Műszaki-technikai követelmények (EN ISO 1461:2009)

Az elmúlt tizenöt esztendőben a legtöbb európai országban – így hazánkban is – jelentősen megváltoztak a horganyrétegekre vonatkozó műszaki előírások. Ez annak köszönhető, hogy a sokat emlegetett „globalizáció” nemcsak a gazdasági folyamatokat hatja át, hanem hatása a műszaki életben, így a szabványosításban is megjelenik. Ez számottevően megkönnyíti a termékek szabad áramlását a világban, például egységesíti egy adott minőségi szint fogalmát, leírja a műszaki-technikai jellemzőket. E folyamatnak voltunk tanúi az elmúlt másfél évtizedben, amikor átvettük és jogrendünkbe ültettük az Európai Unió megfelelő szabályait.  

A szakaszos eljárással képzett horgany­bevonatok (acélszerkezeti horganyzás) esetében az EN típusú szabványok megjelenéséig saját nemzeti direktívák voltak, és ezek sokszor nagymértékben eltértek egymástól. Esetünkben még a minimális bevonatvastagság tekintetében is komoly különbségek adódtak az egyes nemzeti előírások között. Mára a helyzet alaposan megváltozott, hazánkban is az európai és nemzetközi EN ISO 1461 szabvány érvényes.

A horganybevonat fogalma

Mint a Sínek Világa idei 1. számában meg­jelent írásunkban olvasható, a horganyréteget vas-horgany ötvözet fázisok és legfelül tiszta horganyfilm együttesen képezi, tehát a bevonat vastagsága független annak kémiai összetételétől. Ennek mérése a gyakorlatban semmiféle problémát nem jelent.

A horganyréteg külleme

A tűzihorganyzás célja a termék korrózió elleni védelme, az esztétikai megjelenés csak másodlagos szempont. Ez persze tisztán műszaki-technikai megfontolás, de az alapvető célt meghatározza, melynek eléréséhez a műszaki szakembereknek kompromisszumok nélkül tartani kell magukat. 

Hibahelymentesség

Ez a követelmény a darab teljes felülete korrózió elleni védelmének biztosítását szolgálja, ugyanakkor garantálja egyéb funkcionális igények teljesülését is. A szabvány megfogalmazása értelmében „az átvételi vizsgálatkor az összes tűzihorganyzott darab lényeges felülete(i) szabad szemmel, legalább 1 m távolságból vizsgálva mentes(ek) legyen(ek) csomóktól, hólyagoktól (azaz a szilárd fémhez kötődés nélküli, kiemelkedő területektől), érdességtől és éles csúcsoktól (ha azok sérülést okozhatnak), valamint bevonat nélküli területektől”. Az idézett megfogalmazás a horganyzott termék felületének hibamentességére és folytonosságára utal, azaz, hogy az elsődleges felhasználási célnak feleljen meg. A bevonaton nem lehetnek horganyzóból származó technológiai anyagmaradványok (salakok) ott, ahol azok a felhasználási cél elérését korlátozzák, tiltja a szabvány a folyasztószer- (flux) maradványokat, mert bevonati korróziót okozhat.

A hibás hegesztések vagy átlapolással és szakaszos hegesztéssel kialakított kapcsolatok következtében előfordulhatnak korróziót okozó „szivárgások”, melyek nem a horganyzóüzem hibái (1. ábra).

 Ugyanis a fémolvadékba merítés előtti technológiai kezelések során a hegesztési varratokkal tökéletesen le nem zárt felü­letek közé folyadékok (víz, sav, flux) kerülnek, melyek maradványai később már nem tudnak eltávozni. Amennyiben horganyzás után nedvesség éri az érintett felületeket, a le nem zárt felületek között korróziós góc alakul ki, esetleg agresszív, a horganyt is megtámadó anyag folyik ki a felületek közül. Ezért – mint azt a cikksorozat 3. részében (Sínek Világa 2013/3., 18. o., 9. ábra) javasoltuk – a hegesztési hibákat minden esetben, az átlapolásos kötéseket lehetőség szerint el kell kerülni.

A bevonat legkisebb vastagsága

A fém védőréteg legkisebb vastagsága fogja meghatározni egy adott acélszerkezet korrózió elleni védelmének időtartamát. Egy önálló darabon belül többféle acél anyagvastagság fordulhat elő, melyeken más és más lehet a bevonatvastagság, aminek technológiai okai vannak. A szabvány e jelenség figyelembevételével határozza meg a minimálisan elérendő értékeket (2., 3. ábra), melyek betartása – ha csak erre vonatkozóan a felek között más megállapodás nincs – minden horganyzóüzem számára kötelező. A „nem centrifugált” és „centrifugált” termékek között technológiai különbség van. Az apró elemek (pl. csavarok, alátétek, fittingek) bevonása egy centrifugával kiegészített horganyzó so­ron történik. Ennek utolsó előtti lépésénél – a ko­sa­rakba töltött tömegárut egy centrifugába helyezve – eltávolítják a horganyzott darabok felületéről a felesleges fémmennyiséget, ezért kisebb értéket mutatnak az ezekre vonatkozó előírások. Megjegyezzük, hogy a kötőelemekre külön szabvány (EN ISO 10684) vonatkozik, az általunk bemutatott értékek általános követelmények, egyedi termékekre vonatkoznak.

Egy horganybevonat minősítésénél háromféle vastagságfogalommal találkozhatunk. A fenti táblázatban szereplő „helyi rétegvastagság” az egyetlen referencia-(vonatkoztatási) területen (min. 10 cm2) belül mágneses vizsgálattal mért, legalább 5 db vastagsági érték matematikai átlagát jelenti, míg az „átlagos rétegvastagság” az egy darabon kijelölt összes referenciaterületen megállapított helyi rétegvastagságok átlagát (átlagok átlagát) mutatja (4. ábra). Az „egyedi érték” pedig az egy referencia-(vonatkoztatási) területen belül mért legalább öt érték közül egy-egy mérési adatot jelenti. Ez akár kisebb is lehet, mint a szabvány 3. és 4. táblázatában megadott minimum, amennyiben az adott referenciaterületen belül regisztrált vastagságok matematikai átlaga (helyi rétegvastagsága) eléri vagy meghaladja az erre vonatkozó legkisebb értékeket.

A horganyzás időtállósága szorosan ösz­sze­függ a réteg vastagságával. Ez prakti­ku­san azt jelenti, hogy haegy bevonat kétszer olyan vastag, mint egy másik, akkor – azonos alkalmazási feltételek mel­lett – kétszer olyan hosszú lesz az élettartama. Egy összehegesztett darabon belül az egyes acél alapanyag-vastagságoknak megfelelően kell értékelni a bevonatvastagságokat. A gyakorlatban tapasztalt rétegvastagságok a legtöbb esetben jóval meghaladják a minimálisan szükségeseket – erről még a későbbiekben szólunk.

Javított területek nagysága

Előfordulhat, hogy a tűzihorganyzó üzem­­ben a már kész védőrétegen mégis javításokat kell végezni. Ennek számos oka lehet. Gyakran a horganyzásnál használt függesztőeszközök (pl. készülékek) nyomainak eltávolítása után nem szükséges javítás, máskor el kell távolítani a függesztőeszközök okozta felvastagodásokat. Ha a bevonatban sérülés történt, vagy kis felületen nem jött létre, a javítás során a szabvány által előírt követelményeknek kell megfelelni. Így – az előírás szerint – egy kijavítandó hibahely nem lehet nagyobb 10 cm2-nél, illetve egy darabon be­lül az összes javítandó terület nagysága nem érheti el annak teljes felülete 0,5%-át. Amennyiben a képződött hibahelyek a fenti értékeket meghaladják, vagy újra kell horganyozni a darabot, vagy a megrendelőnek és a horganyzónak kell megállapodni a javítás módjáról és lehetőségéről. 

A kijavított helyen a réteg vastagságának legalább a 100 µm-t el kell érnie, kivéve, ha a megrendelő erre mást ír elő. A javítás módját tekintve a fémszórással, horganybázisú festéssel, pasztával vagy forrasztással történő megoldás lehetséges. A gyakorlatban alkalmazott technológia szinte minden esetben a festés, ami történhet ecsettel, illetve kis felületet érintő szórással.

Tapadás

Csak akkor képződik a horganybevonat, ha a termodiffúzió lejátszódik a vasfelületen. Ha a fémréteg kialakul, metallurgiailag kötődik a vas alapfémhez, köztük kohéziós kapcsolat jött létre. Az így kialakult kötés erőssége tökéletesen megfelel az acélszerkezetekkel szemben támasztott felhasználási követelményeknek. Ugyanakkor megjegyezzük, hogy az intermetallikus fázisokból álló szürke bevonatok érzékenyebbek a mechanikai sérülésekre, ezért az éleken, sarkokon óvatosabban kell velük bánni. A festési eljárásokkal összehasonlítva a tűzihorgany bevonatok tapadási szilárdsága – struktúrájuktól függően – a 12–37 N/mm2 értékek közé esik, míg a festékrétegeké sokszor az 5 N/mm2-t sem lépi túl [1]. A horganyréteg szállításkor, szereléskor kitűnő ellenállást tanúsít a mechanikai igénybevételekkel szem­ben (5. ábra). 

Ennek megfelelően nem szükséges a réteg tapadását vizsgálni, és erre nincs nemzetközileg elfogadott vizsgálati módszer. A duplex bevonattal ellátott acélszerkezeteknél a festést megelőző könnyű szemcseszóráskor (sweep-szórás) – amennyiben nem tartják be a szórási paramétereket – előfordulhatnak az egyes fázisok közötti szétválások. Ennek a veszélye akkor áll csak fenn, ha a felületen túl vastag volt a horganybevonat (lásd: Sínek Világa 2013/4., 15. o.).

Piaci követelmények és teljesülésük

A műszaki-technikai igénypontok biztosítják az alapját a tűzihorganyzott termékek felhasználhatóságának, a megfelelő korrózió elleni védelemnek. 30-40 évvel ezelőtt lényegében csak a műszaki szempontok domináltak a bevonatok értékelésénél. Azóta szüntelenül erősödnek a piaci igények (esztétika, költségek), és ez a folyamat az egyre intenzívebb termékversenyre vezethető vissza. Az acélszerkezet-gyártó vállalkozások piacán éppen úgy erős a verseny, mint a tűzihorganyzó üzemek által nyújtott szolgáltatások között. Ebben a küzdelemben – a védőréteg tulajdonságait illetően – négy fő szempontot érvényesítenek a megrendelők.

Ezek a következők: 

•  Esztétikus megjelenés
•  Alacsony bérhorganyzási költségek
•  Szükséges rétegvastagság
•  A bevonat hibahelymentessége 

Nem lehet különbséget tenni az egyes tényezők között, valamennyit egyszerre és a lehető legnagyobb mértékben figyelembe kell venni. Mint látható, itt már az esztétika és a költségek is a meghatározó elemek közé kerültek. Fontosnak tartjuk megjegyezni, hogy az esetek többségében a négy szempont összeegyeztethető, az első három közös „nevezője” az optimális acélminőség megválasztása.

Esztétikus megjelenés

A Sínek Világa idei 4. számában részletesen tárgyaltuk a tűzihorganyzáshoz ajánlott acélminőségek kérdését, különös tekintettel azok szilícium- (Si) és foszfor- (P) tartalmára. Ennek megfelelően fényes-ezüstös, matt szürke vagy esetleg szürkefoltos (leopárdmintás) rétegek képződhetnek (6–8. ábra).

Az ajánlott acélminőségek alkalmazásával könnyen elérhetők a horganyzást követően csillogó fémbevonatok, és ez piaci előnyt jelent a vevők szemében. Egyes esetekben igényként jelentkezhet a díszes (horganyvirágos) felületű termék (9. ábra).
Az ilyen rétegeket a horganyolvadékok megfelelő ötvözésével lehet elérni.

Alacsony bérhorganyzási költségek

A bérhorganyzás díjai legtöbb esetben a tűzihorganyzott termékek tömegének megfelelően alakulnak (Ft/tűzihorganyzott kg). Ritkán fordul elő, hogy a megrendelő és a horganyzó más árképzésben állapodik meg. Egy tűzihorganyzó vállalat üzemi költségeinek 30-50%-át is kiteheti a termék felületére felvitt horgany költsége, ennek alakulását két tényező határozza meg. Egyrészt a fém, nemzetközi tőzsdei cikk lévén (árak általában LME: London Metal Exchange szerint), beszerzési költségei erősen ingadozhatnak, másrészt egy adott munkadarab horganyfelvétele – az anyagvastagság és az acélminőség (Si- és P-tartalma) függvényében – akár 2–8% között is változhat. Ez utóbbi azt jelenti, hogy a bevonást követően az acélszerkezet tömege tonnánként ennyivel megnövekedhet, ami a horganyzási díjban is megjelenik. A megrendelőnek és a horganyzó vállalatnak egyaránt alapvető érdeke, hogy lehetőség szerint csökkentsék a fémréteg vastagságát, így a horganyzott termék tömegét.

Szükséges rétegvastagság

Alapvető feltétel, hogy az acélszerkezeten képződött fémbevonat vastagsága el­ér­je az előírásokban rögzített minimá­lis értékeket. A megadott minimális vas­tag­ság nemcsak a korróziós követelmények­nek felel meg, hanem visszatükrözi a tech­no­ló­giai adottságokat is. Ez utóbbit jól mutatja, hogy a különféle acél alapanyag-vastagságokon más-más a legkisebb minimumérték (1. táblázat). A festéssel ellentétben – szakaszos darabáru tűzi­hor­ganyzásnál – a technológia nem teszi lehetővé, hogy a horganyzóüzem a vevők kérésének megfelelően szabályozza a rétegvastagságot, értékeit alapvetően az acélminőség és a szelvényvastagságok befolyásolják. A bevonóműnek kevés lehetősége van a rétegvastagság szabályozására, a meg­rendelők szerepe – a festéssel ellentétben – ebben meghatározó. A szokásos korróziós követelményeknek messzemenően megfelelnek az MSZ EN ISO 1461:2009 szabvány 3. és 4. táblázatában foglalt előírások, ritkán fordul elő, hogy ezektől eltérnek, és ez legtöbbször nem is indokolt. Ezt támasztja alá, hogy a gyakorlatban az előírtnál lényegesen vastagabbak az elkészült védőrétegek, mint a velük szemben támasztott szabványos követelmények.

A fenti táblázat jól mutatja, hogy egy tűzihorganyzott acélszerkezetnek mekkora a korróziós tartaléka. A piaci igények szinte minden esetben a minél vékonyabb – a szabványnak még éppen megfelelő – rétegvastagságot jelentik.

Hibahelymentesség

A megrendelőknek ugyanolyan fontos a hibátlan védőréteg, mint bármelyik másik igénypont. A felhasználhatóság értékelésénél a megrendelőknek alapvetően három dolgot kell mérlegelniük. Ezek a következők: 

1. A védőréteg korróziós képességei
2. A bevonat külleme
3. A réteg felületi állapota

Az acél felületén kialakult védőfilmnek folytonosnak kell lenni, és nem lehetnek a felületén a védőképességet negatívan befolyásoló szennyeződések. A be­vonás technológiájából kö­­vet­kezik, hogy a munkadarabokat valamilyen módon fel kell függeszteni szállítótraverzekre (gerendákra), ezt készülékekkel, esetleg acéldrótokkal tudják megtenni (10. ábra), ezek nyomait – amennyiben a felhasználhatóságot korlátozzák – a horganyzóüzemben kell letisztítani. Gyakran gondot okoz, ha az acél­szerkezet tervezője, gyártója nem megfelelő nagyságúra tervezi, vagy rossz pozícióba helyezi el a hor­ganyzástechnológiai nyí­lásokat. Ilyenkor a be­vo­nó­műben ko­moly feladatot jelenthet a meg­folyások, felvastagodások el­távolítása, ami minden esetben költséges kézi beavatkozást igényel (11., 12. ábra).

Ha a védőréteg folytonossága valami miatt megszakad (pl. festékes felület), akkor az üzemben – megfelelő felület-előkészítés után – javítófestéssel látják el a termékek érintett részeit. Az utóbbi években egyre inkább előfordul, hogy a horganyfelületet még utólag lefestik (duplex bevonat). Ilyenkor erről a bevonást végző vállalatot tájékoztatni kell, és a felek megállapodhatnak az esetleges javítások módjáról.