Автор статьи: Дмитриева Кристина Олеговна, ООО «Альянс Инвест»
Развитие технологии горячего цинкования всегда было тесно связано с поиском оптимальных решений для снижения расхода цинка, улучшения качества покрытий и расширения диапазона цинкуемых сталей. Одним из ключевых элементов, позволивших вывести процесс на новый уровень, стал никель - элемент, известный способностью стабилизировать рост интерметаллидных фаз и обеспечивать более предсказуемое взаимодействие расплава с различными марками сталей.
Исторический контекст: первые шаги никеля в горячем цинковании
Коммерческое применение никеля в ваннах горячего цинкования началось с 1982 года. Вскоре его эффект стал очевиден: никель позволил сократить расход цинка, улучшить структуру покрытия и расширить перечень сталей, с которыми можно работать без риска получения избыточных толщин.
Первой формой легирующей добавки стал мелкодисперсный никелевый порошок, вводимый в расплав под давлением.
Следующим этапом стали таблетки на основе никеля и парафина, где парафин обеспечивал локальный нагрев при сгорании и улучшал растворение элемента. Это повысило эффективность усвоения, но сопровождалось локальностью процесса, специфическими эффектами горения и выделением токсичных продуктов.
Цинк–никелевые сплавы были известны еще в 80-х годах, но содержали всего 0,5–2% никеля. Продукт был удобным, но имел серьезный экономический недостаток: низкий процент никеля требовал больших объемов добавки, что увеличивало себестоимость процесса.
Основная технологическая сложность легирования расплава цинка никелем всегда оставалась неизменной – это огромная разница температур плавления цинка (около 420 °C) и никеля (1455 °C). Это обстоятельство потребовало принципиально нового подхода, способного обеспечить оптимальное, устойчивое и экономичное легирование.
Путь к российскому цинк-никелевому сплаву: опыт, ошибки и вызовы времени
Работа над сплавом велась несколько лет: десятки опытных плавок, корректировки состава, изучение растворимости, анализ стабильности. На этом пути было немало ошибок и потерь, в прямом смысле, включая не одну сгоревшую тонну цинка.
2022 год стал переломным и определяющим.
Резкое изменение логистических цепочек, ограничение импорта оборудования и сырья, необходимость оперативного поиска альтернатив, все это создало колоссальное давление на отрасль. Каждое предприятие искало способы обеспечить технологическую безопасность и независимость.
Для нас это стало стимулом ускорить темпы исследований. Цель была сформулирована предельно ясно: создать полноценный и качественный отечественный цинк–никелевый сплав, полностью основанный на российском сырье и доступный для масштабного промышленного применения. Один продукт, но значимый шаг для технологического суверенитета горячего цинкования.
В 2023 году работа была завершена. Полученный сплав прошел полный цикл лабораторных испытаний как внутренних, так и независимых, подтвердивших содержание никеля и стабильность его распределения. Первые коммерческие партии были произведены со содержанием никеля 2,5–4,0%, что уже обеспечивает оптимальное сочетание удобства, эффективности и экономичности.
Промышленная апробация: путь от первых испытаний к масштабированию
В ноябре 2023 года состоялась первая промышленная апробация сплава на заводе «Точинвест Цинк», город Рязань. В ходе совместной работы с главным технологом Денисом Алексеевичем Вишняковым был проведен полный цикл испытаний: легирования расплава, оценка поведения цинк-никелевого сплава в реальных условиях работы производства и проверка различных вариантов его ввода в расплав. По итогам этой большой работы были сформированы рабочие параметры, расходные нормы и технологические рекомендации.
Этот опыт стал ключевым: он подтвердил эффективность продукта и обозначил вектор его дальнейшего развития. Мы выражаем искреннюю благодарность компании «Точинвест Цинк» за доверие и лично Денису Алексеевичу за профессионализм и независимую оценку.
2024 год стал этапом масштабной работы со сплавом на различных предприятиях.
Следующей площадкой, принявшей решение применить цинк-никелевый сплав, стал ПК «ПИК». На этой площадке подход был максимально практичным и оперативным: на встрече была рассчитана экономическая целесообразность и согласовано предложение о поставке пробной партии с четким условием — данное количество сплава должно обеспечить удержание заданной концентрации никеля в ванне цинкования. Уже через неделю была проведена совместная загрузка, а спектральный анализ подтвердил корректность расчетов. В итоге предприятие перевело на новый сплав сначала одну, а затем и вторую ванну.
Дальнейшая работа была проведена на площадке «Точинвест Цинк» в Шадринске. По согласованию с руководством, там же состоялась встреча со специалистами завода «Эскон», где была возможность оценить эффективность добавки непосредственно в производственном процессе и рассмотреть ее применение на собственной площадке. Использование сплава на заводе «Эскон» началось осенью 2024 года.
В апреле 2024 года был завершен большой этап планирования и согласования проекта НИОКР с Компанией ТМК, после чего стартовала масштабная промышленно-производственная часть работы. Проект пересматривал подходы к легированию расплава и применение никеля, как новой, ранее неиспользуемой добавки. Особенность заключалась в том, что испытания проводились на обычных конструкционных сталях и в условиях технологии автоматического трубного цинкования, то есть в более динамичном и технологически чувствительном процессе. На начальном этапе было достаточно открытых вопросов, которые предстояло решать непосредственно в ходе самого процесса. Совместная производственная работа составила 8 месяцев, в ходе которых было решено действительно немало нестандартных задач и позволила добиться значимых результатов:
- прогнозируемые значения, заложенные на старте, были достигнуты на 97,3%;
-расход цинка снижен более чем на 10 кг на каждую тонну продукции (на каждый сортамент трубы);
-средняя толщина покрытия уменьшилась в среднем на 12 микрон при сохранении свойств антикоррозионной защиты;
-экономический эффект составил свыше 80 миллионов рублей за первые 8 месяцев эксплуатации. И это результаты и цифры только об экономии цинка, если добавить эффект от снижения брака, сокращения простоев оборудования и уменьшения расхода других компонентов — итоговая экономия превышает 7–10% себестоимости процесса.
И еще один не менее важный момент, мы убедились на практике, что никель - это не узкоспециализированная добавка и не «таблетка от санделиновых сталей» - это универсальный инструмент повышения стабильности и качества цинкования. А цинк-никелевый сплав, как добавка, показывает высокую эффективность даже в условиях перепада температур и высокого содержания железа.
Далее были и другие предприятия горячего цинкования, где сплав прошел успешную апробацию, включая метизное. Этот эксперимент состоялся в начале 2025 года и был еще более нестандартным, так как это принципиально иной технологический процесс, и заходя в этот процесс, выстраивали различные гипотезы, включая ту, что результата возможно не будет или он будем минимальным.
Эксперимент имел низкую стоимость входа (первые загрузки измерялись в килограммах), но высокую диагностическую ценность. Совместно с сотрудниками предприятия была проведена последовательная серия тестов: первичная загрузка, отбор проб, цинкование изделий различного типа, анализ покрытия. И здесь сплав подтвердил свою эффективность: стабильный результат, заметные визуальные и измеряемые изменения качества покрытия, а главное желание предприятия продолжить работу и перейти к регулярному применению.
Сегодня цинк–никелевый сплав успешно прошел стадию апробации более чем на 10 предприятиях горячего цинкования с различными технологиями и уверенно занимает свое место в отрасли как эффективная и надежная никелевая добавка.
О сплаве и его ключевых характеристиках
Основой цинк–никелевого сплава служит исключительно первичный цинк по ГОСТ 3640-94 и сам никель в содержании от 2,5 до 10%.
Всех производственных секретов мы не раскроем, однако по поводу цинка и его чистоты важно отметить, так как это с одной стороны влияет на качества самого сплава, а с другой – на его стоимость. Прежде всего критично содержание железа в исходном цинке, чем его больше, тем дольше будет плавится цинк-никелевый сплав в рабочей ванне, вторичный цинк в данном случае вовсе не пригоден, поскольку не обеспечивает требуемых параметров и стабильности.
Важно подчеркнуть, что речь идет именно о чистоте цинка при производстве самого сплава. Содержание железа в ванне горячего цинкования на его работу практически не влияет. В ходе испытаний сплав одинаково уверенно проявил себя как на «суперчистых» ваннах (Fe 0,008–0,010%), так и на ваннах с повышенной концентрацией железа — до 0,5%.
Сплав выпускается в виде металлических чушек массой 9,5–10,5 кг. По индивидуальному запросу возможен выпуск крупных чушек до 20 кг. Каждая чушка имеет индивидуальный номер плавки, фирменную маркировку производителя и цветную идентификацию на торце, что облегчает логистику и работу на производстве. Для транспортировки чушки формируются в однотонные пакеты с обвязкой.
Технологические и эксплуатационные преимущества сплава
1. Универсальность применения: сплав демонстрирует устойчивую работу на всех типах сталей, от высококремнистых до стандартных конструкционных, что подтверждено промышленными апробациями.
2. Однородная металлическая структура: это не механическая смесь, а полностью стабильный металлический сплав. Однородность структуры обеспечивает предсказуемое легирование независимо от химического состава или температурных колебаний ванны.
3. Простота внедрения: добавка не требует дополнительного оборудования или расходных материалов, не вызывает простоев и не усложняет процесс. Сплав вводится в расплав легко и равномерно.
4. Стабильность концентрации никеля: равномерное распределение в объеме ванны обеспечивает стабильное содержание никеля даже в условиях динамичной работы производства.
5. Высокое качество покрытия: минимизация нерастворимых включений и дефектов поверхности.
6. Экологическая безопасность: отсутствие токсичных выбросов при вводе сплава делает процесс более экологичным по сравнению с таблетками или сыпучими смесями.
7. Минимальные потери никеля: повышение ресурсоэффективности и снижение затрат.
Патентование цинк-никелевого сплава
По мере накопления практического опыта и подтверждения эффективности цинк–никелевого сплава стало очевидно, что перед отраслью появилось действительно новое технологическое решение. В ходе внедрения были выявлены свойства, ранее спорные или нестабильные при использовании традиционных никелевых добавок, что вызвало растущий интерес как со стороны предприятий горячего цинкования, так и производителей легирующих материалов с целью повторения и реализации подобного продукта.
Именно тогда возникла идея зафиксировать результат многолетней работы на официальном уровне - оформить патент на сплав как новое техническое решение. Этот шаг стал логичным продолжением наших многолетних исследований, многочисленных плавок, промышленной апробации и долгой работы по согласованию внедрения на разных производствах.
Важно подчеркнуть: патент НЕ ограничивает использование сплава предприятиями. Он лишь закрепляет авторские и исключительные права за нами, как за разработчиками, подтверждая оригинальность решения.
Получить патент оказалось непросто. Ключевым требованием выступала доказанная новизна, что в условиях специфики горячего цинкования и ограниченного количества специализированных источников представляло собой серьезную задачу. Работа сопровождалась разъяснениями, дополнительными доказательствами, повторными экспертными оценками и даже отказами. Тем не менее, постепенное формирование обоснованной и научно выверенной доказательной базы позволило добиться результата.
25 июня 2025 года был получен Евразийский патент №050254 на цинк–никелевый сплав для горячего цинкования. Этот документ стал подтверждением уникальности разработанного решения, научной значимости проделанной работы и высокой технологической зрелости сплава.
О нашей команде
Создание и внедрение цинк–никелевого сплава – это результат большой и сплоченной работы команды специалистов с глубокими знаниями металлургии и реальным опытом промышленной работы.
Захаров Михаил – более 10 лет опыта в металлургии и разработке сплавов. Эксперт по созданию и совершенствованию технологии производства цинк-никелевого сплава и других.
Матвеев Дмитрий — более 15 лет опыта в металлургии и разработке сплавов, в том числе специалист по внедрению и апробации различных промышленных процессов цинкования. Многолетний опыт работы с различными сплавами и металлургическим оборудованием.
Дмитриева Кристина — более 8 лет в должности технолога на производстве горячего цинкования. Практик-производственник, эксперт по качеству и управлению технологическим процессом.
Объединяя фундаментальные знания, производственный опыт и практическое понимание процессов, команда смогла пройти путь от лабораторной идеи до полностью отработанного промышленного продукта.
Конкурс Steel Star
Сегодня как никогда важно искать нестандартные пути развития: будь то производственный процесс, инженерный подход, управленческая инициатива или новая технологическая идея. Именно эта логика привела нас к участию в конкурсе Steel Star, проводимом IT-Park74, региональным оператором «Сколково». Конкурс ориентирован на металлургическую отрасль и охватывает широкий спектр направлений, от цифровых и IT-разработок до экологических и технологических решений.
Для нашей команды это был первый опыт участия в подобного рода мероприятиях. Первоначально мы воспринимали его как возможность получить обратную связь, выявить потенциальные слепые зоны и оценить наш продукт с другой, новой стороны. Но результаты превзошли ожидания, наш проект был отобран в финал, что позволило лично представить разработку в рамках Международной промышленной выставки «Металл-Экспо 2025», на заседании Комитета по металлургии «Деловой России».
Это стало сильным и вдохновляющим опытом. Мы получили профессиональные комментарии, поддержку от представителей отрасли, новые ценные знакомства и партнерства - все то, что подтверждает правильность выбранного направления. Для нас было честью представить отрасль горячего цинкования на таком уровне.
Сегодня мы активно продолжаем развивать работу, как по внедрению цинк-никелевого сплава, так и работаем над абсолютно новыми проектами и разработками, открыты к сотрудничеству со всеми, кто работает с металлом, цинком и инновациями.
#ЦинкПлюс #Цинкование #ЗащитаМеталла #ЦинкНикелевыйСплав #Патент #Конкурс #Производство