Простые вопросы о сложном продукте

На НЛМК в Липецке испытали процесс окрашивания полимерами стальной полосы с цинк-алюмо-магниевым покрытием. О том, что это за продукт и зачем нужен был этот эксперимент нам рассказал Александр Рашковский, руководитель направления дирекции по исследованиям и разработкам НЛМК.

— Александр, расскажите предысторию проекта цинк-алюмо-магниевого покрытия. С чего все началось, на какой площадке и где продолжилось?

— История началась еще в 2017 году, когда в пул стратегических проектов попал проект по развитию оцинкованного проката в направлении антикоррозионных свойств. Выбор пал на композицию цинка с алюминием и магнием. Дело в том, что по этой композиции ведущие мировые производители имеют аналоги, которые позволили повысить стойкость проката к коррозии — особенно в агрессивных средах — в 2, 3 и более раз.

— Мы сейчас говорим о тех покрытиях, которыми покрывают стальную полосу?

— Именно стальную полосу. Собственно, тогда команда R&D НЛМК только формировалась и одним из проектов был цинк-алюминий-магниевое покрытие.

— Было где подсмотреть? Или это полностью ваша собственная разработка?

— Мы ориентировались на продукцию конкурентов и это было интересно с той точки зрения, что нам было необходимо не нарушить их интеллектуальные права. И здесь, конечно, очень серьезную работу провела команда анализа конкурентной среды. Были проанализированы все патенты в этой области, товарные знаки. И мы обнаружили, что есть свободный от защиты интеллектуальных прав состав с определённым содержанием алюминия и магния. Мы смогли его сначала смоделировать, а потом нанести уже физически на стальную полосу на линии цинкования на нашем предприятии в Страсбурге.

— Можно дилетантский вопрос? Если так много видов готового проката с аналогичным покрытием, не проще ли было покупать один из них и не тратить ресурсы на поиск своего?

— Дело в том, что можно было взять готовый прокат с аналогичным покрытием, но, во-первых, мы не будем уверены в его качестве и мы не будем знать насколько стабильны будут его свойства, и можно ли будет его окрашивать без дополнительных затрат. Во-вторых, стоимость такого проката на рынке выше, чем стоимость традиционной оцинковки. И в-третьих — прокат с таким покрытием не производят в России.

Кроме того, у нас существуют собственные мощности по цинкованию. Здесь, в Липецке уже есть 4 агрегата и будет еще пятый, в том числе рассчитанный под цинк-алюминий-магниевое покрытие. И плюс есть агрегаты в Страсбурге и Шароне (США) . Поэтому, раз у нас у самих есть мощности, на которых мы способны производить такую продукцию, зачем же покупать?

— Относительно пятого агрегата цинкования, который сейчас строят на НЛМК, можно сказать, что мы видим случай, когда производственная линия приобретается под новую технологию?

— Не совсем так. Здесь речь, скорее, идет о продукте, о создании клиентской ценности. Мы понимаем, что в горизонте 3 — 5 лет у нашего заказчика будут расти требования. Как это всегда происходило в последние годы. Мы ожидаем, что наш заказчик захочет получать стальную продукцию, но с улучшенными свойствами. И поэтому мы должны быть готовы. При этом мы понимаем, что ни агрегат, ни технология, ни продукт не появляются в один день. Это длительный процесс и поэтому мы уже на протяжении трех лет занимаемся данной разработкой, чтобы быть готовыми к изменяющимся требованиям рынка. Поэтому пятая линия цинкования — это случай, когда новое оборудование приобретается под новый продукт.

— Расскажите о самом покрытии, в чем его изюминка и преимущества, чем оно отличается от аналогичных?

— Основным преимуществом является формирование особых структур внутри самого покрытия в процессе изготовления. Если мы говорим об обычном цинковом покрытии, то там есть небольшая добавка алюминия. Его функция в целом — обеспечить адгезию между цинком и стальной полосой. В случае цинк-алюминий магниевого покрытия в структуре слоя металлического покрытия формируется так называемые эвтектические соединения. Это сложные соединения из двух, трех и более компонентов, которые помимо того, что повышают коррозионную стойкость за счет удлинения пути проникновения кислорода и влаги к поверхности стали, так еще и обладают повышенными механическими свойствами. То есть, поверхность проката становится более износостойкой, что придет дополнительную ценность нашему продукту.

Но наибольший интерес представляет не столько само цинк-алюминий-магниевое покрытие, сколько интересно именно сочетание его с нанесенными полимерными покрытиями — окрашенный продукт. То есть, стальная полоса с нанесенным на поверхность ЦАМ-слоя полимерным покрытием.

В достижении эксплуатационных свойств такого продукта цель у команды амбициозная — полученное покрытие на поверхности проката должно сохраняться целым после изгиба стали на 180 градусов. Это необходимо изготовителям профилей и ограждающих конструкций, чтобы можно было реализовывать любые инженерные задумки без ограничений по качеству металла при формовке.

То есть полимер ни в коем случае не должен треснуть или отслоиться, как при производстве метллопрофиля или сендвич-панели, так и при их эксплуатации в условиях сельской, городской, а также более агрессивных сред в течение более чем 30 лет. Для конечного пользователя нашего проката важно, что при резании, изгибании и монтаже конструкции, например, фальцевой кровли или металлочерепицы, окрашенный прокат с ЦАМ-покрытием не повредится и прослужит заявленный нами, как производителем, срок.

— С точки зрения обывателя, что же тут трудного — взял, да покрасил. Есть в этом процессе сложности, которые вам приходилось преодолевать?

— Безусловно, тонкости и особенности есть, и процесс окрашивания даже простого оцинкованного проката складывается из множества этапов. Это обезжиривание полосы, это пассивация — подготовка адгезионного слоя, потом нанесение грунтовочного слоя и финишного покрытия, которое мы с вами и наблюдаем, когда видим крышу дома или ограждающую конструкцию.

Однако, когда мы говорим о новом типе металлического покрытия, то для ученого это счастье, потому что меняются многие характеристики материала и к нему требуется новый подход. Его нужно особым образом обезжиривать, затем удалять защитный слой окиси и гидроокиси магния, то есть подготавливать поверхность, активировать ее перед нанесением полимерного покрытия. Затем, поскольку мы движемся в сторону экологичности производства, а это одна из стратегических целей компании, мы сразу ориентировались на отказ от использования хроматов в пассивационном слое.

Сейчас европейские и американские стандарты диктуют отказ от использования хрома в производстве. Потому что это вредное вещество, тяжелый металл, который оказывает негативное влияние на здоровье человека. Поэтому мы сразу решили идти в бесхроматный пассивирующий слой. Это второй этап. На третьем этапе — грунт, причем в зависимости от того какой пассивационный слой мы наносим меняются и свойства грунтового слоя.

Ну а в выборе финишной эмали мы стараемся ориентироваться на запросы нашего потребителя. И стремимся сохранить декоративные функции на том же уровне, что мы имеем сейчас. То есть, для конечного пользователя разница во внешнем виде будет минимальна.

— Позвольте небольшое уточнение. Когда вы говорили об отказе от компонентов с хромом, речь шла о безопасности сотрудников производства или конечного пользователя?

— Это больше относится к безопасности работников, которые вынуждены были бы соприкасаться с этими химическими реактивами. Отказ от хроматов именно к безопасности производства относится. Конечно, мы не забываем и про требования REACH (Европейская ассоциация регулирования безопасности химических веществ) к безопасности самого продукта.

— Хорошо, получается, что стальная полоса с ЦАМ-покрытием — это новый российский продукт для потребителя?

— В каком-то смысле — да.

— Насколько это заявление отличается от ставших уже привычными громких маркетинговых заявлений из области, допустим, мобильных средств связи. Знаете, когда смартфон преподносится, как абсолютная новинка только из-за того, что в нем теперь камера 64 мегапикселя вместо прежних 48 мегапикселей. А по факту для потребителя разница не так уж и значительна. Насколько в реальности ваш продукт — это новая ступень, насколько значительны в нем новые преимущества?

— Наш новый продукт, в отличие от традиционного цинкового покрытия при меньшей толщине покрытия обладает большей коррозионной стойкостью в 2 и даже в 3 раза по сравнению с цинком. Это значительный шаг?

— Думаю, что да.

— Далее, в горизонте 15 — 30 лет прокат с ЦАМ позволит потребителю меньше задумываться над тем, течет ли у него крыша над головой. Фактически, устанавливая из нашего продукта крышу или забор, потребитель просто забудет о том, что через 10 — 15 лет этот забор или крышу придется менять. Теперь и его детям еще хватит времени, чтобы попользоваться продуктом, сделанным из нашей стали.

— Можно ли говорить о том, что сталь с ЦАМ-покрытием расширит и климатические зоны использования нашей стали? Шагнем ли мы ближе к морю, к его достаточно агрессивному дыханию?

— Да, за счет того, что для слабоагрессивных сред, таких как городская или сельская в средней полосе, мы продлеваем срок службы вплоть до 30 и даже до 50 лет в зависимости от типа полимерного покрытия, это позволяет нам говорить, что в более агрессивных средах, например, в приморском или субтропическом климате наш прокат будет служить 15 или 20 лет. И это не голословно. Мы проводим сейчас натурные испытания во Франции. В течении почти полутора лет они подтверждают наши предположения о том, что прокат будет действительно выдерживать воздействие агрессивных сред, включая прибрежные с соленым морем районы.

— Как проходят такие натурные испытания? Всегда было интересно, на что опирается производитель, заявляя гарантию в 30 лет? Ведь не может же он испытывать продукт в течении 30 лет перед выводом на рынок?

— Конечно, мы не можем ждать 30 или 50 лет, чтобы сделать такие испытания. Однако, существуют так называемые аккредитованные места, где инструментально зафиксированы и известны скорости коррозии определенных веществ. Например, железа, или цинка, или алюминия. В этих местах действительно в течении десятков лет накапливалась статистика, какая скорость коррозии у данных элементов. Соответственно, если мы знаем скорость коррозии цинка в конкретном месте в течении двух или десяти лет, то, поставив нашу панель, и выдержав ее в течении двух лет, и измерив скорость коррозии, мы можем предсказать, что будет в течении 50 лет. При этом обычно выбирается не одна точка, а 3 — 4 с различной агрессивностью и с различным содержанием веществ в атмосфере. Например, это может быть углекислый газ, или ионы серы, что для цинка является губительным фактором.

Вот таким образом строится коррозионная карта поведения нашего продукта. Сейчас мы разместили прокат с ЦАМ-покрытием, но без полимерной окраски в 4-х коррозионных станциях Российской Федерации для того, чтобы к моменту готовности полномасштабного производства получить все необходимые аргументы и доказательства, для наших клиентов, что заявляемая нами долговечность действительно имеет место быть.

— В чем вы хотите убедиться в ходе эксперимента, который проводите в Липецке?

Мы знаем, что на площадке в Липецке строится пятый агрегат непрерывного цинкования, где мы сможем делать цинк-алюминий-магний. Так вот, когда этот агрегат запустится, нам нужно будет необходимо тут же начать производство окрашенного проката. И вот чтобы убедиться в том, что Липецк также готов производить окрашенный прокат завтра мы будем производить пробное окрашивание металла из Страсбурга. Для этого мы привезли из Франции два рулона по 20 тонн и пройдем всю технологическую цепочку, на которую уже есть патент, и получим первый российский окрашенный прокат с ЦАМ-ом. Для того, чтобы убедиться, что агрегаты полимерных покрытий в Липецке способны перекрывать те объемы, которые будет выдавать АНГЦ-5.

На первом этапе мы отработаем обезжиривающий состав. То есть мы убедимся, что у нас достаточно хорошо очищается и активируется полоса перед нанесением пассивирующего слоя. Здесь мы применим специальные поверхностно-активные вещества. Они позволят полностью удалить все следы случайных загрязнений и промасливаний, а также защитный слой оксида магния с поверхности покрытия цинк-алюминий-магния. Дальше мы перейдем к нанесению безхроматного пассивирующего состава, это кстати, можно будет распространить и на рядовой цинковый продукт.

После того, как мы убедимся, что пассивирующий слой нанесен верно и он с нужными концентрацией и толщиной находится на полосе, мы приступим к опробованию трех-четырех видов грунтовочного слоя. И нанесем финишную эмаль белого цвета, чтобы получить финальный прокат ничем не отличающийся по внешнему виду от существующей оцинковки.

То есть, таким образом перекроем большое количество гипотез, которые мы выдвинули в ходе нашей разработки и получим сравнение. Мы сможем адекватно сравнивать оцинкованный прокат и прокат с цинк-алюминий-магниевым покрытием.

При этом мы собираемся сделать соревнование. Для сравнения мы возьмем толщину цинкового покрытия в 2 раза толще и, по нашим расчетам, мы должны получить при меньшей толщине большую коррозионную стойкость на покрытии цинк-алюминий-магний.

В рамках проекта по выпуску рулонного металла с цинк-алюмо-магниевым покрытия в Страсбурге, и в Липецке сейчас реализуются 2 инвестпроекта. В Страсбурге по изменению конструкции агрегата, чтобы можно было менять ванны, а второй — это АНГЦ-5 с двумя сменными ваннами, чтобы в течение нескольких часов перестраиваться между цинком и цинк-алюминий-магнием. И таким образом мы сможем производить прокат с ЦАМ в промышленных объемах.