Jakie wymagania opisują normy w ochronie przed korozją

Poznaj wiedzę niezbędną do wykonywania i kontroli powłok cynkowych. Jakie są stawiane wymagania w najważniejszych normach związanych z ochroną przed korozją.

JAKIE WYMAGANIA OPISUJĄ NORMY W OCHRONIE PRZEZD KOROZJĄ?

Autor: Magdalena Dyrda,
Dział Kontroli Jakości Huty Pokój SA

Specyfika rynku stalowego coraz częściej narzuca handlowcom konieczność uczestniczenia w sprzedaży wyrobów z powłokami ochronnymi, które mogą być wykonane z farb ciekłych, proszkowych oraz metali o innym potencjale niż metal chroniony. Wydaje się więc niezbędne upowszechnienie wiedzy związanej z szeroko rozumianym przebiegiem prac antykorozyjnych w środowisku specjalistów do spraw handlu wyrobami stalowymi.

KOROZJA – łac. corrodere = zżerać, obgryzać i oznacza niszczenie materiału.

Korozja metali jest fizyczno – chemicznym oddziaływaniem wzajemnym między metalem, a otoczeniem.
Najczęstszym mechanizmem korozji są zjawiska elektrochemiczne, które polegają na powstaniu ogniwa elektrycznego. Do wytworzenia takiego ogniwa potrzebne są trzy elementy: dwie elektrody o różnym potencjale oraz ciecz prądoprzewodząca – elektrolit. Podczas projektowania elementów konstrukcyjnych przyjmuje się, że nie powinno łączyć się metali o różnicy potencjałów większej niż 50mV. Różnicę tą ustala się w oparciu o szereg napięciowy metali.

Metal Potencjał [V]
Wapń – 2,76 metale nieszlachetne
Magnes – 2,35
Aluminium – 1,66
Cynk – 0,76
Chrom – 0,71
Żelazo – 0,44
Nikiel – 0,24
Cyna – 0,14
Ołów – 0,13
Wodór 0,00
Miedź + 0,34 metale szlachetne
Srebro + 0,80
Złoto + 1,42
Tab.1 Szereg elektrochemiczny metali w odniesieniu do standardowej elektrody metalowej.

W przypadku połączenia dwóch materiałów, których różnica potencjałów przekroczy tą wartość w warunkach wilgotnych, dojdzie do powstania ogniwa korozyjnego, w którym metal „mniej szlachetny” przyjmie rolę anody i będzie ulegał rozpuszczaniu w roztworze elektrolitu. Zjawisko to może być bardzo niekorzystne, np. przy połączeniu stali węglowej z miedzią, lecz jest ono wykorzystywane również do ochrony elektrochemicznej.

Na szybkość korozji mają wpływ takie czynniki jak: wilgoć, temperatura oraz zanieczyszczenia.

Umiejętność prawidłowego określenia narażeń korozyjnych jest jednym z najważniejszych elementów niezbędnych do prawidłowego zaprojektowania ochrony przed korozją. Opis środowisk korozyjnych
i metody określenia tych środowisk zostały opisane w normie PN-EN ISO 12944-2.

ZAPOBIEGANIE KOROZJI

Zapobieganie korozji wiąże się z szeregiem działań, z których najważniejsze to:

  • stosowanie odpowiednich rozwiązań niesprzyjających rozwojowi korozji podczas projektowania konstrukcji
  • dobór odpowiedniej metody ochrony antykorozyjnej i odpowiednich materiałów do zapewnienia ochrony konstrukcji z uwzględnieniem środowiska korozyjnego,
  • odpowiednie wykonawstwo z uwzględnieniem założeń projektowych i technologicznych,
  • nadzór nad realizacją poszczególnych etapów projektu,
  • właściwa eksploatacja obiektu uwzględniająca renowację zabezpieczeń antykorozyjnych.

CYNKOWANIE OGNIOWE

Ze wszystkich znanych i stosowanych obecnie metod antykorozyjnego zabezpieczania wyrobów stalowych jednym z najskuteczniejszych sposobów jest cynkowanie ogniowe.

Rys.1 Przebieg procesu cynkowania ogniowego

W procesie technologicznym należy uwzględnić wszystkie zjawiska oraz dobrać takie składniki i elementy procesu, które będą gwarantować uzyskanie powłoki cynkowej o bardzo wysokiej jakości i estetyce.
Obróbka wstępna i przygotowanie stalowych elementów konstrukcyjnych przed zanurzeniem do kąpieli cynkowej następuje zgodnie z PN-EN ISO 1461 z następującymi uzupełnieniami do poszczególnych kroków procedury:

  • sprawdzanie specyfikacji zleceniodawcy,
  • sprawdzanie elementów konstrukcyjnych przeznaczonych do ocynkowania, tj: sprawdzanie obcych zanieczyszczeń na powierzchni, jak resztki sprayu po znakowaniu i kontroli wizualnej, sprawdzanie otworów doprowadzających i odpowietrzających przy elementach przestrzennych zamkniętych,
    usunięcie tłuszczu i pozostałości oleju za pomocą wodnego alkalicznego lub kwasowego rozpuszczalnika,
  • spłukanie w kąpieli wodnej przy alkalicznej kąpieli odtłuszczającej,
    obróbkę w rozcieńczonym kwasie solnym w celu usunięcia zanieczyszczeń z powierzchni stali, jak rdza i zgorzelina. Przy wytrawianiu elementów o dużej wytrzymałości, niebezpieczeństwo tworzenia się pęknięć indukowanych wodorem może zostać obniżone poprzez zastosowanie odpowiednich inhibitorów w roztworze kwasu,
  • spłukanie w kąpieli wodnej celem zminimalizowania przywierania resztek kwasu, soli i żelaza w kąpieli cynkowej,
  • topnikowanie – ostatni etap intensywnego czyszczenia. Jego celem jest podniesienie zdolności zwilżania pomiędzy powierzchnią stali a płynnym cynkiem. Topnikiem jest z reguły wodny roztwór chlorku, np. mieszanka chlorku cynku i chlorku amonu. Zachowanie granicznych wartości musi być kontrolowane i dokumentowane. Zachowanie zawartości soli należy wykazywać kwartalnie za pomocą protokołu kontrolnego,
  • suszenie na powietrzu lub w piecu przed zanurzeniem w ciekłym metalu. [1]

Cynkowanie ogniowe to metoda zanurzeniowa wytwarzająca ochronną powłokę metaliczną, połączona z elementami stalowymi wiązanymi cząsteczkowymi.

Rys. 2. Schemat powłoki nałożonej metoda cynkowania zanurzeniowego.
Rys. 2. Schemat powłoki nałożonej metoda cynkowania zanurzeniowego.

Podczas zanurzenia stali i jej przebywania w kąpieli cynkowej dochodzi do dyfuzji na granicach ziaren powłok cynkowych i ich części składowych, co może powodować, przy występowaniu plastycznych rozciągnięć i napięć, tworzenia się pęknięć w powłokach cynkowych w temperaturze pokojowej. Mechanizm ten jest opisywany pod nazwą „utraty elastyczności metali płynnych” lub „korozyjne pęknięcia indukowane metalami ciekłymi” [1].

Wpływ na wygląd, grubość, budowę oraz właściwości fizykochemiczne powłoki cynkowej, w szczególności wywierają:

  • pierwiastki towarzyszące zawarte w wyrobie stalowym lub żeliwnym (głównie Si i P),
  • temperatura kąpieli cynkowej,
  • czas trwania reakcji zachodzącej podczas kąpieli,
  • pierwiastki towarzyszące zawarte w kąpieli,
  • struktura i topografia powierzchni (chropowatość powierzchni),
  • grubość wyrobu przeznaczonego do cynkowania ogniowego zanieczyszczenia utrudniające lub wręcz uniemożliwiające proces trawienia lub ocynkowania (farby, smary).

Powłoka cynkowa ma zazwyczaj wygląd błyszczący, lecz czasami jej wygląd od momentu ocynkowania jest szary i matowy. Dzieje się tak na ogół w wyniku cynkowania gatunków stali o różnym składzie chemicznym, z większą zawartością pierwiastków takich jak krzem i fosfor, a także dosyć często przy wysokotemperaturowym cynkowaniu ogniowym detali stalowych i żeliwnych, gdzie temperatura kąpieli cynkowej wynosi powyżej 500°C.

Foto. 1. Trudno reagująca stal Powierzchnia błyszcząca
Foto. 1. Trudno reagująca stal. Powierzchnia błyszcząca
"Foto.
Foto. 2. Łatwo reagująca stal

NORMY I WYTYCZNE

  • PN-EN ISO 1461 (Powłoki cynkowe nanoszone na wyroby stalowe i żeliwne metodą zanurzeniową. Wymagania i metody badań)
  • PN-EN ISO 14713-1 (Powłoki cynkowe. Wytyczne i zalecenia dotyczące ochrony przed korozją konstrukcji ze stopów żelaza. Cz.1: Zasady ogólne dotyczące projektowania i odporności korozyjnej)
  • PN-EN ISO PN-EN ISO 12944-2 (Farby i lakiery. Ochrona przed korozją konstrukcji stalowych za pomocą ochronnych systemów malarskich. Cz.2: Klasyfikacja środowisk)
  • Dyrektywa DASt-Richtlinie 022 – Feuerverzinken von tragenden Stahlkonstruktionen. Dyrektywa 022 DASt (Deutsche Ausschuss für Stahlbau). Cynkowanie ogniowe nośnych elementów stalowych.

Norma PN-EN ISO 14713-1 opisuje proces zależny od projektanta i wytwórcy konstrukcji. Jest nim odpowiednie zaprojektowanie, zaplanowanie okresu trwałości do pierwszej renowacji oraz przygotowanie samych elementów i konstrukcji do procesu cynkowania. Mając na uwadze zagrożenie korozyjne, szczegółowo omówione w załączniku B normy PN-EN ISO 12944-2 i wielkość ubytków korozyjnych powłoki cynkowej w zależności od stopnia korozyjności środowiska, w którym będzie eksploatowana musi zostać przyjęta średnia grubość powłoki. Konserwację przeprowadza się zwykle, kiedy powłoka metalowa traci swój estetyczny wygląd bądź ulega zniszczeniu. Trwałość powłok metalowych jest zwykle dłuższa niż lakierowych, stąd mogą być projektowane na 20 lat lub dłużej do pierwszej konserwacji, natomiast trwałość tej samej powierzchnia zabezpieczanej powłoką lakierową, z powodu zmiany wyglądu farby zakładana jest na 10 lat do pierwszej konserwacji [3].

W normie PN-EN ISO 1461 określono wymagania dotyczące badań i właściwości zanurzeniowych powłok cynkowych na żeliwie i stali. Ustalono właściwości powłok podlegające badaniom. W załącznikach podano informacje, które zleceniodawca musi przekazać wykonawcy powłok, warunki dotyczące bezpieczeństwa technologii cynkowania, informacje dotyczące naprawy miejsc niepokrytych powłoką lub miejsc wadliwych oraz oznaczania grubości powłok. W tablicach określono wymagane minimalne grubości i masy powłok na wyrobach stalowych i żeliwnych.

Dodatkowo, poza przytaczaną normą EN ISO 1461, w przypadku wykonywania konstrukcji czy elementów na rynek niemiecki bądź zleconych przez firmy międzynarodowe mogą zostać rozszerzone wymagania co do procesu cynkowania o Wytyczną Niemieckiej Komisji Budownictwa Stalowego
DASt 022. Określa ona w praktyce kontrolę i stworzenie odpowiedniej dokumentacji dowodzącej spełnienia przez wykonawcę konstrukcji oraz ocynkownię określonych wymagań. Zawiera informacje
o sposobach nadzoru, kontroli oraz audycie certyfikującym, dzięki któremu zakład cynkowniczy może otrzymać certyfikat na spełnienie wymagań Wytycznej DASt 022.

Wytyczna DASt 022 zawiera regulacje dotyczące planowania, konstruowania, prefabrykacji i cynkowania ogniowego nośnych elementów stalowych, obliczanych i wykonywanych w oparciu o normy DIN 18800, DIN EN 1993, DIN 18800-7 lub DIN EN 1090-1 i -2. Adresatami wytycznej DASt są wytwórcy, projektanci oraz cynkownicy, jej główne zadanie polega na zapewnieniu bezpieczeństwa konstrukcji stalowej poprzez zapobieganie pęknięciom strukturalnym. Dotyczy poniższych gatunków stali: S 235, S 275, S 355, S 420, S 450 i S 460 wg EN 10025 część 1 do 4, nie dotyczy stali zbrojeniowej do betonu wg DIN 488. [1]
Norma PN-EN ISO 1461 dotyczy wymagań, w odniesieniu do jakości powłok cynkowych i dopuszczalnych odchyleń od formy pożądanej ocynkowanych elementów konstrukcyjnych. Zakres kompetencji parametrów, które określają obciążenie i odporność konstrukcji stalowych przy cynkowaniu ogniowym, wynika z tabeli Nr 2.

ZLECENIODAWCA: Pracownik budowlany (biuro techniczne, statyczny pomiar konstrukcji) ZLECENIOBIORCA: Osoba cynkująca, zdefiniowane parametry procesowe, certyfikat zgodności
  • sporządzenie specyfikacji zamówienia,
  • szereg nośny,
  • wartości wzorcowe wysokości elementów konstrukcyjnych,
  • wartości wzorcowe grubości produktu,
  • wytrzymałość stali,
  • wartości wzorcowe grubości produktu,
  • obróbka wstępna podczas kąpieli,
  • skład chemiczny stopu cynku,
  • prędkość zanurzenia,
  • czas pozostawania w zanurzeniu,
  • kontrola po ocynkowaniu
Tab.2. Zestawienie parametrów zmniejszających ryzyko pęknięć w cynkowanych elementach konstrukcyjnych

Ze strony konstrukcji stalowych miarodajna jest klasyfikacja konstrukcji przeznaczonych do ocynkowania.

  • Dyrektywa DASt 022 wprowadza podział konstrukcji w odniesieniu do:
    obciążenia przy zanurzaniu: klasa konstrukcyjna I, II lub III (wysokość nośna, wytrzymałość materiału),
  • wg klasy konstrukcyjnej: klasa szczegółowa A, B lub C (maksymalne obciążenie),
  • klasy ufności i przyporządkowuje do nich sposób postępowania, od procesu planowania poprzez produkcję do cynkowania. Zleceniodawca wykonujący konstrukcje w standardzie DASt 022 jest zobowiązany powiadomić o tym fakcie cynkownię, precyzując klasę zaufania oraz potwierdzić wykonanie konstrukcji zgodnie z nią. Ocynkownia zaś zobowiązuje się do realizacji zlecenia zgodnie z wymogami wytycznej DASt 022.

Wytyczna DASt specyfikuje rodzaj badań określony w odniesieniu do strefy ufności:

  • w strefie ufności 1 – 100% kontrola VT
  • w strefie ufności 2 – 100% kontrola VT, wyrywkowo badania MT (min. jeden detal danej klasy z partii wysyłkowej)
  • w strefie ufności 3 – 100% kontrola VT, systematyczna kontrola MT (min. jeden detal z każdego typu klasy C z partii wysyłkowej).

LITERATURA:

  1. DASt 022 (Deutscher Ausschuß für Stahlbau). Cynkowanie ogniowe nośnych elementów stalowych
  2. PN-EN ISO 1461:2011 Powłoki cynkowe nanoszone na wyroby stalowe i żeliwne metodą zanurzeniową. Wymagania i metody badań
  3. PN-EN ISO 14713- 1:2010, – 2:2010 Powłoki cynkowe. Wytyczne i zalecenia dotyczące ochrony przed korozją konstrukcji ze stopów żelaza. Część 1: Zasady ogólne dotyczące projektowania i odporności korozyjnej. Część 2: Cynkowanie zanurzeniowe
  4. „Badania nieniszczące podstawy defektoskopii” A. Lewińska-Romicka, WNT
  5. PN-EN ISO 2178:2016 Powłoki niemagnetyczne na podłożu magnetycznym. Pomiar grubości powłok. Metoda magnetyczna
  6. PN-EN ISO 3882:2004 Powłoki metalowe i inne nieorganiczne. Przegląd metod pomiaru grubości
  7. PN-EN ISO 1460:2001 Powłoki metalowe. Powłoki cynkowe zanurzeniowe na materiałach żelaznych. Oznaczanie masy jednostkowej metodą wagową
  8. PN-EN ISO 1463:2006 Powłoki metalowe i tlenkowe. Pomiar grubości powłoki. Metoda mikroskopowa
  9. PN-EN ISO 16276-2:2008 Ochrona konstrukcji stalowych przed korozją za pomocą ochronnych systemów malarskich. Ocena i kryteria przyjęcia adhezji/kohezji (wytrzymałości na odrywanie) powłoki. Część 2: Badanie metodą siatki nacięć i metodą nacięcia w kształcie X
  10. PN-EN ISO 13018:2016 Badania nieniszczące. Badania wizualne. Zasady ogólne
  11. PN-EN ISO 9934-1:2017, -2:2015,-3:2015 Badania nieniszczące. Badania magnetyczne proszkowe. Część 1: Zasady ogólne / Część 2: Środki wykrywające / Część 3: Aparatura
  12. PN-EN 571-1:2013 Badania nieniszczące. Badania penetracyjne. Część 1: Zasady ogólne
  13. PN-EN ISO 3452 -2:2014, – 3:2014,- 4:2001 Badania nieniszczące. Badania penetracyjne. Część 2: Badania materiałów penetracyjnych / Część 3: Próbki odniesienia / Część 4: Wyposażenie