ФОРМУЛА АЛЮЦИНКА

Когда в 1959 году американская сталелитейная корпорация «Бетлхем Стил» рассматривала предложения по направлению научных исследований на следующий год, никто еще не знал, что в результате человечество получит принципиально новое, защитное покрытие стали.

ТЕХНОЛОГИЯ УСПЕХА

Опыт показывает, что от изобретения до запуска в производство проходят долгие годы, не говоря уже о времени, необходимом для продвижения нового продукта. В этом смысле относительно молодому «ноу-хау» — алюцинку повезло, его рождение было запланировано крупной сталелитейной корпорацией. А во всем мире его сразу же признали благодаря действительно уникальным свойствам. В строительной отрасли им облицовывают здания, кроют крыши, потому что алюцинк не только противостоит коррозии в два раза дольше оцинкованной стали, но и обладает ценным свойством самостоятельно защищать механически поврежденную поверхность. Как кровельный материал он хорошо отражает солнечную энергию, оптимально подходит для покраски, рекомендуется к применению в широком диапазоне температур, имеет привлекательную гладкую поверхность серебристого цвета. История его изобретения относится ко второй половине прошлого века, когда в экономически благополучных США все способствовало быстрому продвижению нового продукта. Однако одно изобретение чаще всего влечет за собой дальнейшие разработки в области производственных технологий и совершенствовании свойств продукта. Так, промышленное производство нового материала началось в семидесятых годах, в 1988 году появился алюцинк-плюс, а в начале девяностых - алюцинк SPT и, возможно, его история еще получит продолжение.

ДАЛЬНОВИДНАЯ СТРАТЕГИЯ

Когда в 1959 году американская сталелитейная корпорация «Бетлхем Стил» рассматривала предложения по направлению научных исследований на следующий год, никто еще не знал, что в результате человечество получит принципиально новое, защитное покрытие стали. До этого исторического момента исследования сталелитейных компаний сводились к совершенствованию технологий и качества оцинковки, увеличению производительности. Однако научные труды по изучению атмосферной коррозии металлов и последние исследования в области сплавов цинка и алюминия позволили предположить корпорации «Бетлхем Стил», что возможен другой способ защиты стальной поверхности. И уже в 1964 году с экспериментально -производственной линии лаборатории «Хомер Рисеч» сошли первые образцы, покрытые алюминиево—цинковыми составами. В дальнейшем эти образцы были подвергнуты всевозможным испытаниям, которые помогли выявить рецептуру уникального покрытия, известного сегодня во всем мире.

ИСТОРИЧЕСКИЕ ОБРАЗЦЫ

Для исследования антикоррозийной устойчивости образцов в лабораторных условиях была создана искусственная агрессивная среда. Одновременно все образцы были помещены в естественные условия таким образом, чтобы охватить разные климатические зоны: в Северной Каролине в районе Кюр Бич с типичным морским климатом, в Пенсильвании в сильно загрязненном промышленном районе и в сельской местности. Впоследствии это решение, позволившее делать выводы не только на основе лабораторных испытаний, оказалось весьма значимым. Время шло. Исходя из результатов лабораторных испытаний, был выбран оптимальный состав, содержащий 35% алюминия. Но для полной уверенности исследователи отправились на побережье Атлантического океана, чтобы осмотреть образцы с экспериментальной линии, которые находились в местечке Кюр Бич уже в течение двух лет. Поездка заставила их изменить решение. На образцах с покрытием, содержащим 35 и 45% алюминия, появились дефекты, и только образец с 55— процентным содержанием остался относительно неповрежденным. На основании столь противоречивых данных было трудно принять окончательное решение. Исследователям пришлось подождать еще несколько лет, пока атмосферные явления Атлантики не помогли выявить лучший состав, И вот в феврале 1969 года, через пять лет, в течение которых образцы подвергались воздействию окружающей среды, результаты не оставили ни малейших сомнений: наилучшим по всем показателям был состав, включавший 55% алюминия, 43,5% цинка и 1,5% кремния. Это покрытие, обладающее в 2—4 раза лучшими эксплуатационными качествами, чем обычная оцинкованная сталь, сочетало в себе достоинства алюминия и цинка, обеспечивая антикоррозийную стойкость и катодную защиту обрезного края - наиболее желательное сочетание для сталепроизводителей.

СЛАГАЕМЫЕ ОДНОГО ИЗОБРЕТЕНИЯ

Как правило, новый продукт является результатом нескольких изобретений, и алюцинк не был исключением. Пока образцы испытывались самой природой, сотрудники исследовательской лаборатории не теряли времени даром. Чтобы обеспечить интерес потребителя, требовалось выпустить продукцию на настоящей производственной линии. Для промышленных испытаний тогда был выбран сплав, содержащий 35% алюминия, который демонстрировал хорошие результаты тестирования в лаборатории. Но его запуск в производство потерпел полный провал. Для регулирования толщины покрытия, полученного при гальванизации, в производстве всегда использовались полупогруженные валки, однако новое покрытие не прилипало к поверхности и засоряло очищающие валки, угрожая поломкой всей линии. К счастью, на тот момент в арсенале исследователей имелось пока не опробованное технологическое изобретение компании «Веиртон стил», регулирующее толщину покрытия посредством пневматических ножей. К всеобщему облегчению оно решило неожиданную проблему, и успех проекта был обеспечен.

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ МЕТАЛЛОВ

Что же случилось с образцами, покрытие которых содержало 45 и 70% алюминия? Перед тем как выпустить продукцию на рынок, следовало все же разобраться с загадочным появлением поверхностных дефектов на образцах с атлантического побережья. Исследователи лаборатории «Хомер Рисеч» обнаружили, что покрытие с 70-процентным содержанием алюминия также обладало отличными рабочими показателями. Однако для производства этого состава требовались значительно более высокие температуры, при которых быстро изнашивалось оборудование. Вследствие этого себестоимость покрытия неизбежно оказалась бы слишком высока, и от него пришлось отказаться. Состав с 45-процентным содержанием алюминия был «вычеркнут из списка кандидатов» из —за появления поверхностных дефектов. Только после долгих металлургических исследований изобретателям удалось точно определить их происхождение. OНО было связано с микроскопическим нарушениями в распределении алюминия и цинка внутри покрытия. В твердом состоянии эти два металла не столь растворимы друг в друге, как в расплавленном. В процессе затвердевания они отделяются друг от друга, в результате чего образуются участки, содержащие основном только цинк или только алюминий. В случаях, когда распределение металлов оказывается особенно неравномерным, на поверхности появляются дефекты. Однако если распределение равномерно, то покрытие остается идеальным и имеет непревзойденные эксплуатационные характеристики. Проведя новые испытания на экспериментальной производственной линии, где выпускались листы с покрытием, содержащим 55% алюминия, изобретателю Анже Борзилло удалось найти способ контролировать процесс. Для этого требовалось после извлечения листа из ванны точно регулировать скорость отвердевания покрытия, то есть было необходимо обеспечить строго определенную скорость охлаждения. При производстве оцинкованной стали скорость охлаждения лишь в небольшой степени определяла физические свойства материала, но для нового покрытия от этого процесса зависели важнейшие качества продукции. Технологии, связанные с охлаждением и со скоростью охлаждения, защищались дополнительными патентами. Кроме того, стало совершенно ясно, какую важную роль играет интерметаллический слой. Если этот слой отсутствует, нет никакой гарантии, что покрытие на поверхности стали будет держаться. С другой стороны, если он будет слишком толстым, покрытие станет хрупким.

ОТ ИЗОБРЕТЕНИЯ ДО ПРИЗНАНИЯ

После того как результаты испытаний убедили руководство «Бетлхем Стил» в достоинствах нового покрытия, настало время заявить о нем потребителям. Отделом маркетинга было предложено фирменное наименование гальвалюм (образованное от слов «гальванизированный» и «алюминий»); это запоминающееся название хорошо звучало на всех языках мира. С того самого дня гальвалюм уже не считался достоянием лишь исследовательской лаборатории — ответственность за его судьбу взяла на себя компания в целом. Решение имело огромную важность, так как значило, что «Бетлхем Стил» серьезно поставила перед собой задачу - разработать новый продукт и обеспечить ему коммерческий успех. Коммерческая стратегия «Бетлхем Стил» строилась с учетом рыночной цены на сталь с алюминиевым покрытием «Алюминайзд Тайп 2», выпускаемой компанией «Армко», а также с учетом гарантийного срока в 20 лет, установленного на эту продукцию. Исходя из того, что на тот момент образцы в течение 6 лет находились в отличном состоянии в разных климатических условиях, компания «Бетлхем Стил» решила установить для гальвалюма такой же гарантийный срок. (В действительности гарантийный срок составлял 20 лет и 6 месяцев, так как сюда включался и срок хранения на месте перед собственно применением). Отпускная цена была установлена средняя между ценой на оцинкованную сталь и сталь с алюминиевым покрытием компании «Армко», стоившую дороже обычной. В 1967-1968 годах корпорацией «Бетлхем Стил» были получены патенты на изобретение в США. Затем последовало оформление второй серии патентов, действовавших в 12 странах. Начиная с этого момента «Бетлхем Стил» планировала найти международный рынок сбыта для своей новой технологии. Первым производителем стали, подписавшим лицензионное соглашение с «Бетлхем Стил», была австралийская компания «Джон Лайсагт JLA», позже переименованная в «Броккен Хилл Пропрайетори», сокращенно ВНР. Между ВНР и «Бетлхем Стил» всегда поддерживались отличные отношения. Таким образом, австралийцы достаточно рано узнали об успехах в области разработки гальвалюма. Как только продукция была выпущена на рынок в США, они проявляли большой интерес и предлагали продать им «ноу-хау». В октябре 1974 года сделка состоялась. Компания ВНР переименовала продукт в цинкалюм, и в апреле 1976 года началось его производство. При этом компания ВНР не собиралась ограничиваться только производством и продажей цинкалюма. Австралийцы приложили огромные усилия, как в сфере экспериментально -конструкторских разработок, так и собственно на производстве, чтобы усовершенствовать цинкалюм и превратить его в привлекательный для клиента товар. Одной из наиболее прекрасных построек с применением цинкалюма является реконструированный в 1988 году порт Сиднея в гавани Дарлинга, расположенный по соседству с сиднейским Оперным театром. Хорошо известна и другая конструкция из цинкалюма, находящаяся в Калифорнии. Это символ американского кино -знаменитые буквы «Голливуд», установленные на холмах недалеко от Лос-Анджелеса. Так самая переменчивая индустрия всех времен - «фабрика грез» - получила изображение своего логотипа из самого долговечного материала. В дальнейшем число выдаваемых лицензий начало стремительно расти. Из—за правовых ограничений их владельцы, в том числе компания «Гальваланж» из Люксембурга, не могли использовать название гальвалюм для своей продукции, Поэтому им пришлось придумывать другие названия. В период с 1974 по 2001 год была выдана 41 лицензия, в том числе двум российским компаниям, «Северстали» и «Магнитогорску».

АЛЮЦИНК-ПЛЮС

Проходили годы, объем производства алюцинка рос, увеличивался круг клиентов. Большинство потребителей материал полностью устраивал. Некоторые все же критиковали покрытие за малую пластичность. Этот недостаток проявлялся в виде мелких трещин на сгибах стального листа. В результате проведенного металлографического анализа причина возникновения трещин стала понятной: наиболее глубокие возникали из—за неправильности интерметаллического слоя, а остальные были вызваны острыми гранями кремниевых кристаллов. Исследования в области металлургии показали, что предотвратить образование трещин может сочетание добавок стронция и ванадия. Ванадий осаждается на интерметаллическом слое в виде тонкой пленки и делает кристаллы внутри слоя более мелкими и единообразными, в результате чего возникает меньше трещин. Что касается стронция, то он растворяется в кремнии, придавая его остроугольным кристаллам более округлую форму, снижая тем самым вероятность образования трещин, Добавление этих элементов благоприятно отразилось на пластичности покрытия. Так появился алюцинк - плюс.

АЛЮЦИНК SPT

В начале 1990-х годов произошло еще одно важное усовершенствование. Было замечено, что масла, смазочные материалы и прикосновения грязных перчаток оставляют на поверхности алюцинка трудносмываемые следы. Как оказалось, отпечатки возникали из-за присутствия в составе покрытия алюминия, и единственным решением проблемы стала защита покрытия тонкой органической пленкой. Первыми начали использовать пленку для улучшения внешнего вида и коррозионной стойкости листовой стали с покрытием японские фирмы, еще в середине 80—х годов опробовавшие новую технологию при производстве бытовой техники, Однако японские компании использовали органическую пленку только для покрытий, наносимых методом электролитического цинкования в расплаве или для никель-цинковых покрытий. Возможность применения этой технологии на алюцинке была не совсем очевидна. На тот момент существовала и финансовая проблема — нехваткабюджетных средств, выделяемых на опытно—конструкторскую работу в компании «Гальваланж». Однако исследовательскому отделу удалось привлечь интерес к проблеме еще нескольких европейских производителей, и общими усилиями пленочное покрытие было разработано. Пленка является «специальным защитным покрытием» (Special Protective Treatment), и соответствующая аббревиатура вошла в название алюцинка, прошедшего такую обработку, - алюцинк SPT, Алюцинк, защищенный прозрачной пленкой, сегодня по всем позициям занимает лидирующее положение: материал более приятен как внешне, так и на ощупь, грязные следы с его поверхности легко удаляются, а коррозионная стойкость увеличилась. Один за другим остальные производители гальвалюма также начали применять эту технологию, а в течение 1990-х годов передовой метод стали использовать в производстве обычных оцинкованных покрытий. В начале двадцать первого века металлические покрытия и тонкие органические пленки уже невозможно представить друг без друга, - это сочетание представляет собой качественно новую технологию обработки поверхностей.