Cynkowanie zanurzeniowe wyrobów stalowych z zastosowaniem stali WEGAL

W programie produkcyjnym cynkowane były wszelkie gatunki stali w postaci różnorodnych wyrobów (siatki zgrzewane, detale przestrzenne z różnych gatunków stali i zróżnicowanej grubości, wyroby cienkościenne, elementy połączeń rurowych, słupki ogrodzeniowe, słupy grubościenne). Największy udział wśród nich (ok. 40%) mają zgrzewane siatki różnego typu, wykonane z drutów ciągnionych o wyjątkowo gładkiej powierzchni ze stali reaktywnej, a więc wysoce niekorzystnej dla procesu cynkowania zanurzeniowego.

Z wytypowanych ocynkowanych próbek przygotowano zgłady metalograficzne, które posłużyły do określenia grubości powłok metodą metalograficzną i udokumentowania ich struktury. Do badania użyto mikroskopu metalograficznego Olympus GX71 z komputerową analizą obrazu. Grubość powłok mierzono również metodą indukcji magnetycznej przy użyciu miernika Fischer Deltascope MP30. Wykonane badania przedstawiają wyniki cynkowania różnych gatunków stali (nieuspokojonej 08X, reaktywnej uspokojonej krzemem w gatunku 55 i reaktywnej z zakresu występowania efektu Sandelina w gatunku St3S) w kąpieli utworzonej ze stopu WEGAL, pozbawionej dodatku ołowiu, zgodnie z panującą w tym zakresie tendencją światową [12, 13].

Otrzymane powłoki (rys. 3), niezależnie od gatunku cynkowanej stali, mają podobną budowę, podwyższoną odporność na korozję, prawidłową przyczepność dyfuzyjną do podłoża stalowego i dobrą plastyczność. Powłoki te są gładkie, jasne i błyszczące. Brak różnicy jakościowej w budowie analizowanych powłok wskazuje jednoznacznie na korzyść stosowania opracowanej kąpieli cynkowniczej WEGAL i potwierdza wcześniej uzyskane wyniki w tym zakresie [14]. Cynkowanie odbywało się w temperaturze 440-450°C.

Wyniki procesu

Analizowane powłoki charakteryzuje korzystna warstwowa budowa, która dotychczas była odnotowywana wyłącznie na stalach nieuspokojonych krzemem, a więc niemających w swoim składzie chemicznym krzemu (≤ 0,035% Si), jak również na stalach uspokojonych aluminium. W powłokach tych bezpośrednio do podłoża stalowego przylega bardzo cienka warstwa zbudowana z modyfikowanej składnikami kąpieli fazy Γ (regularna centrowana przestrzennie Fe₃Zn₁₀ o zawartości 15,8-27,7% Fe). Następną w kolejności warstwę pośrednią tworzy faza międzymetaliczna δ₁ (heksagonalna, FeZn₇ – FeZn₁₀, zawierająca 7,0-11,5% Fe). Jej grubość jest porównywalna na każdej analizowanej stali i waha się w granicach od 14 do 19 µm.

Trzecią z kolei warstwę pośrednią stanowi faza międzymetaliczna ζ (jednoskośna – FeZn₁₃ lub FeZn₁₆ wg autora pracy [15], zawierająca 5,2-6,1% Fe). Igłowo-słupkowy wygląd fazy ζ może w przypadku stali reaktywnej (St3S, rys. 3c) tworzyć lokalne mikroobszarowe wykwity, które sięgają aż powierzchni zewnętrznej powłoki i występują kosztem przereagowanej warstwy fazy δ₁. Taki obraz powłoki nie wpływa negatywnie na jej odporność korozyjną i stanowi marginalny udział w zestawieniu z szarym, chropowatym obrazem powłoki na stali cynkowanej w zwykłej kąpieli, nawet wzbogaconej o dodatek aluminium.

Pozostałą, czwartą, wierzchnią część wszystkich badanych powłok zajmuje faza η (heksagonalna – pseudoroztwór żelaza w cynku o zawartości 0,02-0,08% Fe). Skład chemiczny fazy η zbliżony jest do składu kąpieli cynkowniczej. Właśnie obecność fazy η gwarantuje jednakowy, jasny i błyszczący wygląd całego cynkowanego wyrobu. Nawet w przypadku wykonania jego detali z różnych gatunków stali i o różnej grubości. Całkowita grubość zaprezentowanych powłok (rys. 3) na stali niskokrzemowej i dwóch stalach reaktywnych zawarta jest w korzystnie zmniejszonym przedziale 55-98 µm.

Przeprowadzone dwuletnie próby przemysłowego wykorzystania opracowanego stopu WEGAL umożliwiły określenie podstawowego wskaźnika techniczno-ekonomicznego cynkowania w warunkach pełnego zabezpieczenia wymaganego poziomu składników stopowych kąpieli cynkowniczej, czyli zużycia stopu, wyrażonego w kg na jednostkę cynkowanych wyrobów stalowych w tonach. Osiągnięty wskaźnik zużycia cynku (stopu WEGAL) wynosił 58-63 kg na 1 t cynkowanych wyrobów stalowych przy jednoczesnym zwiększeniu jakości wytwarzanych powłok i podwyższonej odporności na korozję [1, 3].

Podsumowanie zastosowania stali WEGAL

Przeprowadzone badania przemysłowego jednostkowego cynkowania zanurzeniowego próbek z trzech różnych gatunków stali (08X, 55, St3S) dowiodły skuteczności oddziaływania zaprojektowanego składu chemicznego stopu cynku WEGAL na grubość
(55-98 µm) i właściwości otrzymanych powłok cynkowych. Jednocześnie uzyskano korzystne potwierdzenie ich jakościowych zmian na próbkach ze stali reaktywnych (55, St3S), cynkowanych w temperaturze 442°C.

Niewątpliwą korzyścią wynikającą z zastosowania przedmiotowej kąpieli cynkowniczej, oprócz waloru ekologicznego (pozbawiona udziału ołowiu), jest przede wszystkim zahamowanie wzrostu grubości powłoki na stalach reaktywnych 55 i St3S. Osiągnięty postęp w tym zakresie oznacza także trzykrotną redukcję ich grubości i wynikającą z tego oszczędność cynku w porównaniu do wyników, jakie otrzymuje się dla tych stali w przypadku zastosowania zwykłej kąpieli cynkowniczej.

Badane powłoki cynkowe mają korzystną budowę wielowarstwową utworzoną przez zmodyfikowane fazy międzymetaliczne Γ, δ₁, ζ i η. Taki typ powłoki wykazuje dobrą przyczepność dyfuzyjną do podłoża stalowego i bardzo dobrą plastyczność w próbie zginania. Dzięki zachowanej wierzchniej warstwie, zbudowanej z fazy η, powłoki wyglądają podobnie na wszystkich badanych stalach. Są gładkie, jasne i błyszczące, co dotychczas było nieosiągalne na wyrobach ze stali wykazujących efekt Sandelina.

Autorzy pracy składają podziękowania za dobrą współpracę w zakresie wdrożenia i produkcji opracowanego typoszeregu stopów WEGAL dyrekcji ZGH Bolesław SA w Bukownie oraz pracownikom tejże firmy w osobach: mgr inż. Leszek Stencel, dr inż. Mirosław Fatyga, mgr inż. Jerzy Nowak i mgr inż. Janusz Fulbiszewski.

Piśmiennictwo

1. Wesołowski J., Ciura L., Głuchowski W.: Uruchomienie nowej produkcji wieloskładnikowych stopów cynkowniczych oraz innych stopów cynku (odlewniczych). Projekt badawczy celowy nr 7 T08B 176 99C/4346, raport końcowy nr 2422/C.T08-7/99, 2002 (niepubl.).
2. Wesołowski J., Malara Sz.: Wpływ manganu w kąpieli na strukturę i właściwości powłok cynkowych. Sprawozdanie IMN nr 7306/2014 (niepubl.).
3. Wesołowski J., Ciura L., Głuchowski W.: Wdrożenie technologii jednostkowego cynkowania ogniowego wyrobów stalowych z zastosowaniem nowej, uniwersalnej, oszczędnościowej kąpieli cynkowniczej. Projekt badawczy celowy nr 6 T08B 2003C/6034, raport końcowy nr 3355/C.T08-6/03, 2005 (niepubl.).
4. Miodowski Z., Białecka A.: Zmiany w technologii cynkowania zanurzeniowego w Polsce od początku XXI wieku. „Ochrona Przed Korozją, nr 10, 2014, s. 397-398.
5. Wesołowski J., Ciura L.: Biała korozja ocynkowanych wyrobów stalowych. XVIII Sympozjum Polskiego Towarzystwa Cynkowniczego, Międzyzdroje, 29 maja – 1 czerwca 2011 r., materiały konferencyjne w wersji elektronicznej na CD.
6. Pelerin J. i in.: Etude par microscopie électronigue de la galvanization des „aciers au silicium”. „Mémoires et Etudes Scientifiques reve de metallurgie”, nr 4, 1985, s. 91-198.
7. Sjoukes F.: Der beschleunigte Angriff durch Zink auf siliziumhaltigen Stählen. „Eine Hypothese, Draht”, nr 12, 1980, s. 915-921.
8. Kozdras M.S., Niessen P.: Silicon – induced Destabilization of Galvanized Coatings in the Sandelin Peak Region. „Metallography”, nr 3, 1989, s. 253-267.
9. Schulz W.D., Thiele M.: Feuerverzinken von Stückgut. Die Schichtbildung in Theorie und Praxis. Eugen G. LEUTZE Verlag, Bad Saulgau, 2008.
10. Wesołowski J., Ciura L.: Nowy stop cynku do cynkowania ogniowego wyrobów stalowych. „Rudy Metale”, nr 3, 2003, s. 112-120.
11. Wesołowski J., Głuchowski W.: Cynkowanie ogniowe w nowej, wieloskładnikowej kąpieli cynkowniczej. VII Sympozjum Polskiego Towarzystwa Cynkowników, Międzyzdroje, 17-19 maja 2000 r., materiały konferencyjne, s. 28-40.
12. Avettand-Fènoël M.N., Reumont G., Perrot P.: The effect of tin on the reactivity of silicon-containing steels. 21 International Galvanizing Conference, INTERGALVA 2006, Neapol, 11-14. 06.2006 r.
13. Beguin Ph., Bosschaerts M., Dhaussy D., Pankert R., Gilles M.: GALVECO: A solution for galvanizing reactive steel. „The Bulletin of the Bismuth Institute”, nr 76, 2000.
14. Wesołowski J., Głuchowski W.: Cynkowanie ogniowe stali w kąpieli pozbawionej dodatku ołowiu. VIII Sympozjum Polskiego Towarzystwa Cynkowniczego, Poraj, 23-25 maja 2001 r., materiały konferencyjne, s. 65-82.
15. Kopyciński D.: Krystalizacja faz międzymetalicznych i cynku na żelazie oraz na jego nisko- i wysokowęglowych stopach podczas procesu cynkowania. Uczelniane Wydawnictwa Naukowo-Dydaktyczne, Rozprawy monografie 149, AGH, Kraków 2006.

Może Cię również zainteresować >>

Galeria

Zobacz więcej