Najwyższa ochrona przed korozją przy najniższej emisji CO2

Proces cynkowania ogniowego "heat-to-coat" firmy Wuppermann różni się od innych procesów, w których stal jest cynkowana, czyli zabezpieczana przed korozją. Oprócz znacznie niższej emisji CO2, proces ten jest korzystniejszy również w zakresie zużycia zasobów, właściwości podczas dalszej obróbki i ochrony przed korozją.

Stal jest wytrzymała, ma szeroki zakres wytrzymałości i może być indywidualnie dostosowana do wymagań klienta. Jednak bez niezawodnej ochrony przed korozją szybko traci swoje właściwości sprawiające, że jest tak popularnym materiałem budowlanym. Stal ulega korozji w atmosferze, w wodzie i w glebie. W wyniku korozji powstaje czerwona rdza, która oprócz wad widocznych „gołym okiem” może prowadzić do uszkodzenia części.

Aby temu przeciwdziałać, stal jest powlekana. Spośród różnych sposobów ochrony stali przed korozją, najbardziej niezawodnym i skutecznym jest uszlachetnienie jej powierzchni cynkiem. Metodą mającą największe znaczenie w przemyśle jest cynkowanie ogniowe, w którym gotowe uformowane elementy stalowe są zanurzane w kąpieli stopowej i cynkowane w sposób nieciągły lub taśmy stalowe przechodzą przez kąpiel cynkową w sposób ciągły, po uprzedniej odpowiedniej obróbce termicznej. Warunki, w jakich musi odbywać się obróbka termiczna, są uzależnione od stanu materiału wyjściowego, niezależnie od tego, czy jest to taśma walcowana na zimno o mocnej strukturze bez znacznej zdolności do formowania, czy też taśma walcowana na gorąco, której właściwości mechaniczne są odpowiednie do dalszego przetwarzania. Pod tym względem można wyróżnić trzy następujące procesy cynkowania ogniowego:

- Cynkowanie jednostkowe (nieciągłe),
- Cynkowanie taśmowe na zimno (ciągłe),
- Cynkowanie ogniowe taśm walcowanych na gorąco, w tym proces heat-to-coat (ciągły) firmy Wuppermann

Proces "heat-to-coat" wyjaśniono na przykładzie ocynkowni ogniowej Grupy Wuppermann na Węgrzech, która oprócz zwykłych powłok cynkowych może również nakładać nowy stop cynku, aluminium i magnezu na taśmy stalowe, stosując system naprzemiennych punktów (patrz rys. 1).

Wszystkich trzech procesów dotyczy to, że: Im grubsza jest powłoka cynku, tym większa jest ochrona przed korozją. Rodzaj wymaganej ochrony antykorozyjnej zależy od warunków środowiskowych panujących w miejscu stosowania lub wykorzystania późniejszego komponentu. Procesy te są zazwyczaj stosowane przy następujących grubościach powłoki cynkowej na stronę:

Proces Min. grubość powłoki cynkowej Maks. grubość powłoki cynkowej

• Cynkowanie jednostkowe 50 µm 85 µm
• Cynkowanie taśmy walcowanej na zimno 5 µm 55 µm
• Cynkowanie taśmy walcowanej na gorąco 5 µm 85 µm

Obszary zastosowań stali ocynkowanej jednostkowo i stali ocynkowanej taśmowo zasadniczo różnią się, ale również pokrywają się, zwłaszcza w przypadku profili ocynkowanych z warstwą o wysokiej zawartości cynku. Na przykład bariery ochronne do systemów powstrzymujących pojazdy lub podkonstrukcje do systemów fotowoltaicznych mogą być produkowane zarówno metodą cynkowania jednostkowego, jak i cynkowania taśm walcowanych na gorąco. Niemniej jednak poniższe wprowadzenie do procesu heat-to-coat koncentruje się głównie na porównaniu z bardziej podobnym procesem cynkowania taśm walcowanych na zimno.

W przypadku taśm walcowanych na zimno taśmy są najpierw poddawane wyżarzaniu w wysokiej temperaturze w dużym piecu wyżarzającym bezpośrednio przed procesem cynkowania ogniowego. W tym procesie odzyskują one zdolność do formowania i uzyskują bardzo wąskie właściwości mechaniczne, które są wymagane przede wszystkim w przemyśle motoryzacyjnym. W przeciwieństwie do konwencjonalnych ocynkowni taśm nie jest wymagane stosowanie pieca do wyżarzania w procesie firmy Wuppermann (patrz rys. 1). Ponadto proces heat-to-coat przebiega przy znacznie niższej temperaturze maksymalnej.

W przypadku stosowania taśm walcowanych na zimno do rekrystalizacji materiału wyjściowego niezbędny jest piec do wyżarzania. W zależności od gatunku stali odbywa się to w temperaturach od 650 do ponad 850°C. W firmie Wuppermann rekrystalizacja nie jest konieczna ze względu na stosowanie taśmy walcowanej na gorąco jako materiału wyjściowego - w zakresie grubości taśmy porównywalnym z taśmą walcowaną na zimno. Maksymalna temperatura taśmy wynosi około 450°C. Musi być ona na tyle wysoka, aby uzyskać redukcję powierzchni taśmy przed zanurzeniem w stopionym cynku. Prowadzi to do znacznego obniżenia zużycia energii.
W tym kontekście istotną rolę odgrywają także różne źródła energii. W przeciwieństwie do standardowych ocynkowniach, w procesie heat-to-coat nie wykorzystuje się paliw kopalnych, takich jak gaz. Wuppermann wykorzystuje energię elektryczną tylko do podgrzewania taśmy i dlatego stosuje stosunkowo krótkie piece. Niezależnie od tego, że piece te są tańsze w zakupie, przede wszystkim znacznie zmniejsza się zużycie energii, co również minimalizuje koszty i jest korzystne dla środowiska.

Na taśmie walcowanej na gorąco można uzyskać regularne, jednorodne i precyzyjne powłoki cynkowe o grubości do 85 µm na każdej stronie na całej szerokości i długości taśmy, a struktura powłoki cynkowej jest nadal jednorodna i pozbawiona faz stopowych ZnFe (patrz rys. 3). Kąpiele stopowe w procesie cynkowania taśmowego metodą ciągłą są niskostopowe z dodatkiem aluminium, aby zapewnić przyczepność warstwy z materiałem podstawowym. Ponadto należy wspomnieć, że nie zastosowano żadnych dodatków stopowych, które mogłyby wpłynąć na strukturę krystaliczną powłoki cynkowej.

Te powłoki cynkowe mają bardzo dobrą przyczepność do materiału podstawowego i są odporne na bardziej złożone formowanie. Zachowany jest również wysoki poziom ochrony antykorozyjnej i z ocynkowanej ogniowo taśmy walcowanej na gorąco można produkować na przykład profile, które nadają się do stosowania na zewnątrz.

Proces heat-to-coat umożliwia oszczędne i przyjazne dla środowiska przetwarzanie taśm walcowanych na gorąco o grubości od 1 do 6 mm i maksymalnej szerokości 1650 mm. Główne stosowane materiały to stale do obróbki plastycznej na zimno i do głębokiego tłoczenia, stale konstrukcyjne oraz stale wysokowytrzymałe i niskostopowe. Można uzyskać powłoki o grubości do 85 µm z jednej strony lub 1200 g/m² z obu stron. W przeciwieństwie do procesu cynkowania jednostkowego, proces cynkowania metodą ciągłą umożliwia produkcję taśm stalowych o różnej grubości powłoki cynkowej na różnych stronach, tzw. cynkowanie różnicowe. Jest to istotne na przykład w przypadku stalowych rur ocynkowanych, ponieważ ze względu na różne wymagania dotyczące ochrony przed korozją można nakładać powłoki o odpowiedniej grubości na zewnątrz i wewnątrz. Pozwala to zaoszczędzić zarówno zasoby naturalne, jak i koszty, a tym samym stanowi wartość dodaną dla klientów.

Opisane różnice prowadzą również do zmniejszenia śladu węglowego w procesie heat-to-coat firmy Wuppermann. Instytut Fraunhofera ds. technologii w zakresie środowiska, bezpieczeństwa i energii (UMSICHT) potwierdził niedawno znacznie niższą emisję CO2. Więcej informacji na temat badania można znaleźć tutaj.