Главная / Подготовка поверхности
Подготовка горячекатаного проката: как убрать окалину перед порошком
Чёрная плёнка на горячекатаном прокате это окалина, три слоя оксидов железа общей толщиной 50–150 мкм. Порошок цепляется к ней, а не к стали, а держится она слабо и вдобавок катодна к металлу, поэтому в любой трещине запускается гальваническая коррозия и покрытие сходит. Красить по окалине нельзя, даже если она «держится». Снимают дробемётом или травлением до класса Sa 2,5, мелочь галтуют, кромки реза зачищают отдельно.
Двутавр приходит с завода в чёрной матовой шубе. На вид прочная, ножом не сколупнёшь. Маляр без опыта видит «чистый металл» и красит прямо по ней. Через сезон покрытие отходит пластами, и с изнанки этих пластов та самая чёрная чешуя. Это окалина, и она сгубила больше порошковых работ по металлопрокату, чем плохая краска и кривой пистолет вместе взятые.
Откуда берётся окалина и почему её три слоя
Горячекатаный прокат катают раскалённым, выше 700 °C. Голая сталь при такой температуре жадно реагирует с кислородом, и на поверхности нарастает оксидная корка. Растёт она не однородно, а слоями, потому что чем ближе к металлу, тем меньше кислорода добирается.
Отсюда три слоя. У металла вюстит FeO, самый бедный кислородом. Над ним магнетит Fe₃O₄. Снаружи, где кислорода вдоволь, гематит Fe₂O₃. При 700 °C вюстит нарастает до 100 мкм, магнетит около 10 мкм, гематит всего 1 мкм. Общая толщина шубы гуляет в диапазоне 50–150 мкм.
Главная беда в нижнем слое. Вюстит рыхлый и пористый, он слабо сцеплен и с металлом, и с верхними слоями. По сути вся окалина держится на честном слове этого пористого подстилания. Отсюда её любимая привычка скалываться чешуёй.
Окалина это не грязь, которую надо смыть. Это выросшая на металле корка из оксидов, механически чужая стали и держащаяся на рыхлом пористом слое. Поэтому её не отмывают, а сбивают.
практика подготовки металлопроката
Почему порошок по окалине отслаивается, даже когда она «держится»
Довод «окалина же держится, ножом не сцарапать» разбивается о три вещи, которые работают разом.
- Сцепление идёт к окалине, не к стали. Порошок садится на окалину, окалина сидит на рыхлом вюстите. Плёнка держится ровно настолько, насколько держится сама окалина, а это слабое звено. Скололась окалина, ушло покрытие.
- Окалина катодна металлу. Оксидная корка электропроводна и «благороднее» голой стали. Любой разрыв (трещина, царапина, кромка реза, скол) превращается в гальванопару: окалина катод, обнажённая сталь анод. Коррозия концентрируется на голом металле и подрывает плёнку снизу, хотя сверху покрытие целое.
- Разный тепловой ход. У окалины и стали разный коэффициент расширения. В печи полимеризации при 180–200 °C они греются и остывают по-разному, связь между слоями трещит. Пористая окалина ещё и тянет в себя влагу с солями, а под запечатанной плёнкой это осмотический блистеринг, пузыри.
Итог: покрытие по окалине это бомба замедленного действия. Первые недели держится, потом лезет пузырями и сходит пластами. Почему покрытие вообще отходит, в подробностях разбирает статья про отслаивание краски.
Слой окалины, чем снимается и чем грозит если оставить
Окалина неоднородна, и разные её слои ведут себя по-разному. Вот как это ложится на подготовку.
| Слой | Что это | Чем снимается | Оставить как есть |
|---|---|---|---|
| Гематит Fe₂O₃ | внешний, ~1 мкм, красно-бурый | сходит первым при любом абразиве | почти не влияет, тонкий |
| Магнетит Fe₃O₄ | средний, ~10 мкм, чёрный, 500–700 HV | дробемёт, травление; щётка не берёт | твёрдый, плёнку рвёт при термоцикле |
| Вюстит FeO | нижний, до 100 мкм, пористый, рыхлый | дробеструй, кислотное травление | слабое звено, скалывается с покрытием |
| Краевая окалина | на кромках реза, грат, зона перегрева | абразив + шлифовка кромки | старт скола и коррозии на кромке |
Вывод простой: полумеры не работают. Снять один гематит бесполезно, под ним остаётся твёрдый магнетит и рыхлый вюстит. Убирать надо всё до металла, а это класс очистки Sa 2,5.
Чем снимают: дробемёт, травление, галтовка
Ручная щётка и крацовка окалину не берут. Причина в твёрдости: магнетит держит 500–700 HV по Виккерсу, это в 4–6 раз твёрже стали под ним. Щётка снимет рыхлую ржавчину и отвалившиеся чешуйки, плотную окалину только загладит. Рабочих способов три.
- Абразивоструй (дробемёт, дробеструй). Основной способ по прокату. Тяжёлая колотая дробь сбивает окалину и разом даёт профиль под сцепку. Для листа, швеллера, уголка, двутавра, круга это первый выбор. Детально про сам процесс, фракции и профиль в статье про дробеструйную обработку.
- Кислотное травление. Прокат погружают в раствор кислоты, она растворяет оксиды. Годится для тонкого проката, который поведёт от дроби, и для потока листа. Химия своя тема, её разбирает статья про пескоструй или химию.
- Галтовка. Только для мелочи навалом: метизы, кронштейны, штамповка. Детали крутят в барабане с абразивными телами, окалина сходит, заодно снимаются заусенцы и скругляются кромки. Для крупного проката не применимо.
Выбор упирается в геометрию и толщину детали. Массивный прокат от 3 мм идёт под дробемёт, тонкий лист под травление, мелочь под галтовку. Стандарт чистоты один для всех: Sa 2,5, а для агрессивных условий Sa 3, полностью белый металл.
Горячекат против холодноката: разница на входе
Холоднокатаный прокат катают на холодную, при комнатной температуре. Окалины на нём нет в принципе, поверхность гладкая, Ra до 1,6 мкм, допуск по толщине жёсткий, до ±0,1 мм. Под порошок его достаточно обезжирить и дать конверсионный слой.
Горячекат приходит с шубой окалины и грубой поверхностью, допуск толщины гуляет до ±0,8 мм. Здесь перед обезжириванием обязательна лишняя операция: сбить окалину. Это время, оборудование и деньги, которых на холоднокатаном нет.
Почему тогда не брать везде холоднокатаный, раз с ним меньше возни?
Окалина же защищает металл от ржавчины, зачем её сбивать?
Контроль: как убедиться, что окалины нет
После обработки проверяют не «на глаз чисто ли», а по классу. Ориентир Sa 2,5 по ISO 8501-1: окалина, ржавчина и старая краска удалены с не менее чем 95% площади, допустимы лёгкие тени и полосы от прежней коррозии. Сравнивают с эталонными фотографиями стандарта.
На что смотреть отдельно:
- Впадины и углы профиля. В корытах швеллера и по углам уголка дробь бьёт под углом, окалина там сидит дольше. Проверять именно эти места.
- Кромки реза. Грат и краевая окалина после плазмы или газа сходят хуже плоскости. Кромку зачищают и шлифуют отдельно, это частая недоработка.
- Прокатная слоистость. Иногда окалина уходит, а под ней остаётся расслоение самого металла. Такие места видны как тонкие чешуйки, их выбивают до плотного основания.
И помнить про время: голая сталь после очистки ржавеет за 2–4 часа в цеху. Очищенный прокат ведут на обезжиривание и конверсию в тот же день, не бросают на ночь. Что делать дальше по цепочке, в статье про обезжиривание.