Tűzihorganyzás a vasútnak

A tűzihorgany bevonatokat elsősorban az időjárásnak kitett acélszerkezetek védelmére fejlesztették ki. A bevonás költsége nem kerül többe, mint egy jó minőségű, kétrétegű festés kivitelezése, azonban acélszerkezetünknek – szokásos légköri igénybevételeknél – legalább 40-50 évre szóló, karbantartásmentes védelmet biztosít (ISO 9224: 2012).

A frissen létrehozott horganyréteg lehet fényes, tükörsima, de lehet szürke, érdes felületű is. Az, hogy a fentiek szerint milyen bevonatot kapunk, elsősorban a szerkezetek acélminőségétől és konstrukciójától függ, már a tervezés fázisában meg kell határozni a későbbi fémbevonatnak, de magának a horganyzott acélszerkezetnek is a minőségét. A fényes-ezüstös, simább, vékonyabb bevonatok (1. kép) általában tetszetősebbek és kisebb költséggel készülnek.

A horganyoztató partnerek a legtöbb esetben ezeket igénylik, ilyenkor a bevonat megrendelésnél elegendő a vonatkozó MSZ EN ISO 1461:2009 szabvány minőségi előírásaira hivatkozni, viszont úgy kell az acélszerkezet anyagminőségét megválasztani, hogy annak kémiai összetétele lehetővé tegye az ilyen típusú védőrétegek képződését. Ez azt jelenti, hogy az acélban levő szilícium (Si) és foszfor (P) mennyiségének korlátozásával el lehet érni a kívánatos acélminőséget, mely ma már nem jelent problémát az acélgyártóknak (EN 10025-2,-3,-4). Amennyiben a bevonóüzem betartja a tűzihorganyzásra vonatkozó szabvány követelményeit, ezek a vékonyabb fémrétegek – szokásos korróziós hatásoknál (ISO 9223:2012 és ISO 9224:2012 szerint: C1, C2, C3) – több évtizedes, karbantartásmentes védelmet fognak biztosítani acélszerkezetünknek. Szürke vagy szürke foltos, érdesebb védőrétegek (2. kép) esetében legtöbbször jelentősen vastagabb horganyréteggel számolhatunk, amely az előző típushoz viszonyítva akár 2-4-szeres különbség is lehet.

Ez a tény két fontos következményt von maga után. Az első, hogy mivel lényegesen nagyobb a védőréteg vastagsága, ezzel egyenes arányban nő a korrózióvédelmi képessége, tehát a védelmi időtartam hossza. Egy kétszer olyan vastag bevonat
– ugyanolyan körülmények között
– kétszer annyi ideig áll ellen az agresszív hatásoknak, és ez fordítva is igaz.

A második következmény, hogy nagyobb költséget fog jelenteni a horganyzás, mert értelemszerűen több cinket használ fel az üzem az ilyen típusú bevonatoknál. Megjegyezzük, hogy ennek megfelelő acélalapanyag-minőség kiválasztásával viszont a szabványosnál lényegesen vastagabb horganyrétegek is biztosíthatók, melyekkel akár 80-120 éves karbantartásmentes védelmi időtartam is elérhető. Fentieket cikkünk további részében még többször érinteni fogjuk.

A nagy befoglaló méretekből adódó technológiai különlegességek
A tűzihorgany bevonat nagy tisztaságú, megfelelően ötvözött és szabályozott hőmérsékletű horganyfürdőben alakul ki. A védőréteg képződésére és tulajdonságaira legnagyobb hatása az acélok kémiai összetételének van (szénacéloknál és gyengén ötvözött acéloknál ez a szilícium és foszfor mennyisége). Az acélszerkezet esetleges alakváltozásait leginkább a szerkezet konstrukciója (méretek, üregesség, anyagvastagság), az acélszerkezet gyártásából származó belső feszültségei (főleg a hegesztési feszültségek), illetve a horganyzási technológia befolyásolják.
Amikor a munkadarabokat a magas hőmérsékletű fémolvadékba merítik, a már elmerült rész és a még szabad levegőn maradt szerkezetrész között – a hő okozta térfogat-növekedés miatt – jelentősnek mondható méretváltozás jön létre (kb. 5 mm/m). Ez a tényező arra ösztönzi a horganyzó szakembereit, hogy ennek negatív hatásait minél jobban lecsökkentsék vagy megszüntessék, ezért megfelelő felfüggesztési technológiát, bemerítési és kiemelési szöget és sebességeket kell alkalmazniuk (3. kép).

Az előzőek miatt a legkedvezőbb, ha a nagyméretű acélszerkezetet egy arra alkalmas méretű horganyzókádban, egy lépésben (forgatás nélkül) vonják be. Erre hazánkban is van lehetőség, ilyen berendezés rendelkezésre áll a NAGÉV Cink Kft.-nél (15×3×1,8 m legnagyobb termékmérettel). Mivel a képződő védőbevonat vastagsága összefüggésben van a fémolvadékban tartózkodás időtartamával, ezért a legtöbb esetben ezt az ún. expozíciós időt a lehető legrövidebbre kell szabni. A hosszú és/ vagy magas munkadarabok értelemszerűen hosszabb időt töltenek el a horganyzókádban, mert hosszabb időt vesz igénybe a bemerítésük, kezelésük és kiemelésük, így rajtuk vastagabb lesz a kialakult fémréteg. Ebben a folyamatban meghatározó az ötvözetrétegek növekedése. Kedvezőtlen vagy magas szilíciumtartalmú acélminőségek esetében a rétegképződés egy lineáris egyenes szerint alakul, míg optimális acéltípusoknál parabolafüggvénnyel lehet leírni a rétegvastagság időbeni növekedését (1. ábra).

A legtöbbször egyáltalán nem indokolt a túlzottan vastag (80-150 μm feletti) védőbevonatok elérése, mert egyrészt a korróziós hatások sem követelik meg, másrészt drágább lesz a védelem, ezért minél jobban csökkenteni kell a bemerítési időt. Ezt a tervezés során alkalmazott megfelelő módszerekkel lehet elősegíteni, melyről a későbbiekben még szólunk. A nagyméretű acélszerkezetetek bevonásakor a legkedvezőbb, ha azt egy lépésben, azaz egyszeri horganyzással lehet elvégezni. Ugyanis a horganyolvadék kb. 450 °C-os hőmérsékletét át kell vennie a szerkezet teljes anyagának, mely egyfajta hőkezelést is jelent. A darabban levő belső, gyártási feszültségek részben leépülnek, és ez kisebb-nagyobb alakváltozással is járhat, amennyiben nem megfelelő a munkadarab konstrukciója. Kétszeri (forgatásos) kezelés esetében nagyobb a vetemedés kockázata.

Az acélszerkezetek anyagának kiválasztása és szerkezeti kialakításuk
Mint láthatjuk, a jó minőségben tűzihorganyzott kivitelű acélszerkezet előállítása nem bonyolult munkafolyamat, viszont a bevonás előtti tevékenységek jelentősége, így a tervezésé is óriási. Az acélszerkezetek tervezése során a tervezőknek többféle szempontot kell egyszerre figyelembe venni. Ezek a szilárdsági, funkcionális, gazdaságossági, korrózióvédelmi és környezeti követelmények. Egy festett acélszerkezet esetében is – amennyiben a lehető legjobb minőségű védelmet szeretnének elérni – megvannak a korrózióvédelmi követelmények még a konstrukcióra is. Tűzihorganyzásra kerülő szerkezeteknél éppen így léteznek követelmények, melyek egyszerűek, közérthetők és könnyen teljesíthetők.

Az acél alapanyag minősége
Cikkünk 1. ábrájára visszatekintve annak mondanivalója, hogy a legtöbb esetben korlátozni kell az acélban levő szilícium és foszfor mennyiségét annak érdekében, hogy a korróziós követelményeknek még megfelelő, de kellően gazdaságos horganyréteget kapjunk. Ezt az acélszerkezet alapanyagául választott acélminőségeknél az érvényes EN 10025-2,-3,-4 szabvány alapján könnyen megtehetjük, melyhez nevezett előírás segítséget is nyújt számunkra (1. táblázat).

Ezek a szabványok tartalmazzák a melegen hengerelt acéltermékeknél, az ötvözetlen szerkezeti acéloktól kezdve a normalizált és a legkorszerűbb, termomechanikusan hengerelt acélokig a legfontosabb acélminőségeket. Az ilyen acélminőségeket elő kell írni a tervezéskor, és az acél alapanyagának megrendelésénél kell érvényesíteni. Ezzel el lehet érni azt, hogy ne legyen 2-3-szor vastagabb a horganyréteg a szükségesnél. A fentiek lényegében igazak a hidegen hengerelt termékekre is azzal a különbséggel, hogy az 1. osztály esetében az előírások a következők: Si≤0,03% és Si+2,5P≤0,04% (EN ISO 14713-2: 2009. 1. táblázat).
A helyes anyagválasztással a tűzihorganyzás díjából akár 3-6%-ot meg lehet takarítani. Szelvénykeresztmetszetek, befoglaló méretek, darabonkénti tömeg, technológiai nyílások A tűzihorganyzásra vonatkozó konstrukciós előírásokat tervezési irányelvek tartalmazzák (MSZ EN ISO 14713:2010). Az iparág kialakította a részletes előírásokat, a NAGÉV tűzihorganyzó vállalatok ajánlott tervezési szempontjai elérhetőek a vállalatcsoport honlapján (www.nagev.hu), cikkünkben nagyon röviden foglaljuk csak össze a legfontosabb követelményeket. A bevonás során fellépő hőigénybevétel és az acélszerkezet gyártási feszültségei miatt az egyes tartóelemek keresztmetszete legalább a két egymásra merőleges tengelyére szimmetrikus legyen (4. kép), illetve a hegesztési feszültségek eloszlása a keresztmetszet súlypontjára tekintettel minél egyenletesebb, ugyancsak szimmetrikus eloszlást mutasson.

Mint fentebb már érintettük, a nagyméretű acélelemek esetében is arra kell törekedni, hogy a termék egy darabban és egy lépésben legyen tűzihorganyozható, ezért ennek megfelelő, nagyméretű bevonókáddal rendelkező vállalatot kell keresni. A különösen nagy térfogatú munkadarabok bevonása nagy szakértelmet és kidolgozott technológiát igényel, ugyanakkor szoros együttműködést követel meg a megrendelő és a bevonást végző vállalat között. A legnagyobb befoglaló méret a tűzihorganyzó kád hosszánál és mélységénél 0,5-0,5 m-rel, szélességénél általában 0,2-0,3 m-rel legyen kisebb. Tömege pedig nem haladhatja meg az anyagmozgatást végző daruk engedélyezett teherbírását. Ez utóbbi a NAGÉV Cink Kft. esetében legfeljebb 8,5 tonna/db lehet (5. kép).

A tűzihorganyzás olyan felületvédelmi technológia – ellentétben a festéssel –, melynél az acélszerkezeteknek nemcsak a külső, hanem belső felületeit is azonos minőségű bevonat védi a korrózióval szemben. Ez abból következik, hogy a technológiai kezelés (felületelőkészítés és tűzihorganyzás) folyadékokban történik, a munkadaraboknak tökéletesen el kell merülni, légzsákok nem képződhetnek, kiemeléskor ki kell hogy folyjék valamennyi folyadék, folyadékzsebek nem alakulhatnak ki rajtuk. Ezért, továbbá felfüggeszthetőségük és a robbanások elkerülése érdekében, megfelelő helyre elhelyezett, szükséges méretű és mennyiségű technológiai nyílásokkal kell őket ellátni (6. kép).

Különösen igaz ez a zárt terekkel rendelkező darabokra, a zártszelvényes konstrukciókra. A fent röviden felsorolt követelmények betartása esetén a tűzihorganyzó üzemben megfelelő technológiát választanak, és kialakítják a jó minőségű horganyréteget, mely meg kell hogy feleljen a szerződésben foglalt előírásoknak, legtöbbször az MSZ EN ISO 1461:2009 szabvány követelményeinek. Nagyméretű termékek tűzihorganyzása a járműiparnak és a kötöttpályás közlekedéshez A közlekedési szektor már hosszú évtizedek óta használ tűzihorganyzott kivitelű acélszerkezeteket. A felhasználás 6-7 évtizede a közúti közlekedésnél, a védelmi célú (pl. útkorlátok) acélszerkezetekkel, majd az információt szolgáló táblatartókkal kezdődött, majd 25-30 éve már a gépjárművek szerkezeti elemeinél, ma már a kamionok, teherautók alvázainál (7. és 8. kép), de az autók karosszériaelemeinél is jellemző.

Felmerül bennünk a kérdés, esetleg az új fejlesztésű vasúti kocsiknál – hasonlóan a nagy teherbírású tehergépkocsi-alvázakhoz – nem lehetne-e alkalmazni a tűzihorganyzást? A nagy szelvényméretek és hosszak tűzihorganyzással történő védelmének feltételei már adottak. A kötöttpályás közlekedés Európában már a múlt század ’40-es évei óta használja a technológiát, sajnos hazánkban egészen az elmúlt évekig alig találunk példát a vasúti alkalmazásra. Jogosnak tűnik a kérdés, hogy „Ha az autópályáknál hosszú évtizedek óta megfelelnek a korróziós igénybevételeknek a tűzihorganyzott acélszerkezetek, akkor éppen úgy alkalmasak-e a vasútvonalak mellett?”. A kérdés természetesen költőinek is tekinthető. A helyes válaszhoz cégünk igyekszik megadni a lehető legnagyobb szakmai és technikai segítséget. Ezt bizonyítja, hogy az elmúlt hónapokban több száz tonna acélszerkezetet tűzihorganyzott egy magyarországi vasútvonal (Porpác–Mosonszolnok) fejlesztési projekthez.

A GYSEV megrendelésére készült vasúti felsővezeték-tartó acélszerkezetek, villamos alállomások (9., 10. és 11. kép) számára sok évtizedre biztosítja majd az acélalapanyagok korróziómentességét úgy, hogy közben ezzel kapcsolatosan nem merülnek fel fenntartási költségek.

Rövid összefoglalásként elmondható, hogy az elmúlt években végrehajtott technológiafejlesztések eredményeképpen mára nagyméretű fémbevonó- kapacitások állnak rendelkezésre hazánkban. Ebben kiemelkedő helye van a NAGÉV Cink Kft.-nek, ahol hazánk legnagyobb belső tér fogatú horganyzókádja működik. A nagyméretű bevonó berendezések lehetővé teszik, hogy a jelentős tömegű és a szokatlanul nagy terjedelmű acélszerkezeteket egy lépésben tűzihorganyozzuk. A kötöttpályás közlekedés területén nagyon sok fejlesztési lehetőség áll előttünk.
Ezek a vasúti felsővezeték-tartó acélszerkezetek mellett a térvilágítók, utcabútorok, kerítések, javítópódiumok, lépcsők vagy akár a kerítések és kapuk, esetleg a jövőben a vasúti kocsik tartószerkezetei és részegységei is szóba kerülhetnek.
Cikkünkben igyekeztünk felhívni a figyelmet arra is, hogy lehetőség szerint a legteljesebb mértékben ki kell használni a technológia nyújtotta korrózióvédelmi és gazdasági előnyöket.