Fot. 1. Widok ocynkowanej ogniowo konstrukcji wykonanej z profili, dwuteowników i blach. Powłoka na profilu posiada metaliczny połysk i grubość 60-70 µm, powłoka na kształtowniku hutniczym jest miejscami matowoszara, a jej grubość wynosi 150-180 µm.
Wpływ składu chemicznego stali na przebieg cynkowania
Oprócz żelaza podstawowym pierwiastkiem chemicznym występującym w stali konstrukcyjnej zwykłej jakości jest węgiel. W zakresie 0,04-0,2% nie wpływa on niekorzystnie ani na przebieg reakcji zachodzących podczas cynkowania ogniowego, ani na właściwości powierzchniowe otrzymanej powłoki cynkowej. Niekorzystny wpływ węgla uwidacznia się dopiero przy większej zawartości fosforu [6].
Pierwiastkiem szczególnie istotnie wpływającym na jakość powłoki cynkowej uzyskanej na stali konstrukcyjnej jest krzem dodawany w procesie wytwórczym stali w celu jej uspokojenia (odtlenienia) lub stosowany jako dodatek polepszający właściwości mechaniczne. Podczas cynkowania ogniowego stali krzem wpływa niekorzystnie na przebieg tworzenia się powłoki cynkowej, prowadząc do nadmiernego rozrostu warstwy przejściowej, niejednorodności struktury oraz nieestetycznego wyglądu zewnętrznego powłoki [6-8].
Wyjaśnienia złożonego oddziaływania krzemu w podłożu stopów żelaza podczas cynkowania ogniowego podejmowali się liczni autorzy [9-16]. Krzem bardzo silnie intensyfikuje przebieg reakcji w układzie Fe-Zn. Już przy niewielkiej zawartości 0,03-0,12% Si tworzy się powłoka o nieprawidłowej grubości osiągając maksimum przy ok. 0,07% Si, a kinetyka jej wzrostu zmienia swój charakter z parabolicznego na liniowy. Zjawisko to nosi nazwę efektu Sandelina od nazwiska badacza [10].
Oddziaływanie krzemu na proces cynkowania ogniowego stali badane było już wcześniej przez Bablika [11], w związku z czym zjawisko to znane jest także pod nazwą efektu Bablika. Zawartość krzemu w zakresie 0,12-0,22% może powodować zmianę kierunku przebiegu reakcji Fe-Zn polegającą na tym, że przy niższej temperaturze tworzą się mało zwarte i grube powłoki, a przy wyższej temperaturze – cieńsze i szczelne powłoki cynkowe (efekt Sebisty’ego) [12]. Zjawisko zwiększenia reaktywności w układzie Fe-Zn zachodzi również, gdy koncentracja krzemu przekracza 0,4%. Wówczas występuje tzw. efekt Guttmana-Nissena [13] objawiający się wzrostem grubości i zdefektowaniem warstwy przejściowej z dużymi kryształami fazy z rozmieszczonymi w osnowie eutektyki D [13].
W praktyce przemysłowej wytwórcy unikają stali z krytyczną zawartością krzemu. Można jednak obserwować różnice w wyglądzie zewnętrznym powłoki cynkowej w tych samych warunkach procesu cynkowania ogniowego. Fot. 4 przedstawia widok powłoki cynkowej wytworzonej w FAM S.A. na stali niskokrzemowej i wysokokrzemowej oraz obrazy topografii powierzchni powłoki. Niskokrzemowa powłoka cynkowa posiada gładką powierzchnię, często z widocznymi ziarnami (a). W konsekwencji opisanych powyżej zjawisk może powstawać matowa, szara powłoka zbudowana w całości z faz międzymetalicznych Fe-Zn (b).
Zanieczyszczenia fosforu i siarki jeszcze bardziej potęgują niekorzystne oddziaływanie krzemu. Pelerin stwierdził, że z punktu widzenia intensywności zachodzenia reakcji żelaza z cynkiem miarodajna jest łączna zawartość Si + 2,5P < 0,025% [16].
Komentarze (0)