Wszystko co musisz wiedzieć o stali w branży HVAC. Część 1: zasada działania ocynku.

Na czym polega proces cynkowania?

Cynkowanie polega na pokryciu powierzchni stali powłoką cynku w celu ochrony przed korozją powodowaną czynnikami atmosferycznymi.

Na szybkość procesów korozji szczególny wpływ ma wilgotność otoczenia:

• w przypadku instalacji zewnętrznych nie tylko deszcze, lecz również mgły, a nawet osadzanie się porannej rosy,
• w przypadku instalacji wewnętrznych - wilgoć transportowana systemem wentylacyjnym, wydzielana przez użytkowników budynku i nawiewana wraz z powietrzem zewnętrznym.

Prawidłowo uformowana powłoka o odpowiedniej grubości chroni stal przed rdzą nawet przez 100 lat. Elementy niechronione lub z niepoprawnie nałożoną lub uszkodzoną powłoką mogą zacząć rdzewieć w bardzo krótkim czasie.

Istnieje wiele technologii powlekania stali cynkiem, różniących się charakterystyką, równomiernością i grubością pokrycia. Procesem, który gwarantuje powstanie jednolitej, grubej powłoki i jednocześnie umożliwia masową, efektywną kosztowo produkcję jest cynkowanie ogniowe. Metoda ta jest idealna do szybkiego powlekania wielkopowierzchniowych płacht blachy stalowej wykorzystywanych do produkcji systemów wentylacyjnych.

Krystaliczna powierzchnia powstała w wyniku cynkowania ogniowego.

Podstawowym warunkiem działania powłoki jest prawidłowe przeprowadzenie procesu cynkowania i zagwarantowanie powtarzalności wyników w kolejnych partiach materiału. Spełnienie tych warunków, zabezpieczenie powtarzalności procesu produkcyjnego i zagwarantowanie jednorodności parametrów blachy jest trudne i jedynie uznani na rynku producenci stali są w stanie zaopatrywać dużych producentów HVAC. Jeżeli proces zostanie przeprowadzony niepoprawnie, co ma często miejsce w przypadku tanich surowców, można się spodziewać szybkich ognisk korozji, które są zjawiskiem nieodwracalnym i pogarszają właściwości oraz wytrzymałość danego materiału.

Lindab, jeden z największych producentów stalowych systemów wentylacyjnych, który rocznie zużywa 5000 ton tego materiału, nawiązał trwałą współpracę z liderem w produkcji stali, firmą ArcelorMittal. Dzięki nowoczesnej linii produkcyjnej i szczegółowemu nadzorowi nad każdym etapem produkcji stali, od surowca po gotową blachę, w każdej partii uzyskiwany jest produkt praktycznie idealnie zgodny ze specyfikacją. Wykorzystywany przez ArcelorMittal proces cynkowania ogniowego składa się z wielu etapów przygotowawczych oraz kąpieli w płynnym cynku w temperaturze 460 stopni, po której nadmiar cynku jest zdmuchiwany precyzyjnymi nawiewnikami.

Dlaczego cynk tak skutecznie chroni stal?

Automatyczny podajnik blachy stalowej w hali produkcyjnej Lindab w Wieruchowie.

Najważniejszą zaletą cynku i powodem, dla którego tak skutecznie chroni stal jest zdolność do wytwarzania ochrony katodowej. Zgodnie z Szeregiem Napięciowym Metali potencjał standardowy cynku wynosi −0,76 V i jest prawie dwukrotnie bardziej elektroujemny niż potencjał żelaza wynoszący −0,45 V. Metale o niższych potencjałach mają zdolności redukujące względem metali o wyższych potencjałach.

W obecności wilgoci (naturalnie obecnej w powietrzu) i różnicy potencjałów pomiędzy tymi metalami następuje samoistna reakcja chemiczna powodująca przepływ prądu, utlenianie (rdzewienie) cynku. Żelazo zawarte w stali przyjmuje elektrony z cynku, co skutecznie przeciwdziała korozji stalowego rdzenia elementu.

W wyniku reakcji utleniania cynku powstają takie związki, jak tlenek cynku, wodorotlenek cynku, zasadowy węglan cynku czy uwodnione związki, w składzie których znajdują się siarczany. Zwłaszcza dwie pierwsze substancje, a więc tlenek oraz wodorotlenek cynku, przyczyniają się do powstawania zabarwionej warstwy ciemnego osadu nazywanego „białą rdzą”. Tworzy ona naturalną warstwę chroniącą przed dalszym postępowaniem korozji cynku. To właśnie dzięki tej elektrochemicznej właściwości cynku, nawet w przypadku niewielkiego uszkodzenia powłoki cynkowej, stal jest dalej chroniona, bowiem warstwa patyny po prostu powstanie na nowo w miejscu uszkodzenia.

Dodatkowo, powłoka cynkowa tworzy również skuteczną ochronę mechaniczną. Dzięki warstwowej budowie charakteryzuje się zróżnicowaną twardością na różnych głębokościach co sprawia, że jest niezwykle odporna na uszkodzenia, ścieranie i zadrapania.
Utworzona w tym procesie powłoka jest nierozerwalnie połączona ze stalą, bowiem atomy cynku wnikają w ten metal, tworząc jednolity, nierozerwalny stop. Przy samej powierzchni stalowego rdzenia stop ma skład około 75% cynku i 25% żelaza, a na samej powierzchni powłoki znajduje się czysty cynk. Zapobiega to odwarstwianiu się materiału i wzmacnia ochronę elektrochemiczną.

Jak gruba powinna być powłoka cynkowa?

Grubość powłoki cynkowej zgodnie z normą PN-EN ISO 1461 mierzy się w mikrometrach (µm),  a masa powłoki cynkowej podawana jest w g/m².

Grubość stali (t) w mm	Minimalna średnia grubość powłoki w µm	Masa odniesiona do powierzchni w g/m²
t > 6 mm	85	610
3 mm < t ≤ 6 mm	70	505
1,5 mm ≤ t ≤ 3 mm	55	395
t < 1,5 mm	45	325

Najniższa rekomendowana grubość w normie jest więc podana dla blachy o grubości 1,5 mm, znacznie grubszej niż surowiec wykorzystywany do produkcji kanałów i kształtek wentylacyjnych. Optymalnym rozwiązaniem dla cieńszych blach, popartym wynikami testów w komorze solnej, jest standard wykorzystywany przez firmę Lindab. Na kanały wentylacyjne produkowane przez tego producenta, w zależności od średnicy kanału wykorzystuje się blachę o grubości od 0,5 do 0,9 mm która jest ocynkowana w klasach od Z200-Z275, a więc dwustronne powłoki, w których ilość cynku wynosi od 200 do 275 g/m2 blachy.

W przypadku tańszych przewodów wentylacyjnych dostępnych na polskim rynku, warstwa cynku może oscylować w okolicach zaledwie 140 g/m² (jest to od 30% do 50% cieńsza powłoka ochronna). W przypadku tak cienkiej warstwy szybko okaże się, że pozorne oszczędności na materiałach w procesie cynkowania powodują zwiększenie kosztów związanych z konserwacją systemu i znacznie szybsze powstawanie ognisk korozji na systemie wentylacyjnym.