Сопоставим данные таблицы Ц.11 СП28 с данными требованиями. Условия эксплуатации опор ВЛ обычно соответствуют среде «слабоагрессивная-1». По данным СП28 горячий цинк в таких условиях максимально теряет 0,8 мкм в год. Чтобы исключить появление следов красной коррозии во время срока службы конструкции, покрытие должно быть не тоньше 50 х 0,8 = 40 мкм. Что полностью соответствует требованиям действующего ГОСТ Р ISO 10684-2015 на горячее цинкование крепёжных изделий, предписывающего обеспечивать покрытие локальной толщиной 40-80 мкм при средней толщине покрытия не менее 50 мкм [5]. По данным той же таблицы термодиффузионное покрытие потеряет 0,6 мкм в год. Следовательно покрытие должно быть не тоньше 50 х 0,6 = 30 мкм. То есть ТД4 (термодиффузионное покрытие класса 4) 21-30 мкм по ГОСТ 9.316-2006 проходным вариантом уже не является [6]. Данный стандарт предлагает покрытие классом выше – ТД5 40-50 мкм.
При эксплуатации в более агрессивной атмосфере необходимо нанесение на оцинкованный крепёж дополнительных лакокрасочных покрытий.
Таким образом, мы приходим к выводу, что крепёж, применяемый на инфраструктурных объектах, в процессе изготовления должен пройти такие технологические переделы, как закалка, отпуск и нанесение защитного цинкового покрытия толщиной не менее 40 мкм. Такими покрытиями являются допущенные СТО 34.01-2.2-008-2016 к использованию на опорах воздушных линий [4].
Какой крепёж установлен на объектах?
Теперь давайте обратим внимание на то, каким путём крепёж попадает на объекты монтажа инфраструктурных сооружений. В настоящее время в РФ действует 5 предприятий, выпускающих крепёж в условиях массового производства и при этом способных осуществить закалку и последующий отпуск крепёжных изделий в защитной атмосфере, гарантирующей отсутствие обезуглероживания поверхностного слоя резьбы. Заводы эти общеизвестны, и ЗВК «БЕРВЕЛ» является одним из них. Возможности наносить защитные покрытия, подходящие для защиты крепежа в инфраструктурных сооружениях, встроены в технологический процесс только на ЗВК «БЕРВЕЛ». У нас это автоматические линии горячего цинкования и цинк-ламельного покрытия. Остальные коллеги предлагают крепёж на рынок без покрытия либо с защитными покрытиями, не используемыми в силу своих свойств на рассматриваемых объектах. Тем не менее каждый инфраструктурный объект в стране укомплектован крепежом с требуемыми защитными покрытиями. Кто приходит «на помощь» экономике? Ответ кроется в организации системы комплектации конструкций, поступающих на монтаж.
Подрядчик, возводящий объект, будь то нефтеперерабатывающий завод, магистральная линия электропередачи или проект освещения автомагистрали, проводит конкурс на изготовление требуемых ему конструкций. Цель конкурса очевидна - получить требуемое изделие по минимально возможной цене с минимальными организационными издержками. Конкурс выигрывает самый достойный завод металлоконструкций. Изготовление чертежей КМД и чем это всё потом собирать - теперь его задача. И решить её он, естественно, хочет с минимальными издержками. Аванс уходит на закупку металлопроката, о крепеже часто вспоминают, когда пора комплектовать вагоны на отгрузку. И когда вопрос «Как это будет собирать уважаемый заказчик?» встаёт во весь рост, начинаются судорожные поиски нескольких десятков номенклатурных позиций в количестве от нескольких штук до десятков тонн каждой.
Заводы, осуществляющие массовое производство метизов, - крайне неудобные партнёры в такой ситуации. Им только металл ждать полтора-два месяца после размещения заказа на металлургическом комбинате. И меньше тонны на позицию массовое производство традиционно брать отказывается. Сроки горят, риски получения штрафов и дисквалификации на объектах повышаются. Что же делать? Ответ общеизвестен: десятки торгующих компаний приобретают на крепёжных заводах крепёж без покрытия нужного стандарта и класса прочности, который терпеливо ждёт своего проекта, чтобы узнать, какое покрытие на него нанесут. Казалось бы, вот он - выход из ситуации. Проблемы, как всегда, проявляются в деталях.
Стандарты на крепёж, применяемый для инфраструктурных объектов, требуют выпускать болты с резьбой, поле допуска на которой 6g (пример - таблица 3 ГОСТ Р ИСО 4014-2013) [7], и гайки с резьбой поле допуска на которой 6H (пример - таблица 3 ГОСТ ISO 4032-2014) [8].
Именно с таким профилем резьбы заводы проводят испытания на механические свойства болтов и гаек по ГОСТ Р ИСО 898-1-2011 [9] и ГОСТ Р ИСО 898-2-2013 [10] и подтверждают их класс прочности, который должен соответствовать проектной документации на объект. Но с такими полями допусков на крепёж невозможно нанести ни термодиффузию 5 класса по ГОСТ 9.316-2006 толщиной 40-50 мкм [6], ни тем более горячий цинк по ГОСТ ISO 10684-2015 толщиной 40-80 мкм [5]. Об этом нам в открытую сообщает таблица 7 ГОСТ 16093-2004 [11] и многочисленные случаи нескручивания крепежа на объектах, происходящие по несколько раз каждый год. Очевидно, что необходимо занижать профиль резьбы. Тем более, что ГОСТ ISO 10684-2015 этого напрямую требует [5]. Но тогда какому-то из заводов придётся выпускать на рынок крепёж, несоответствующий ГОСТу по полю допуска резьбы на крепёж без покрытия. Заниженная резьба на болте очевидно приведёт к снижению механических свойств крепёжного изделия, в первую очередь, прочности на разрыв. Сложно сказать, каким сертификатом качества будет комплектоваться подобное изделие и как завод сможет его отгрузить.
Однако торгующие организации закрывают глаза на такие формальности. Дальше крепёж ждёт процедура нанесения покрытия, которая должна обеспечить ему срок службы, соизмеримый со сроком службы инфраструктурного объекта. Как отмечено выше, в процессе изготовления на заводе крепёж прошёл процедуру термической обработки: закалку, температура нагрева которой определяется маркой стали, и отпуск, температуру которого определяет технолог, руководствуясь в том числе требованиями действующего стандарта на механическим свойства крепежа ГОСТ Р ИСО 898, говорящего о том, что температура отпуска для достижения класса прочности 8.8 и 10.9 должна быть не менее 425 °C [9, 10]. Увеличение температуры отпуска ведёт к снижению прочности. На практике отпуск крепежа указанных классов прочности проводится примерно в этом температурном диапазоне.
Чтобы не быть зависимыми от внешних подрядчиков, множество торгующих крепежом организаций приобрело собственное оборудование для нанесения покрытий. Горячий цинк - это ванна с расплавом, лицензии на опасное производство, промышленный объём присоединённых энергетических мощностей и общая культура производства, требующаяся для работы со сложным автоматизированным оборудованием очень высокой стоимости. Поэтому большинство торгующих организаций останавливает свой выбор на оборудовании для термодиффузионного цинкования, где финансовый порог входа на рынок меньше в разы, если не на порядки. Ресурс https://www.zinkportal.ru [12] сообщает: «Чтобы получить толстое цинковое покрытие с хорошими технологическими свойствами, в порошковую смесь для термодиффузионного цинкования вводят инертные материалы. Это позволяет производить химико-термическую обработку при температурном режиме выше точки плавления цинка (tпл.Zn = 419,4 °C), препятствуя спеканию цинковой смеси и образованию наплывов на готовом изделии». Там же: «Экспериментальным путём установлено, что при диффузионном цинковании стали в температурном режиме от 300 до 360 градусов процесс формирования цинкового покрытия практически не наблюдается... Зависимость роста толщины цинкового покрытия от температуры термообработки (в температурном диапазоне от 360 до 540 градусов) носит прямолинейный характер».
В п. 9.6.2 ранее упомянутого СТО 02494680-0074-2022 ЗАО «ЦНИИПСК им. Мельникова» читаем, что «термодиффузионные покрытия наносят путём химикотермической обработки изделий при температуре 420-480 °C в порошковых смесях на основе цинка…» [3]. Таким образом, есть все основания предполагать, что процесс нанесения термодиффузионного цинкового покрытия проводится при температурах не ниже температур предшествующего отпуска на заводе-изготовителе. По сути, проводится повторный, длительный (несколько часов) отпуск, напрямую влияющий на прочностные характеристики крепежа. И желание увеличить производительность процесса для повышения рентабельности может привести к тому, что температура повторного отпуска может превышать температуру первичного на десятки градусов.
Приведённые факты, такие как необходимость занижения профиля резьбы для нанесения покрытия требуемой толщины (в случае торгующих организаций периодически достигается дополнительным прорезанием резьбы на гайках) и высокая вероятность разупрочнения при повторном отпуске, однозначно свидетельствуют о необходимости проведения испытаний полученной таким образом продукции на комплекс механических свойств и, в первую очередь, испытаний на разрыв на косой шайбе болтов с покрытием в соответствии с требованиями СП 16.13330.2011 «Стальные конструкции», таблица Г.3, дающих однозначный ответ о прочности изделия в условиях эксплуатации под рабочей нагрузкой [13]
За предшествующие 5 лет я не встречал ни одного сертификата, выпущенного торгующей организацией и подтверждающего механические свойства крепёжных изделий после нанесения термодиффузионного цинкового покрытия. И не увижу, потому что отсутствуют требующие это делать явным образом нормативные документы.
Ряд заводов металлоконструкций и несколько крупных торгующих организаций, постоянно участвующих в торгах на поставку крепежа для инфраструктурных объектов, эксплуатируют ванны для нанесения цинка на крепёж в расплаве. Важно обозначить риски в случае нанесения данного покрытия.
ГОСТ ISO 10684-2015 определяет два температурных диапазона нанесения покрытия: диапазон от 455 °С до 480 °С определяется как цинкование при стандартной температуре, от 530 °С до 560 °С – как высокотемпературное цинкование [5]. Практика ЗВК «БЕРВЕЛ» показывает, что цинкование при стандартной температуре даёт слои, толщина которых превышает требуемые стандартом 40-80 мкм. Только применение высокотемпературного цинкования гарантирует получение покрытия с требуемыми характеристиками по толщине слоя на высокопрочном крепеже класса прочности 8.8 и 10.9, обеспечивающими последующее свинчивание крепежа от руки. Как и с ТД5 (40-50 мкм), но ещё более актуальным (покрытие толщиной 40-80 мкм) становится прослабление профиля резьбы, ухудшающее механические свойства конечного продукта. Температура цинкования в расплаве превышает температуру первичного отпуска на заводе-изготовителе более чем на 100 °С, теплопроводность расплава кратно выше теплопроводности атмосферы отпускной печи. Эти факторы гарантируют, что произойдёт разупрочняющий вторичный отпуск, и механические свойства крепежа в покрытии необходимо подтверждать новыми испытаниями.
Факт, который будет очевидным для любого человека, прочитавшего текст выше: ни одна торгующая крепежом организация в стране не предоставляет сертификат на механические свойства крепежа после нанесения покрытия методом погружения в расплав. Всегда предоставляется сертификат качества завода-изготовителя на крепёж без покрытия с указанием его механических свойств и документ, называемый паспортом качества на покрытие. В паспорте качества всегда указана толщина покрытия, есть ссылка на стандарт на покрытие и никаких испытаний на механические свойства крепежа после нанесения защитного покрытия. Единственный поставщик на рынке, предоставляющий сертификат качества на крепёж с горячим цинковым покрытием с указанием его механических свойств – ЗВК «БЕРВЕЛ».
Почему крепёж ЗВК «БЕРВЕЛ» имеет требуемые механические свойства после нанесения покрытия в расплаве? Горячекатанный круг, прежде чем стать крепежом, проходит следующие производственные переделы: отжиг, калибровка, штамповка, термическая обработка, резьбоформирование, горячее цинкование. Каждый из этих процессов влияет на базовые механические свойства металла, из которого произведено изделие: твёрдость, предел прочности, ударная вязкость. ЗВК «БЕРВЕЛ» контролирует каждый из этих процессов и корректирует режимы переделов таким образом, чтобы гарантировать итоговый результат, - крепёж с покрытием, чьи характеристики полностью соответствуют требованиям стандартов на механические свойства. Торгующие организации, не производящие крепёж, такой возможности лишены и маскируют свойства своей продукции доступными им способами. Заводы, производящие металлоконструкции, такая ситуация в большинстве случаев устраивает, за редким исключением очень крупных предприятий с историей и безупречной репутацией.
Несколько слов о качестве термодиффузионного цинкового покрытия на российском рынке. Самой технологии термодиффузионного цинкования более 100 лет. Естественно, за столь длительный период актуальная технология не могла не развиваться. И мы периодически сталкиваемся с весьма достойными образцами, показывающими неплохой результат при испытании в камере нейтрального соляного тумана. К сожалению, в большинстве своём данные образцы были изготовлены за пределами Российской Федерации. А в РФ действует ГОСТ Р 9.316-2006 «ПОКРЫТИЯ ТЕРМОДИФФУЗИОННЫЕ ЦИНКОВЫЕ Общие требования и методы контроля», в таблице 3 которого показано [6], что стойкость при испытаниях в соляном тумане термодиффузионного и гальванического покрытия при равных толщинах примерно одинакова (ТД2 10-15 мкм - 144 ч), для сравнения: ГОСТ ISO 4042-2015 «Изделия крепёжные. ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКИЕ ПОКРЫТИЯ», Приложение В: цинковое покрытие с самым стойким видом хроматирования D толщиной 12 мкм - 168 ч до появления первых следов красной коррозии [14]. При этом все понимают, что «гальваника» на крепеже на объектах с длительным сроком эксплуатации – покрытие неприменимое. Один из производящих крепёж заводов в своих сертификатах гарантирует защиту от коррозии крепежа в гальванике в течение полугода, а термодиффузия допущена к применению на всех объектах со сроком службы в десятилетия. Подобная ситуация с нормативной базой начисто отбивает у промышленности стимулы к совершенствованию технологических процессов и пропускает на рынок поток низкокачественной продукции. Доходит то того, что крепёж с защитным антикоррозионным термодиффузионным покрытием приходится во время доставки защищать консервационной смазкой, и что уже по прибытии на объект подобный крепёж часто покрыт ржавчиной.
Неоднократно проведённые в независимых лабораториях исследования продукции ЗВК «БЕРВЕЛ» с горячим цинковым покрытием демонстрируют стабильную стойкость выше 1000 часов до появления первых следов красной коррозии.
Что в итоге?
Конечные заказчики металлоконструкций инфраструктурных объектов строят нефте- и газоперерабатывающие комплексы, магистральные линии электропередачи, автомобильные, железные дороги и электростанции. Они, несомненно, признанные профессионалы в своих профильных направлениях, иначе страна не доверила бы им строить то, чем будут пользоваться наши дети, внуки и правнуки. Но невозможно с позиции конечного заказчика контролировать каждый узкоспециализированный участок при выполнении столь крупных проектов. Логика реализации таких проектов предполагает безусловную компетентность и порядочность каждого подрядчика. В ситуации, когда глобальное потепление регулярно создаёт условия для возникновения сверхрасчётных климатических нагрузок (снеговых, ветровых, температурных, гололёдных) [15] на конструкции, поставка комплектующих, чьи эксплуатационные прочностные свойства не соответствуют требованиям рабочей документации, – это мина замедленного действия под создаваемую критически важную для страны инфраструктуру.
ООО ЗВК «БЕРВЕЛ» предлагает всем заинтересованным лицам обратить пристальное внимание на обозначенную проблему и призывает подразделения технического надзора, действующие на объектах монтажа конструкций инфраструктурных сооружений, осуществлять постоянный контроль поставляемого высокопрочного крепежа на предмет указания в сопровождающих его документах качества механических свойств на изделия, прошедшие испытания после нанесения защитного антикоррозионного покрытия.
Литература
1. СП 28.13330.2017. Защита строительных конструкций от коррозии.
2. ГОСТ Р ИСО 10683-2020. Изделия крепежные Системы неэлектролитических цинк-ламельных покрытий.
3. СТО 02494680-0074-2022. Конструкции стальные строительные. Соединения на высокопрочных болтах. Технические требования. Методы контроля. - Стандарт организации ЗАО «ЦНИИПСК им. Мельникова».
4. СТО 34.01-2.2-008-2016. Опоры воздушных линий электропередачи металлические решётчатые. Общие технические требования. - Стандарт организации ПАО «Россети».
5. ГОСТ ISO 10684-2015. Изделия крепежные. Покрытия, нанесенные методом горячего цинкования.
6. ГОСТ 9.316-2006. Покрытия термодиффузионные цинковые. Общие требования и методы контроля.
7. ГОСТ Р ИСО 4014-2013. Болты с шестигранной головкой. Классы точности А и В.
8. ГОСТ ISO 4032-2014. Гайки шестигранные нормальные (Тип 1). Классы точности А и В.
9. ГОСТ Р ИСО 898-1-2011. Механические свойства крепежных изделий из углеродистых и легированных сталей. Болты, винты и шпильки установленных классов прочности с крупным и мелким шагом резьбы.
10. ГОСТ Р ИСО 898-2-2013. Механические свойства крепежных изделий из углеродистых и легированных сталей. Гайки установленных классов прочности с крупным и мелким шагом резьбы.
11. ГОСТ 16093-2004 (ИСО 965-1:1998, ИСО 965-3:1998). Основные нормы взаимозаменяемости. Резьба метрическая. Допуски. Посадки с зазором.
12. Порошковые смеси для термодиффузионного цинкования [Электронный ресурс]. – 2018. – Режим доступа: https://www.zinkportal.ru/poroshkovye-smesi-dlja-termodiffuzionnogo-cinkovanija/
13. СП 16.13330.2011. Стальные конструкции.
14. ГОСТ ISO 4042-2015. Изделия крепежные. Электролитические покрытия.
15. Сенькин, Н. А. Прогрессирующее обрушение и взаимодействие опор в линейной цепи ВЛ / Н. А. Сенькин // Материалы VIII Международной научно-практической конференции «Опоры и фундаменты ВЛ. Технологии проектирования и строительства». Санкт-Петербург. - 2023.
