KONSTRUKCE Media, s. r. o.Com4In Group
ISSN 1803-8433
English - Google Translate Česky - Překladač Google French - Google Translate Italian - Google Translate German - Google Translate Polish - Google Translate Spanish - Google Translate Swedish - Google Translate   |   Přihlásit se   
Nacházíte se:  Úvod    Povrchová ochrana    Výsledky výzkumu korozního chování žárově zinkovaných trubek v rozvodech teplé vody

Výsledky výzkumu korozního chování žárově zinkovaných trubek v rozvodech teplé vody

Publikováno: 3.8.2011
Rubrika: Povrchová ochrana

Korozní poškození žárově zinkovaných trubek v rozvodech teplé vody má mnoho příčin. Tento příspěvek uvádí vliv mikrostruktury žárového zinkového povlaku na jeho korozní odolnost ve vodě. Byly provedeny laboratorní i modelové zkoušky zinkových povlaků s různou mikrostrukturou. Dalším významným negativním faktorem vzniku korozního napadení je přítomnost iontů mědi ve vodě. Vliv mědi byl zjištěn při hodnocení reálných rozvodů a ověřen laboratorními zkouškami.

ÚVOD
Korozní poškození žárově zinkovaných trubek v rozvodech teplé vody vzniká z mnoha příčin, které jsou dobře známy:

  • teplota vody (změna polarity zinkového povlaku vůči oceli při teplotách nad 65 °C),
  • nevhodné složení vody (měkká voda, nízký obsah vápníku atd.),
  • koroze pod úsadami,
  • mikrobiální koroze,
  • přítomnost měděných iontů, atd.

Vliv některých z těchto faktorů na korozi žárově zinkovaných trubek byl uveden v předcházejících příspěvcích [1, 2]. Výzkum a hodnocení korozního poškození žárově zinkovaných trubek probíhá v letech 2007 – 2011 na vzorcích z reálných objektů. Rozhodujícím mechanismem korozního poškození byla důlková koroze vedoucí k prokorodování trubek po 2 – 5 letech provozu. Tento příspěvek uvádí vliv mikrostruktury žárového zinkového povlaku na jeho korozní odolnost ve vodě a vliv přítomnosti mědi na korozi zinkového povlaku. V rámci projektu VaV MPO - FR-TI1/560 Optimalizace výrobních a provozních podmínek žárově zinkovaných trubek pro systémy vnitřního rozvodu byly prováděny laboratorní a modelové zkoušky.

STRUKTURA ŽÁROVÉHO ZINKOVANÉHO POVLAKU NA TRUBKÁCH
Norma ČSN EN 12502-3 předepisuje, že trubky musí být pokoveny žárovým zinkovým povlakem s A kvalitou podle normy ČSN EN 10240. Specifikace tohoto povlaku je pouze daná tloušťkou 55 μm. Typická struktura žárového zinkového povlaku je tvořena čtyřmi fázemi, které se liší nejen chemickým složením, ale také morfologií (Obrázek 1). Tloušťka a struktura žárového zinkového povlaku je ovlivňována různými faktory jako je složení oceli, teplota lázně, doba ponoru,…Aby byl zinkový povlak odolný proti korozi, musí být vnější η fáze povlaku (fáze čistého zinku) tvořit 30 % z celkové tloušťky povlaku, tj. cca 18 μm [3]. Tloušťka ostatních fází by měla být 37 μm.

Metalografické hodnocení bylo provedeno opakovaně u žárově zinkovaných trubek ze standardní produkce i trubek, u kterých došlo ke koroznímu poškození. V případě, že vnitřní zinkový povlak nebyl zcela odkorodován byla měřena zbytková tloušťka jednotlivých fází povlaku. V řadě případů byla zbytková tloušťka v rozsahu 22 – 61 μm s průměrnou hodnotou 38 μm, ale v žádném případě η fáze nebyla zjištěna (Obrázek 2).

KOROZNÍ ZKOUŠKY
Vzorky trubek
Žárově zinkované trubky byly vyrobeny z oceli s faktorem Sief < Si + 2,5P ~ 0,05 (Tabulka 1) v zinkových lázních s různou teplotou a s různými podmínkami chlazení (Tabulka 2). Tyto podmínky ovlivnily tloušťku a strukturu zinkového povlaku – Obrázky 3 a 4.

KOROZNÍ ZKOUŠKY
Korozní zkoušky byly provedeny v různých režimech:

  • • modelová zkouška – laboratorní termostat, voda s S1 = 2,2, teplota 55 °C (Obrázek 4a),
  • • provozní zkouška – bytový dům, rozvod teplé vody (plastové trubky), voda s S1 = 2,2, teplota 55 °C (Obrázek 4b).

Zkoušky trvaly 4 týdny. Po ukončení zkoušek bylo provedeno vizuální, gravimetrické a mikroskopické hodnocení stavu zinkového povlaku.

V modelové zkoušce se na povrchu vzorku 2 AM vytvořila velmi objemná téměř pouze bílá vrstva korozních produktů zinku.

Korozní úbytky ukázaly jen nevýznamný rozdíl mezi jednotlivými vzorky 1 AM a 2 AM , ale pro vzorky 3 AM je korozní úbytek již významně nižší (Tabulka 3). Výrazněji je rozdíl patrný ve stavu zbytkového povlaku po odstranění korozních produktů a úsad. Na povrchu vzorku 1 AM se vyskytuje významně větší počet drobných černých bodů (Obrázek 5). Na vzorku 3 AM je opatrný menší počet důlků a korozního napadení.

Tabulka 1 – Složení základní oceli

Prvek Obsah (hmot. %)
C 0,066
Mn 0,578
Si 0,029
P 0,008
S 0,009
Cu 0,105

Tabulka 2 – Režimy technologie zhotovení vzorků

Vzorek Teplota zinkovací lázně (°C)

Způsob chlazení

Teplota chladící vody (°C) Tloušťka Zn vrstvy (μm)
Maximální hodnota Minimální hodnota
1 AM 460 studená voda 22 70 35
2 AM 455 omezené chlazení 35 200 50
3 AM 450 bez chlazení - 75 40

VLIV IONTŮ MĚDI NA KOROZI ZINKOVÉHO POVLAKU
Velké problémy v rozvodech pitné vody i TV může způsobit nevhodný výběr materiálu při vzájemném spojování prvků. Nejběžnějšími kombinacemi, ve kterých lze v reálných rozvodech nalézt žárově zinkované trubky, jsou slitiny mědi (fitinky apod.) a výjimečně i potrubí z mědi. Norma ČSN EN 806-4 Vnitřní vodovod pro rozvody vody určené k lidské spotřebě – Část 4: Montáž uvádí, že kombinace trubek a tvarovek z žárově zinkované oceli a mědi není vhodná a že je třeba zabránit vzniku elektrochemické koroze. Měď a žárově zinkovaná ocel nesmí být použita společně u vodovodů s cirkulací. Přesto k tomuto závažnému porušení technické normy dochází v řadě případů.

V pozinkovaných ocelových trubkách vznikne bodová koroze způsobená mědí. Rozpuštěná měď (ionty mědi ve vodě) přijde do styku s pozinkovanou ocelí a nejprve urychlí korozi zinkového povlaku a pak způsobí korozi samotné oceli. Jako limitní koncentrace pro vznik důlkového korozního napadení žárově zinkovaného ocelového potrubí je uváděna hodnota 0,1 mg Cu/ l. Pro posouzení vlivu mědi na bodovou korozi trubek s povlakem žárového zinku je určitým vodítkem množství mědi na ploše. Důležitý vliv je třeba předpokládat v případě, kdy obsah mědi na plochách v blízkosti důlků je větší než 1,0 mg/m2.

Tabulka 3 – Průměrné korozní úbytky zinkového povlaku v provozní zkoušce

Vzorek Korozní úbytky zinkového povlaku
(g.m–2) (μm)
1 AM 299,6 42,0
2 AM 282,0 39,6
3 AM 250,9 35,1

Hodnocení korozního poškození žárově zinkovaných trubek z rozvodu TV, ve kterém je zařazeno i potrubí z mědi
Bylo provedeno hodnocení několika trubek s žárovým zinkovým povlakem z rozvodů TV, ve kterých se vyskytovala i měď:

  • část potrubí mezi deskovým výměníkem tepla a zásobní nádrží TV je provedena měděnými trubkami (Obrázek 6); Délka potrubí je cca 8 – 10 m, doba provozu 2,5 roku;
  • deskový výměník– výrobce uvádí, že materiálem deskových výměníků je korozivzdorná ocel AISI 316, ale výměníky jsou pájené mědí; doba provozu 5 let.

Z rozvodů byly odebrány vzorky vody k analýze – výsledky analýzy jsou uvedeny v Tabulce 3. Z vnitřního povrchu trubek byl z definované plochy koncentrovanou kyselinou dusičnou rozpuštěn povlak a metodou AS byl stanoven obsah mědi na vnitřním povrchu trubek (Tabulka 4).

Tabulka 4 – Analýzy vody z objektů

Ukazatel Jednotka Limitní hygienické hodnoty Objekt 1 Objekt 2
Vstupní voda Voda z rozvodu TV ve výměníku
pH   6,5 - 9,5 7,2 7,5 7,1
vodivost mS/m 125 57,7 58,7 30,1
chloridy mg/l 100 - 28,7 18,6
vápník mg/l 30 - 81,0 27,1
sírany mg/l 250 - 67,6 44,7
dusičnany mg/l 50 - 29,4 29,1
hydrogenuhličitany mg/l - - 209,0 59,5
měď mg/l 1,0 0,001 0,20 0,06
S1 - 0,5 - 0,9 2,3

Tabulka 5 – Koncentrace mědi v rozvodech TV

Rozvod Doba provozu (roky) Koncentrace mědi
TV (mg/l) korozní produkty (g/m–2)
objekt 1 2,5 2,0 2,8
objekt 2 5,0 0,6 0,6

Hodnoceno bylo i korozní napadení trubek (Obrázek 7). Po očištění vnitřního povrchu trubek od korozních produktů a úsad (Obrázek 8) bylo zjištěno:

  • objekt 1 – korozní napadení má výrazný důlkový charakter a tvoří jen četné velmi malé důlky o průměru 0,2 až 2,0 mm, které se v řadě případu kumulují a vytvářejí aglomerace o průměru až 5,0 mm. Hloubka důlků se pohybovala v rozsahu 50 μm až 1,56 mm,
  • objekt 2 – korozní napadení má výrazný důlkový charakter a tvoří jen četné důlky o průměru 0,2 až 0,7 mm, které se v řadě případu kumulují a vytvářejí aglomerace o průměru až 1,0 mm. Hloubka důlků se pohybovala v rozsahu 70 μm až 0,90 mm

Vzorek úsad a korozních produktů z trubky z objektu 1 byl odebrán metodou rtg. difrakce a XRF. Dominovaly karbonátové fáze Zn: Zn4CO3(OH)6 · H2O a hydrozincit Zn5(OH)6(CO3)2. Dále byly patrny linie feritického Fe, malé množství Zn(OH)2 a hematitu Fe2O3. Z výsledků XRF lze usoudit, že šlo o fáze s obsahem Cu, možná ve formě silikátů.

Na rozdíl od jiných případů korozního poškození, kde dochází k důlkovému napadení, se v tomto případě na povrchu trubky vyskytuje větší množství velmi malých bodů (Obrázek 9). Obvyklý stav korozního napadení žárově zinkovaných trubek je výskyt důlků s větším průměrem důlku a různou hloubkou. Korozní body s malým průměrem se také vyskytují, ale jejich četnost je výrazně nižší než u vzorků trubek z objektu 1.

Povrchové vrstvy z vnitřního povrchu trubek byly rozpuštěny v HNO3 a metodou AS byla stanovena koncentrace mědi – viz Tabulka 5. Pro trubku z objektu 1 přesahuje koncentrace mědi na povrchu trubky limitní koncentraci téměř 3krát.

Laboratorní zkouška vlivu mědi na korozi žárového zinkového povlaku
V laboratorních podmínkách byla realizována statická zkouška vlivu mědi na korozi žárově zinkovaného povlaku. Zkušebním prostředím byla voda s koeficientem S1 = 1,9. Koncentrace mědi v jednotlivých zkušebních prostředích byla 0,1; 0,2; 0,5 a 1,0 mg/l. Expozice byla provedena za laboratorní teploty a při zvýšené teplotě 55 °C. Doba expozice byla 336 a 504 h.

Porovnání korozních úbytků zinkového povlaku v závislosti na koncentraci mědi ve vodě, teplotě vody a době expozice je uvedeno na Obrázku 10. Při teplotě vody 20 °C se korozní rychlost zinkového povlaku zvýšila 2 – 3 krát při koncentracích Cu2+ 0,1 a 0,2 mg/l. Při vyšších koncentracích Cu2+ 0,5 a 1,0 mg/l se korozní úbytek zinkového povlaku zvýšil až 10krát. Ve zkoušce při teplotě vody 55 °C není tak výrazný rozdíl v korozních úbytcích při postupném zvýšení koncentrace Cu2+ – i při nejnižší koncentraci bylo zvýšení korozního úbytku zinkového povlaku až 10krát a při nejvyšší koncentraci Cu2+ bylo zvýšení korozního úbytku zinkového povlaku až 15krát.

ZÁVĚR
Rozvody teplé vody jsou velmi složitý systém, ve kterém se řada parametrů mění dynamicky, a odvození určitých souvislostí mezi jednotlivými sledovanými parametry a korozním napadením žárového zinkového povlaku vyžaduje řadu hodnocení.

Z výsledků prvních zkoušek se jeví, že zvýšení tloušťky η fáze povlaku, resp. rovnoměrnější tloušťka této vrstvy může být příznivý vliv na korozní odolnost žárového zinkového povlaku.

Je ovšem nutné, aby nedocházelo k tak zásadním porušením všech doporučení, jako je nevhodná kombinace materiálů v rozvodech teplé vody.

Příspěvek byl zpracován v rámci projektu MPO – FR-TI1/560 Optimalizace výrobních a provozních podmínek žárově zinkovaných trubek pro systémy vnitřního rozvodu.

LITERATURA
[1] A. Koukalova, K. Kreislova, P. Strzyz, The evaluation of corrosion damage of galvanized tubes for hot water distribution, proceedings of 2nd International conference Corrosion and Material Protection, ISBN 978-80-903933-6-3, 19–22 April 2010, Prague
[2] A. Koukalová, K. Kreislová, P. Strzyž, Faktory ovlivňující korozi žárově zinkovaných trubek v rozvodech TUV, sborník XVI. konference žárového zinkování, 5. – 7. 10. 2010, Plzeň, str. 146 – 154
[3] G. Quorin, G. Richeux, E. Delaunois, Corrosion and biocorrosion of galvanized steel tubes used in water distribution systems, proceedings of 2nd International conference Corrosion and Material Protection, ISBN 978-80-903933-6-3, 19–22 April 2010, Prague

Bookmark
Ohodnoďte článek:

Fotogalerie
Obr. 1 – Příklady struktury žárového zinkového povlaku na vnitřním povrchu trubekObr. 2 – Metalografický výbrus zbytkového zinkového povlaku po 2,5 letech provozuObr. 3 – Povrch a výbrus zinkového povlaku před zkouškami – vzorek a) 1 AM; b) 2 AM; c) 3 AMObr. 4 – Uspořádání zkoušekObrázek 5 – Detaily zinkového povlaku na vzorcích 1 AM a 2 AM po 4 týdnech zkoušky a po odstranění úsad a korozních produktů (50 x zvětšeno) – vzorek: a) 1 AM; b) 2 AM; c) 3 AMObr. 6 – Výměníková stanice s měděným potrubímObr. 7 – Vzorek trubky z objektu 1Obr. 8 – Vzorek trubky z objektu 1 – stav po očištěníObr. 9 – Porovnání důlkového korozního napadení z dvou obdobných objektů Obrázek 10 – Porovnání korozního úbytku zinkového povlaku v závislosti na teplotě vody, koncentraci Cu2+ a době expozice

NEJčtenější souvisejicí články (v posledních 30-ti dnech)

Některé aspekty prvopočátků požárních uzávěrů otvorů po zavedení ČSN řady 73 08…Některé aspekty prvopočátků požárních uzávěrů otvorů po zavedení ČSN řady 73 08… (138x)
V nedávné minulosti jsme byli svědky ojedinělé akce České obchodní inspekce, která byla prezentována odborné i laické ve...
Výroba zinku v minulosti a dnes (107x)
Zinok je v súčasnosti štvrtým najpoužívanejším kovom na svete, po železe, hliníku a medi. Na začiatku dvadsiateho storoč...
Žárové zinkování dle normy EN ISO 1461 a CE-značení ocelových konstrukcí dle normy EN 1090 (102x)
1. CE ZNAČENÍ A NORMA EN 1090 PRO ZHOTOVENÉ OCELOVÉ KONSTRUKCE CE značení je pro všechny stavební výrobky, na které se ...

NEJlépe hodnocené související články

Studium příčin ztmavnutí povlaku žárového zinku v oblasti svarového spojeStudium příčin ztmavnutí povlaku žárového zinku v oblasti svarového spoje (5 b.)
Objednatele žárového pozinkování mnohdy znepokojuje různorodý vzhled povlaku. U zakázek provedených z rozmanitého materi...
Korozní napadení korozivzdorných ocelí v důsledku svařovaníKorozní napadení korozivzdorných ocelí v důsledku svařovaní (5 b.)
Korozivzdorné oceli patří mezi konstrukční materiály s vysokou korozní odolností v závislosti na způsobu jejich legování...
„Nejvíce zaujal požár skladu pneumatik,“„Nejvíce zaujal požár skladu pneumatik,“ (5 b.)
uvedl v rozhovoru pro časopis KONSTRUKCE doc. Ing. Petr Kučera, Ph.D., vedoucí Katedry požární ochrany Vysoké školy báňs...

NEJdiskutovanější související články

Ochranná maskovací páska do žárového zinkuOchranná maskovací páska do žárového zinku (3x)
Na základě poptávky našich zákazníků na maskování částí ocelových konstrukcí před žárovým pozinkováním jsme se začali za...
Povrchová úprava při výstavbě a rekonstrukcích fotbalových stadionů v JARPovrchová úprava při výstavbě a rekonstrukcích fotbalových stadionů v JAR (2x)
Přelom června a července letošního roku bude ve znamení Mistrovství světa ve fotbale 2010. Tuto sportovní událost poprvé...
Pasivní protipožární ochrana (1x)
Ocel je nehořlavý anorganický materiál používaný pro své fyzikální a mechanické vlastnosti ve stavebnictví a v dalších o...

Server Vodohospodářské stavby

Rekonstrukce Vodního díla Nechranice

Rekonstrukce Vodního díla Nechranice