 Технология нанесения цинкового покрытия

7 Контроль качества покрытия

8 Упаковка, транспортирование и хранение

Приложение А (справочное)

Контроль качества подготовленной поверхности

Приложение Б (рекомендуемое)

Определения остаточной (водородной) хрупкости (водородного охрупчивания)

Приложение В (справочное)

Толщина цинковых покрытий при разных методах измерений

Цели и принципы стандартизации в Российской Федерации установлены Федеральным законом от 27 декабря 2002 г. № 184-ФЗ «О техническом регулировании», а правила применения национальных стандартов Российской Федерации – ГОСТ Р 1.0-2004 «Стандартизация в Российской Федерации. Основные положения»

Сведения о стандарте

1 РАЗРАБОТАН И ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 213 «Металлические и другие неорганические покрытия» и ТК 214 «Защита изделий и материалов от коррозии»

2 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 21 августа 2006 г. № 204-ст

3 ВЗАМЕН ГОСТ Р 51163-98

Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в указателе «Национальные стандарты», а текст изменений и поправок — в ежемесячно издаваемых информационных указателях «Национальные стандарты». В случае пересмотра или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в издаваемом информационном указателе «Национальные стандарты». Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет

Термодиффузионное цинкование поверхностей изделий предназначено для повышения их коррозионной стойкости.

Термодиффузионное цинковое покрытие является анодным по отношению к черным металлам и электрохимически защищает сталь от коррозии. Оно обладает прочным сцеплением (адгезией) с основным металлом за счет взаимной диффузии железа и цинка в поверхностных интерметаллидных фазах, поэтому не происходит отслаивания и скалывания покрытия при ударах, механических нагрузках и деформациях обработанных изделий. ГОСТ 9.302-88 не устанавливает метод испытания по оценке адгезии термодиффузионных цинковых покрытий. Установленные в ГОСТ 9.302-88 методы испытаний прочности сцепления (адгезии) цинковых покрытий широко используются и рекомендуются для оценки прочности сцепления между различными слоями термодиффузионного цинкового покрытия, однако в отдельных случаях могут оказаться более приемлемыми другие испытания, что должно быть установлено по согласованию с потребителем.

Преимущество термодиффузионной технологии покрытий по сравнению с гальваническими состоит не только в ее превосходстве по коррозионной стойкости, но и в том, что она не вызывает необратимого водородного охрупчивания металла во время процесса нанесения (непосредственно в контейнере). Обработка изделия до и после нанесения покрытия должна исключать возможность появления водородного охрупчивания. Водородное охрупчивание в высокопрочных стальных изделиях должно быть исключено, поэтому когда данное требование установлено потребителем, отсутствие водородного охрупчивания определяют в соответствии с требованиями настоящего стандарта.

Термодиффузионное цинковое покрытие точно повторяет контуры изделий, оно однородно по толщине на всей поверхности, включая изделия сложной формы и резьбовые соединения.

Термодиффузионное цинковое покрытие в основном состоит из железоцинковой δ₁-фазы переменного состава, содержащей до 10 % железа.

В связи с присутствием на поверхности покрытия примеси железа при воздействии повышенной влажности или конденсата на поверхности оцинкованного изделия может появляться бурый налет, который не является признаком появления очагов коррозии основного металла. В целях сохранения декоративных свойств и дополнительного увеличения коррозионной стойкости детали, покрытые методом термодиффузионного цинкования, подвергают последующей дополнительной обработке поверхности. Кроме того, дополнительная обработка цинковых покрытий предназначена для того, чтобы замедлить или предотвратить образование белых продуктов коррозии на поверхностях, подвергаемых воздействию атмосфер с высокой влажностью, соленой воды, морских атмосфер или циклам конденсации и высыхания.

ГОСТ Р 9.316-2006

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Единая система защиты от коррозии и старения

ПОКРЫТИЯ ТЕРМОДИФФУЗИОННЫЕ ЦИНКОВЫЕ

Общие требования и методы контроля

Unified system of corrosion and ageing protection. Thermodiffusion zinc coatings.
General requirements and control methods

Дата введения — 2007-07-01

Настоящий стандарт распространяется на защитные цинковые покрытия (далее — покрытия), наносимые методом термодиффузионной обработки в порошковых смесях, предназначенные для обеспечения коррозионной стойкости изделий, деталей и другой металлопродукции из стали, в том числе повышенной прочности, а также из чугуна и медных сплавов (далее — изделия), и устанавливает общие требования к покрытиям и методы контроля их качества.

Покрытие не рекомендуется применять на изделиях, которые при работе достигают температуры 370 °С и выше или контактируют с другими деталями, достигающими этих температур.

В настоящем стандарте использованы ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ 9.008-82 Единая система защиты от коррозии и старения. Покрытия металлические и неметаллические неорганические. Термины и определения

ГОСТ 9.014-78 Единая система защиты от коррозии и старения. Временная противокоррозионная защита изделий. Общие требования

ГОСТ 9.032-74 Единая система защиты от коррозии и старения. Покрытия лакокрасочные. Группы, технические требования и обозначения

ГОСТ 9.054-75 Единая система защиты от коррозии и старения. Консервационные масла, смазки и ингибированные пленкообразующие нефтяные составы. Методы ускоренных испытаний защитной способности

ГОСТ 9.105-80 Единая система защиты от коррозии и старения. Покрытия лакокрасочные. Классификация и основные параметры методов окрашивания

ГОСТ 9.301-86 Единая система защиты от коррозии и старения. Покрытия металлические и неметаллические неорганические. Общие требования

ГОСТ 9.302-88 (ИСО 1463-82, ИСО 2064-80, ИСО 2106-82, ИСО 2128-76, ИСО 2177-85, ИСО 2360-82, ИСО 2361-82, ИСО 2819-80, ИСО 3497-76, ИСО 3543-81, ИСО 3613-80, ИСО 3882-86, ИСО 3892-80, ИСО 4516-80, ИСО 4518-80, ИСО 4522-1-85, ИСО 4522-2-85, ИСО 4524-1-85, ИСО 4524-3-85, ИСО 4524-5-85, ИСО 8401-86). Единая система защиты от коррозии и старения. Покрытия металлические и неметаллические неорганические. Методы контроля

ГОСТ 9.305-84 Единая система защиты от коррозии и старения. Покрытия металлические и неметаллические неорганические. Операции технологических процессов получения покрытий

ГОСТ 9.306-85 Единая система защиты от коррозии и старения. Покрытия металлические и неметаллические неорганические. Обозначения

ГОСТ 9.307-89 Единая система защиты от коррозии и старения. Покрытия цинковые горячие. Общие требования и методы контроля

ГОСТ 9.308-85 Единая система защиты от коррозии и старения. Покрытия металлические и неметаллические неорганические. Методы ускоренных коррозионных испытаний

ГОСТ 9.401-91 Единая система защиты от коррозии и старения. Покрытия лакокрасочные. Общие требования и методы ускоренных испытаний на стойкость к воздействию климатических факторов

ГОСТ 9.402-2004 Единая система защиты от коррозии и старения. Покрытия лакокрасочные. Подготовка металлических поверхностей к окрашиванию

ГОСТ 9.407-84 Единая система защиты от коррозии и старения. Покрытия лакокрасочные. Метод оценки внешнего вида

ГОСТ 9.908-85 Единая система защиты от коррозии и старения. Металлы и сплавы. Методы определения показателей коррозии и коррозионной стойкости

ГОСТ 12.3.008-75 Система стандартов безопасности труда. Производство покрытий металлических и неметаллических неорганических. Общие требования безопасности

ГОСТ 1497-84 (ИСО 6892-84) Металлы. Методы испытаний на растяжение

ГОСТ 1759.4-87 (ИСО 898-1-78) Болты, винты и шпильки. Механические свойства и методы испытаний

ГОСТ 12601-76 Порошок цинковый. Технические условия

ГОСТ 16093-2004 Основные нормы взаимозаменяемости. Резьба метрическая. Допуски. Посадки с зазором

ГОСТ 22356-77 Болты и гайки высокопрочные и шайбы. Общие технические условия

Примечание — При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодно издаваемому указателю «Национальные стандарты», который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по соответствующим ежемесячно издаваемым информационным указателям, опубликованным в текущем году Если ссылочный документ заменен (изменен), то при пользовании настоящим стандартом следует руководствоваться замененным (измененным) документом. Если ссылочный документ отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, применяется в части, не затрагивающей эту ссылку.

3.1 Классы покрытий в зависимости от толщины цинкового покрытия определяют по таблице 1.

Горячая оцинковка применяется более 250 лет, и по-прежнему это наиболее дешевый и эффективный способ защиты металлических изделий от коррозии. Известно, что изделия из черных металлов ржавеют очень быстро, из-за чего толщина их несущего каркаса становится гораздо меньше расчетной, что нередко является причиной разрушения всей конструкции, порой влекущее трагичные последствия.

Горячее оцинкование защитит изделия из черных металлов и оборудование от коррозии и позволит эксплуатировать их в течение положенного срока. Обычно оцинкованные изделия служат 25−30 лет.

Преимущества горячего цинкования

При горячем цинковании металлоконструкций поверхность металлического изделия покрываются слоем цинка, и по популярности метод уступает лишь гальванической технологии. По стоимости выполнения и долговечности формируемых покрытий этот способ превосходит электрохимический.

Метод предполагает нанесение на поверхность металлоизделия слоя цинка толщиной 40−65 мкм. Это покрытие обеспечивает барьерную и электрохимическую защиту от коррозии. Главным образом цинкуется сталь.

Горячая оцинковка, в сравнении с другими технологиями, отличается оптимальным сочетанием стоимости процесса и обеспечения высоких защитных свойств слоя цинка. Обработанное изделие даже в очень неблагоприятных условиях может прослужить 65−70 лет, сохраняя эти свойства.

Плюсы метода следующие:

• Данная технология применяется даже для обработки изделий сложной геометрической формы. В частности, так обрабатываются трубы.
• Поврежденные механическим воздействием участки цинкового покрытия могут восстанавливаться сами без постороннего вмешательства.
• Устойчивость покрытия при взаимодействии с жидкими средами в 6 раз выше, чем в случае с другими методами оцинковки. Поэтому к данной технологии прибегают при обработке труб и емкостей.
• Эффективно устраняются многие дефекты: поры, раковины и пр.
• Эксплуатация труб и метизов, покрытых цинком по этой технологии, требует минимум финансовых затрат. Поверхности не требуется регулярная окраска, так как уже имеется защита от негативного воздействия внешней среды. Это весьма актуально для труб, эксплуатирующихся в труднодоступных местах (под землей, в стенах).

Этапы оцинковки металлоконструкций

Два этапа:

• Обрабатываемая поверхность тщательно подготавливается.
• Изделие погружается в расплавленный цинк и в результате буквально обволакивается им.

Нюансы горячей оцинковки металла регламентирует ГОСТ 9 .307−89.

Подготовка изделия к процедуре

Согласно ГОСТ, поверхность, подлежащая обработке, должна тщательно подготовиться. Подготовка включает:

• механическую обработку;
• обезжиривание;
• промывку;
• травление;
• промывку после травления;
• флюсование;
• просушку.

Механическая обработка удаляет загрязнения, следы ржавчины, продукты окисления, шлаковые включения. ГОСТ предписывает скруглять острые кромки и углы на изделии, и это тоже делается путем механической обработки. На производстве используют пескоструйные установки.

Обезжиривание выполняется примерно при 75 °C перед основной процедурой для улучшения адгезии защитного слоя с обрабатываемым изделием. Присутствие на поверхности изделия пятен жира и масла может привести к формированию на этих участках неравномерной толщины или отслаивания. Обезжиривание выполняется с помощью химических реагентов, список которых регламентирует соответствующий ГОСТ. Остатки веществ впоследствии должны удалиться промывкой.

Согласно тому же ГОСТ, на трубах и прочих цинкуемых изделиях не должно быть окисленных участков и старого покрытия. Для выполнения этих требований поверхность протравливается обычно соляной кислотой. Процедура выполняется при температуре 22−24 °C, а концентрация раствора кислоты выбирается в зависимости от степени загрязнения поверхности следами коррозии и окислами.

Как правило, для травления используются растворы, где в 1 л воды растворяется 140−200 г кислоты. При травлении раствор может сильно повредить поверхность. Во избежание этого и для минимизации выделения водорода из раствора в состав его вводятся ингибиторы. После травления изделие тщательно промывается для удаления остатков использованных химических веществ.

Флюсование перед цинкованием

Технология предусматривает тщательную подготовку обрабатываемого изделия, позволяет предотвратить окисления и улучшить адгезию покрытия с металлом.

При флюсовании, выполняемом при 60 °C, обрабатываемая поверхность покрывается тонким слоем флюса, который содержится в специальном растворе. Обычно в качестве флюса используются хлориды цинка и аммония, которые смешиваются с водой в соотношении 500 г на 1 л для приготовления раствора для процедуры. При флюсовании крайне важно следить за следующими параметрами раствора:

• кислотность;
• плотность;
• содержание железа.

Когда концентрация железа превышена, в раствор вводится перекись водорода, способствующая образованию солей железа, которые выпадают в осадок.

В любом цехе горячей оцинковки непременно должны иметься термические печи, в которых обрабатываемое изделие после флюсования просушивается. Благодаря подобной термической обработке удаляются остатки жидкости, ухудшающей качество готового цинкового покрытия, деталь нагревается до 100 °C, что позволяет сократить затраты на основную технологическую операцию.

Технология нанесения слоя цинка

Нанесения защитного цинкового слоя может производиться с помощью линии горячей оцинковки или более простого оборудования. Процесс предполагает погружение детали в расплавленный цинк. Температуру, при которой расплав находится в емкостях, определяет ряд факторов, в числе которых геометрические параметры изделия. В среднем температура составляет 420−455 °C .

Если оборудование не АНГЦ (агрегат для непрерывного горячего цинкования), а более простые технические устройства, на производственном участке обеспечивается выполнение таких условий:

• Наличие мощной вытяжки, удаляющей из воздуха пары, которые интенсивно образуются в процессе цинкования.
• Оборудование должно обеспечивать соблюдение скорости погружения в расплав детали и времени выдержки ее в нем.
• После извлечения из емкости обработанная деталь качественно охлаждается.

Метизы оцинковываются так:

• Изделия погружаются в емкость с расплавленным цинком.
• Детали выдерживаются 4−10 мин.
• Извлечение детали из расплава, скорость выполнения которого во многом определяет толщину формируемого покрытия.
• Принудительное или естественное охлаждение.

Представленная технология отличается сравнительно невысокой сложностью. Для осуществления процедуры отсутствует необходимость готовить сложные электролитические растворы, какие делает на производстве гальваник.

У этого метода есть и недостатки. Наиболее серьезный из них в том, что размеры обрабатываемых деталей, ограничиваются размерами емкости с расплавленным цинком. На крупных производственных предприятиях обработка габаритных изделий осуществляется путем применения АНГЦ.

Самое большое разрушающее воздействие на стальные и железные предметы оказывается коррозия. В результате окисления металла при воздействии с окружающей средой происходит его разрушение и рабочее изделие или конструкцию необходимо заменять. Поэтому горячее цинкование является надежной защитой стальной или железной поверхности и очень актуально на сегодняшний день.

Для решения этой проблемы разработаны и применяются различные технологии. Все они основаны на создании защитного слоя на поверхности металла. Однако большая часть из них недолговечна и требует периодического восстановления, а другие способы очень дороги или слишком сложные в выполнении.

Как показал практический опыт, наиболее оптимальным материалом для защиты стальных изделий является расплавленный цинк, который покрывает поверхность ровным тонким слоем при контакте с железом. Этот способ создания защитного покрытия называют горячее цинкование.

На открытом воздухе чистый цинк вступает в химическую реакцию окисления с атмосферным кислородом, создавая на поверхности оксидную пленку ZnO, которая способна замедлить коррозию. Однако на этом химические реакции не останавливаются. Наличие в воздухе диоксида углерода CO2 преобразует состав поверхностной пленки карбоната цинка ZnCO2, который полностью прекращает все коррозионные процессы.

Обоснование применения защитных цинковых покрытий

Для стальных конструкций, изделий и материалов горячее цинкование признано, как технология имеющая наилучшее соотношение между производственными затратами и уровнем надежности защитного покрытия. Толщина слоя цинка может быть в пределах 30-100 мкм (в большинстве случаев 40-60 мкм).

Продолжительный практический опыт эксплуатации оцинкованных изделий показал, что горячее цинкование может обеспечить защиту от коррозии:

• в агрессивных условиях промышленной эксплуатации до 55 лет;
• в жарких и влажных тропиках до 70 лет;
• в обычных условиях на открытом воздухе до 85 лет.

В нашей стране контроль и требования к защите от коррозии методом нанесения цинковых покрытий определяются ГОСТ 9.307-89.

Технология горячего цинкования

Технологический процесс нанесения защитного цинкового покрытия состоит из нескольких последовательных этапов, происходящих в режиме конвейера, в числе которых:

1. обезжиривание;
2. травление металла;
3. промывка;
4. флюсование;
5. сушка и нагрев стальных изделий;
6. горячее цинкование;
7. охлаждение обработанных материалов.

Перед загрузкой стальных изделий и материалов должен быть произведен их осмотр и при необходимости механическая, пескоструйная или другая очистка от сильных загрязнений.

Обезжиривание

Эта операция при выполнении цинкования необходима для удаления остатков смазки и масел с поверхности обрабатываемых заготовок. Ее производят путем погружения деталей в специальный обезжиривающий раствор, нагретый до 70-80°C. Такой температурный режим позволяет полностью удалить жировые остатки и избежать в дальнейшем пропусков слоя и возможного расслоения оцинковки. После этого под сильными струями воды смывают остатки образовавшейся при обезжиривании пены.

Травление

Процесс травления направлен на очистку поверхности заготовок от остаточной окалины после термической обработки, ржавчины и оксидных пленок. Обработка производится раствором соляной кислоты с концентрацией не более 200 г/литр, подогретым до 25°C. Кислота хорошо растворяет хлориды железа, а расчетная концентрация обеспечивает сохранение для горячего цинкования чистого металла без повреждений.

Для удаления окислов и гидроксилов используют специальные ингибиторы, которые так же не оказывают химического воздействия на сталь и железо. Контроль концентрации растворов и применение правильно подобранных соотношений позволяют получить идеально чистую поверхность.

Промывка

После проведения травления необходимо тщательно удалить все остатки химически активных веществ. Для этого детали несколько раз погружают в последовательно установленные ванны и обрабатывают сильными струями воды.

Флюсование

Нанесение флюса завершает этапы предварительной подготовки поверхности перед горячим цинкованием. При этом происходит покрытие деталей сплошным слоем пленки, который предотвращает возможность дальнейшего окисления стали и обеспечивает хорошую смачиваемость поверхности расплавленным цинком.

Флюс представляет собой концентрированный до 500 г/литр раствор хлорида цинка и хлорида аммония, нагретый до 60°C. Для обеспечения гарантии качества покрытия ведется постоянный контроль плотности флюса, щелочности и содержания солей железа.

В случае изменения химического состава флюса его восстанавливают перекисью водорода, которая активно осаждает образующиеся при обработке соли.

Сушка и предварительный нагрев

На этом этапе путем постепенного нагрева обрабатываемых деталей и материалов до 100°C удаляется остаточная влага, которая может оставаться на поверхности, особенно у деталей сложной пространственной формы. Остатки воды при погружении в ванну с расплавленным цинком могут привести к его разбрызгиванию паром, деформации деталей и нарушению целостности покрытия. Кроме этого предварительный нагрев позволяет печам цинкования более экономно расходовать энергию, способствуя снижению общей себестоимости процесса.

Продолжительность сушки обычно превышает время погружения заготовок в расплавленный цинк, поэтому на линии обработки устанавливают несколько сушильных камер. И материал к ваннам подается из расчета полной загрузки.

Горячее цинкование

Качественное выполнение завершающего этапа обработки определяется:

• соответствием марки стали;
• качеством и чистотой цинка;
• соблюдением температурного режима цинкового расплава;
• временем, затраченным на погружение в цинк и обратное поднятие деталей;

Температура плавления цинка без примесей равна 419°C. В зависимости от марки покрываемой стали температура расплава горячем цинковании может находиться в пределах от 440°C до 460°C. При погружении детали в цинк происходит ее резкий нагрев, растворение пленки флюса и сплошное смачивание поверхности.

Очень важным технологическим моментом цинкования является скорость погружения деталей в расплавленный металл. При слишком малой скорости сталь нагреется до окончания процесса, и слой флюса выгорит еще до начала горячего цинкования. В случает быстрого погружения флюс не успевает расплавиться. В обоих случаях будет нарушена целостность сплошного покрытия и брак в работе.

Длительность погружения определяется инженером технологом и может составлять от 3 до 10 минут. От этого параметра зависит толщина защитного покрытия и его надежное сцепление с базовым металлом. Продолжительность выдержки определяется в зависимости от уровня требований к оцинковке, марки стали, геометрической конфигурации заготовок и некоторых других факторов.

После горячего цинкования в расплаве детали подаются для охлаждения на открытый воздух, а потом перевозятся для проверки качества выполненной обработки.

Процесс нанесения защитных цинковых покрытий требует организации довольно сложного промышленного производства. Это увеличивает стоимость готовой продукции, но можно с уверенностью сказать, что дополнительные затраты полностью окупаются за счет увеличения сроков службы деталей, конструкций и материалов.