Дипломная работа: Термическое отделение для непрерывного отжига металла

4.1 Способы и методы цинкования

Важную роль в решении задач по повышению срока службы металлопродукции играют защитные покрытия, использование которых позволяет увеличить стойкость и долговечность стальных изделий и является одним из эффективных путей снижения потерь металла от коррозии.

Из металлических покрытий в мировой практике наиболее широко применяют цинковые. Физико-химические свойства цинка, относительная простота технологии и оборудования для нанесения цинковых покрытий позволяет успешно применять их для защиты металлоизделий от коррозии.

По объему и номенклатуре защищаемых от коррозии изделий цинковому покрытию нет равных среди других металлических покрытий. Это обуславливается многообразием технологических процессов цинкования, их относительной простотой, возможностью широкой механизации и автоматизации, высокими технико-экономическими показателями.

В настоящее время существуют различные методы, способы и приемы нанесения цинковых покрытий на стальные и чугунные изделия. При их классификации и выявлении физико-химической сущности следует исходить из механизма образования покрытий. Основываясь га этом принципе можно выделить следующие основные методы нанесения цинковых покрытий: диффузионный, электролитический, металлизационный.

Диффузионный метод образования цинковых покрытий представляет собой процесс, происходящий при высоких (380−850° С) температурах и основанный на явлении диффузии.

Цинк отвечает требованиям, необходимым для образования диффузионных покрытий на железе и его сплавах, растворимость цинка в железе при 20° С составляет 6% (по массе). Диффузионный метод нанесения цинковых покрытий может осуществляться разными способами. При этом необходимо учитывать физико-химическую характеристику активной фазы (или среды), содержащей диффундирующий элемент (цинк). Если активной фазой, содержащей диффундирующий элемент и участвующей в его переносе к обрабатываемой поверхности, является растворимый цинк, то говорят о жидкофазном способе цинкования. В промышленности этот способ получил название «горячее цинкование». При диффузионном цинковании жидкофазным способом (в расплаве цинка) происходит взаимодействие стали с расплавленным цинком, в результате которого на поверхности образуются железоцинковые соединения (фазы). При этом изменяются химический состав и структура поверхностного слоя стали.

Диффузионное цинковое покрытие, полученное в расплаве цинка, состоит из нескольких железоцинковых фаз, расположенных непосредственно на основном металле, и слоя цинка. Слой цинка, который по составу в основном соответствует расплаву, возникает при извлечении изделия из ванны цинкования. Вероятность образования тех или иных слоев железоцинковых соединений в покрытии во многом зависит от режима цинкования, состава и структуры цинкуемого металла, а также от состава расплава цинка. Толщина покрытия для сталей подобного химического состава при одинаковом состоянии их поверхности зависит от продолжительности цинкования, температуры расплава цинка и его состава, а также от скорости извлечения цинкуемого изделия при условии одинакового способа извлечения.

Если расплав цинка не содержит добавок, подавляющих рост железоцинковых соединений, то их толщина зависит от продолжительности цинкования и температуры расплава и не зависит от скорости извлечения. Толщина слоя цинка обусловлена скоростью извлечения изделия из расплава, температуры расплава и не зависит от продолжительности цинкования.

4.2 Влияние химического состава стали, температуры и продолжительности цинкования на толщину, структуру и свойства покрытия

Химический состав стали оказывает большое влияние на взаимодействие жидкого цинка со сталью. Присутствие в стали отдельных элементов может существенно изменить характер этого взаимодействия, вызывая изменение строения, толщины и свойств образующегося цинкового покрытия.

Наиболее часто цинкованию подвергают низкоуглеродистую сталь, содержащую: 0,05−0,24% углерода; 0,01−0,37% кремния; 0,2−0,65% марганца; 0,02−0,06% серы; 0,02−0,07% фосфора; 0,1−0,3% меди; 0,1 −0,3% хрома; 0,1−0,3% никеля.

Эти составы соответствуют составам Ст. 3, 08 (всех степеней раскисления), стали 10, стали 20, из которых изготавливают лист, полосу, трубы проволоку и другие металлоизделия.

Влияние углерода. Углерод является важнейшим элементом, определяющим как структуру, так и все свойства стали, ее прочность и поведение при эксплуатации. Он может влиять на реакцию взаимодействия стали с жидким цинком и в конечном итоге на структуру, толщину и свойства образующегося цинкового покрытия. В заключении можно отметить, что углерод ускоряет растворение стали только тогда, когда он присутствует в составе зернистого или пластинчатого перлита. Если же углерод находится в виде троостита, сорбита, цементита или графических включений, то заметного изменения скорости растворения стали в жидком цинке по сравнению с чистым железом не наблюдается. Согласно Редикиру и Фрие, при одинаковых условиях цинкования толщина слоя цинкового покрытия на углеродистых сталях, содержащих > 0,15% углерода, увеличивается примерно на 10% по сравнению со сталями, содержащими < 0,1%.

Влияние режима цинкования. Температура цинка и продолжительность процесса цинкования являются важными факторами, с помощью которых можно существенно влиять на процесс жидкофазного цинкования, толщину, структуру и свойства образующегося цинкового покрытия. Одним из решающих факторов, определяющих качество покрытия (его структуру, внешний вид, свойства), является температура цинкования. Отметим, сто при температурах до 490° С и выше 520° С на стали образуются плотные, однородные, хорошо сцепленные с ней железоцинковые слои. В интервале 490−520° С на стали возникают пористые, плохо сцепленные с поверхностью, железоцинковые слои. Повышение температуры цинкования и увеличение продолжительности выдержки изделия в расплаве цинка приводит к получению толстых покрытий. Пластичность таких покрытий низкая и при изгибе, ударе они легко откалываются, включения железоцинковых кристаллов в слое чистого цинка ухудшают также коррозийную стойкость покрытия.

4.3 Влияние химического состава расплава цинка на свойства цинковых покрытий

Химический состав расплава цинка оказывает большое влияние на процесс цинкования и свойства образующихся покрытий. Обычно в промышленных условий цинкование осуществляют в расплаве цинка, содержащем примеси различных металлов. Примеси могут попадать в расплав цинка несколькими путями:

1.С цинком, используемым для приготовления расплава (примеси свинца, железа, меди и другие).

2.В процессе цинкования из-за частичного растворения цинкуемых стальных изделий и применяемого погружного оборудования (примеси железа, кремния, марганца, меди и другие).

3.В результате специального введения в расплав различных элементов (алюминий, никель, свинец и другие) с целью улучшения процесса цинкования и свойства образующихся покрытий.

Присутствие в расплаве цинка различных элементов может по разному влиять на физико-химические свойства как расплава цинка (температуру плавления, вязкость, поверхностное натяжение), так и получаемых цинковых покрытий (толщину, структуру, коррозийную стойкость). Из всего многообразия элементов, которые могут присутствовать в расплаве цинка на промышленных агрегатах цинкования, следует выделить прежде всего алюминий и железо. Именно содержание этих элементов в расплаве цинка во многом определяет структуру и качество образующихся покрытий, их прочность сцепления со стальной основой.

Влияние алюминия. Алюминий является одной из добавок специально вводимых в расплав цинка. В практике цинкования давно было известно, что введение в расплав цинка небольших количеств алюминия улучшает процесс цинкования ( повышается жидкотекучесть расплава цинка, уменьшается его окисление) и способствует получению равномерных блестящих цинковых покрытий, которые обладают хорошей пластичностью. Расплав цинка, содержащий добавку алюминия, значительно меньше окисляется, так как на его поверхности образуется защитная пленка из оксида алюминия, которая взаимодействую с оксидом цинка, образует шпинели, предохраняющие расплав от окисления. Возникновение такой пленки обусловлено большим сродством алюминия к кислороду, чем цинка.

Влияние железа. Железо − вредная примесь в процессе цинкования и необходимо стремиться к тому, чтобы его содержание в расплаве цинка было минимальным. В расплаве цинка всегда присутствует некоторое количество железа. Оно попадает в расплав главным образом в результате взаимодействия жидкого цинка с поверхностью цинкуемого изделия, находящимися на нем слоями железа, а также с частями погружного оборудования и корпусом ванны цинкования (если она металлическая). С увеличением содержания железа в расплаве значительно увеличивается толщина покрытия, а в верхних слоях его наблюдаются включения, представляющие собой железоцинковые соединения. В результате ухудшается пластичность, коррозийная стойкость и внешний вид покрытия (оно становится шероховатым). Влияние на растворение железа других элементов (свинца, кадмия), применяемых в качестве добавок в расплав цинка на непрерывных агрегатах, практически незначительно.

Основное назначение добавки свинца в расплав цинка – понижать его вязкость и увеличивать смачиваемость, а также обеспечивать образование узоров кристаллизации цинка. С увеличением содержания алюминия в расплаве цинка в пределах 0−0,2% (без добавки свинца) смачиваемость поверхности полосы цинком значительно уменьшается. Добавка в расплав цинка 0,2% свинца обеспечивает хорошую смачиваемость, которая практически не зависит от содержания алюминия в расплаве. Наконец, при отсутствии цинка, свинца повысить уровень поверхностного натяжения можно за счет ведения процесса цинкования в области высоких температур (не менее 495° С).

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25