Горячее цинкование металлоконструкций — зачем и сколько стоит

Горячее цинкование металлоконструкций — метод антикоррозионной защиты, при котором готовые конструкции погружаются в ванну с расплавленным цинком при температуре 445-460°C. В результате на поверхности металла образуется цинковое покрытие толщиной 60-120 мкм, которое обеспечивает защиту от коррозии на 25-40 лет без обслуживания. Метод регламентируется ГОСТ Р ИСО 1461-2023 и применяется для конструкций, эксплуатируемых в агрессивных средах: опоры ЛЭП, мостовые конструкции, резервуары, каркасы зданий в морских и промышленных зонах. ГК СтилКонстракшн организует горячее цинкование на партнёрских заводах с ваннами длиной до 12 м по цене 25 000-35 000 руб./т.

Принцип и химия горячего цинкования

Горячее цинкование основано на диффузионном взаимодействии железа и цинка при высокой температуре:

• Расплав цинка — цинк нагревается до температуры 445-460°C (температура плавления цинка 419°C). В ванне поддерживается постоянная температура с точностью ±5°C для равномерности покрытия. Объём ванны 50-200 м³ в зависимости от мощности завода.
• Диффузия — при контакте стальной детали с расплавленным цинком происходит металлургическая реакция: атомы цинка диффундируют в поверхностный слой железа, образуя слоистую структуру интерметаллидов Fe-Zn (гамма, дельта, дзета слои). Толщина диффузионного слоя 40-80 мкм в зависимости от времени выдержки и состава стали.
• Внешний слой цинка — при извлечении конструкции из ванны на поверхности остаётся слой чистого цинка толщиной 20-40 мкм, который затвердевает на воздухе за 2-5 минут. Общая толщина покрытия 60-120 мкм.
• Формирование патины — в течение первых недель эксплуатации цинк окисляется на воздухе, образуя тонкий слой карбоната цинка (патина) серо-матового цвета, который защищает цинк от дальнейшего окисления. Патина стабилизируется через 6-12 месяцев.

Технология горячего цинкования: 7 этапов

Полный производственный цикл цинкования занимает 3-7 дней:

Этап 1. Подготовка конструкций

• Контроль конструкций — перед цинкованием проверяется отсутствие глухих полостей (непроваренные швы, закрытые короба), которые могут привести к взрыву при погружении в расплав из-за парообразования. Глухие полости вскрываются сверлением дренажных отверстий Ø8-12 мм.
• Крепление подвесок — конструкции подвешиваются на траверсы или крюки для погружения в ванны. Точки подвеса выбираются так, чтобы расплав свободно стекал при извлечении, не образуя застойных зон. Масса подвешиваемого блока до 5-8 тонн.
• Удаление несъёмных элементов — снимаются резиновые уплотнители, пластиковые заглушки, окрашенные детали (краска сгорает в расплаве, загрязняя ванну). Если конструкция содержит сварные швы с флюсом, они зачищаются до металлического блеска.

Этап 2. Обезжиривание

• Щелочная ванна — конструкции погружаются в раствор едкого натра (NaOH) концентрацией 5-10% при температуре 60-80°C на 10-20 минут. Щёлочь растворяет масла, смазки, жировые загрязнения с поверхности металла.
• Промывка водой — после обезжиривания конструкции промываются проточной водой для удаления остатков щёлочи. Промывка длится 3-5 минут при давлении воды 2-4 бар.

Этап 3. Травление

• Кислотная ванна — погружение в раствор соляной кислоты (HCl) концентрацией 10-18% при температуре 20-40°C на 20-60 минут в зависимости от толщины окалины. Кислота растворяет окалину (оксиды железа), ржавчину, оставляя чистую металлическую поверхность.
• Контроль степени травления — визуально проверяется отсутствие окалины и ржавчины. Недотравленные участки повторно погружаются в кислоту на 10-15 минут. Перетравливание (более 90 минут) приводит к излишнему съёму металла и шероховатости поверхности.
• Промывка водой — удаление остатков кислоты проточной водой в течение 5 минут. Важно полностью смыть кислоту, иначе она вызовет бурную реакцию в расплаве цинка.

Этап 4. Флюсование

• Ванна флюса — конструкции погружаются в раствор хлорида цинка и хлорида аммония (ZnCl₂ + NH₄Cl) концентрацией 20-30% при температуре 60-80°C на 2-5 минут. Флюс выполняет две функции: защищает очищенную поверхность металла от повторного окисления на воздухе и улучшает смачиваемость стали расплавленным цинком.
• Сушка — конструкции извлекаются из флюса и высушиваются на воздухе или в сушильной камере при температуре 100-120°C в течение 10-20 минут. Важно полностью удалить влагу, чтобы избежать взрывного парообразования при погружении в расплав.

Этап 5. Цинкование

• Погружение в ванну — подготовленные конструкции краном опускаются в ванну с расплавленным цинком при температуре 445-460°C. Скорость погружения 0.5-1 м/мин для предотвращения температурного удара и деформаций тонких элементов. При погружении происходит бурное выделение паров (испарение остатков флюса).
• Выдержка в расплаве — время выдержки зависит от толщины металла: для листа 3-5 мм — 3-5 минут, для профилей толщиной 8-12 мм — 5-8 минут, для толстостенных элементов 16+ мм — 8-12 минут. За это время происходит прогрев конструкции до температуры расплава и формирование диффузионных слоёв Fe-Zn.
• Извлечение — конструкции медленно извлекаются из ванны со скоростью 0.3-0.5 м/мин, обеспечивая стекание излишков расплава. При извлечении включается система вибрации для удаления застойных капель цинка из углублений и полостей.
• Охлаждение — конструкции охлаждаются на воздухе или в ванне с водой (закалочное цинкование для минимизации толщины внешнего слоя). Температура падает до 100-150°C за 10-15 минут, до 50°C за 30-40 минут.

Этап 6. Финишная обработка

• Удаление наплывов — застывшие наплывы цинка в местах подвеса, на углах, в отверстиях удаляются механически: срубаются зубилом, шлифуются угловой шлифмашиной с абразивным кругом. Отверстия под болты прочищаются развёрткой или сверлом на 0.5-1 мм больше номинального диаметра.
• Пассивация (опционально) — для придания покрытию декоративного вида и дополнительной защиты конструкции обрабатываются раствором хроматов или фосфатов, образующих тонкую плёнку, которая замедляет образование белой ржавчины (оксида цинка). Пассивация увеличивает срок до появления патины с 1-2 недель до 2-3 месяцев.
• Контроль качества — визуальный осмотр покрытия на отсутствие непроцинкованных участков (пропуски), чёрных пятен (несмоченные флюсом зоны), вздутий (газовые пузыри). Измерение толщины покрытия магнитным толщиномером в 5 точках на 1 м² площади.

Этап 7. Маркировка и отгрузка

• Маркировка — на конструкциях восстанавливается маркировка (марки по КМД), которая сгорела в расплаве. Используется несмываемая краска или электрографический карандаш.
• Упаковка — конструкции укладываются на деревянные прокладки, увязываются стропами. При транспортировке избегают повреждения покрытия (царапины, сколы), так как они снижают защитные свойства.
• Документация — оформляется сертификат на цинкование с указанием толщины покрытия, веса цинка на тонну стали, соответствия ГОСТ Р ИСО 1461-2023.

Толщина и расход цинка

Толщина цинкового покрытия определяется по ГОСТ Р ИСО 1461-2023 в зависимости от толщины стали:

Толщина стали, мм	Минимальная толщина покрытия, мкм	Типичная толщина, мкм	Расход цинка, кг/т стали
1.5 – 3	45	55-70	35-50
3 – 6	55	70-85	50-60
6 – 12	70	85-100	60-70
12+	85	100-120	70-85

Для конструкций из стали С255-С345 типичная толщина покрытия 80-100 мкм, расход цинка 60-70 кг на тонну стали. Для стали 09Г2С с высоким содержанием кремния (0.3-0.7%) образуется более толстое покрытие 100-140 мкм из-за ускоренной диффузии, но оно более хрупкое (эффект Сандлена).

Срок службы цинкового покрытия

Долговечность зависит от агрессивности окружающей среды:

Условия эксплуатации	Класс коррозионной активности (ISO 12944)	Скорость коррозии цинка, мкм/год	Срок службы покрытия 80 мкм, лет
Сельская местность, сухой климат	C2	0.5-1.5	50-80+
Городская атмосфера, умеренное загрязнение	C3	1.5-3	25-50
Промышленная зона, агрессивные газы	C4	3-5	15-25
Морская атмосфера, до 1 км от берега	C5-M	5-8	10-15
Погружение в пресную воду	Im2	2-4	20-40
Контакт с почвой	—	2-6	15-40

Для продления срока службы в агрессивных средах (C5, морская зона) применяется дуплексная система: горячее цинкование 80 мкм + порошковая окраска 80-120 мкм. Дуплексная система обеспечивает защиту на 40-60 лет, так как покрытия работают синергично (цинк защищает сталь, краска защищает цинк).

Преимущества горячего цинкования

• Максимальная долговечность — срок службы 25-40 лет в условиях C3-C4 без обслуживания, что в 3-5 раз больше, чем у лакокрасочных покрытий (8-12 лет до первого ремонта).
• Полная защита поверхности — цинк покрывает все участки конструкции, включая внутренние полости, труднодоступные зоны, сварные швы, края отверстий. Лакокрасочные покрытия часто имеют пропуски в этих зонах.
• Механическая прочность — цинковое покрытие металлургически связано со сталью, не отслаивается при ударах, изгибах, вибрациях. Твёрдость диффузионных слоёв 200-250 HV, что сопоставимо со сталью.
• Катодная защита — цинк является анодом по отношению к железу, поэтому при повреждении покрытия (царапина, скол) цинк жертвенно корродирует, защищая сталь от ржавления. Лакокрасочные покрытия при повреждении не защищают металл.
• Экологичность — цинковое покрытие безопасно для окружающей среды, не выделяет летучих органических соединений (ЛОС), не требует утилизации. Цинк на 100% перерабатывается при демонтаже конструкций.
• Эстетика — равномерный серый цвет покрытия с характерным кристаллическим узором (цинковые цветы). Со временем покрытие приобретает благородный матовый серо-голубой оттенок патины.
• Низкие эксплуатационные расходы — отсутствие необходимости периодической окраски, очистки, ремонта покрытия. Экономия на обслуживании за 30 лет эксплуатации превышает первоначальные затраты на цинкование в 3-5 раз.

Ограничения метода горячего цинкования

• Габариты ванны — стандартные ванны имеют длину 6-12 м, ширину 1.5-2 м, глубину 2-3 м. Конструкции больших размеров (балки 18 м, фермы 24+ м) не могут быть оцинкованы целиком, требуется разделение на транспортабельные части с болтовыми стыками.
• Деформации тонкостенных элементов — при нагреве до 450°C тонкостенные профили (толщина стенки менее 3 мм, большая длина) могут деформироваться из-за температурного расширения и веса конструкции. Требуется усиление временными рёбрами жёсткости.
• Эффект Сандлена — для сталей с содержанием кремния 0.15-0.25% или 0.4-0.7% (09Г2С) образуется чрезмерно толстое (120-180 мкм) и хрупкое покрытие, склонное к сколам при механических нагрузках. Решение — использование сталей с Si 0.25% и < 0.4%.
• Невозможность цинкования сварных конструкций с непроваренными швами — если сварной шов имеет непровар или полость, при погружении в расплав воздух в полости расширяется, разрывает шов, расплав затекает внутрь и застывает, создавая напряжения. Требуется 100% проварка швов или сверление дренажных отверстий.
• Высокая стоимость — горячее цинкование стоит 25 000-35 000 руб./т, что в 2-3 раза дороже лакокрасочного покрытия системы С3 (8 000-12 000 руб./т). Окупаемость достигается за счёт долговечности и отсутствия эксплуатационных расходов через 10-15 лет.
• Несовместимость с некоторыми сталями — закалённые высокопрочные стали (классы 10.9, 12.9 для болтов), высокоуглеродистые стали (содержание C > 0.25%) при нагреве до 450°C теряют прочность или становятся хрупкими. Такие детали цинкуются гальваническим методом при комнатной температуре.

Стоимость горячего цинкования

Объём партии, тонн	Стоимость, руб./т	Срок выполнения, дни	Примечания
1-5	35 000 – 45 000	7-10	Мелкие партии, высокая удельная стоимость
5-20	28 000 – 35 000	5-7	Средние партии, стандартные сроки
20-50	25 000 – 30 000	5-7	Крупные партии, оптимальная цена
50+	22 000 – 28 000	7-10	Серийное производство, договорная цена

В стоимость входит: обезжиривание, травление, флюсование, цинкование, финишная обработка, контроль качества, сертификат. Не входит: доставка до цинковального завода и обратно (рассчитывается отдельно, для ЦФО 3 000-8 000 руб./т в обе стороны), подготовка конструкций (сверление дренажных отверстий, усиление тонкостенных элементов).

Горячее цинкование vs лакокрасочные покрытия

Критерий	Горячее цинкование	Лакокрасочное покрытие (эпоксид + полиуретан)
Стоимость, руб./т	25 000 – 35 000	10 000 – 20 000 (система С3-С4)
Срок службы, лет	25-40 без обслуживания	8-15 до первого ремонта
Полнота защиты	100% поверхности, включая полости	90-95%, пропуски в труднодоступных зонах
Устойчивость к повреждениям	Катодная защита при царапинах	Коррозия стали в местах повреждения
Обслуживание	Не требуется	Периодическая окраска каждые 8-12 лет
Экологичность	Безопасно, без ЛОС	Выделение ЛОС при нанесении
Ограничения по габаритам	До 12 м длина ванны	Нет ограничений
Применение для сложных форм	Полная защита всех зон	Сложно прокрасить внутренние полости

Рекомендации: горячее цинкование выгодно для объектов с длительным сроком эксплуатации (25+ лет) в условиях C3-C5, где доступ для обслуживания затруднён (опоры ЛЭП, мостовые конструкции, мачты связи). Лакокрасочные покрытия оптимальны для конструкций внутри зданий (C2), где требуется декоративный вид или нестандартный цвет.

Дуплексная система: цинк + краска

Комбинация горячего цинкования и окраски обеспечивает максимальную защиту:

• Технология — после горячего цинкования (толщина 80 мкм) конструкции окрашиваются эпоксидными или полиуретановыми эмалями толщиной 80-120 мкм. Перед окраской цинк обрабатывается грунтом-праймером для улучшения адгезии краски к цинку.
• Синергический эффект — срок службы дуплексной системы не является суммой сроков цинка и краски, а превышает её в 1.5-2 раза (40-60 лет вместо 25+15=40 лет). Причина: цинк защищает сталь от коррозии, краска защищает цинк от атмосферного окисления, замедляя его коррозию в 2-3 раза.
• Применение — морские сооружения, прибрежные зоны (до 1 км от берега), химические производства с агрессивными парами, мостовые конструкции с интенсивным движением (соли-антиобледенители).
• Стоимость — цинкование 28 000 руб./т + окраска 15 000 руб./т = 43 000 руб./т. Дороже на 50-70%, чем только цинкование, но обеспечивает защиту на 40-60 лет.

Контроль качества цинкового покрытия

Проверка соответствия ГОСТ Р ИСО 1461-2023:

1. Толщина покрытия — измеряется магнитным толщиномером (принцип: магнитное поле ослабляется немагнитным цинковым слоем) в 5 точках на каждом квадратном метре. Средняя толщина должна быть не ниже значений таблицы ГОСТ, минимальная толщина в любой точке — не ниже 0.7 от среднего значения.
2. Внешний вид — визуальный осмотр на отсутствие непроцинкованных участков (чёрные пятна), вздутий, наплывов. Допускаются местные наплывы на углах и рёбрах, которые не влияют на функциональность.
3. Адгезия покрытия — испытание методом изгиба: образец изгибается на угол 90° вокруг оправки диаметром 3t (где t — толщина металла). Покрытие не должно отслаиваться или трескаться. Для массовых изделий проверяется на контрольных образцах.
4. Равномерность покрытия — проверка методом Прейса (погружение в раствор сульфата меди): образец погружается в раствор CuSO₄ 5 раз по 1 минуте. Появление красных пятен меди указывает на тонкие участки или поры. Допускается появление меди после 4-5 погружений.
5. Масса покрытия — взвешивание конструкций до и после цинкования. Расход цинка должен соответствовать толщине покрытия: 1 мкм цинка = 7.2 г/м² (плотность цинка 7200 кг/м³). Для покрытия 80 мкм расход 576 г/м² или 60-70 кг/т для типовых профилей.

Частые вопросы о горячем цинковании