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MANUALE DI BUONE PRATICHE PER LA ZINCATURA A CALDO

MANUALE DI BUONE PRATICHE PER LA ZINCATURA A CALDO Linee guida per progettisti e costruttori


MANUALE DI BUONE PRATICHE PER LA ZINCATURA A CALDO Linee guida per progettisti e costruttori A cura di Carmine Ricciolino, Michele Cecchini, Lello Pernice


Le Aziende di Zincatura a Caldo che si fregiano del marchio di Soci dell’AIZ sono vincolate dallo statuto a rispettare elevati Standard di Qualità e sono costantemente impegnate nella cura e soddisfazione della propria clientela. Per ulteriori informazioni visitate il nostro sito web www.aiz.it

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Grafica e impaginazione Mirapromotion Srl www.mirapromotion.com Edizione Dicembre 2015


L’Associazione Italiana Zincatura, costituita nel 1957, è un’associazione senza scopo di lucro che rappresenta l’industria di zincatura a caldo in Italia. Il suo obiettivo principale è lo sviluppo dell’uso della zincatura a caldo per la protezione dell’acciaio contro la corrosione. È tra le Associazioni europee fondatrici dell’EGGA, European General Galvanizing Association. L’AIZ è associata all’ASSOMET, Associazione Nazionale Industrie Metalli non Ferrosi e alla F.IN.CO (Federazione Industrie Prodotti Impianti e Servizi per le Costruzioni). Segue le attività scientifiche e di ricerca a livello internazionale; promuove studi per la messa a punto di nuovi prodotti e il perfezionamento di quelli esistenti; collabora con varie Università Italiane; pubblica testi tecnici e divulgativi. Organizza convegni e seminari; promuove la collaborazione e l’interscambio di informazioni fra persone, enti, organizzazioni ed altre istituzioni che perseguono scopi analoghi. Partecipa all’elaborazione, stesura e revisione di norme tecniche nazionali ed internazionali nell’ambito delle attività di Comitati ISO, CEN, UNI, Unimet, CEI. Promuove l’uso dell’acciaio strutturale insieme ad UNICMI, CTA, AIPEG, Fondazione Promozione Acciaio. Fornisce un supporto continuo ai progettisti e utenti finali per determinare il migliore risultato dell’applicazione della zincatura a caldo.


Prefazione

Dopo il successo riscosso con la riedizione del 2007 della monografia “Zincatura a caldo”, l’Associazione Italiana Zincatura ha deciso di pubblicare questo manuale di buone pratiche rivolto ai fruitori di zincatura a caldo. Già nello studio monografico, l’AIZ non nascondeva di porsi un obiettivo più alto della sola divulgazione: il carattere esplicativo del testo non impediva che fosse considerato una linea guida semplice all’utilizzo della zincatura a caldo. Con quei rudimenti, comunque, si poneva il giusto accento sull’importanza delle scelte connesse di protezione dalla corrosione dell’acciaio nei diversi ambienti, dell’individuazione delle caratteristiche del rivestimento protettivo, mentre si fornivano le informazioni essenziali per il progetto e la realizzazione dei manufatti in acciaio per trarre il meglio dalle operazioni di zincatura. A questo stimolo per l’ulteriore approfondimento tecnico ha corrisposto il notevole interesse dimostrato dai fruitori. Speriamo che il Manuale delle Buone Pratiche di Zincatura sia in grado di rispondere in modo adeguato alle esigenze degli utilizzatori a cui è orientato. Il testo intende essere d’ausilio puntuale sia per il progettista nella pianificazione della protezione che per il carpentiere per l’adozione delle tecniche di realizzazione più adeguate. Con una finalità pratica e orientata al risultato operativo, questo Manuale fornisce indicazioni ai progettisti e ai realizzatori sulle specifiche relative alla zincatura a caldo e la predisposizione dei manufatti per l’ottenimento della migliore qualità del rivestimento. Le illustrazioni grafiche nel corpo del testo sono state realizzate in 3D per una migliore intelligibilità ed è stato dato un particolare risalto alle esemplificazioni visive con dovizia di immagini e tavole fotografiche. A tal proposito, si ringraziano i Soci che hanno fornito il materiale visivo indispensabile alla finalità del Manuale e tutti coloro che hanno contribuito con suggerimenti graditi allo sviluppo del testo. L’Associazione Italiana Zincatura ed i suoi Soci restano a disposizione di quanti vogliano sentano l’esigenza di contattarli per richiedere chiarimenti o collaborazione rispetto alle tematiche trattate nel Manuale. Associazione Italiana Zincatura


Indice

Considerazioni introduttive i.1 Progettare contro la corrosione dell’acciaio i.1.1 La corrosione dell’acciaio i.2 Sistemi anti-corrosione

p. 13 13 15

i.3 Le caratteristiche dei rivestimenti metallici: la zincatura a caldo 15 i.4 Altri rivestimenti

16

i.5 Rivestimenti a caldo di zinco metallico

16

Capitolo I Il progetto e la costruzione Sezione 1 CRITERI DI PROGETTAZIONE e costruzione in vista della zincatura A caldo I.1.1

La collaborazione tra progettista, carpentiere e zincatore nella progettazione e realizzazione del manufatto 19

I.1.2 Predisposizione alla zincatura a caldo 19 I.1.2.1 Fori di sfiato e drenaggio 19 I.1.2.1.1 Effetti delle mancate o erronee predisposizioni 22 I.1.2.1.2 Forature di profili aperti 30 I.1.2.1.3 Forature di parti terminali in manufatti con profili aperti 32 I.1.2.1.4 Esempi di predisposizioni corrette su profili aperti 33 I.1.2.1.5 Esempi di mancata predisposizione su profili aperti 34 I.1.2.1.6 Forature di profili tubolari e cavitĂ interne 34 I.1.2.1.6.a Strutture realizzate con tubi o profili tubolari 35 I.1.2.1.6.b Capriate, altri tipi di travi reticolari e realizzazioni complesse con tubi e profili tubolari 35 I.1.2.1.6.c Corrimano 39 I.1.2.1.7 Esempi di corretta foratura di tubi e tubolari 40 I.1.2.1.8 Esempi di predisposizione mancata o insufficiente per tubi e tubolari 41 I.1.2.1.9 Sezioni e rinforzi interni agli elementi scatolari 41 I.1.2.1.10 Grossi volumi cavi e serbatoi 42


I.1.2.1.11 Posizione delle forature rispetto a direzione e verso dell’immersione nello zinco fuso I.1.2.1.12 Interstizi tra superfici sovrapposte

p. 43 45

I.1.2.2 Sommario dei suggerimenti più importanti riguardo alle forature I.1.2.2.1 Sfiato I.1.2.2.2 Drenaggio I.1.2.3 Predisposizione all’aggancio e alla movimentazione I.1.2.3.1 Criteri di aggancio per la movimentazione e l’immersione nello zinco fuso I.1.2.3.2 Progettazione degli agganci per strutture di grandi dimensioni

47 47 48 48 48 49

I.1.3 INGOMBRI, PESI E GEOMETRIE AMMISSIBILI I.1.3.1 Dimensioni, peso e geometria dei manufatti I.1.3.2 Semplificazione degli elementi costruttivi I.1.3.3 Doppia immersione I.1.3.4 Tolleranze per parti mobili I.1.3.5 Esclusione di piccole parti

51 51 52 53 54 55

I.1.4 Assemblaggio di pezzi zincati I.1.4.1 Predisposizione all’assemblaggio I.1.4.2 Bullonatura I.1.4.2.a Il bullone zincato a caldo I.1.4.2.b Bulloni in acciaio ad alta resistenza I.1.4.2.c Giunti ad attrito I.1.4.3 Saldatura dopo la zincatura I.1.4.3.a Tecniche di saldatura su acciaio zincato I.1.4.3.b Metodo sperimentale di saldatura a basso impatto su zincatura a caldo

56 56 56 56 58 59 59 60 61

I.1.5 RIPRISTINO E RIPARAZIONE DELLA ZINCATURA 61 I.1.5.1 Vernici ricche di zinco 61 I.1.5.1.a Zincanti inorganici o con matrici organiche a pennello o a spruzzo 61 I.1.5.1.b Spray ricchi di zinco o zinco-allumino 62 I.1.5.2 Metallizzazione 62 I.1.5.3 Metodi sperimentali ed altri metodi 63 I.1.6 PREVENZIONE DELLE DEFORMAZIONI ED EFFETTI DELLE TENSIONI INTERNE 63 I.1.6.1 Principali cause di distorsione 63 I.1.6.1.1 Effetti della laminazione 64 I.1.6.1.2 Effetti delle lavorazioni a freddo 65 I.1.6.2 Caratteristiche favorenti l’insorgere delle deformazioni – Casistiche più ricorrenti 65 I.1.6.3 Tecniche di prevenzione delle deformazioni 68


I.1.6.3.1 Un esempio costruttivo per la prevenzione delle deformazioni: i cancelli con riquadri in lamiera p. 69 I.1.6.3.2 Reti metalliche e manufatti in filo 70 I.1.6.4 Altri effetti delle tensioni interne 71 I.1.6.5 Danneggiamenti meccanici e carico errato del materiale per il trasporto 72 Sezione 2 DURABILITÀ DELLE STRUTTURE ZINCATE I.2.1 Analisi e classificazione degli ambienti corrosivi I.2.1.1 Valutazione della durabilità attraverso test sperimentali I.2.2 Conversione superficiale dello zinco: passivazione naturale

72 74

I.2.3

Dipendenza dal pH

75

Ambienti corrosivi Corrosione in atmosfera Effetti dell’ambiente locale: il micro-ambiente Corrosione in acqua Corrosione per contatto con liquidi in impianti agricoli Corrosione nel terreno Corrosione per contatto con altri metalli Corrosione per contatto con altri materiali La ruggine bianca Passivazione chimica

76 76 78 78 79 79 79 80 80 81

I.2.4 I.2.4.1 I.2.4.2 I.2.4.3 I.2.4.4 I.2.4.5 I.2.4.6 I.2.4.7 I.2.4.8 I.2.4.9

74

Capitolo II Influenza della produzione e delle lavorazioni dell’acciaio sul rivestimento di zincatura Sezione 1 EFFETTI DEI PROCESSI PRODUTTIVI DI LAMIERE E PROFILATI DI ACCIAIO II.1.1 Laminazione a caldo e a freddo II.1.1.a Effetti dei difetti di laminazione sulla zincatura a caldo

83 84

II.1.2

86

Trafilatura ed estrusione


Sezione 2 EFFETTI DELLE LAVORAZIONI DI FORMATURA E DI COSTRUZIONE PRIMA DELLA ZINCATURA II.2.1

Lavorazioni meccaniche a freddo e trattamenti termici p. 86

II.2.2 Tagli termici

88

II.2.3

Lavorazioni a caldo. forgiatura

88

II.2.4 Saldatura prima della zincatura

90

II.2.5 Zone termicamente alterate

93

II.2.6 Tagli e forature II.2.6.1 Fori punzonati II.2.6.2 Ribave di foratura II.2.6.3 Ribave da taglio

94 94 94 95

Capitolo III Formatura ed altre lavorazioni meccaniche effettuate dopo la zincatura III.1

Lavorazioni di piegatura e formatura meccanica

III.2 Taglio e foratura dopo la zincatura

97 98

Capitolo IV Influenza della composizione e della condizione superficiale dell’acciaio: scelta dell’acciaio La reazione Fe-Zn: fasi intermetalliche ferro-zinco

99

Sezione 1 EFFETTI DELLA COMPOSIZIONE DELL’ACCIAIO IV.1.1

Reattività dell’acciaio. silicio e fosforo

99

IV.1.2 Caratterizzazione della superficie zincata in relazione alla composizione dell’acciaio (come concentrazione di silicio e fosforo) 100 IV.1.2.1 Reattività moderata: maggiore probabilità di aspetto brillante 100


IV.1.2.1.a Acciai a basso contenuto di Si e P – Si < 0.04% e P < 0.02% p. 100 IV.1.2.1.b Acciai di composizione intermedia non Sandelin: 0,14% < Si < 0,22% e P < 0.02% 101 IV.1.2.2 Casi di iper-reattività 101 IV.1.2.2.a Caso di iper-reattività con 0,04% < Si < 0,14% (intervallo di Sandelin) o alto fosforo P > 0.025% 102 IV.1.2.2.b Caso di iper-reattività con 0,25% < Si (iper-Sandelin) e P < 0.02% 102 IV.1.2.3 Il concetto di zincabilità e la definizione di acciaio zincabile 102 IV.1.2.4 Possibili risultati con acciai di diversa reattività. Scelta dell’acciaio 103 IV.1.2.5 Disuniformità di composizione superficiale. Disuniformità di colata 107 IV.1.3

Consigli per migliorare l’estetica dei manufatti zincati

107

IV.1.4

La zincatura a caldo delle ghise

108

IV.1.5 IV.1.6

Acciai suscettibili all’invecchiamento

109

Acciai ad alta resistenza: Infragilimento da idrogeno

110

Sezione 2 condizione superficiale DELL’ACCIAIO IV.2.1

Effetto sulla zincatura della condizione morfologica superficiale dell’acciaio 110

IV.2.2 Importanza della preparazione dell’acciaio IV.2.2.1 Presenza di vernici non idrosolubili e di etichette IV.2.2.2 Sabbiatura

111 112 113

Capitolo V La normativa italiana ed internazionale sulla zincatura a caldo V.1 Norma UNI EN ISO 1461-2009 V.1.1 Composizione del bagno di zincatura V.1.2 Proprietà del rivestimento definite nella norma V.1.2.a Spessore del rivestimento V.1.2.b Aspetto V.1.2.c Riparazioni o ripristini dello spessore ammessi dalla norma V.1.3 Informazioni che devono essere fornite

115 115 115 115 117 118 118

V.2 Norma UNI EN ISO 14713:2010 parti 1-2 V.2.1 UNI EN ISO 14713 – parte 1 V.2.2 UNI EN ISO 14713 – parte 2 V.2.3 Interazioni della UNI EN ISO 14713-2 con altre normative

119 120 121 122


V.3 MARCATURA CE E ZINCATURA A CALDO - APPLICAZIONE DELLA NORMA UNI EN 1090 p. 123 V.3.1 Durabilità e protezione dalla corrosione dei componenti strutturali 123 V.3.2 Dichiarazione della Durabilità e Zincatura a Caldo 123 V.3.3 Procedure inerenti la FPC del costruttore e la qualifica delle lavorazioni di zincatura conto-terzi per la protezione dalla corrosione dei componenti secondo UNI EN 1090 124 V.3.4 Requisiti aggiuntivi in appendice normativa F alla UNI EN 1090-2 125 Appendice: Marchio di Qualità HiQualiZinc

126

Capitolo VI Analisi di sostenibilità ambientale della zincatura a caldo VI.1 Criteri di sostenibilità dell’acciaio zincato VI.1.1 Efficienza ambientale e sviluppo sostenibile VI.1.2 Riciclabilità dello zinco e dell’acciaio VI.1.3 Life Cycle Thinking

127 127 127 127

VI.2 Analisi del ciclo di vita (LCA) della zincatura a caldo VI.2.1 Il Life Cycle Assessment VI.2.2 Dichiarazione ambientale di prodotto EDP – Verso l’EPD settoriale della zincatura a caldo VI.2.3 LCA della zincatura a caldo

128 128 129 130

VI.3 Esempio di studio comparativo delle performance ambientali

131

Tavole

134

Bibliografia

143

12


Considerazioni introduttive

La zincatura a caldo è un processo di rivestimento superficiale il cui scopo è la protezione dell´acciaio dalla corrosione utilizzando le proprietà dello zinco in un vastissimo campo di applicazioni. Il rivestimento si ottiene per immersione nello zinco fuso a circa 450°C ed è in grado di garantire una protezione duplice: di tipo passivo, perché separa fisicamente la superficie dell´acciaio dagli agenti aggressivi con il semplice effetto barriera e di tipo attivo, perché lo zinco opera una protezione catodica nei confronti del ferro e dell´acciaio a causa della differenza di potenziale elettrochimico tra i metalli. Questo testo intende fornire al progettista, ma anche al costruttore, assemblatore e committente, consigli pratici per l´applicazione della zincatura a caldo, per la predisposizione più corretta dei manufatti in fase progettuale, in fase costruttiva e di messa in opera. i.1 PROGETTARE CONTRO LA CORROSIONE DELL´ACCIAIO

In generale, la protezione dalla corrosione, per quanto attiene alla scelta del sistema protettivo ed alla conseguente predisposizione del manufatto, dovrebbe interessare il progettista sin dalla fase iniziale dell´ideazione dell´opera. Un´indicazione corretta del sistema protettivo va fornita molto precocemente sulla base di un´analisi di compatibilità dei materiali con l’ambiente di esposizione e con l’utilizzo che quel particolare manufatto dovrà avere. Contro la corrosione occorrono soluzioni affidabili nei differenti ambienti di esposizione, efficienti e praticabili dal punto di vista tecnico ma anche compatibili dal punto di vista economico. Nel caso in cui le realizzazioni abbiano anche un valore artistico, la protezione deve essere tale da garantire, per la maggiore durata possibile, la conservazione dell´aspetto originario, esente dalle modificazioni estetiche dovute alla corrosione. Una strategia protettiva opportuna - ottiene la caratteristica durabilità richiesta, cioè preserva la funzione dell’opera per la durata di esercizio fissata; - preserva la sua fruibilità, riducendo al minimo le sospensioni di esercizio dovute alle manutenzioni; - garantisce la necessaria tutela delle applicazioni, evitando che si creino situazioni di rischio per l´incolumità di persone e cose; - consegue un risparmio essenziale in termini di risorse naturali, energetiche e finanziarie, altrimenti impegnate nella manutenzione e nel rifacimento di strutture compromesse nel corso degli anni. i.1.1 La corrosione dell´acciaio

L´acciaio in atmosfera, senza opportuna protezione, subisce una degradazione spontanea ed irreversibile causata dall´aggressività dell´ambiente di esposizione. Si tratta di un progressivo attacco arrecato ai manufatti di acciaio della più ampia tipologia e gamma di funzioni. La corrosione comporta una riduzione progressiva delle proprietà del mate13


riale che ne limita gradualmente la fruibilità. Se riguarda, per esempio, le strutture portanti degli edifici, si manifesta nella diminuzione graduale delle resistenze meccaniche e dei carichi sostenibili per la riduzione delle sezioni resistenti. L´indicazione della durabilità, ovvero la conservazione delle caratteristiche del materiale nel tempo, è uno dei requisiti fondamentali richiesti dalle nuove Norme Tecniche per le Costruzioni (DM 14 gennaio 2008 – Ministero delle Infrastrutture) e da standard chiave della costruzione in acciaio, come la UNI EN 1090, basilare per lo sviluppo della marcatura CE delle strutture in acciaio. In particolare, il testo delle Nuove Norme Tecniche (riviste con la circolare del 2 febbraio 2009), al paragrafo 4.2.9.6, prevede che “gli elementi delle strutture in acciaio, a meno che siano di comprovata resistenza alla corrosione, devono essere adeguatamente protetti mediante verniciatura o zincatura, tenendo conto del tipo di acciaio, della sua posizione nella struttura e dell’ambiente nel quale è collocato. Devono essere particolarmente protetti i collegamenti bullonati (precaricati e non precaricati), in modo da impedire qualsiasi infiltrazione all’interno del collegamento.” Inoltre, “gli elementi destinati ad essere incorporati in getti di calcestruzzo non devono essere verniciati possono essere invece zincati a caldo.” Qualsiasi costruzione non può prescindere dall’attuazione di una opportuna pianificazione anticorrosione e dalla valutazione della durata del metodo di protezione utilizzato. Questi principi sono propedeutici alla redazione di piani di monitoraggio e manutenzione. Le Nuove Norme, a proposito dei criteri da adottare (par 4.2.10) prescrivono anche che “la durabilità deve assicurare il mantenimento nel tempo della geometria e delle caratteristiche dei materiali della struttura, affinché questa conservi inalterate funzionalità, aspetto estetico e resistenza. Al fine di garantire tale persistenza, in fase di progetto devono essere presi in esame i dettagli costruttivi, la eventuale necessità di adottare sovraspessori, le misure protettive e deve essere definito un piano di manutenzione (ispezioni, operazioni manutentive e programma di attuazione delle stesse).” I sistemi protettivi devono garantire la “vita nominale” prevista per i diversi tipi di opere a seconda del tipo di costruzione. Sotto è riportata la tabella 2.4.I delle Norme. Tipi di costruzione Vita nominale VN (in anni) 1 Opere provvisorie – Opere provvisionali – Strutture in fase costruttiva < 10 2 Opere ordinarie, ponti, opere infrastrutturali e dighe di dimensioni contenute o di importanza normale > 50 3 Grandi opere, ponti, opere infrastrutturali e dighe di grandi dimensioni o di importanza strategica > 100 Tabella 2.4.I (Nuove Norme tecniche delle Costruzioni) – Vita nominale VN per diversi tipi di opere

Le Vite nominali previste possono essere agevolmente raggiunte dalla zincatura a caldo negli ambienti di utilizzo usuali (secondo le tabelle 1 e 2 della norma UNI EN ISO 147131). Informazioni più dettagliate possono essere reperite nella sezione 2 del capitolo I di questo manuale (tabella 1.7). 14


i.2 SISTEMI ANTI-CORROSIONE

Perché la corrosione dell´acciaio al carbonio abbia luogo, con conseguente formazione di ruggine, è sufficiente la presenza di umidità, ossigeno e di uno qualunque dei tanti agenti capaci di sostenere il processo di ossidazione (per esempio, inquinanti salini presenti nel pulviscolo atmosferico). Il contatto della superficie metallica con ciò che causa l´ossidazione può essere evitato in modo banale attraverso l´applicazione di un sottile strato impermeabile, che determini la separazione dall´ambiente circostante. L´esempio più semplice dell´applicazione di questo metodo anticorrosivo, con semplice effetto barriera, è l´applicazione della verniciatura tradizionale. Anche uno strato di rivestimento metallico continuo ed uniforme offre una protezione di questo tipo, perché anche esso è impermeabile. In questo caso, si parla di protezione passiva. Per ovviare agli inconvenienti che si riscontrano con l´uso di film protettivi (come le verniciature) con sola protezione passiva come le verniciature, per i quali generalmente basta qualche difetto perché si generino falle consistenti nella funzione barriera, è ottimale ricorrere a rivestimenti in grado di fornire anche un´azione protettiva di tipo elettrochimico. Ciò si basa sull´utilizzazione tecnologica di proprietà elettrochimiche molto semplici e robuste del metallo scelto per il rivestimento. Dal momento che la corrosione rappresenta il risultato del consumo degli elettroni durante il processo ossidativo, una contromisura efficace consiste nel fornire continuamente elettroni al metallo da proteggere, in modo che esso si presenti perennemente nella sua forma ridotta (metallica senza ossidazione). Ciò si può ottenere generando una corrente, cioè un sistema di trasporto di elettroni verso il metallo da proteggere, mediante tensioni elettriche continue oppure, più semplicemente, sfruttando il contatto con un altro metallo che, ossidandosi al posto dell´altro, ceda a questo i suoi elettroni. Se questo stesso concetto si esprime in termini di potenziale elettrochimico, il metallo da proteggere più nobile (meno elettronegativo) può essere protetto imponendo ad esso un valore del potenziale tale da tenerlo stabilmente in condizioni di potenziale catodico, mediante il contatto con altro metallo meno nobile (più elettronegativo). Questa è la ragione per cui questa tecnica si chiama protezione catodica. Tra i metalli che presentano la capacità di preservare l´acciaio con la protezione catodica, lo zinco rappresenta la scelta ottimale perché la sua efficacia si rafforza in modo determinante a causa della patina di composti ossidati, coerente ed impermeabile, che si forma sulla sua superficie nelle normali condizioni di esposizione. Questa patina, altrimenti detta strato di passivazione, determina una separazione fisica della superficie dello zinco dall´ambiente aggressivo. i.3 LE CARATTERISTICHE DEI RIVESTIMENTI METALLICI: LA ZINCATURA A CALDO

I rivestimenti ottenuti con metalli in grado di offrire protezione catodica, possono essere di diversa natura: il comportamento e l´aspetto sono notevolmente diversificati se si parla di placcature, elettrodeposizioni, immersioni a caldo o metallizzazioni a spruzzo. 15


I rivestimenti metallici ottenuti mediante sistemi per immersione, come la zincatura a caldo, assicurano le migliori prestazioni in termini di aderenza del rivestimento al substrato. Infatti, con la zincatura si ha la formazione di strati continui di lega Fe-Zn, che costituiscono il risultato di una compenetrazione tra rivestimento di zinco e substrato di acciaio alla temperatura del bagno (circa 450°C). Ciò conferisce al rivestimento proprietà meccaniche peculiari, con una struttura tenacemente ancorata alla superficie. La protezione catodica dello zinco interviene a preservare dalla corrosione anche le piccole aree non ricoperte direttamente, nel caso di difetti quali graffiature o piccoli danneggiamenti superficiali che interrompono la continuità del rivestimento. La corrosione dell´acciaio in quelle zone o non si innesca del tutto o avviene con velocità molto bassa. Le zone esposte sono protette localmente dallo zinco presente nelle aree prossime al difetto e, talvolta, se ne sussistono le condizioni per il loro accumulo, si verifica che i prodotti della corrosione dello zinco riescano a sigillarne la superficie. Ciò è naturalmente possibile solo per dimensioni del danno molto ridotte (graffi e scalfitture). Una protezione residua su superfici alquanto estese di un manufatto zincato a caldo danneggiato per urto o impulso meccanico, è spesso fornita dallo zinco che residua sul manufatto sulla zona lesa. Infatti, l´urto riesce solo di rado a staccare del tutto lo zinco dalla superficie dell´acciaio e, nella maggior parte dei casi almeno uno strato sottile di ferro-lega con un certo tenore di zinco resta ancorato al substrato. Altre applicazioni anticorrosive, come ad esempio le normali vernici, non sono in grado di fornire analoghe proprietà protettive dal momento che, una volta distaccate, lasciano l´acciaio totalmente esposto all´aggressione degli agenti corrosivi che estendono progressivamente la loro azione al di sotto degli strati di vernice circostante. L´efficacia protettiva della zincatura a caldo è assicurata dal fatto che il processo ossidativo è molto lento, quasi impercettibile. Infatti, in condizioni normali, si forma sulla superficie dello zinco uno strato barriera molto sottile ma compatto fatto di carbonati ed ossido, che si oppone alla ulteriore corrosione degli strati superficiali sottostanti (la patina di cui si è discusso nel paragrafo precedente). In altre parole, il rivestimento tende a passivarsi. L´efficacia della zincatura è, dunque, dipendente dalla stabilità di questo strato protettivo, che risulta molto resistente nella quasi totalità dei casi applicativi e delle atmosfere. i.4 ALTRI RIVESTIMENTI

Non costituiscono oggetto di questo studio applicazioni di rivestimenti metallici, quali placcature ed incamiciature, deposizione chimica ed elettrochimica o applicazioni di altri rivestimenti inorganici, come le smaltature. Citiamo solo per completezza i metodi di protezione che si basano su rivestimenti effettuati con metalli più nobili del metallo di base (per esempio la doratura). Tutti questi metodi non sono adatti ai manufatti di grosse dimensioni e non sono alternativi alla zincatura a caldo. Esulano dallo scopo del testo anche i sistemi vernicianti con zinco disperso in matrice polimerica o etilsilicato (zincante inorganico). i.5 RIVESTIMENTI A CALDO DI ZINCO METALLICO

Dal punto di vista industriale esistono diversi processi per applicare la zincatura a caldo, molto 16


simili tra loro ma regolati da norme e specifiche tecniche di fornitura diverse, con diverse indicazioni e requisiti minimi di spessore del rivestimento: La zincatura generale, oggetto di questo studio, è la zincatura a caldo di manufatti in acciaio delle più diverse fogge che vengono immersi nello zinco con un processo discontinuo. Le norme di riferimento sono la UNI EN ISO 1461:2009 e la UNI EN ISO 14713:2010 parti 1 e 2. Per la zincatura dei tubi gas (cosiddetti a causa della filettatura gas), prodotti di serie, si utilizzano impianti semi-automatici, con fasi di processo simili alla zincatura generale. La fase realmente automatica è quella del passaggio dei tubi nelle vasche di zincatura dopo il loro posizionamento sulle rastrelliere con operazione manuale. La norma per questi prodotti è la UNI EN 10240:1999 che, nel caso di utilizzo per acqua potabile, deve essere integrata con le prescrizioni tecniche presenti negli allegati al DM 174 del 6 aprile 2004 – Ministero della Salute. La zincatura delle lamiere, o zincatura Sendzimir, è un processo di produzione realmente in continuo dei coil in acciaio ed è sensibilmente diverso dagli altri processi sin qui descritti per quanto riguarda le fasi di preparazione superficiale. La fase di zincatura vera e propria, si basa sul passaggio continuo del nastro metallico attraverso lo zinco fuso, in modo da realizzare la reazione zinco-ferro durante un appropriato tempo di contatto. Il controllo dello strato di zincatura è efficace a causa della composizione costante dell´acciaio in ingresso e del tipo particolare di impianto, che può essere integrato alla produzione dei coil. La possibilità di controllo di variabili fondamentali, come la composizione e morfologia dell´acciaio, assieme alla peculiare semplicità geometrica del nastro, rende facile prevedere nel processo produttivo fasi di finitura per l´asportazione di zinco in eccesso e per l´uniformazione dello strato. La lamiera Sendzimir è, quindi, sottoposta a specifiche stringenti riguardo all´aspetto superficiale e allo spessore dello zinco. A queste caratteristiche peculiari della lamiera corrisponde, d´altro canto, il fatto che lo spessore del rivestimento è inferiore a quello normalmente richiesto dalle normative per la zincatura generale. La lamiera Sendzimir può essere adoperata per la realizzazione di profili attraverso piegatura ma presenta difficoltà nella protezione dei tagli e delle saldature che determinano il danneggiamento della zincatura. In questi utilizzi occorre, dunque, prevedere sempre un ripristino locale della protezione. Ciò, assieme allo spessore generalmente ridotto del rivestimento, comporta comunque una minore durata della protezione. La normativa specifica per la zincatura Sendzimir è costituita dalla UNI EN 10346:2009 per le condizioni tecniche di fornitura e dalla UNI EN 10143:2006 per le tolleranze. Anche il filo zincato a caldo viene rivestito in impianti automatici dedicati. Le norme di riferimento sono la UNI EN 10244:2009 parte I-II. Qualche indicazione, per le reti, si trova nella UNI EN 10223. Un esempio di applicazione particolare per componenti di piccola dimensione, è la sherardizzazione. Con questo procedimento si ottiene uno strato di zinco uniforme a temperatura inferiore a quella di fusione dello zinco stesso. Si sottopongono gli oggetti a rotazione, insieme con polvere di zinco (grigio di zinco) e qualche coadiuvante chimico, entro un cilindro chiuso girevole, scaldato all’ esterno a circa 320-400°C. Lo zinco viene cementato, per così dire, sulla superficie della minuteria, ottenendo un rivestimento paragonabile per 17


durata alla zincatura elettrolitica “pesante”. Questo processo è scarsamente utilizzato e di difficile reperibilità in Italia. La norma di riferimento è la UNI EN 13811:2003. Altri trattamenti di zincatura, quali la zincatura a caldo di elementi di collegamento in centrifuga e la zincatura per spruzzatura termica o metallizzazione a spruzzo, vengono trattati in capitoli specifici del testo, mentre la zincatura elettrolitica esula dallo scopo di questo testo.

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Capitolo I

Il progetto e la costruzione Sezione 1

CRITERI DI PROGETTAZIONE E COSTRUZIONE IN VISTA DELLA ZINCATURA I.1.1 La collaborazione tra progettista, carpentiere e zincatore nella progettazione e realizzazione del manufatto

Il fatto che la zincatura a caldo rappresenti molto spesso l´ultima fase di lavorazione dei manufatti, non significa che essa debba essere anche l´ultimo pensiero del progettista o del committente. È consigliabile, infatti, che il progettista decida precocemente per la protezione mediante zincatura a caldo e che ne tenga conto già in fase progettuale per indicare le predisposizioni utili a favorirne una corretta esecuzione. Nel fare ciò si può avvalere dell´ausilio di questo testo, delle linee guida e delle norme tecniche attualmente in vigore a livello nazionale ed internazionale (citate caso per caso in questo testo). Se non si seguono le poche, semplici regole di predisposizione necessarie, si possono incontrare difficoltà anche notevoli nell´applicazione della zincatura a caldo. In ogni caso, le prescrizioni da attuare non si allontanano molto dalle indicazioni generiche per la corretta progettazione ed esecuzione dei manufatti in acciaio, con qualche semplice misura aggiuntiva. È opportuno che il progettista si informi delle poche, ma sostanziali, raccomandazioni e specifiche. In caso di dubbio, è consigliabile una collaborazione preventiva con lo zincatore di fiducia o con l´associazione degli zincatori che per l´Italia è Associazione Italiana Zincatura. I.1.2 Predisposizione alla zincatura a caldo I.1.2.1 Fori di sfiato e drenaggio

Nella maggior parte dei casi, l´ottenimento di un rivestimento di qualità, continuo ed uniforme su tutta la superficie esterna ed interna dei manufatti, è subordinato alla realizzazione e al dimensionamento di fori con la duplice funzione di sfiato per l´aria e drenaggio delle soluzioni di processo e dello zinco in eccesso. Nelle immagini che accompagnano il testo, i fori di sfiato sono sempre quelli rivolti verso l´alto mentre ovviamente saranno sempre fori di drenaggio quelli rivolti verso il basso. La precisa collocazione di questi fori, per le varie geometrie degli articoli, è dipendente dalla tecnica di immersione e richiede una certa, seppur semplice, conoscenza di base. In caso di dubbio, l´aiuto preventivo dello zincatore nella fase di progetto e di realizzazione dell´opera, può essere decisivo per evitare problemi di più complessa soluzione nelle fasi successive. Il manufatto da zincare viene immerso in un bagno di zinco fuso a temperature prossime a 450°C, dopo essere stato sottoposto a trattamenti chimici mediante immersione in soluzioni 19


Capitolo I

Effetto di mancata predisposizione: i pezzi sono esplosi in vasca di zincatura a causa delle fortissime pressioni generate dalla rapida evaporazione delle soluzioni acquose di processo intrappolate nelle cavitĂ chiuse. In simili circostanze, oltre al danneggiamento dei manufatti e dellâ&#x20AC;&#x2122;impianto di zincatura, si espongono gli addetti alla vasca di zinco ad un elevato rischio per la loro incolumitĂ .

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Il progetto e la costruzione

Altri esempi di effetti dovuti alla mancata predisposizione

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Capitolo I

acquose. Se di queste si consente una minima ritenzione nelle parti cave o negli interstizi di un manufatto portato a contatto con lo zinco fuso, si rischia una esplosione con conseguenze che possono essere gravissime (vedi figure 1.9-1 e 1.9-2). In questi casi, oltre ai danni provocati all´impianto di zincatura, che possono essere devastanti, occorre considerare il rischio per la sicurezza di chi opera alla vasca di zincatura. È, quindi, sempre preferibile che le forature siano realizzate in modo da essere visibili e ben ispezionabili. Ovviamente, lo zinco durante l´immersione degli articoli deve poter bagnare tutte le superfici del manufatto perché il rivestimento possa svilupparsi con continuità e in modo omogeneo. Lo zinco deve poter scorrere liberamente sul pezzo avendo accesso a tutte le superfici al suo interno così come all´esterno e deve poter liberamente drenare. Questi sono presupposti indispensabili per l´ottenimento di un risultato a regola d´arte. Per quanto riguarda la tecnica di realizzazione dei fori è opportuno che oltre i limiti di spessore dell’acciaio consentiti dalle norme o dalla buona pratica si eviti la punzonatura o la si adoperi con punte di diametro inferiore, per iniziare la lavorazione. La foratura dovrebbe essere ripassata successivamente con il trapano, fino a raggiungere la dimensione di foro desiderata. Su questo punto, per la visualizzazione dei possibili difetti e per ulteriori consigli, leggasi anche la parte di questo testo relativa alle lavorazioni a freddo – vedi anche paragrafo II.2.6. Il metodo di foratura con l’ossifiamma può essere veloce ed efficace, soprattutto per adeguare manufatti che hanno già raggiunto la zincheria, ma è consigliabile utilizzarlo solo quando non si chiedano specifici requisiti estetici nell´intorno del foro. In condizioni normali, con corretta progettazione e realizzazione del manufatto, non sono necessari interventi di adeguamento che possano richiedere il ricorso a foratura estemporanea in zincheria. Nel caso in cui, si manifesti comunque l’esigenza di adeguare le forature, lo zincatore dovrà essere autorizzato a prendere le misure del caso, oppure il manufatto dovrà tornare dal carpentiere. I.1.2.1.1 Effetti delle mancate o erronee predisposizioni Se mancano le condizioni di perfetta foratura si possono ottenere una serie di difetti: parti non coperte dallo zinco per la presenza di sacche di aria bloccate all´interno di pezzi cavi o, nel caso di profili aperti, in parti concave verso il basso (rispetto al verso di immersione), che impediscono il contatto con lo zinco fuso (mancato sfiato) – vedi figura 1.1; Descrizione Bolla d’aria Zone non zincate Cause Mancata esecuzione dei fori di sfiato in porzioni di manufatto che durante l´immersione possono intrappolare aria e ostacolare il contatto delle soluzioni di processo e dello zinco con l´acciaio Rimedi Forare correttamente il materiale Figura 1.1 Difetto di foratura di sfiato

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Il progetto e la costruzione

accumuli di ceneri risultanti in evidenti difetti superficiali (accumuli di ceneri intrappolate nelle cavità) – vedi figura 1.2; Descrizione Accumulo di ceneri Cause L´assenza del foro ha reso impossibile l´allontanamento dal pezzo delle ceneri. Analogo fenomeno può essere provocato da fori sottodimensionati. Rimedi Forare correttamente il materiale. Nota Questi accumuli in genere avvengono dopo che l´acciaio si è rivestito di zinco e possono essere rimosse con banali interventi di pulitura meccanica.

Figura 1.2 Accumulo di ceneri per assenza o sottodimensionamento del foro di sfiato

- inclusione di ceneri nella parte superficiale del rivestimento di zinco (rispetto al caso precedente le ceneri risultano penetrate nella parte superficiale del rivestimento) – vedi figura 1.3; Descrizione Inclusione di ceneri Inclusione superficiale di ceneri nello strato di zincatura. Cause L´assenza o l´insufficiente dimensione del foro rendono impossibile l´allontanamento dal pezzo delle ceneri. Rimedi Se non particolarmente gravi, queste inclusioni (che avvengono dopo che il pezzo si è zincato) possono essere rimosse senza ulteriore danno con interventi di pulitura meccanica. Basterà controllare che dopo la loro rimozione sia presente sul pezzo uno spessore di rivestimento in linea con le specifiche. Figura 1.3 Inclusioni causate dall´accumulo di ceneri per insufficienza del foro di sfiato

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Capitolo I

- irregolarità superficiali, quali bave o sovra-spessori, causati da un non corretto drenaggio dello zinco. In alcuni casi, durante l´estrazione, lo zinco reso ormai pastoso dalla diminuzione della temperatura, fuoriesce dalle cavità, dalle ribave e da superfici sovrapposte, formando rivoli che solidificano e restano sovrapposti sulla superficie dei manufatti – vedi figura 1.4;

Descrizione Colature Tale difettosità di natura estetica e, in qualche sporadico caso, funzionale si manifesta attraverso depositi superflui di zinco che localmente ispessiscono il rivestimento.

Cause Si tratta di di zinco che fuoriesce in ritardo da fori, pieghe, cornici, cavità ed insenature varie per insufficienza dimensionale delle predisposizioni al drenaggio. Rimedi Occorre prestare particolare attenzione a quelle zone del

Figura 1.4 Colature ed ispessimenti di zinco

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materiale dove può rimanere intrappolato lo zinco ed, in generale, facilitare quanto più possibile il drenaggio dello zinco dai manufatti. Rimuovere le ribave di foratura o di altre lavorazioni meccaniche quando queste possono causare ritenzioni di zinco


Il progetto e la costruzione

- accumuli di zinco negli angoli e nelle estremità dei pezzi, che possono anche causare perdita di funzionalità o difficoltà per un eventuale successivo assemblaggio con altri pezzi (mancato drenaggio) – vedi figura 1.5. Descrizione Accumulo di zinco Grossa sacca riempita di zinco, inutilmente accumulato in uno spigolo del manufatto. Cause Mancata foratura di drenaggio. Lo zinco non può fuoriuscire dalla cavità o dalla parte concava. Rimedi Eseguire le forature di drenaggio in accordo con questa linea guida.

Figura 1.5 Accumulo di zinco dovuto ad assenza di foratura di drenaggio

Inoltre, una non corretta foratura può dare luogo a grosse difficoltà operative per lo zincatore o a rischi per l´incolumità delle persone e delle cose: - difficoltà di immersione (galleggiamento): la densità dell´acciaio è 7850 kg/m3, la densità dello zinco allo stato liquido è 6620kg/m3. L´entità dell´aria trattenuta all´interno di un articolo può determinarne il galleggiamento sulla superficie dello zinco fuso, che ne impedisce la corretta zincatura e ostacola il trattamento della restante parte del lotto insieme al quale esso è agganciato. Il galleggiamento è, comunque, estremamente rischioso, poiché le elevate pressioni che si generano nelle cavità riempite di aria o vapore a contatto con il bagno di zincatura, provocano seri rischi di esplosione – vedi figura 1.6. 25


Capitolo I

Descrizione Galleggiamento Cause Mancata o errata realizzazione di forature di parti cave. Effetti Impossibilità di contatto dello zinco con la superficie del manufatto; bruciature del sale di flussaggio; seri rischi di esplosione. L´articolo in figura è effettivamente esploso con ingenti danni all´impianto di zincatura – vedi figura 1.8-1 per le conseguenze dell´incidente. Rimedi Effettuare una foratura corretta in accordo con le norme ed i suggerimenti di questo testo. Figura 1.6 Effetti del galleggiamento: zincatura resa impossibile e rischio di esplosione

- la non corretta foratura può dare luogo a seri rischi di esplosione: se si accumula nelle cavità una quantità minima di soluzione acquosa del processo di pretrattamento, una volta a contatto con lo zinco fuso, essa tenderà ad espandersi in fase vapore (per l´acqua alla pressione atmosferica, il volume si incrementa di circa 1750 volte il volume del liquido) generando una pressione che può giungere anche a valori prossimi a 50 MPa (7250psi). Il rischio di esplosioni è evidente, assieme alle possibili conseguenze per la sicurezza degli operai addetti alla vasca di zincatura. Lo scenario di tali incidenti è aggravato in modo catastrofico dalle eiezioni di zinco fuso dalla vasca, che possono colpire gli operai e causare gravi danni agli impianti – vedi figure 1.7, 1.8-1 e 1.8-2. Descrizione Esplosione Tubolare esploso in fase di zincatura. Il pezzo esplodendo ha determinato fuoriuscita di zinco fuso dalla vasca ed ha causato il ferimento di uno degli addetti alla zincatura. Cause Mancata o insufficiente foratura di sfiato. Rimedi Procedere alla foratura dei pezzi così come suggerito da questa linea guida e dalle norme. Non consentire che si formino cavità chiuse senza uno sfiato adeguato.

Figura 1.7 Esempio di esplosione di materiale per mancata foratura

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Il progetto e la costruzione

Le immagini seguenti sono molto esplicative di ciò che può causare un´esplosione in zincheria.

Figura 1.8-1 Ecco le foto dei danni che ha provocato l´esplosione dell´articolo di figura 1.6. Si vedono chiaramente gli effetti sul forno di zincatura interrato, le cui parti elettriche e tubazioni risultano invase dallo zinco, irrimediabilmente compromesse. Attorno alla vasca di zincatura si notano gli effetti dell´esplosione che ha causato una massiccia fuoriuscita di zinco fuso.

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Capitolo I

Figura 1.8-2 Altro esempio di esplosione. In questo caso l´onda di zinco è stata provocata dall´esplosione di una intercapedine non forata. Dissaldandosi, le lamiere hanno causato la fuoriuscita di una ingente quantità di zinco fuso dalla vasca, che ha invaso tutta la zona di zincatura e i sottostanti vani di alloggiamento del forno. Si noti come l´esplosione sia stata violenta e l´ondata di zinco copiosa. La cabina di protezione ha potuto limitare solo in parte l´eiezione di zinco dalla vasca. I danni provocati all´impianto sono evidenti.

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Il progetto e la costruzione

Spesso causata da difficoltà relative ad una predisposizione non ottimale, è la bruciatura del sale di flussaggio che compromette la qualità della zincatura dei pezzi. Si tratta dell’effetto di un’immersione troppo lenta nel bagno di zinco o di un galleggiamento temporaneo. Il difetto consiste in aree di manufatto non rivestite per decomposizione dei sali di flussaggio che perdono la loro capacità di favorire la reazione ferro-zinco (vedi figura 1.9). Il sale di flussaggio utilizzato, infatti, non resiste all’esposizione a temperature superiori a 150° C. Tale difetto si manifesta anche nel caso di temperature di preriscaldo troppo alte. Descrizione Bruciatura del sale Cause In alcune circostanze, quando l´immersione nel bagno di zinco fuso è lenta o subisce addirittura delle fermate per galleggiamento dei pezzi, si può avere una decomposizione prematura del sale di flussaggio per l´innalzamento locale di temperatura (T>150°C). Il sale, decomponendosi, non può più espletare la sua funzione a contatto con lo zinco fuso. Ne scaturisce la presenza di zone non zincate. Rimedi Bisogna evitare arresti durante le immersioni e discese troppo lente. La temperatura del pezzo non deve essere mai essere superiore ai 150°C prima dell´immersione nello zinco. Evitare rischi di galleggiamento, soprattutto per evitare esplosioni. Effettuare forature di dimensioni giuste in modo da evitare galleggiamenti anche solo temporanei.

Figura 1.9 Zone non zincate per il sale che brucia prematuramente

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I.1.2.1.2 Forature di profili aperti Anche per i profili aperti, particolari conformazioni con parti concave verso il basso (secondo il verso di immersione nello zinco), possono comportare l´intrappolamento di aria con conseguente impossibilità della loro zincatura. Viceversa, le parti concave verso l´alto possono causare la ritenzione di zinco fuso in eccesso. Se il manufatto ha una forma adatta, a volte può essere evitata la foratura, ma questo rappresenta un caso limite. Al contrario, è più frequente che, rispetto a quanto già realizzato dal carpentiere, in zincheria arrivino pezzi per cui siano necessari interventi di foratura supplementare per zincare tutte le loro porzioni superficiali. Questa linea guida intende fornire al realizzatore tutti gli strumenti di conoscenza adatti ad evitare tali situazioni. Qualora, pur riconoscendone la necessità dal punto di vista della perfetta predisposizione, non sia possibile praticare uno o più fori su un manufatto, per fatti progettuali, funzionali o strutturali, è necessario valutare attentamente la situazione con lo zincatore. In certi casi, la zincatura può essere ancora applicabile con particolari manovre da parte degli addetti alla vasca. A volte, in ultima analisi, è possibile realizzare la zincatura ammettendo la possibilità di un piccolo ritocco che, se rientra nelle dimensioni previste dalla normativa, non costituisce difetto. Nella maggior parte dei casi è possibile adattare il pezzo alla zincatura con marginali variazioni costruttive o di progettazione. Consigli su dimensioni minime, posizione e forma delle forature I rinforzi in profili ad U, H e assimilabili devono essere tagliati agli angoli interni - vedi figura 1.10. I fori ottenuti devono essere della grandezza massima ammissibile con la resistenza strutturale desiderata e comunque non inferiore ai minimi di tabella 1.1. Tabella 1.1 Dimensioni minime dei fori di sfiato e drenaggio con profili aperti

Dimensione caratteristica (mm) φ del foro (mm) < 25 > 10 25 ÷ 50 > 12 50 ÷ 100 > 16 100 ÷ 150 > 20 > 150 > 25

Normalmente, è improbabile che le strutture possano risentire dal punto di vista funzionale o strutturale, della presenza della foratura necessaria alla zincatura sia per la sezione relativamente modesta dei fori sia per la posizione necessariamente molto vicina ad angoli e bordi. Poiché le posizioni idonee delle forature sono spesso molto vicine alle saldature, occorre prestare attenzione che, in quel caso, non si riduca la luce del foro al di sotto dei minimi tabellari (tab.1.1) per effetto delle saldature stesse – vedi figura 1.12. Possiamo dare qualche indicazione su dimensionamento e posizionamento del foro. - se si procede a una saldatura intorno al bordo che si viene a creare, è consigliabile un andamento ad arco di circonferenza in luogo di un semplice smusso a 45° – vedi figura 1.10 (1-2-3) – per una miglior distribuzione delle tensioni residue;

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Il progetto e la costruzione

Figura 1.10 Foratura di profili aperti

- fori a sezione circolare sono meno efficienti e dovrebbero essere posizionati, in ogni caso, il più possibile vicino ai bordi e agli angoli – vedi figura 1.10 (4); - alternativamente alla foratura dei rinforzi, si possono forare le travi o i profili principali per ottenere gli stessi scopi – vedi figura 1.11;

Figura 1.11 Esempio di foratura del profilo principale. I fori possono essere anche di diversa forma (p.es. di sezione circolare).

- anche i piatti e/o piastre di testa, qualora presenti, devono essere opportunamente forati. In particolare, si noti come la soluzione di fig 1.10 (3) risulti molto efficace. In alternativa ai fori dei rinforzi, può essere realizzata una soluzione costruttiva che porta alla creazione di aperture che consentono allo stesso modo lo sfiato e il drenaggio – vedi esempi in figura 1.14 (concavità interrotte, rinforzi corti, etc.). 31


Capitolo I

Figura 1.12 Presenza di cordone di saldatura in corrispondenza del foro di drenaggio. È evidente che il cordone rende insufficiente la sezione del foro.

I.1.2.1.3 Forature di parti terminali in manufatti con profili aperti Gli articoli realizzati con profili aperti necessitano forature nelle loro parti terminali, se queste formano delle concavità che possono diventare sacche di aria durante l´immersione o dare luogo a ritenzioni di zinco durante l´estrazione – vedi figura 1.13. Le forature del tipo di figura 1.10 (3) sono consigliabili.

Figura 1.13 Esempi di foratura di piastra terminale

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Il progetto e la costruzione

I.1.2.1.4 Esempi di predisposizione corrette su profili aperti Ci riferiamo alle figure 1.14.1 e 1.14.2 per la visualizzazione di articoli con corretta foratura per lo sfiato dell´aria ed il drenaggio dello zinco.

Figura 1.14.1 Forature e predisposizioni corrette

Figura 1.14.2 Forature e predisposizioni corrette

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Capitolo I

I.1.2.1.5 Esempi di mancata predisposizione su profili aperti In figura 1.15 sono riportati casi di non corretta foratura.

Figura 1.15

I.1.2.1.6 Forature di profili tubolari e cavità interne È essenziale che si evitino cavità interne chiuse. Se il progetto prevede la presenza di rinforzi a tutta sezione in strutture tubolari o assemblaggi di profili che possono causare zone intercluse, particolare attenzione deve essere posta per il posizionamento ed il dimensionamento dei relativi imprescindibili fori di sfiato e drenaggio. I fori di sfiato e drenaggio non servono solo per ragioni di sicurezza, ma anche per permettere al rivestimento di formarsi nelle superfici interne delle strutture tubolari, assicurando la migliore protezione possibile, sia all´esterno che all´interno dei manufatti. Le forature devono essere preferibilmente previste e realizzate prima dell´assemblaggio del manufatto ed essere ben ispezionabili. Soprattutto nel caso in cui si formino cavità interne chiuse, non più agevolmente ispezionabili a manufatto assemblato, occorre che il costruttore dia ampia assicurazione allo zincatore dell’avvenuta foratura. Se l’accertamento da parte dello zincatore è impossibile, è sua facoltà respingere il materiale all’accettazione. In genere, anche in questo caso, i fori devono essere vicini agli angoli o ai bordi. I fori circolari, che possono essere ottenuti con l’ausilio di un trapano, possono essere sostituiti da smussi a 45° ed intagli a V, oppure essere realizzati con l’ausilio di punzonatori o all’ossifiamma. 34


Il progetto e la costruzione

Di seguito si forniscono indicazioni sul corretto dimensionamento dei fori in funzione delle capacità volumetriche e delle caratteristiche di forma. I.1.2.1.6.a Strutture realizzate con tubi o profili tubolari In prossimità dei giunti tra i componenti delle strutture, generalmente ottenuti per assemblaggio con la saldatura, occorrerà prevedere fori effettuati il più possibile vicino al giunto. In altrenativa si possono realizzare tagli a V o smussature degli spigoli (il caso 3 in figura 1.16 sarebbe da evitare per le opere strutturali, quando non se ne valutino preventivamente gli effetti sulle resistenze meccaniche della struttura. Se è presente una flangia cieca od una piastra di terminazione, occorre praticarvi un foro – vedi figura 1.16 (casi 5 e 6). La buona pratica progettuale ed alcune norme straniere (ad esempio, ASTM A385-08), riferendosi a casistiche generali per i tubi, riportano dimensioni di sicurezza del foro di circa il 25% del diametro interno del componente o più. Allo stesso modo, il diametro del foro non deve essere più piccolo del 25% della dimensione caratteristica del tubolare (il lato più lungo nel caso delle sezioni rettangolari) e, comunque, non deve essere inferiore a 10 mm. Queste dimensioni sono, tuttavia, soltanto indicative e richiedono una valutazione attenta delle caratteristiche del manufatto. Si tratta di misure consigliate nei casi normali, che possono essere insufficienti in caso di strutture di forma particolarmente complessa. Comunque, è anche vero che, se ci sono esigenze estetiche o di diversa natura, quando la geometria lo consenta, è possibile ridurre la dimensione dei fori. È sempre, però, necessario chiedere il parere dello zincatore prima di prendere una decisione in merito. I.1.2.1.6.b Capriate, altri tipi di travi reticolari e realizzazioni complesse con tubi e profili tubolari Per quanto riguarda i componenti trasversali delle capriate (componenti che seguono approssimativamente le verticali di immersione), è preferibile che essi rechino due fori opposti per ciascun lato, in corrispondenza delle due estremità – vedi figura 1.17. La somma delle aree dei fori non deve essere minore del 30% della superficie di intersezione con il profilato longitudinale (orizzontale). In alternativa si può seguire la tabella 1.2. Sono possibili anche forature di tali componenti diametralmente opposte, cioè da parti opposte rispetto all´asse di tali profili trasversali, per limitare il numero necessario di fori. Ciò implica, però, una certa conoscenza delle direzioni di immersione del pezzo nel bagno di zincatura – a questo riguardo consultare il paragrafo I.1.2.1.11 che chiarisce il significato di queste affermazioni mediante esempi facilmente visualizzabili. Quando si realizzano travi capriate che richiedano l´assemblaggio di tubolari: - sulle parti trasversali, usare intagli a V, forature ottenute con trapano o fori effettuati con ossifiamma, con sezioni di misure suggerite in tabella 2 – vedi figura 1.16 (1-2). Dal punto di vista della qualità della zincatura, la foratura ottenuta con trapano od ossifiamma non dà i migliori risultati. Gli intagli effettuati con il trapano (come tutti gli altri) vanno praticati, in ogni caso, il più possibile in prossimità delle estremità. Si tratta di soluzioni di ripiego quando gli intagli a V non sono possibili per considerazioni strutturali. Per tubolari di sezione considerevole, la dimensione dell’intaglio deve essere di dimensioni adeguate (vedi parte iniziale di questo paragrafo) o raddoppiato sulle facce corrispondenti dei pezzi – vedi fig 1.16 (7); 35


Capitolo I

Figura 1.16 Foratura di profili tubolari

- si sconsiglia l´adozione delle seguenti soluzioni: figura 1.16 (3) – lo smusso allo spigolo: può essere adottato solo previo studio degli effetti dal punto di vista delle resistenze strutturali; Se la valutazione delle caratteristiche strutturali dà esito positivo, comunque, lo smusso allo spigolo dà ottimi risultati per la qualità estetica della zincatura; figura 1.16 (4) – fori non ispezionabili: qualora motivazioni estetiche lo richiedano, i fori possono essere praticati anche sui profili longitudinali in corrispondenza delle sezioni di intersezione dei profili trasversali, ma questa soluzione deve essere considerata eccezionale, data la risultante difficoltà di ispezione. Per essere adottata, deve essere preventivamente ed esplicitamente approvata dalla zincheria che dovrà effettuare la lavorazione. In questo e negli altri casi in cui l´ispezione visiva è difficile, lo zincatore deve essere garantito della predisposizione del manufatto e potrebbe anche rifiutarsi di effettuare il lavoro se non si ritenesse sufficientemente tutelato da rischi. È consigliabile, dunque, interpellarlo sin dalle prime fasi di progettazione e lavorazione. Questa è una misura di sicurezza fondamentale data la gravità degli incidenti che si verificano in caso di errata foratura e l´entità dei danni che potrebbero essere arrecati; - per le sezioni terminali (di testa o di coda) i criteri da adottare per la predisposizione alla 36


Il progetto e la costruzione

zincatura a caldo potrebbero essere quelli indicati in: figura 1.16 (5) – sezione terminale lasciata sempre aperta, quando possibile; figura 1.16 (6) – altrimenti seguire la seguente tabella 1.2 o, se applicabile, la tabella 1.3: Tabella 1.2 Forature per tubolari

Base + altezza della sezione (cm) Area della foratura rispetto all´area della sezione (%)

> 61 25% 41÷61 30% 20÷41 40% < 20 aperto

Per quanto riguarda la realizzazione della foratura (con foro singolo o più fori di diversa forma, vedere anche le figure 1.18 e 1.19.

Figura 1.17 Esempio di foratura di capriata con profili trasversali tubolari

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Capitolo I

Figura 1.18 Foratura di tubi e parti terminali

Quando possibile, è consigliabile che gli articoli con molte parti cave siano zincati separati in porzioni piÚ semplici per essere assemblati successivamente. In ogni caso, è determinante che le forature di sfiato e drenaggio siano facilmente monitorabili con la sola ispezione visiva.

Figura 1.19 Dettagli di forature delle parti terminali per strutture reticolari con profilati a base circolare. Il primo caso è preferibile rispetto agli altri, comunque, ugualmente corretti.

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Il progetto e la costruzione

I.1.2.1.6.c Corrimano Per i corrimano: - i fori di sfiato devono essere vicini alla saldatura il più possibile ed avere una dimensione non inferiore al 25% del diametro interno del tubo. In ogni caso, il foro dovrà avere diametro minimo di 10 mm – vedi figura 1.20 (1); - i fori di sfiato nelle sezioni d´angolo o nelle sezioni simili devono essere di diametro minimo 12 mm – vedi figura 1.20 (3); - le sezioni terminali, quando possibile, devono essere lasciate completamente aperte. Negli altri casi, la foratura dovrà essere la massima possibile e rispettare almeno i minimi di tabella 1.2; - i fori interni, se presenti, devono essere preferibilmente pari al diametro interno del tubo per la migliore qualità della zincatura – vedi figura 1.20 (2). Tuttavia, la soluzione della foratura interna risulta maggiormente realizzabile, perché più agevole e con fori di diametro inferiore. Il diametro dei fori, comunque, deve essere almeno pari al 40% del diametro interno del tubo e, comunque, non inferiore a 12 mm per i tubi di diametro piccolo (tubi per cui il 40% del diametro sarebbe più piccolo di 12 mm). Per le difficoltà tecniche e per l´impossibilità pratica di ispezione, una foratura che si basi sulla presenza di fori interni non è consigliabile, a meno che non si prendano accordi diretti con lo zincatore per evitare rischi (anche in questo caso vale quanto già affermato nel paragrafo I.1.1.4.1.b per quanto riguarda l’accettazione di materiale di questo tipo).

Figura 1.20 Possibili sedi di foratura per corrimano. Non è necessario procedere a tutte le forature indicate: per i casi pratici vedere esempio in figura 1.27.

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Capitolo I

I.1.2.1.7 Esempi di corretta foratura di tubi e tubolari Ci riferiamo alla figura 1.21 per la visualizzazione di articoli con corretta foratura per lo sfiato dell´aria ed il drenaggio dello zinco.

Figura 1.21

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Il progetto e la costruzione

I.1.2.1.8 Esempi di predisposizione mancata o insufficiente per tubi e tubolari Ci riferiamo alla figura 1.22 per la visualizzazione di articoli con mancata, errata o insufficiente foratura.

Figura 1.22

I.1.2.1.9 Sezioni e rinforzi interni agli elementi scatolari I rinforzi interni di profili scatolari (di grosse dimensioni) devono essere forati anche al centro oltre ad avere gli angoli tagliati. Solo nel caso di sezioni sufficientemente piccole si possono ammettere rinforzi tagliati solo agli angoli â&#x20AC;&#x201C; vedi figura 1.23.

1. Per sezione piccola si intende una sezione per la quale è possibile soddisfare le condizioni in tabella 1.3 con il solo smusso agli angoli.

2. Tutte le altre sezioni

Figura 1.23 Foratura di rinforzi in elementi scatolari

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Capitolo I

Un riferimento delle dimensioni in termini di area delle forature (angoli smussati + foro centrale) rispetto alle dimensioni (base + altezza) del profilo tubolare impiegato, è suggerito in tabella 1.3. Tabella 1.3 Calcolo delle forature di elementi scatolari

Base + altezza della sezione (mm) Area del foro < 200 Intera sezione aperta 200 ÷ 400 40% area della sezione 400 ÷ 600 30% area della sezione > 600 25% area della sezione Quello indicato non è il solo riferimento possibile. Vedasi a questo proposito anche la norma ASTM A385-08, che si basa sull´indicazione di fori proporzionali all´area della sezione dello scatolare. I.1.2.1.10 Grossi volumi cavi e serbatoi Anche nel caso dei rinforzi in manufatti di grande capacità, come i serbatoi o grossi contenitori, occorre rispettare le prescrizioni relative alle sezioni scatolari. Per i rinforzi si devono, infatti, prevedere fori centrali e smussi agli angoli come in figura 1.23(2). I casi particolari sono anche possibili soluzioni alternative a patto che nei tagli si rispetti la tabella 1.3 – vedi esempio in figura 1.24.

Figura 1.24 Esempio di rinforzo interno con tagli per consentire lo sfiato ed il drenaggio e di predisposizione per il corretto aggancio

Figura 1.25 Consigli realizzativi per i boiler ed i serbatoi per l´applicazione della zincatura a caldo

Per i boiler ed i serbatoi occorre prevedere che i tubi di raccordo possano essere sfruttati come forature per la zincatura. In tal caso, non dovranno consentire ritenzione di zinco – vedi figura 1.25. Alternativamente, se si può, si prevederanno dei fori che dovranno essere opportunamente tappati dopo la zincatura. 42


Il progetto e la costruzione

I.1.2.1.11 Posizione delle forature rispetto a direzione e verso dell´immersione nello zinco fuso Nei paragrafi che precedono si sono fornite indicazioni su posizionamento e dimensioni delle forature di sfiato e drenaggio. Per minimizzare o semplicemente ridurre il numero dei fori necessari, occorre tenere in considerazione la direzione di immersione ed estrazione del manufatto. Si tratta di lasciare una via libera all´aria di fuoriuscire dall´interno del manufatto verso l´alto, mentre ha luogo l´immersione ed una via libera allo zinco (o alle altre soluzioni di processo) di drenare quando ha luogo l´estrazione, viceversa. Ad esempio, nel caso di strutture come la trave capriata in figure 1.16 e 1.17, si può evitare di forare su entrambi i lati i componenti trasversali (verticali), effettuando i fori da parti opposte rispetto all´asse degli stessi - vedi figura 1.26. Queste soluzioni sono talora necessarie per motivi estetici o funzionali.

Figura 1.26 Conoscere la direzione di immersione dei pezzi nel bagno di zincatura permette di minimizzare la presenza di fori

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Capitolo I

Anche per i corrimano possono verificarsi casi (solitamente estetici) in cui occorre limitare il numero dei fori – vedi figura 1.27.

Figura 1.27 Due esempi di foratura di corrimano e sua direzione di immersione (ad ogni lettera corrisponde un foro)

Se si considera la realtà nella pratica dell´impianto di zincatura, non si verifica quasi mai che i pezzi vengano agganciati in modo perfettamente verticale. I pezzi, una volta sospesi, sono sempre un po´ obliqui e questo genera la necessità di forature anche in punti dove non sembrerebbe necessario ad un primo sguardo. Dall´esame della figura 1.28 risulta chiara l´esigenza di forature nei profili rappresentati. 44


Il progetto e la costruzione

Figura 1.28 Esempio di foratura resa necessaria dall´orientamento dell´articolo durante l´immersione

I.1.2.1.12 Interstizi tra superfici sovrapposte I manufatti che presentano sovrapposizione di superfici possono essere normalmente zincati, a patto di effettuare le forature di sfiato e drenaggio delle intercapedini – vedi figura 1.29.

Figura 1.29 Superfici sovrapposte

È importante assicurare lo sfiato degli spazi che si formano tra le superfici di contatto per agevolare l´allontanamento di liquidi o gas intrappolati che possono produrre delle aree non ricoperte. Assicurare un´opportuna foratura è essenziale anche per la sicurezza perché previene rotture del manufatto, possibili a causa delle forti pressioni che si svilupperebbero in caso di accumulo di soluzioni di processo nelle intercapedini. Infatti, è notevole l´incremento di pressione che risulterebbe durante l´immersione nello zinco liquido a causa 45


Capitolo I

della vaporizzazione di tali fluidi. In alcuni casi, quando le superfici si sovrappongono per aree considerevoli, possono anche crearsi le condizioni per esplosioni (ma questa evenienza, pur possibile, è molto rara). Per minimizzare le possibilità di inconvenienti occorre realizzare una saldatura continua, sigillante, che assicuri che le soluzioni di processo non possano essere intrappolate nell´area di saldatura. Ciononostante, è sempre possibile che ci siano difetti nella realizzazione di tale saldatura. Per tale motivo, se si superano le dimensioni indicate in tabella 1.4 o in tabella 1.5, occorre praticare un foro in aggiunta su almeno una delle due superfici sovrapposte per garantire lo sfiato. Meglio se il foro è passante, intersecando entrambe le superfici. La saldatura discontinua non è consigliabile, tanto meno da sola, dal momento che fa sicuramente penetrare liquidi nell’intercapedine. Se le superfici sono sovrapposte a contatto tra loro, gli interstizi sono troppo stretti perché lo zinco possa penetrarvi. Il contrario avviene per le soluzioni acquose di processo, per cui una certa quantità di sali può restare intrappolata tra le due superfici anche dopo che i pezzi hanno lasciato la zincheria. Nelle settimane o mesi successivi, i sali possono essere solubilizzati dall’umidità e causare la corrosione delle parti zincate adiacenti o semplicemente macchiarne le superfici con i prodotti di corrosione provenienti dall’interno dell’interstizio. Il difetto che subisce la zincatura non può essere contestato allo zincatore a norma della UNI EN ISO 1461:2009, non essendo il fenomeno imputabile al processo di zincatura in sé ma alla scarsa predisposizione del manufatto in fase costruttiva. Al problema si può ovviare, in subordine rispetto alla saldatura continua, prevedendo un´altezza dell´interstizio maggiore di 2.5 mm, che è tale da permettere l´ingresso dello zinco e la zincatura delle superfici sovrapposte. Questa soluzione, per le difficoltà di realizzazione, dovrebbe essere adotata solo in caso di particolari esigenze. Infatti, l´uso di distanziatori è perlomeno scomodo. Tabella 1.4 Diametro dei fori di sfiato per aree sovrapposte con acciaio di spessore s minore o uguale a 12 mm

Area sovrapposta (cm2) Fori di sfiato Tratto non saldato < 100 Nessuno Saldatura continua 100 < s < 400 10 mm 25 mm 400 < s < 2500 12 mm 50 mm (2x25 mm) Per ogni incremento di 2500 18 mm 100 mm (4x25 mm) Tabella 1.5 Diametro dei fori di sfiato per aree sovrapposte con acciaio di spessore s maggiore di 12 mm

Area sovrapposta (cm2) Fori di sfiato Tratto non saldato <<100 Nessuno Saldatura continua 100 < s <400 Nessuno Saldatura continua 400< s <2500 12 mm 50 mm (2x25 mm) Per ogni incremento di 2500 18 mm 100 mm (4x25 mm) 46


Il progetto e la costruzione

Il progetto può essere migliorato, quando possibile, adottando un design che preveda il montaggio delle superfici sovrapposte successivo alla zincatura a caldo, magari attraverso un assemblaggio con bullonatura o con una progettazione che ne eviti la formazione. Qualche esempio è riportato in figura 1.30.

Figura 1.30 Soluzioni per evitare quando possibile superfici sovrapposte

I.1.2.2. Sommario dei suggerimenti più importanti riguardo alle forature

I.1.2.2.1 Sfiato - Nessun foro di sfiato deve essere di diametro inferiore a 10 mm; - il diametro minimo preferibile per i fori di sfiato è 12 mm ma talora può essere necessario prescrivere diametri maggiori. Questa linea guida fornisce delle tabelle che danno il diametro minimo del foro in funzione delle dimensioni delle cavità (tabelle 1.1-1.3); - durante l’immersione nello zinco fuso, si formano circa 200 grammi di ceneri di zinco per metro quadrato di superficie zincata. Anche le ceneri che si formano all´interno delle aree cave devono passare attraverso le forature. Le porzioni cave interne richiedono forature di dimensione maggiore rispetto ai profili aperti; - contenitori vuoti richiedono forature di area totale pari all´incirca a 1250 mm2 per ogni metro cubo di volume, ottenibile con un unico foro da 40 mm di diametro o da una somma di forature più piccole; - i profili cavi, tubi e tubolari richiedono una foratura minima in funzione della grandezza della sezione – vedi paragrafi I.1.2.1.6, I.1.2.1.9 e I.1.2.1.10; - i fori di sfiato dovrebbero essere posizionati al bordo delle sezioni cave; - è possibile ottenere una minimizzazione del numero e delle dimensioni dei fori per gli articoli sia con profili cavi che con profili aperti conoscendo la direzione ed il verso con cui l´articolo stesso verrà zincato. 47


Capitolo I

I.1.2.2.2 Drenaggio - Nessun foro di drenaggio deve essere di diametro inferiore a 10 mm ma talora può essere necessario prescrivere diametri maggiori; - il diametro minimo preferibile per i fori di drenaggio è 25 mm. Questa linea guida fornisce delle tabelle che danno il diametro minimo del foro in funzione delle dimensioni delle cavità; - le sezioni cave di grosse dimensioni (serbatoi) richiedono un foro di 100 mm di diametro (o una foratura equivalente) per ogni metro cubo di volume vuoto; - i fori di drenaggio dovrebbero essere posizionati al bordo delle sezioni cave; - i profili cavi, tubi e tubolari richiedono una foratura minima in funzione della grandezza della sezione – vedi paragrafi I.1.2.1.6, I.1.2.1.9 e I.1.2.1.10. Sarebbe preferibile che tali profili fossero lasciati aperti alle estremità. - è possibile ottenere una minimizzazione del numero e delle dimensioni dei fori per gli articoli sia con profili cavi che con profili aperti conoscendo la direzione ed il verso con cui l´articolo stesso verrà zincato – vedi paragrafo I.1.2.1.11. I.1.2.3 Predisposizione all´aggancio e alla movimentazione

I.1.2.3.1 Criteri di aggancio per la movimentazione e l´immersione nello zinco fuso I manufatti da zincare devono essere provvisti di punti di aggancio sicuri, tali da permettere un sicuro sollevamento, sicura traslazione sulle vasche e sicura immersione nei bagni. Tutti i pezzi, anche la trave più grossa e pesante, devono essere movimentati durante le fasi del processo di zincatura in modo rapido e senza rischi. Gli articoli devono essere facilmente traslati, immersi ed estratti dai vari bagni di trattamento e devono essere consentite l´immersione nello zinco fuso e l´estrazione con velocità adeguata e secondo la direzione e l´angolatura migliore rispetto al pelo del bagno di zincatura. L´uso di carroponti è pratica normale nelle zincherie. Tutti i manufatti da quelli di dimensioni ridotte ai componenti strutturali di grossa mole, devono essere predisposti all´aggancio dal costruttore o, meglio, dal progettista. A volte alcuni particolari funzionali, come fori per l´assemblaggio, occhielli, parti sporgenti, spazi vuoti passanti, possono costituire ottimi punti di aggancio. Si possono utilizzare le stesse forature di sfiato, a patto che nel loro dimensionamento si tenga conto dell´ingombro della luce del foro causata dall´attrezzatura di sospensione. In altre occasioni, si devono invece applicare dei mezzi di sospensione (occhielli, ganci) provvisori che possono essere eliminati dopo la zincatura con piccoli ritocchi del rivestimento. In altri casi, si fa ricorso a tecniche diverse che comprendono anche la sospensione con filo di ferro o catene. Se non vengono predisposti mezzi di aggancio specifici, il filo o gli altri dispositivi di sollevamento, decisi a posteriori ed in maniera estemporanea, possono lasciare dei segni sui pezzi zincati. Accade a volte che non ci siano alternative a ciò per la conformazione dei pezzi. In genere, la superficie sottostante il segno della legatura è comunque zincata e si tratta solo di impronte i cui margini possono essere facilmente ripuliti. Se, viceversa, i segni sono così profondi da lasciare piccole parti della superficie non ricoperta, il rivestimento può essere riparato nei modi suggeriti dalle normative ed in questo testo al paragrafo I.5. Questi metodi possono essere impiegati anche per le aree lasciate esposte dalla rimozione dopo la zincatura dei punti di aggancio temporanei. L´area massima per cui può essere ammessa la riparazione è indicata nella norma UNI EN ISO 1461:2009 – vedi paragrafo V.1.2.c. 48


Il progetto e la costruzione

Per pezzi di particolare peso od ingombro, oppure di elevata complicazione geometrica è utile contattare lo zincatore per ottenerne la consulenza sulla predisposizione ottimale anche rispetto alla predisposizione all´aggancio. Inoltre, se il prodotto da zincare è costituito da pezzi di serie o di forma standardizzata o molto semplice, è probabile che lo zincatore sia in possesso di speciali attrezzature di sollevamento come griglie o rastrelliere che consentono di ottenere una qualità uniforme e soddisfacente senza particolari precauzioni. I.1.2.3.2 Progettazione degli agganci per strutture di grandi dimensioni Rispetto alla necessità di consentire la movimentazione attraverso i vari reparti dell´impianto di zincatura, il peso è uno dei principali fattori da considerare nel progetto dei manufatti da zincare. Per pezzi estremamente pesanti (più di qualche tonnellata) va verificata la portata delle attrezzature dello zincatore. In genere la zincheria è attrezzata in modo da far fronte ad un vasto spettro di possibili richieste ed è fornita di apparecchiature in grado di sopportare pesi maggiori rispetto a quanto comunemente si creda. In caso di dubbio, comunque, è bene contattare preventivamente lo zincatore. Per quanto riguarda la corretta progettazione dell´aggancio per pezzi di peso e dimensione notevole, considerare che:

Figura 1.31 Aggancio di pezzi lunghi

- l´aggancio è ovviamente dipendente dalla direzione di immersione. L´esperienza dello zincatore è essenziale nel decidere quale sia la migliore scelta per ottenere il rivestimento delle caratteristiche desiderate di protezione, senza correre rischi derivanti dalla sospensione dell´articolo; - i punti di aggancio sono scelti di conseguenza, in modo da limitare la possibilità che l´articolo stesso subisca delle sollecitazioni (per esempio, per flessione) che possano favorire l´insorgere di deformazioni. I punti di aggancio dovranno essere progettati in modo da rendere minimi tali effetti – vedi, ad esempio, figura 1.31: gli agganci più opportuni, sono posizionati ad 49


Capitolo I

una certa distanza dai bordi del manufatto, il che riduce le frecce durante la sospensione e limita le deformazioni, anche in assenza di rinforzi di base o intermedi; - vanno assolutamente evitate situazioni che prevedono il tiro obliquo rispetto alle apparecchiature di sollevamento utilizzate dallo zincatore. Infatti, in condizioni di tiro obliquo delle catene (con ancora più attenzione nel caso di utilizzo del filo di ferro per la sospensione) vi è, in aggiunta alle spinte verticali (ortogonali), l´insorgere di ulteriori spinte tangenziali a peggiorare il momento flettente – vedi figura 1.32. Si consiglia, quindi, di consultare lo zincatore prima di predisporre l´aggancio del manufatto, se questo ha una dimensione tale da essere al limite della capienza della vasca: le apparecchiature di sollevamento potrebbero avere un passo inferiore;

Figura 1.32 Differenza delle deformate di trave con tiro obliquo e tiro corretto

- per i manufatti lunghi, per evitare deformazioni si possono prevedere punti di aggancio supplementari – vedi figura 1.31(c); - per poter consentire al meglio il drenaggio dello zinco, lo zincatore a volte è costretto a variare l´inclinazione degli oggetti. È anche possibile che debba effettuare movimenti su-giù con differente inclinazione per determinare l´allontanamento delle scorie dal pezzo. Gli agganci devono essere abbastanza robusti da sopportare oltre al peso anche questi effetti di inerzia. Nonostante la loro influenza sullo stato tensionale per le sollecitazioni risultanti sui pezzi, le direzioni di immersione e di estrazione vengono scelte prevalentemente in accordo con le esigenze di processo piuttosto che sulla base di valutazioni di resistenza della struttura. Ciò è causato soprattutto dal fatto che, nella maggior parte di casi, per la forma del pezzo da zincare, le direzioni di immersione ed estrazione sono univocamente determinate da esigenze di qualità della zincatura. Il progettista dovrebbe tenere conto di queste necessità e progettare il manufatto in modo che possa essere sospeso lungo le direzioni giuste senza che si causino deformazioni (o in modo che il rischio relativo sia ridotto al minimo). Poiché per lo zincatore non è sempre possibile individuare lo scopo per cui un pezzo è realizzato, quando lo ritenga vantaggioso, il progettista o il committente dovrebbero comunicarlo. Per manufatti di grosse dimensioni, come ad esempio nel caso di elementi strutturali, è raro che insorgano problemi, perché in genere essi sono progettati per sopportare carichi molto maggiori rispetto al loro peso, con l´applicazione di fattori di sicurezza significativi. I rischi si minimizzano, comunque, sospendendo i manufatti secondo direzioni che siano il più possibile coincidenti con quelle dei carichi che il pezzo dovrà sopportare in opera, ma 50


Il progetto e la costruzione

per questo è necessaria la collaborazione tra zincatore e progettista, specialmente nel caso di forme complesse. Infatti, lo zincatore non conosce la destinazione, la funzione ed il verso con il quale il materiale da zincare verrà messo in opera, a meno che queste informazioni non gli siano comunicate. Occorre, inoltre, tener presente che: - nel caso di componenti strutturali con una dimensione lineare molto prevalente rispetto alle altre, ottenuti con l´utilizzo di profili di relativamente piccolo spessore (come può essere il caso di travi reticolari lunghe, o anche di certe travi ad H saldate) e con un certa tendenza all´instabilità, può esservi un rischio di deformazione per torsione, dipendente dallo stato tensionale interno e non dalla tecnica di aggancio o di zincatura utilizzata; - sezioni lunghe come travi, colonne o condotte, o pezzi particolarmente pesanti, è bene che siano equipaggiate con anelli od altri punti di aggancio appositamente progettati per ovvi motivi di sicurezza. Inoltre, occorre evitare che le dimensioni dell´oggetto da zincare comportino l´utilizzo di attrezzature di sollevamento ed imbracatura tali da causare grosse superfici di contatto che possono dare luogo a segnature del rivestimento di zincatura molto evidenti dopo l´estrazione e lo sgancio; - nel dimensionamento degli agganci per manufatti di grosse dimensioni e conseguentemente di grande peso, va anche considerata l´inerzia dovuta all´esigenza di immersioni molto rapide. La velocità di immersione è scelta per consentire un più agevole controllo dello sviluppo dei profili termici all´interno dei pezzi, in modo da minimizzare i gradienti termici e i loro effetti sulle tensioni durante l´immersione (vedi anche prevenzione delle deformazioni). Con i manufatti di grosse dimensioni, per i casi più problematici o quando insorgono dei dubbi sul corretto posizionamento dei punti di aggancio è bene consultare preventivamente lo zincatore. I.1.3 Ingombri, pesi e geometrie ammissibili I.1.3.1 Dimensioni, peso e geometria dei manufatti

In genere le moderne zincherie sono attrezzate a ricevere manufatti di tali dimensioni che spesso sono al di là delle aspettative dei clienti, sia rispetto al peso che all´ingombro. In zincheria vengono, infatti, sottoposti a trattamento anche elementi costruttivi di peso spesso maggiore rispetto alle portate possibili in impianti che offrono trattamenti alternativi, per esempio le verniciature. Dal momento che ogni zincheria è dotata di vasche e sistemi di sollevamento diversi è opportuno informarsi preventivamente su ampiezza e dimensione dei bagni, se si intende sottoporre a zincatura pezzi di ingombro e peso inusuali. Gli eventuali problemi molto spesso possono essere risolti studiando soluzioni opportune durante la fase di progettazione. È, comunque, sempre consigliabile evitare forme complesse e di notevole ingombro. Con esse, infatti, le fasi di lavorazione si allungano e si complicano con conseguenti aggravi di costo. Inoltre, quando la complicazione geometrica è davvero rilevante, al limite, anche piccoli pezzi possono divenire ingestibili in zincatura. In qualche caso, ci possono essere conseguenze sull´accettabilità del materiale in zincheria o sulla qualità della zincatura, ma tali circostanze si verificano molto di rado. Le misure di vasca normalmente disponibili si riferiscono alle loro misure geometriche lor51


Capitolo I

de, non alla misura di ciò che è possibile zincarvi. Il progettista e/o il costruttore devono interpellare lo zincatore preventivamente, se le misure del pezzo da zincare sono prossime ad almeno una delle misure della vasca di zincatura. Oltre all´ingombro occorre infatti considerare lo spazio necessario alla movimentazione del manufatto in fase di immersione ed estrazione dalle vasche di processo. Di principio, per evitare problemi, è sempre preferibile adottare soluzioni costruttive che tendano a ridurre gli ingombri ricorrendo alla zincatura di parti separate da assemblare successivamente. Quando ciò non è proprio possibile o quando addirittura una delle dimensioni del manufatto eccede la misura della vasca di zincatura, si può in molti casi ricorrere alla tecnica della doppia immersione – vedi paragrafo I.1.3.3. Le informazioni relative alle dimensioni delle vasche sono molto facili da reperire. In genere si tratta di dati rilevabili dal sito internet dello zincatore di fiducia. Attraverso il sito internet dell´Associazione Italiana Zincatura (www.aiz.it) si possono facilmente individuare le zincherie associate e le dimensioni delle loro vasche. Per il dimensionamento dei pezzi pesanti, soprattutto nel caso di aggancio secondo direzioni diverse da quella del carico per cui sono progettati, occorre anche considerare che gli acciai strutturali possono perdere temporaneamente fino al 50% del carico di snervamento durante l´immersione in zinco fuso (alla temperatura di circa 450° C). Occorre fare attenzione che questo limite non venga superato in vasca. Al fenomeno si può ovviare con punti di aggancio supplementari nelle zone maggiormente soggette al momento flettente durante l´immersione (vedi par. I.1.2.3.2). Vale la pena precisare che l´acciaio con cui è costruito il manufatto, non subisce nessuna trasformazione cristallina dal momento che non si raggiunge neanche la minima temperatura per i cambiamenti di fase (723° C). Quindi, riportato alla temperatura ambiente, l´acciaio riacquista per intero le caratteristiche meccaniche che possedeva prima del riscaldamento. I.1.3.2 Semplificazione degli elementi costruttivi

È consigliabile che le geometrie da zincare siano tenute semplici per quanto possibile, in modo da non comportare difficoltà di movimentazione e di zincatura. A pezzi molto complicati dal punto di vista geometrico possono corrispondere complicazioni di predisposizione

Figura 1.33 Articolo particolarmente complesso su cui non è stata operata una corretta predisposizione: una tale complessità rende facile l´errore. Conviene consultare preventivamente lo zincatore.

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Il progetto e la costruzione

alla zincatura per quanto riguarda la corretta foratura o la scelta delle direzioni e dei punti di aggancio. Con geometrie complesse, si può evidenziare in zincheria la necessità di adeguamenti. Solo in situazioni limite possono essere riscontrati casi privi di rimedio che impediscono la zincatura o ne mettono a repentaglio la qualità finale. Vale, dunque, il consiglio di interpellare lo zincatore quando si abbiano dubbi di progettazione. Anche se la complicazione geometrica non implica necessariamente la sussistenza di problemi di ingombro, il consiglio è sempre quello di realizzare parti semplici da zincare separatamente e da assemblare successivamente con uno dei metodi di collegamento adatti – vedi paragrafo I.1.4. I.1.3.3 Doppia immersione

La tecnica della doppia immersione va sempre considerata come ultima ipotesi possibile per cui è opportuno valutare tutte le soluzioni alternative tali da consentire la zincatura in unica immersione come, ad esempio, la riduzione del manufatto in più elementi da assemblare successivamente. Quando le dimensioni del pezzo non consentono la zincatura in una sola immersione per eccesso di ingombro secondo una delle tre dimensioni (per esempio, con travi troppo lunghe), può anche essere il caso di procedere ad una zincatura per doppia immersione, sottoponendo separatamente due singole sezioni a bagni successivi – vedi figura 1.34. Occorre sempre verificare con lo zincatore che la doppia immersione sia possibile, per gli aspetti critici che questa operazione comporta (che vengono descritti sinteticamente nel seguito). Non è facile valutare la dimensione massima zincabile per doppia immersione. Ci possono essere, infatti, interferenze con strutture o apparecchiature all’interno della zincheria (per esempio, le cappe – o cabine – per l’aspirazione dei fumi dalla vasca di zincatura possono limitare considerevolmente le dimensioni dei pezzi per cui la zincatura è possibile).

Figura 1.34 Doppia immersione

Tale metodologia è applicabile dopo accurata valutazione. Deve essere, infatti, possibile immergere il pezzo per più del 50% della sua lunghezza, estrarlo, ruotarlo e immergere la rimanente porzione. In qualche raro caso, per questa operazione occorre verificare che non si eccedano le dimensioni del capannone nel quale è alloggiata la vasca. Altrettanto raramente è necessario procedere a sgancio e riaggancio del pezzo per consentirne il ribaltamento. Inoltre, dal momento che la doppia immersione implica un riscaldamento disomogeneo del manufatto, bisogna essere più attenti nel valutarne le resistenze meccaniche, sussistendo rischi di distorsione. Infatti, compiendo due immersioni successive, solo una parte per volta del manufatto è immersa nel bagno di zincatura e si trova alla temperatura di circa 450°C. 53


Capitolo I

Contemporaneamente, la parte non immersa è esposta all´aria e quindi a temperatura ambiente. I profili termici, in questo caso, si sviluppano su lunghezze molto piccole sul pelo dello zinco e determinano forti gradienti di temperatura. Ciò corrisponde a dilatazioni differenziali tali da creare forti tensioni. Si consideri che la dilatazione termica dovuta al riscaldamento di un pezzo da 25° C a 450° C è di circa 4-5 mm per ogni metro. In casi limite, in cui la struttura non è così elastica da resistere alle forti sollecitazioni tra parte superiore ed inferiore, si può ottenere una transizione elasto-plastica del materiale con conseguente deformazione permanente. In caso ancora più estremo, se le tensioni sono tali da superare i carichi di rottura, le conseguenze sono prevedibilmente più gravi e, con il superamento localizzato del carico ultimo di rottura, si possono provocare perfino cricche dell´acciaio. Simili danni sono sempre evitabili attraverso un´adeguata progettazione, che valuti adeguatamente gli effetti delle differenze di temperatura sulle dilatazioni e l´insorgenza di corrispondenti tensioni durante il processo di zincatura. Sono ovviamente più adatte alla zincatura per doppia immersione le strutture semplici rispetto a quelle complicate da piastre e controventature. Dal punto di vista dell´aspetto del rivestimento, la zincatura di questi elementi di grandi dimensioni in due operazioni provoca sempre variazioni di spessore del rivestimento, dovute sia alla sovrapposizione nella zona di giuntura che alla necessaria differenza nei tempi di permanenza delle loro diverse porzioni. Infatti, da ciascun lato, la parte che entra prima in vasca è quella che ne esce per ultima. In questo modo le porzioni con tempi di permanenza in vasca superiori, o quelle soggette ad immersione doppia, presenteranno gli spessori maggiori. In più, nella porzione di manufatto soggetta effettivamente ad essere bagnata dallo zinco per due volte si ha una certa tendenza alla esfoliazione del secondo strato di zinco per la mancanza, in qualche punto, di coesione con il primo. Questa circostanza non inficia la continuità della protezione dalla corrosione, in quanto in ogni caso la superficie di acciaio risulta rivestita. La zona di giuntura, dal punto di vista estetico, può risultare evidente. I.1.3.4 Tolleranze per parti mobili

Quando sia richiesto che parti di un´opera conservino la libertà di movimento relativo dopo la zincatura è decisamente sconsigliabile che esse vengano zincate assieme. A causa della tensione superficiale, lo zinco può, infatti, non drenare liberamente tra i punti di contatto con forte rischio di incollaggio. Quando non si può fare altrimenti che zincare simultaneamente, occorre prevedere una tolleranza di almeno 2 mm (meglio 2.5 mm). Se le parti mobili vengono zincate separatamente, si può ridurre la tolleranza a 1 mm o secondo le particolari necessità legate a forma e dimensioni degli oggetti. In alcuni casi eccezionali si può intervenire nelle primissime fasi del raffreddamento o, per meglio dire, durante l´estrazione dei pezzi, smuovendo le parti mobili fino alla completa solidificazione dello zinco, ma questa operazione comporta un´attenzione maggiore e non usuale dello zincatore che, dunque, va avvertito della presenza di tale necessità e consultato preventivamente. Situazione analoga si presenta nel caso della zincatura, per esempio, delle catene. Un riferimento per le tolleranze minime richieste in funzione della dimensione delle maniglie e dei cardini delle porte può essere indicato nella tabella 1.6. 54


Il progetto e la costruzione

Tabella 1.6 Tolleranze per parti mobili

Dimensione dell´albero Tolleranza Fino a 10 mm di diametro 1 mm Da 10 a 30 mm diametro 2 mm Sopra i 30 mm diametro 2.0 a 2.5 mm Per le difficoltà insite in tali lavorazioni è consigliabile che si interpelli preventivamente lo zincatore quando i manufatti presentano parti mobili. I.1.3.5 Esclusione di piccole parti

Può talvolta presentarsi la necessità di mantenere prive di zinco alcune porzioni della costruzione in acciaio con funzioni specifiche. Tra i diversi esempi possiamo citare parti filettate in genere, parti con strette tolleranze, fori di montaggio passanti o ciechi, superfici su cui dopo la zincatura si deve eseguire una saldatura. In base alle differenti tipologie dei pezzi e alle singole esigenze è possibile ricorrere a diverse procedure, in tutti i casi, però, è opportuno che tali operazioni vengano compiute dal committente prima di inviare i manufatti alla zincheria. Le superfici esterne di particolari di forma cilindrica che vanno protette dalla zincatura possono essere ricoperte avvolgendo intorno al pezzo più giri di nastro adesivo in tessuto, normalmente disponibile in commercio. Nonostante l´elevata temperatura del bagno di zinco bruci il nastro, i suoi residui sono sufficienti a preservare la zona in questione. Al termine delle procedure di zincatura, i resti di nastro vanno rimossi, ad esempio, impiegando una spazzola metallica. Per proteggere superfici piane il nastro si dimostra, invece, un mezzo poco adeguato, perché la copertura tende a staccarsi provocando irregolarità al rivestimento. In tal caso, è opportuno impiegare speciali vernici che, come accade al nastro, a contatto con il calore dello zinco fuso si distruggono, ma i residui impediscono, comunque, lo sviluppo del rivestimento di zinco. Come nel caso precedente, al termine della lavorazione i resti devono essere spazzolati. Queste vernici resistenti alle alte temperature sono presenti in commercio sia sotto forma di spray, che per applicazioni a pennello o a spatola. È bene evitarne l´impiego per parti filettate, poiché su di esse le vernici non si distribuirebbero uniformemente, creando pertanto una protezione disomogenea. Se si intende escludere dalla zincatura fori ciechi o filettature interne si consiglia di utilizzare gessi, stucchi o plastiline, che si trovano normalmente in commercio. Aggiungendo piccoli dosi d´acqua, questi prodotti aumentano la propria plasticità e possono essere agevolmente modellati e pressati nelle aperture da proteggere, cercando di evitare la formazione di bolle d´aria. Dopo indurimento, essi impediranno la penetrazione dello zinco fuso. Come appare evidente, concluse le procedure di zincatura, i residui andranno eliminati. Per proteggere le filettature interne, una soluzione alternativa consiste nell´avvitarvi una vite adeguata precedentemente ingrassata con grasso al silicone. Nel corso della zincatura, la vite viene saldata dallo zinco al resto del manufatto, pertanto è necessario, dopo estrazione dal bagno, agire con una fiamma leggera per togliere la vite. L´operazione è, comunque, molto delicata e deve essere eseguita solamente da personale con esperienza. 55


Capitolo I

Tutte le procedure di protezione adottabili comportano inevitabilmente un aumento dei costi complessivi. Tuttavia, rendono superflue le operazioni di molatura locale o trattamento del rivestimento di zinco con la fiamma, altrimenti necessarie per liberare le parti dallo zinco. I.1.4 Assemblaggio di pezzi zincati

In generale, la tecnica di assemblaggio non dovrebbe comportare il danneggiamento del rivestimento di zinco. Per questo la tecnica da preferire nell´assemblaggio di parti zincate a caldo è la bullonatura con bulloni zincati a caldo. I.1.4.1 Predisposizione all´assemblaggio

È bene che il progettista ed il realizzatore mettano particolare attenzione alla realizzazione di manufatti che non creino problemi in fase di assemblaggio. Nel caso di manufatti zincati, per quanto concerne il rivestimento di zinco, ciò serve a prevenirne il danneggiamento e concorre a realizzare una difesa dalla corrosione affidabile e duratura anche nei punti di contatto delle diverse parti del manufatto. Un’errata predisposizione potrebbe richiedere, infatti, lavorazioni meccaniche o saldature post-zincatura che inevitabilmente comporterebbero rimozione locale ed il danneggiamento della protezione. I.1.4.2 Bullonatura

La bullonatura rappresenta il sistema di assemblaggio più indicato per componenti zincati a caldo. Il rivestimento non subisce danneggiamenti, come accade con la saldatura effettuata dopo la zincatura. Occorre naturalmente che i bulloni utilizzati siano protetti dalla corrosione al pari della stessa struttura di acciaio zincato cui sono applicati. Per questo, basta che si tratti di elementi zincati a caldo. Non è conveniente usare bulloni zincati con processo elettrochimico, perché la loro protezione non è così duratura. Lo spessore dello strato di zinco è, infatti, decisamente inferiore e questo comporta una durata inferiore rispetto alla protezione del manufatto con conseguente perdita di prestazione e sicurezza strutturale. In aggiunta a ciò si deve considerare anche il danno scaturente dalle colature di ruggine dai bulloni ormai non più rivestiti. In alternativa ai bulloni zincati a caldo si possono usare bulloni di acciaio inox, quando le caratteristiche meccaniche lo consentano. In questo caso, per certe realizzazioni, è bene fare una verifica di compatibilità tra tipo di acciaio inox utilizzato e lo zinco per evitare fenomeni di corrosione galvanica. I.1.4.2.a Il bullone zincato a caldo I bulloni assieme ad altre minuterie vengono zincati in cestelli e sottoposti a centrifugazione appena dopo l´estrazione dal bagno di zinco. Questa operazione viene effettuata per allontanare eccessi di zinco dai filetti, che altrimenti determinerebbero l´impossibilità di accoppiamento vite-dado. I pezzi filettati dopo la centrifugazione possono essere raffreddati in aria o anche in acqua compatibilmente con le proprietà dell´acciaio di base. Si possono zincare efficacemente bulloni con diametro superiore ad 8 mm e talvolta si raggiungono risultati di soddisfazione anche per dimensioni inferiori. La norma di riferimento per la bulloneria zincata a caldo è la UNI EN ISO 10684:2005 – ele56


Il progetto e la costruzione

menti di collegamento. In Italia è, comunque, possibile applicare anche la normativa UNI 3740 parte 12. La norma UNI EN ISO 10684 specifica processo, materiali e requisiti dimensionali di bulloni con filettatura da M8 ad M64 e fornisce alcuni criteri prestazionali per la zincatura a caldo di questi componenti. Particolare attenzione va prestata agli allegati per i requisiti speciali dei bulloni zincati a caldo. I limiti dimensionali per i bulloni da M10 a M64 prima e dopo il rivestimento sono specificati nella normativa ISO 965 mentre i requisiti per i marchi sono dati nella ISO 898 parte 1 e 2. La zincatura a caldo, definita da temperature del bagno comprese tra 455° C e 480° C, secondo la normativa UNI EN ISO 10684, deve avere uno spessore minimo di 40 µm (50 µm medi su di un solo lotto) – vedi figura 1.35 per l´individuazione delle aree di misura. Gli spessori che si ottengono in realtà tendono ad essere anche molto maggiori in dipendenza del diametro dei pezzi. Tale situazione rende molto più protetto il bullone zincato a caldo rispetto a quelli trattati con una zincatura elettrolitica.

Figura 1.35 In blu le aree di misura del rivestimento sui bulloni

Non sarà possibile ottenere l´accoppiamento dado/vite dopo la zincatura se non si prevedono le necessarie tolleranze su uno dei due componenti. Diversamente lo spessore di zinco interferisce tra i filetti. Per definire tali tolleranze sono previsti dalla norma due metodi:. - utilizzo di dadi sovradimensionati (maggiorati) che rispettino le classi di tolleranza 6AZ o 6AX dopo la zincatura, da accoppiare con viti e bulloni con filetto con tolleranza g o h prima della zincatura; oppure - utilizzo di viti con filetto sottodimensionato (minorato) prima della zincatura alla classe 6AZ, da accoppiare con dadi che rispettino la tolleranza H o G dopo la zincatura. Ne deriva che, onde evitare pericolo di slittamento, ovvero di non tenuta reciproca dei filetti, i dadi sovradimensionati (con marchio Z o X) non devono mai essere accoppiati a viti sottodimensionate (con marchio U). La centrifugazione, in particolare per i dadi di dimensioni minori, non garantisce che le filet57


Capitolo I

tature interne (femmine) possano essere ricondotte nelle classi di tolleranza richieste dalla normativa se la zincatura viene effettuata su pezzi già filettati. Infatti, è evidente che una filettatura interna si oppone fisicamente all´effetto centrifugo e, quindi, all´espulsione dello zinco superfluo. Per questo la normativa suggerisce di realizzare le filettature interne dopo la zincatura. Se questi componenti (in particolar modo i dadi) presentano filettature interne realizzate prima della zincatura, la norma vieta che esse siano ripassate successivamente. Anche se la norma sembra lasciare una qualche possibilità di zincare dadi già filettati questa ipotesi è fortemente sconsigliata. Solo per dadi di grande diametro si può derogare a patto di verificarne preventivamente la realizzabilità con lo zincatore. L´operazione di filettatura post-zincatura determina l´asportazione del rivestimento di zinco dall´interno del dado, ma ciò non costituisce un problema dato che la protezione dalla corrosione viene garantita dal contatto con il rivestimento di zinco del maschio nel serraggio del bullone. Infatti, lo zinco offre la protezione sacrificale anche alla filettatura femmina. Inoltre, i prodotti della corrosione dello zinco che si formano nelle prime fasi dopo il serraggio determinano una sigillatura del sistema che impedisce l´ulteriore ossidazione. La zincatura dei bulloni può essere effettuata anche con temperature dello zinco comprese tra 530° C e 560° C, più elevate di quelle usuali anzidette. Questa che viene solitamente indicata come zincatura ad alta temperatura, viene praticata per ottenere un rivestimento più liscio e meno spesso anche se a finitura opaca. Per sicurezza la norma prevede, comunque, che non venga applicata nel caso di acciai ad alte prestazioni (a partire dalla classe 10.9 – dimensione M27, in poi) dal momento che, per questi materiali, possono insorgere problemi di micro-cricche. Range intermedi di temperatura tra 480° C e 530° C non sono ammessi per limiti di tipo chimico-fisico e dei meccanismi di formazione dello strato che non sono controllabili a quelle temperature. Nota Anche i bulloni sono sottoposti ad un trattamento di decapaggio prima della zincatura. Ciò determina la necessità che si usino degli inibitori di corrosione addizionati all´acido per controllare lo sviluppo di idrogeno che, altrimenti, potrebbe essere adsorbito sulla superficie. Una tale misura è indispensabile nel caso dei bulloni di acciaio ad alta resistenza (vedi paragrafo seguente). I.1.4.2.b Bulloni in acciaio ad alta resistenza Un eccessivo sviluppo di idrogeno durante il decapaggio potrebbe portare rischi di adsorbimento di questo elemento nell´acciaio. Esso potrebbe non essere liberato completamente con il riscaldamento del pezzo nel bagno di zincatura. Negli acciai ad alta resistenza, ne consegue un fenomeno di infragilimento con rischio conseguente di frattura fragile. La norma UNI EN ISO 10684: 2005, per questo, prevede che bulloni che abbiano subito processi termici o lavorazioni di indurimento, per cui siano portati ad un valore della durezza pari o superiore ai 320HV, vadano sottoposti di prassi a decapaggio con acidi inibiti o, in alternativa, subiscano processi di pulitura alcalini o meccanici. Nel caso di trattamento in acido, quantunque inibito, la norma prevede anche che vengano applicati i tempi di permanenza minimi. Poiché la zincatura a caldo di classi superiori alla 8.8 non è consigliata, è preferibile adottare 58


Il progetto e la costruzione

soluzioni progettuali alternative al loro utilizzo, incrementando, ad esempio, il numero dei bulloni o il loro diametro. I.1.4.2.c Giunti ad attrito Anche i componenti dei giunti ad attrito possono essere zincati a caldo con qualche precauzione. Inizialmente il coefficiente di attrito tra le superfici zincate è piuttosto basso, tuttavia, grazie a un fenomeno di saldatura a freddo tra le due parti a contatto, aumenta non appena comincia lo scorrimento. È possibile accrescere il coefficiente di attrito sottoponendo le superfici a spazzolatura metallica. Le normative statunitensi prevedono la zincatura a caldo tra i pochi sistemi di protezione delle superfici a contatto. Per i giunti zincati a caldo è necessario compiere test che ne stabiliscano la classe in funzione dei coefficienti di attrito (µ), come esposto dalla seguente classificazione: Tabella 1.7 Coefficienti di attrito e classe delle superfici

µ 0.50 0.40 0.30 0.20

Classe delle superfici A B C D

La zincatura a caldo richiede un trattamento per assicurare che il fattore di attrito sia uguale o maggiore di 0.35. Per esempio, strutture che presentano zinco puro (zincatura lucida) in superficie devono essere sottoposte a spazzolatura o leggera sabbiatura per esporre gli strati di lega zinco-ferro sottostanti, altrimenti lo strato di zinco, più malleabile delle leghe, determina rilassamento della tensione dei bulloni. Il fenomeno si evita sia rimuovendo meccanicamente lo zinco lucido in superficie sia utilizzando tecniche di raffreddamento (lento) in produzione, che portino lo strato di zincatura ad essere costituito dalle leghe Fe-Zn molto meno malleabili e con una colorazione grigio-opaca. Ciò può essere ottenuto modulando il tempo di raffreddamento, per esempio, senza raffreddare in acqua. Per assicurare la necessaria tensione di serraggio (omogeneamente in tutti i bulloni), nonché per evitare che l´attrito causi l´usura delle superfici zincate dei filetti, è necessario lubrificare adeguatamente i bulloni, ad esempio, con bisolfuro di molibdeno, che si è dimostrato estremamente efficace. In genere, si consiglia di realizzare i giunti zincati a taglio e non ad attrito quando non si voglia procedere a trattare le superfici a contatto con sabbiatura, spazzolatura, raffreddamento lento (come indicato sopra) o utilizzo di apposite vernici ai silicati di zinco (in tal caso µmax=0.6). I.1.4.3 Saldatura dopo zincatura

Una regola per i manufatti in zincatura generale è cercare di evitare per quanto possibile la saldatura di parti zincate. Infatti, lo zinco in prossimità della saldatura evapora (sublima) lasciando scoperta la zona nelle vicinanze del cordone. Nella realtà, vari possono essere i motivi per cui, invece, i materiali zincati possono essere 59


Capitolo I

soggetti a tagli, abrasioni e lavorazioni di saldatura nei cantieri di destinazione. Quantunque sia sempre vero che queste operazioni vadano ridotte al minimo attraverso una seria progettazione ed un´accorta predisposizione, ci sono casi in cui, malgrado tutto, la superficie zincata deve essere interessata dalla saldatura e, quindi, danneggiata, sia pure per un semplice adattamento o una esigenza imprevista. Ci sono poi rare situazioni in cui non si può rinunciare alla saldatura per l´assemblaggio dei pezzi, cioè sporadici casi in cui non è possibile l´impiego delle flangiature e della bullonatura. Se non si può fare a meno della saldatura, occorre avere l´accortezza di limitare il danno allo stretto necessario. Occorre, poi, preventivare un´opportuna riparazione dei danni causati al rivestimento. I.1.4.3.a Tecnica di saldatura su acciaio zincato Per evitare tutta una serie di difficoltà di cui parleremo in seguito, è buona norma asportare accuratamente lo strato di zinco dalle zone interessate dalla saldatura. L´asportazione può essere eseguita per via meccanica o termica. Se non dovesse essere possibile procedere preventivamente alla rimozione dello strato di zinco, si tenga conto che il grado di interferenza alla saldatura dovuto allo zinco dipende dallo spessore, dalla composizione e dalla struttura del rivestimento presente sull´acciaio. I metodi di saldatura non si discostano molto da quelli convenzionalmente adoperati per acciai non zincati, a patto che si tenga conto dei seguenti suggerimenti: - fare attenzione al modo in cui lo zinco viene allontanato dalla sede di saldatura: la sublimazione dello zinco non deve causare soffiature e formazione di porosità nel cordone. Questo effetto può essere ridotto o annullato del tutto mediante una velocità di applicazione della saldatura ridotta, che consente ai vapori di zinco di allontanarsi dalla porzione superficiale coinvolta dalla saldatura; - tra le varie metodologie, occorre privilegiare la saldatura manuale ad arco, che offre molteplici vantaggi. È, infatti, più agevole il controllo del risultato finale. Si può considerare buona norma strofinare gli orli dei pezzi interessati alla saldatura con gli elettrodi al fine di anticipare l´allontanamento dello zinco per sublimazione prima di effettuare l´operazione vera a propria. Per il trattamento di lamiere con spessore fino a 3 mm normalmente si preferisce, invece, ricorrere alla saldatura a filo continuo: - nella saldatura ad arco corto vengono prodotte numerose scintille che si attaccano all´acciaio zincato. È opportuno quindi spruzzare le parti da saldare con appropriati spray che facilitano la rimozione dei residui mediante spazzolatura; - nelle saldature di testa o con profilo a V è opportuno aumentare la distanza tra le parti da saldare, per agevolare l´allontanamento dei vapori di zinco ed evitare la formazione di porosità. Se si impiega il metodo ad arco, si suggerisce di aumentare leggermente la corrente di saldatura per stabilizzare l´arco influenzato dall´emissione dei vapori; - tra i metodi ad arco, sono da preferirsi i sistemi che producono scorie che solidificano più lentamente, poiché lasciano più tempo ai vapori per allontanarsi. È consigliabile utilizzare elettrodi di medio diametro rivestiti di rutilo o cellulosa di rutilo. Come è evidente, in tutte le procedure di saldatura viene rimosso localmente il rivestimento di zinco. Ribadiamo che in tutti questi casi è opportuno prevedere un adeguato sistema di 60


Il progetto e la costruzione

ripristino della protezione, basato su vernici ricche di zinco, riporto di zinco o metallizzazione a spruzzo. Le vernici ad alto contenuto di zinco utilizzano come leganti resine epossidiche a due componenti, poliuretani oppure etilsilicati ad un componente – zincante inorganico. Su questo argomento vedi anche il paragrafo I.1.5. Un inconveniente legato alla saldatura di parti zincate è costituito dal fatto che dallo zinco reso incandescente si liberano vapori grigio-biancastri consistenti principalmente di ossido di zinco che, oltre ad influenzare la qualità del lavoro effettuato, possono dare luogo ad effetti negativi, per fortuna transitori, sulla salute degli operatori: l´inalazione di ossido di zinco determina la cosiddetta febbre da fumi di metallo. Si tratta di un effetto passeggero con sintomi molto simili a quelli influenzali. Non vi è rischio di accumulo dello zinco nell´organismo e non sono riportati in letteratura medica effetti di tipo invalidante o persistente sulle persone interessate da questa esposizione. Comunque, se si salda all´interno di locali è buona norma (ma questo vale in ogni caso, anche se si salda acciaio senza zincatura) prevedere estrazione dei fumi per evitare che gli operatori inalino i metalli ed i fumi della saldatura. Sono disponibili sul mercato cappe e aspiratori di diverse tipologie e cannelli a gas provvisti di un aspiratore integrato. Nelle saldature realizzate all´esterno, oltre a porre attenzione a non inalare il fumo bianco che si forma durante l´operazione, non è necessaria alcuna particolare cautela. I.1.4.3.b Metodo sperimentale di saldatura a basso impatto su zincatura a caldo Recentemente è stata sviluppata una tecnica di saldatura dell´acciaio zincato con impiego di una miscela di gas (principalmente elio) che limita la sublimazione di zinco e raffredda la zona del cordone. La saldatura si effettua con materiale di apporto solito, senza la necessità di smerigliare in precedenza e con un ripristino successivo limitato molto strettamente alla zona del cordone. Questa tecnica è in una fase sperimentale avanzata e sembra dare risultati positivi sotto l´aspetto della protezione dalla corrosione della zona trattata. Tuttavia non è finita la fase di studio, soprattutto per verificare e garantire la necessaria conservazione delle opportune caratteristiche meccaniche richieste alla saldatura. I.1.5 Ripristino e riparazione della zincatura

In questo paragrafo, affrontiamo: - il ripristino di rivestimenti che sono soggetti ad eventi accidentali o a lavorazioni che li danneggiano intenzionalmente; - la riparazione delle aree non rivestite, piccoli difetti o danneggiamenti accidentali durante la lavorazione in zincheria. Per quanto riguarda l´estensione consentita, in quest´ultimo caso, vale quanto stabilito dalle norme di settore – vedi paragrafo V.1.2.c. I.1.5.1 Vernici ricche di zinco

I.1.5.1.a Zincanti inorganici o con matrici organiche a pennello o a spruzzo Possono essere formulazioni liquide mono o bi-componenti in cui della polvere di zinco viene dispersa in una matrice organica, oppure prodotti a base di etilsilicati (zincante inorganico). Si tratta di vernici ad alto residuo secco (r.s.>50%) di color grigio scuro molto disomogeneo con il colore della zincatura ma in grado di offrire una certa protezione catodica all´area 61


Capitolo I

interessata al ripristino. Questi prodotti possono essere adatti al ripristino di una certa dimensione anche estesa, offrono buone performance anti corrosive e sono particolarmente adatti ai grossi interventi di riparazione che non lasciano molto spazio a considerazioni di tipo estetico. Anche se l´impatto visivo è destinato a sfumarsi con il tempo, hanno un aspetto molto diverso dalla zincatura. Alternativa esteticamente molto più tollerabile è rappresentata dalla metallizzazione a spruzzo. I.1.5.1.b Spray ricchi di zinco o zinco-allumino Un´alternativa per piccoli ripristini è costituita dagli spray a base di polvere di zinco micronizzato (o una miscela di polveri di zinco ed alluminio) disperso in opportuna resina legante. Questi prodotti sono usualmente commercializzati in una forma di bombolette con una purezza superiore al 98% in metallo. Il colore dello strato che si ottiene è brillante. Lo spray forma un rivestimento elastico, resistente alla temperatura di almeno 300° C. In genere, è sopra-verniciabile con le normali vernici a spruzzo o a pennello adatte ad essere applicate su substrato zincato. Con due mani leggere, si ottiene un´ottima protezione dagli agenti atmosferici, prevenendo ruggine ed ossidazioni, anche se non con la stessa efficacia del rivestimento di zinco. Non è un prodotto verniciante per grosse aree di manufatto: viene utilizzato esclusivamente per ritocchi e solo per piccole aree. Asciuga in circa 90 secondi. Per il suo aspetto simile al metallo, è senz´altro meno evidente dello zincante inorganico, ha però sempre un certo impatto, specialmente se usato per zone piuttosto estese. Tende, comunque, ad opacizzarsi nel tempo divenendo un po´ più omogeneo alla zincatura. L´esperienza dimostra che i sistemi con matrici ricche di zinco non richiedono una preparazione impegnativa per la loro applicazione e non sono molto esigenti riguardo alle condizioni ambientali per la loro posa. In ogni caso, è bene leggere le schede tecniche per essere sicuri del risultato. Quanto detto non significa ovviamente che la superficie da rivestire con queste vernici possa essere contaminata da olio, grasso, condensa e prodotti di corrosione. Nel caso in cui questi sistemi vengano applicati come ritocco delle superfici zincate, esse si applicano immediatamente dopo la zincatura in fase di ispezione e finitura post-zincatura. Lo spessore della verniciatura di riparazione è funzione del risultato che si vuole ottenere nell´ambiente di corrosione in cui il manufatto è collocato e deve essere scelto secondo quanto dichiarato dal produttore della vernice. La norma UNI EN ISO 1461:2009 stabilisce che lo spessore minimo debba essere 100 µm, ovvero uguale allo spessore della zincatura nell´intorno qualora l´articolo debba essere sottoposto a verniciatura dopo la zincatura (applicazione del sistema duplex). I.1.5.2 Metallizzazione

La metallizzazione o spruzzatura termica è un processo in base al quale si riscalda lo zinco fino a ridurlo allo stato liquido e lo si proietta sulla superficie di acciaio da proteggere. Tale proiezione avviene per mezzo di opportune pistole che possono essere caricate con polvere o con filo di zinco. Nonostante il fatto che lo zinco venga riscaldato fino a liquefazione, la metallizzazione non è considerata un processo a caldo. La ragione di ciò è da ricercarsi nell´assenza di reazione (formazione di strati di lega Fe/Zn) con la superficie del substrato. Infatti, le mi62


Il progetto e la costruzione

nuscole gocce di zinco fanno presa sulla superficie per effetto della rugosità superficiale alla quale restano fissate per aggrappaggio meccanico. La superficie di acciaio da rivestire deve essere energicamente pulita. La metallizzazione deve essere effettuata con superficie esente da residui di qualsiasi genere e che deve presentarsi asciutta e senza tracce di ossidazione. Per questo, la metallizzazione deve essere effettuata immediatamente dopo la sabbiatura, o altra pulizia adatta concordata, e comunque entro le quattro ore dal trattamento della superficie. Per la metallizzazione, oltre allo zinco di purezza 99,99% si può utilizzare anche zincoalluminio in accordo con la EN ISO 14919:2001. La metallizzazione pur non riuscendo ad eguagliare le durate della zincatura a caldo, ha performance comparabili. È il sistema più efficace per la riparazione sia di difetti dell´ordine del centimetro quadrato che per aree molto estese. Può essere effettuata in loco anche su manufatti già installati, ma comporta l´utilizzo di apparecchiature particolari, con conseguente ricaduta su reperibilità degli applicatori e sui costi. La norma che stabilisce le condizioni tecniche di fornitura della metallizzazione è la UNI EN ISO 2063:2005. I.1.5.3 Metodi sperimentali ed altri metodi

Pur non essendo facilmente reperibili in Italia, per completezza, citiamo la possibilità fornita dalle norme ISO ed ASTM dell´utilizzo di stick di lega di zinco che, strofinati in presenza di riscaldamento a fiamma, determinano un riporto metallico sulla superficie da ripristinare. I.1.6 Prevenzione delle deformazioni ed effetti delle tensioni interne

Lo stress termico a cui è sottoposto il materiale durante le fasi di immersione e sospensione all´interno del bagno di zincatura può provocare distorsione del materiale non predisposto correttamente. Del pari, l´eventuale presenza di una distribuzione di tensioni interne residue di precedenti lavorazioni può essere causa di deformazione dei pezzi, aggiungendosi in maniera determinante alle tensioni dovute alla diversa dilatazione delle porzioni degli articoli per l’inevitabile differenza istantanea di temperatura durante l’immersione nel bagno. La presenza di tensioni interne residue da lavorazioni precedenti, anche significative, non è rilevabile prima della zincatura. Non può essere considerata colpa dello zincatore l´eventuale effetto risultante in una deformazione più o meno pronunciata che ne costituisce l’effetto. Ciò è anche riconosciuto esplicitamente dalla normativa UNI EN ISO 14713-2:2010. Le uniche misure realmente efficaci contro questi stati tensionali consistono nella prevenzione attraverso corretta progettazione ed esecuzione della costruzione. I.1.6.1 Principali cause di distorsione

Non si deve sottovalutare l´effetto dello stress termico sull´acciaio destinato ad essere zincato a caldo. A ciò va aggiunta la considerazione che in tutte le strutture in acciaio sono presenti, in misura variabile, tensioni latenti. Quale sia la reale entità del rischio di deformazioni ad esse connesso, dipende, ovviamente, dalla loro intensità e dalle caratteristiche del materiale. In genere, se l´articolo è realizzato correttamente, esse sono di modesta entità, normalmente restano in equilibrio e non creano problemi durante il processo di zincatura a caldo. La casistica generale dimostra che i casi di deformazioni significative e 63


Capitolo I

persistenti dopo la fase di zincatura sono decisamente limitati. Nonostante ciò, tratteremo questo argomento in maniera diffusa, a scopo preventivo. Quando i manufatti da zincare vengono immersi nella vasca di zincatura, si riscaldano con una certa evoluzione del profilo delle temperature nel tempo fino a raggiungere, in qualche minuto, omogeneamente la stessa temperatura dello zinco fuso di circa 450° C. A questa dinamica termica corrisponde una evoluzione simultanea della distribuzione delle tensioni, si sviluppa cioè uno stato tensionale all´interno dell´articolo, che è provocato dalla differenza di dilatazione tra le parti a diversa temperatura. Il tempo necessario perchè l´intera sezione del pezzo si porti alla stessa temperatura e quindi in una condizione di minimo delle tensioni, dipende da: - differenza di spessore tra le diverse componenti del manufatto di acciaio; - velocità con cui l´acciaio è immerso nello zinco fuso; - dimensione del manufatto – occorre anche considerare le implicazioni per pezzi che eccedono le dimensioni della vasca di zincatura richiedendo, di conseguenza, la doppia immersione (vedi par. I.1.3.3). Più veloce è l´uniformazione delle temperature, minore è il rischio di distorsioni della forma degli articoli. Il rischio di deformazione permanente è maggiore se le tensioni dovute alla differenza di dilatazione si sommano ad uno stato tensionale pregresso, residuo delle lavorazioni subite dall´acciaio. Se l´insieme di queste tensioni, anche solo localmente, determina la transizione al comportamento plastico del materiale durante l’immersione nel bagno di zincatura1, il manufatto tende a trovare una nuova condizione di equilibrio in cui le tensioni stesse vengono dissipate nella deformazione. Le caratteristiche dello stato tensionale risultante (valore, distribuzione e direzione all´interno del pezzo), la rigidità relativa delle parti della costruzione, il tipo e le differenze di spessore del materiale impiegato, determinano l´entità della deformazione.

Figura 1.36 Visualizzazione qualitativa dei possibili effetti di deformazione da stress termico su profili semplici. Il riscaldamento evolve da sinistra verso destra. Gli articoli ritornano nella condizione originaria quando vengono riportati alla temperatura ambiente a patto che le tensioni non superino il punto di snervamento del materiale alla temperatura di zincatura. N.B.: Le deformazioni sono artificiosamente e notevolmente amplificate per consentirne la visualizzazione.

I.1.6.1.1 Effetti della laminazione L’esperienza in zincheria mostra che la laminazione dell’acciaio, comporta solo sporadica1 Come detto anche in altre parti del testo, nell’intervallo di tempo in cui l’acciaio è immerso nel bagno, il limite di snervamento si abbassa temporaneamente di circa il 50%. Le caratteristiche meccaniche ritornano al valore originario una volta che l’accaio ritorna alla temperatura ambiente.

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Il progetto e la costruzione

mente problemi di deformazione post-zincatura. Le tensioni interne, che possono essere causate da questo processo produttivo, raramente raggiungono una intensità tale da causare problemi. Ciò è maggiormente riscontrato nel caso della laminazione a caldo, che è il metodo largamente più utilizzato per produrre lamiere e profilati destinati a essere sottoposti alla zincatura a caldo. Ovviamente, ci riferiamo a processi condotti a regola d’arte. Se si sommano a stati tensionali derivanti da altre cause, le tensioni determinate dalla laminazione possono concorrere a portare il pezzo in condizioni critiche. Ci riferiamo alle tensioni causate dalle caratteristiche costruttive esaminate nel paragrafo I.1.6.2. Solo per spessori di acciaio particolarmente sottili con superfici piane piuttosto estese possono sussistere, con maggiore frequenza, le condizioni per la deformazione causata dalle sole tensioni derivanti dalla laminazione. Per la descrizione di altri effetti (diversi dalla deformazione) dovuti a cattiva laminazione ci riferiamo a quanto riportato nel capitolo II. I.1.6.1.2 Effetti delle lavorazioni a freddo Processi come piegatura, taglio ed altre lavorazioni a freddo provocano l’insorgere di tensioni interne. Occorre considerare che esse comportano delle deviazioni dalle forme ideali nella fase costruttiva del manufatto già prima che esso giunga in zincheria. Per questo sono previste delle specifiche tolleranze nelle norme di riferimento per la carpenteria (EN10902, per esempio). L’effetto della zincatura può consistere al più in una accentuazione di tali variazioni che, nella quasi totalità dei casi, può essere corretta (quando necessario) con semplici interventi in fase di installazione o montaggio. Le deformazioni possono riguardare l’allineamento o la complanarità delle estremità dei pezzi. Questo effetto è dovuto al rilascio delle tensioni interne durante la fase di immersione nello zinco fuso. Si consideri che le tensioni residue indotte nel manufatto sono tanto maggiori quanto più severe sono le operazioni di formatura. Ciò, per esempio, può condurre ad una deformazione tanto più accentuata quanto minore è il raggio di curvatura indotto da una piegatura. Per evitare deformazioni causate dalla curvatura a freddo prima della zincatura, una misura preventiva può essere quella di considerare un raggio di curvatura minino pari a tre volte la dimensione del profilo di acciaio. Nei rarissimi casi in cui si ha il sospetto che le condizioni degli articoli lavorati a freddo possano dare luogo a rischi di deformazione non tollerabile, occorre pensare all’applicazione di tecniche di rilascio delle tensioni basate sul riscaldamento dei manufatti (trattamenti di distensione). I.1.6.2 Caratteristiche favorenti l’insorgere delle deformazioni – Casistiche più ricorrenti

Il rischio di deformazione aumenta in caso di: - pezzi piani di spessore sottile2 specialmente se lavorati o piegati. I pezzi rispondono meglio se sono profilati (per esempio, nervati) o rinforzati mediante costole o crociere; - pezzi molto lunghi possono deformarsi permanentemente sotto il loro stesso peso, anche in assenza di tensioni interne residue. Questo inconveniente può essere evitato con oppor2 Il termine “sottile” è indicativo di bassi valori del rapporto tra spessore dell’acciaio ed area della superficie della lamiera. Minore è il valore di questo rapporto, maggiore è la probabilità di deformazione.

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tuni sistemi di immersione (e di estrazione), cioè mediante apparecchiature o attrezzi atti a sostenerli una volta predisposti al corretto aggancio. Una misura supplementare può essere quella di prevedere dei punti di aggancio aggiuntivi in fase di progettazione – vedi anche paragrafo I.1.2.3.2 e figura 1.31. Descrizione I manufatti sottoposti alla zincatura a caldo devono sopportare l’effetto del riscaldamento che può indurre dilatazioni, deformazioni ed un abbassamento temporaneo del limite di elasticità dell’acciaio. Cause Il manufatto si deforma se costituito da componenti che hanno spessori molto diversi e quindi differenti velocità di riscaldamento e raffreddamento. Le deformazioni sono più frequenti in presenza di tensioni interne residue da lavorazioni precedenti dell’acciaio. La loro entità dipende principalmente dall’intensità delle tensioni interne stesse e dalla loro distribuzione, nonché dalle caratteristiche geometriche. Molte volte il problema è da imputare ad una non omogenea distribuzione del flusso di calore lungo il corpo del manufatto all’atto dell’immersione, evidenziata principalmente nel caso di strutture fortemente asimmetriche. Rimedi Il posizionamento dei punti di aggancio e la pendenza di immersione vanno attentamente valutati. Dal momento che è importante consentire la zincatura con una velocità di immersione elevata, bisogna evitare tutti i casi che possano determinare intralcio come eccessiva complicazione geometrica, ingombro o qualsiasi problema di galleggiamento del manufatto nel bagno. Le distorsioni possono essere minimizzate dall’uso di disegni simmetrici, di sezioni relativamente uniformi e di tecniche di saldatura bilanciate ed accurate per evitare sforzi interni.

Figura 1.37.a Uno schema delle principali cause di distorsioni e rimedi

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Figura 1.37.b Esempio di deformazione riscontrata dopo zincatura a caldo su grosso telaio con travi HEB 300 ed IPE 300 rinforzato da travi HEB 160 ed IPE 160. Le travi HEB 160 e, soprattutto, le travi IPE 160 per effetto della dilatazione termica durante la zincatura hanno esercitato una spinta sugli elementi di dimensione maggiore, incontrando una resistenza tale che ne ha prodotto l’evidente deformazione. Misura realistica per evitare il fenomeno consiste nella semplificazione della struttura da zincare divisa in più componenti liberi di dilatarsi senza eccessive tensioni e successivamente assemblati con bullonatura.

Si noti che, spesso, pezzi di notevole lunghezza o complessità geometrica possono subire deformazioni già in fase costruttiva o in operazioni connesse alla loro movimentazione e trasporto; - pannelli piani saldati a telai di struttura di spessore maggiore possono subire deformazioni dovute alle differenti dilatazioni. Poiché sono possibili deformazioni delle lamiere anche solo per la differenza di rigidità tra pannello e telaio, è preferibile che essi siano assemblati dopo la zincatura; - travi saldate – profili ad H – (principalmente le HSU) con un rapporto basso tra gli spessori dell’anima e delle ali, in particolare le travi che per la loro lunghezza richiedono la doppia immersione, possono presentare un certo rischio di distorsione. Le travi, anche capriate, molto snelle presentano criticità maggiori rispetto alle deformazioni, che andrebbero opportunamente valutate in fase di progettazione con il preferibile coinvolgimento dello zincatore; - le saldature asimmetriche, se impiegate massicciamente (come può avvenire in grosse travi impalcate, come per esempio nelle gru o in grosse capriate), possono causare rischi di distorsione se effettuate con materiale di apporto disomogeneo o se effettuate in modo da determinare tensioni (la probabilità di deformazioni aumenta se le zone delle saldature non sono sottoposte a distensione); - le strutture complesse con componenti di spessore diverso, resi solidali da saldature, che per 67


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la loro forma o ingombro determinano, differenti velocità di riscaldamento e raffreddamento; - zincatura eseguita in due tempi (vedere paragrafo I.1.3.3); - componenti difettosi, per mancato rispetto delle tolleranze o errori di dimensionamento e/o formatura, specialmente se forzati a raggiungere le posizioni progettualmente previste. Ciò, oltre a non essere consono alla regola dell’arte, incrementa notevolmente il rischio che possano manifestarsi distorsioni in seguito alla zincatura a caldo. I.1.6.3 Tecniche di prevenzione delle deformazioni

I suggerimenti che seguono non devono essere considerati un aggravio della fase costruttiva in quanto, per la gran parte, rientrano già nell’applicazione della relativa regola dell’arte: - progettare e assemblare profili di acciaio di spessore uniforme; - usare una progettazione simmetrica ed evitare di irrigidire in modo asimmetrico con fazzoletti, rinforzi o piatti saldati da una sola parte le travi di qualsiasi geometria. Ciò è valido anche per i profili ad H; - evitare di usare ampie superfici piane ricavate da lamiere sottili, e soprattutto per manufatti che richiedono la doppia immersione; - evitare grosse differenze di spessore tra parti piane e telai. Prevedere bugnature o nervature di parti piane relativamente estese; - evitare di irrigidire gli articoli secondo certe direzioni a discapito di altre; - durante la costruzione le saldature devono essere bilanciate o distese in modo da evitare tensioni interne. Si possono evitare problemi eseguendo le saldature in posizione simmetrica rispetto all’asse principale del pezzo, riducendole al minimo indispensabile e usando materiale di apporto il più possibile omogeneo; - quando risulti conveniente, si possono zincare anche i singoli profilati o strutture semplici, facendo seguire l’assemblaggio solo in un secondo tempo per mezzo di collegamenti meccanici, quali viti, bulloni o rivetti. Qualora ciò non fosse realizzabile, le saldature necessarie andrebbero eseguite il più possibile vicino all’asse geometrico principale della sezione, in posizione simmetrica ed equidistante rispetto ad esso e contemporaneamente. Le sezioni asimmetriche, infatti, corrono maggiori rischi di deformazioni, soprattutto se composte da più elementi uniti da saldature di notevole spessore, poste da un solo lato e distanti dall’asse principale di simmetria; - usare la stessa tecnica di taglio per tutti i lati di una lamiera; - il manufatto deve essere progettato in modo da sostenere senza deformazione il suo peso alla temperatura del bagno di zincatura, quando è sospeso per i punti di aggancio previsti. Se ciò presenta delle difficoltà, prevedere dei rinforzi e\o punti di aggancio temporanei; - realizzare e piegare correttamente le parti durante la costruzione, in modo da evitare di forzarle per portarle nella giusta posizione per incastrarle o saldarle; - predisporre i pezzi per l’aggancio al fine di sostenerli correttamente durante il ciclo di zincatura; - praticare adeguate forature di sfiato in modo che sia possibile immergere i manufatti nello zinco fuso con la maggiore velocità possibile. In generale, se i manufatti vengono riscaldati uniformemente con un’immersione veloce, si riduce al minimo il rischio di deformazioni. Quanto rapidamente un articolo possa essere immerso nello zinco fuso, dipende oltre che dalla dimensione e posizione delle forature anche dalle predisposizioni di aggancio e dalle 68


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caratteristiche geometriche complessive; - Evitare di saldare insieme parti di spessore molto diverso e di differenza di rigidità considerevole. Le porzioni più sottili e cedevoli si deformerebbero per la maggiore rigidezza e resistenza offerta da quelle di spessore maggiore; - Con la formatura e le lavorazioni a freddo si può indurre uno stato tensionale interno potenzialmente rischioso per l’insorgenza delle distorsioni o deformazioni durante la fase di zincatura, specialmente nel caso di lamiere. In certe circostanze problematiche, per minimizzare il rischio si può procedere alla normalizzazione dopo la lavorazione, tenendo l’acciaio per un certo tempo alla temperatura di 600-650° C, in modo da liberare le tensioni interne presenti prima della costruzione del manufatto. Questa misura è però necessaria solo in casi molto particolari. I.1.6.3.1 Un esempio costruttivo per la prevenzione delle deformazioni: i cancelli con riquadri in lamiera I cancelli frequentemente vengono realizzati assemblando profili tubolari e pezzi di lamiera piuttosto estesi. Saldare le lamiere fissandole ai telai di tubolari spessi e resistenti in modo da renderle forzatamente solidali, espone ad un certo rischio di deformazione durante la zincatura per le differenti dilatazioni offerte da tali componenti. La rigidità dei telai si oppone, infatti, alla dilatazione delle lamiere, comportando su di esse tensioni molto forti. Una soluzione alternativa per il carpentiere sarebbe zincare separatamente le lamiere rispetto alla struttura del cancello e provvedere al loro assemblaggio con viti o rivetti in un secondo momento. Come altra opzione, si potrebbero adoperare delle lamiere prezincate da applicare meccanicamente al resto del cancello dopo la zincatura, ma in tal caso occorre valutare l’opportunità di avere le conseguenti differenze di spessore di rivestimento di zinco tra le porzioni zincate a caldo per immersione e le lamiere Sendzimir, con durate nettamente diverse. Si utilizza sovente anche uno schema costruttivo differente in cui si realizza un telaio (in genere un profilo angolare) ed un controtelaio (in genere un piatto) con la lamiera non fissata nell’intercapedine. Si crea, in questo modo, un gioco dimensionale che può essere recuperato senza rischio di deformazione durante la zincatura. Si taglia, cioè, la lamiera più corta e stretta di alcuni millimetri rispetto all’alloggiamento – vedi figura 1.38. Ovviamente, per quanto riguarda lo sfiato si devono rispettare, anche in questa soluzione, le prescrizioni relative alle superfici sovrapposte. Il tutto dovrà essere adeguato a non comportare i fastidi relativi agli accumuli di liquidi di processo negli interstizi ed evitare che si possano formare ristagni che darebbero luogo ad antiestetiche colature di ruggine. In caso di saldature discontinue, si dovranno prevedere distanze opportune tra telaio e riquadro tubolare (min. 2 mm). Anche la tolleranza tra il sistema telaio-controtelaio e lamiera dovrà tenere conto delle esigenze della zincatura riguardo alle predisposizioni delle superfici sovrapposte ed occorrerà prevedere uno sfiato superiore all’alloggiamento della lamiera. Lo zinco che penetra gli interstizi del telaio-controtelaio provvede a fissare definitivamente la lamiera. Lo schema costruttivo in figura 1.38 rappresenta, comunque, una soluzione di compromesso tra le esigenze di lavorazione del realizzatore e la predisposizione necessaria per il compor69


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tamento del materiale durante la zincatura.

Figura 1.38 Schema costruttivo di un telaio di tubolari alloggiante un riquadro di lamiera destinato ad essere parte di un cancello

Per quanto riguarda la struttura del cancello e la sua tendenza alle deformazioni, sarebbe consigliabile non procedere prima della zincatura alla realizzazione degli alloggiamenti per le ruote (soprattutto nel caso in cui essi vengono realizzati mediante semplici tagli sui tubolari di base). Queste lavorazioni, se non effettuate operando i giusti rinforzi, possono provocare rigonfiamenti locali. Cancelli che sono fortemente irrigiditi alla base mediante l’utilizzo di due o più tubolari ravvicinati, il cui profilo è intero per tutta la sezione longitudinale del manufatto, sono più soggetti all’insorgere di pericolose tensioni e alla deformazione di quelli in cui tali profili sono interrotti dagli elementi trasversali. I.1.6.3.2 Reti metalliche e manufatti in filo Raramente manufatti realizzati a partire da filo di acciaio sono zincati dopo la costruzione. Alcuni esempi si riscontrano nel settore agricolo (gabbie per volatili) e nella costruzione di alcuni tipi di reti. Il solo accorgimento relativo a tali elementi strutturali riguarda la scelta del materiale di cui è costituito il filo. Alcuni manufatti mantengono un’adeguata consistenza solo se sottoposti a irrigidimento a freddo. Se si utilizzano fili di acciaio suscettibili di invecchiamento, le piegature di rinforzo a freddo possono causare un incrudimento del materiale, che purtroppo diviene visibile dopo la zincatura a caldo. Se si impiegano fili di materiale adeguato, la zincatura, oltre alla protezione da corrosione, fornisce, invece, un ulteriore vantaggio. Infatti, lo zinco fuso dà luogo a un effetto saldante 70


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nei punti di incrocio dei fili, aumentando la solidità dei manufatti. Quando viene impiegato filo ondulato, va ricordato che il riscaldamento subito nel bagno di zinco ne provoca una significativa estensione. Nel caso esistano cornici o saldature possono crearsi antiestetiche distorsioni. Un’interessante soluzione consiste nel lasciare separate o parzialmente non saldate le reti di filo ondulato e la cornice circostante durante la zincatura, per saldarle o avvitarle solo successivamente. I.1.6.4 Altri effetti delle tensioni interne

Nel caso limite in cui, alla temperatura dello zinco fuso, venga superato il carico (ultimo) di rottura per accumulo locale delle tensioni in punti critici, si può osservare il formarsi di cricche. L’incidenza del fenomeno è estremamente bassa. Nella quasi totalità dei (pochi) casi verificatisi, si sono riscontrate situazioni di vero e proprio innesco alla rottura per situazioni preesistenti alla zincatura. Ciò ci porta a concludere che questo fenomeno, ancorché molto raro, può verificarsi in presenza di più fattori concomitanti quali, ad esempio, una non idonea progettazione, un’esecuzione della costruzione non a regola d’arte, una suscettibilità spiccata dell’acciaio alla fragilità, difetti nella laminazione e nella produzione dei profili. Recenti ricerche hanno evidenziato che, un’eccessiva presenza di stagno (Sn > 0,3%) nel bagno di zincatura, in presenza delle altre concause, può favorire il fenomeno. Occorre osservare cautela per la zincatura di manufatti ottenuti con formatura a freddo con lavorazioni severe, che potrebbero comportare eccessivo incrudimento dell’acciaio e corrispondente infragilimento sotto le condizioni di stress termico riportate al par. I.1.6.1. Gli acciai suscettibili all’invecchiamento devono essere trattati con particolare cautela in generale. Una ulteriore guida su questi fenomeni può essere trovata nella norma UNI EN ISO 14713-2. Ulteriori consigli di sicurezza possono essere: - per elementi strutturali, utilizzare acciai con contenuto di carbonio inferiore allo 0.25%. Tale scelta è preferibile, ma non rappresenta un’indicazione categorica, nel senso che si può anche derogare a patto che si rispettino gli altri suggerimenti forniti nel seguito; - per i prodotti non strutturali, preferire acciai calmati all’alluminio; - cercare di evitare gli intagli a pressione preferendo tagli a sega; - l’ossitaglio, il taglio termico o il laser possono, a seconda della forma particolare del pezzo, provocare l’insorgenza di tensioni; nei casi sensibili, essi possono essere adoperati solo dopo attenta valutazione; - evitare intagli a spigoli vivi in tutti i casi in cui ci possono essere concentrazioni di tensioni interne dal momento che essi possono costituire inneschi a rottura. Il rischio può essere minimizzato raddolcendo il profilo dell’intaglio, evitando le forme aguzze e gli spigoli vivi o realizzando le gole di scarico come da regola dell’arte; - vanno evitate lavorazioni in grado di incrudire eccessivamente il materiale; - evitare le punzonature oltre certi limiti di spessore dell’acciaio – vedi paragrafo II.2.6. In sintesi, i consigli che possono essere forniti per evitare tensioni interne non si discostano dalla regola dell’arte per la costruzione e la progettazione di manufatti e carpenterie in acciaio, già rilevabili dalle norme in materia. Anche se ciò non è necessario nella maggior parte dei casi, gli acciai per cui si sospetta una possibile insorgenza di rischi di deformazione o rottura, dovute a lavorazioni meccaniche particolarmente stressanti, possono essere sottoposti ad una distensione termica al fine di 71


Capitolo I

ridurre le tensioni interne prima della zincatura. In queste circostanze, il progettista ed il costruttore valutino opportunamente questa necessità caso per caso. Se permane il dubbio, è consigliabile rivolgersi allo zincatore per una consulenza. Anche in questo caso i suggerimenti forniti per evitare rischi non si discostano dalla regola dell’arte per la costruzione e la progettazione di manufatti in acciaio e sono già rilevabili dalle norme in materia. I.1.6.5 Danneggiamenti meccanici e carico errato del materiale per il trasporto

Il materiale deve giungere in zincheria senza danneggiamenti. È essenziale a questo scopo che i manufatti siano caricati con attenzione sui mezzi che li trasportano. Ciò è ovvio, ma a volte si trascura il loro corretto posizionamento ed imballaggio, con la conseguenza che favorisce urti e sollecitazioni sui manufatti, determinando anche difficoltà di scarico con le normali attrezzature (carrelli elevatori). Di seguito – in figura 1.39 – un’illustrazione di casi realmente visti in zincheria.

Figura 1.39 Esempi (reali) di carico non adatto

Sezione 2

DURABILITÀ DELLE STRUTTURE ZINCATE I.2.1 Analisi e classificazione degli ambienti corrosivi

Per una indicazione delle durate in servizio della zincatura a caldo si consiglia di consultare le tabelle disponibili nelle norme internazionali ISO (recepite anche in Italia da UNI). Per lo zinco il riferimento è costituito dalla norma UNI EN ISO 14713-1:2010, che fornisce indicazioni sulla riduzione media annuale dello spessore di rivestimento, previa individuazione della categoria (o classe) di corrosività dell’ambiente (secondo la norma ISO 9223). L’agente principale nella corrosione atmosferica dello zinco è il biossido di zolfo – SO2 che risulta essere determinante per l’ordine di grandezza della velocità di corrosione dello strato di rivestimento. In condizioni normali, cioè in presenza di umidità relativa all’incirca del 70% o superiore, la velocità di corrosione del metallo è proporzionale alla concentrazione di SO2. Il contributo di altri inquinanti, quali sali, NOx, CO etc. è meno rilevante. 72


Il progetto e la costruzione

Una previsione prudenziale della durata in servizio della protezione fino alla prima manutenzione è offerta dal diagramma seguente che è prodotto sulla base di dati sulla qualità dell’aria di qualche decennio fa3.

Figura 1.40 Durata tipica del rivestimento di zinco fino alla prima manutenzione, per diverse categorie di ambienti e relative velocità di corrosione

Il miglioramento indotto dalle normative per il controllo dell’inquinamento hanno reso più duratura anche la zincatura a caldo. Nella norma UNI EN ISO 14713-1:2010 si trova una previsione di durata, effettuata sulla base di dati di composizione dell’aria, rilevati tra il 1990 e il 1995, quando i valori di concentrazione di SO2 in atmosfera erano sensibilmente più elevati di quelli attuali. La mappatura continua della qualità dell’aria in Italia conferma un trend di riduzione dell’inquinamento da SO2, consistente e progressivo, dovuto all’applicazione di leggi nazionali e direttive comunitarie. Già nel 1994, i controlli ambientali in Europa restringevano normalmente la concentrazione di SO2 al di sotto di 60 µg/m3. In tali condizioni, si verificava una perdita di spessore del rivestimento di zinco di 1.5-4 µm /anno, nelle previsioni peggiori. Per un rivestimento medio di 85 µm, la durata indicativa della protezione, senza esigenze di manutenzione, era dell’ordine di 20-50 anni nelle più comuni atmosfere dei Paesi e delle Città d’Europa. Recenti studi mostrano che oggi la concentrazione di SO2 si è ridotta di più del 50% in media, rispetto al dato riscontrabile nel 1991. Con la Zinc Millennium Map, una campagna di misurazioni effettuata fino al 2000 estensivamente sul territorio della Gran Bretagna, si è ottenuta evidenza empirica di una riduzione media di circa il 60% della velocità di corrosione dello zinco 3 Per durata in servizio fino alla prima manutenzione si intende l’intervallo di tempo che trascorre dal momento in cui si applica il rivestimento iniziale fino al momento in cui il consumo del rivestimento stesso rende necessarie operazioni di manutenzione per il ripristino della protezione del metallo base – vedi figura 1.40.

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rispetto ai valori dei primi anni ‘90. Con uno studio condotto nel 2001 dall’Università di Ancona su piloni di bassa tensione in opera nella zona di Ancona e Parma per circa 30 anni, i ricercatori hanno rilevato spessori residui dello strato di zincatura ancora in linea con le prescrizioni degli odierni capitolati di appalto. Ciò significa che la protezione, anche per lo spessore, supererebbe ancora oggi i test per il collaudo. In ogni caso, anche accettando precauzionalmente le durate indicate in figura 1.40, le proprietà del rivestimento di zincatura assicurano una protezione di lunghissima durata: per esempio, in area costiera urbana (con apprezzabile tasso di inquinamento) un rivestimento di 100 µm svolge la sua azione all’incirca per 25 anni, ben oltre la durata di qualsiasi antiruggine o verniciatura. Infatti, secondo gli standard di riferimento per costruzioni realizzate in acciaio, le previsioni di durata alla prima manutenzione dei sistemi anti-corrosivi polimerici e delle vernici in genere non superano i 10 anni. Tutto ciò significa che, con la protezione offerta da un rivestimento di zincatura dello spessore standard di 85 µm non ci sono esigenze di manutenzione per tutta la durata di vita utile del manufatto, nella maggior parte dei casi applicativi. La zincatura ottenuta sui profili di acciaio strutturale, di solito eccede significativamente i minimi di spessore previsti dagli standard. Ciò determina una protezione che supera i 60 anni in molti ambienti. I.2.1.1 Valutazione della durabilità attraverso test sperimentali

La durata a lungo termine della protezione dalla corrosione offerta dalla zincatura a caldo non è valutabile con prove di corrosione accelerata tipo Kesternich, nebbia salina o camera umidostatica. In questi test, infatti, si crea una condizione di instabilità della patina di passivazione sul coating che espone in continuazione lo zinco alla azione delle sostanze ossidanti. Durante la loro applicazione vien meno, dunque, una delle fondamentali proprietà della zincatura (la resistenza alla corrosione costantemente offerta dalla passivazione nelle condizioni usuali di esercizio) ed il risultato che si ottiene è degenere. Le prove di comportamento dovrebbero essere realizzate in campo, per una durata sufficiente a poter estrapolare dati di durabilità. Per una valutazione della durabilità offerta dalla zincatura a caldo è, quindi, necessario utilizzare le informazioni reperibili nella norma UNI EN ISO 14713-1, nelle norme omologhe ASTM e nei testi di scienza delle corrosioni, oltre alle indicazioni contenute in questo testo. Se è necessario portare un’evidenza sperimentale (nel mero caso ipotetico in cui questo possa essere previsto da qualche capitolato), oltre ai dati reperibili in letteratura, può venire in soccorso la tecnica denominata EIS – Spettroscopia di Impedenza Elettrochimica, che in determinate condizioni, può studiare meglio il sistema zincatura-acciaio. L’EIS può essere molto utile per valutare le differenze di durata dovute ai diversi tipi di passivazione chimica o l’efficacia protettiva dei sistemi duplex (zincatura+verniciatura). Quanto detto vale, comunque, a patto che si utilizzino soluzioni conduttive non aggressive ed elettrodi opportuni – per esempio, soluzioni di solfati ed elettrodo al platino platinato). I.2.2 Conversione superficiale dello zinco: passivazione naturale

La protezione offerta all’acciaio è molto duratura grazie al fatto che, in atmosfera e nelle condizioni usuali, lo zinco forma sulla sua superficie uno strato protettivo molto compatto e 74


Il progetto e la costruzione

stabile, costituito da ossidi e carbonati (o anche solfati idrati, in dipendenza dall’ambiente). Ancorché molto sottile, questo strato risulta impermeabile alle specie aggressive ed è in grado di portare la corrosione dello zinco ad un valore circa pari ad 1/17-1/18 della velocità con cui si dissolve l’acciaio non protetto. La reazione di formazione del primo strato di ossidi inizia subito dopo l’estrazione del pezzo dal bagno di zinco fuso (con la formazione in prevalenza di ZnO). Le successive reazioni di conversione superficiale ad opera dell’anidride carbonica – CO2, avvengono più o meno velocemente, con la formazione di una mistura di composti che dipendono dalle condizioni locali. Quando la superficie si bagna per la pioggia o per la condensa, sulla superficie dello zinco si forma idrossido di zinco Zn(OH)2, il quale in aria si trasforma, per interazione con la CO2, in carbonato basico di zinco – 2ZnCO3·Zn(OH)2, insolubile e protettivo, che costituisce il cosiddetto strato di conversione. Man mano che questo strato si ispessisce, la velocità di corrosione (o di dissoluzione) della zincatura diminuisce fino a diventare realmente molto bassa, quasi trascurabile. La zincatura a caldo offre, così, la protezione estremamente efficace che ognuno può verificare nella normale pratica. Lo strato di passivazione è resistente e coeso. Una volta sviluppatosi in modo da coprire tutta la superficie, impedisce l’attacco ulteriore del metallo da parte delle sostanze ossidanti. In ambiente atmosferico, nelle diverse condizioni di aggressività, la formazione e la stabilità dello strato di passivazione naturale dipendono prevalentemente dall’acidità, ma concorrono numerosi altri fattori quali ad esempio la temperatura, la composizione dell’acqua di condensa, le quantità e la natura delle sostanze inquinanti. La durata del rivestimento di zincatura è influenzata, quindi, dalla presenza in atmosfera di composti che agiscono sul pH della condensa superficiale, che, cioè, intervengono a determinare acidificazione dell’ambiente di esposizione. è il caso del biossido di zolfo – SO2 atmosferico che, entrando in soluzione, dà luogo ad un ambiente acido, in cui i carbonati e gli ossidi basici dello strato di passivazione si trasformano in sali di zinco, come il solfato, incoerenti e permeabili all’attacco delle specie aggressive. Ciò consente la corrosione dello strato di zinco metallico sottostante, con diverse velocità a seconda della concentrazione di inquinante. Nelle zone marine, la velocità di corrosione dello strato di zinco è influenzata in maniera significativa anche dal contenuto di cloruri, mentre nelle zone urbane è influente, anche se con meno efficacia, la presenza dei composti NOx (ossidi di azoto) e CO, prodotti dalla combustione dei carburanti. La deposizione di fuliggine e polvere può essere anch’essa dannosa sia per la natura stessa di tali sostanze (in maggior parte carbonio sotto forma di nerofumo e sali), sia perché esse possono aumentare il rischio di formazione di condensa sulla superficie e trattenervi una maggiore quantità di acqua (proprietà igroscopiche). I.2.3 Dipendenza dal pH

La durata del rivestimento di zincatura è determinata dalle condizioni di stabilità dello strato di conversione superficiale del rivestimento di zinco. Il pH è la variabile che determina il perdurare della protezione. Al di sotto di valori di pH pari a 5.5, la velocità di corrosione dello zinco è elevata. 75


Capitolo I

In tali condizioni, a meno che non intervengano lavorazioni aggiuntive, come il rivestimento della zincatura con una resina opportunamente resistente nel particolare ambiente di utilizzo (sistema duplex), lo strato di carbonati si dissolve rapidamente. Le sostanze alcaline vengono tollerate in misura maggiore dai rivestimenti di zinco, che resistono bene fino a valori del pH piuttosto alti (fino ad un limite all’incirca di pH=12.5) – vedi figura 1.42.

Figura 1.41 Dipendenza dal pH della velocità di consumo dello zinco

I.2.4 Ambienti corrosivi I.2.4.1 Corrosione in atmosfera

Le principali tipologie di corrosione possono essere suddivise, in base all’ambiente in cui si generano, in corrosione urbana, industriale, marina e rurale. Nelle aree ad elevata concentrazione industriale e nei centri urbani, l’aria è contaminata da numerosi inquinanti, i più temibili per la corrosione dello zinco sono i composti dello zolfo. In atmosfere umide, l’anidride solforosa produce acido solforoso sulla superficie dello zinco, reagendo così con la pellicola di ossido, idrossido e carbonato basico di zinco e formando solfito di zinco. Altri composti di zolfo, quale ad esempio l’anidride solforica, agiscono in maniera del tutto simile, formando sali altrettanto idrosolubili che presentano scarsa adesione con il substrato. In tal modo, viene distrutto parzialmente il rivestimento superficiale di zinco che tenderà a riformarsi a spese degli strati metallici sottostanti, determinando il progredire della corrosione. Agli ambienti corrosivi delle città italiane si potrà assegnare una classe di corrosività di tipo C3 in caso di traffico stradale normale e relativa lontananza del mare. Solo nei casi di centri 76


Il progetto e la costruzione

molto inquinati in presenza di livelli alti di traffico o con la concomitanza dell’ambiente costiero sarà applicabile una classificazione di tipo C4. Per i criteri di assegnazione delle classi di corrosività (e quindi per una predizione della durabilità della zincatura) si consiglia di leggere attentamente quanto riportato nella UNI EN ISO 14723:2010 parte 1. Tabella 1.7 Scelta della classe di corrosività in funzione delle caratteristiche dell’ambiente di esposizione in condizioni tipiche delle zone temperate (tabella ricavata da ISO 9223 e dalla UNI EN ISO 14713)

Classificazione dell’ambiente e velocità di corrosione rcorr[=]µm/anno

Ambienti interni

C1 rcorr < 0,1 non aggressivo

Bassa umidità relativa in ambiente riscaldato, assenza di inquinamento

C2 0,1 < rcorr < 0,7 poco aggressivo

Temperature ed umidità relative variabili in ambiente non riscaldato, valori bassi di inquinamento e condensa

Zone temperate con inquinamento contenuto; zone asciutte o fredde con condensa limitata; campagna, paesi o piccole città d’entroterra

C3 0,7 < rcorr < 2 mediamente aggressivo

Moderata presenza di condense e di inquinamento da processi produttivi leggeri

Zona temperata con medi valori di inquinamento (SO2 fino a 30 µg/m3 oppure media presenza di cloruri); aree urbane, aree costiere con bassa deposizione di cloruri

C4 2 < rcorr < 4 aggressivo

Condense frequenti ed alto livello di inquinamento da processi industriali e piscine sportive

Zona temperata con alto livello di inquinamento (SO2 fino a 90 µg/m3 – alto livello di cloruri); aree urbane molto inquinate, distretti industriali, aree limitrofe alla costa con alta deposizione di cloruri

C5 4 < rcorr < 8 molto aggressivo

Caverne

Inquinamento molto grave (SO2 fino a 250 µg/m3); aree con industrializzazione pesante, costruzioni sulla linea di costa

Ambienti esterni

Zone asciutte o fredde con precipitazioni molto rare con condensa molto limitata o assente

Negli ambienti marini la resistenza della zincatura è influenzata dalla presenza di cloruro di sodio nell’aria. Tuttavia, va sottolineato che i cloruri hanno sullo zinco effetti corrosivi molto meno rilevanti rispetto a quelli caratteristici degli inquinanti a base di zolfo e aggrediscono la superficie zincata in modo assai più blando di quanto non facciano con l’acciaio. Il contenuto di sale nell’atmosfera decresce, comunque, molto rapidamente man mano che ci si sposta dalla costa verso le zone più interne. L’effetto positivo sulla resistenza alla corrosione è incrementato dal fatto che nell’aria e nell’acqua dei climi più temperati è contenuta 77


Capitolo I

una certa quantità di sali di magnesio che contribuiscono a inibire la corrosione dello zinco. Evidenze sperimentali hanno mostrato che i cloruri divengono particolarmente pericolosi quando si combinano con l’acidità dovuta composti dello zolfo, come spesso avviene nelle aree ad alta densità di insediamenti industriali. La deposizione di fuliggine e polvere può essere anch’essa dannosa sia per la natura stessa di tali sostanze, sia perché esse possono aumentare il rischio di formazione di condensa sulla superficie e trattenervi una maggiore quantità di acqua. In generale, si può affermare che, in tutte le applicazioni in atmosfera, appaiono soddisfacenti i risultati ottenuti dall’uso di rivestimenti di zinco nelle condizioni più svariate. I.2.4.2 Effetti dell’ambiente locale: il micro-ambiente

Allo studio di massima dell’ambiente corrosivo vanno sempre associate considerazioni riguardanti gli agenti specifici con cui, per il particolare utilizzo o per la particolare collocazione, la struttura si troverà a contatto. Questi aspetti sono determinanti in una corretta valutazione della durata della protezione. Si tratta di aspetti non sempre noti quando si inizia un progetto ma che dovrebbero essere identificati con la massima attenzione. Per esempio, la realizzazione di una struttura di acciaio zincato che resta a vista esposto all’umidità della condensa e al dilavamento, manifesta senza dubbio un consumo del rivestimento maggiore rispetto ad una struttura che, nelle stesse condizioni ambientali, risulta invece rivestita con mattoni o protetta da tettoie o pensiline; c’è una certa differenza anche se la struttura è addossata con contatto con la muratura o è chiaramente separata da essa. Inoltre, occorrerebbe sempre tener conto di particolarità nell’esposizione in ambienti interni quando in essi sono previsti produzione od utilizzo di particolari sostanze che possono essere più meno aggressive per lo zinco. I.2.4.3 Corrosione in acqua

Nei liquidi, ancor più che nell’atmosfera, è determinante il valore del pH. Altri fattori influiscono sulla corrosione dello zinco in acqua, quali la composizione chimica, la temperatura, la pressione, la velocità di flusso, l’agitazione e la presenza di ossigeno. Le acque contenenti sali minerali o calcio e magnesio (acque dure), non sono molto aggressive data la tendenza alla precipitazione di questi composti le cui incrostazioni finiscono per avere un effetto protettivo. Se la superficie di zinco rimane, invece, per un certo tempo a contatto con acqua a scarso contenuto di elementi minerali, oppure quando l’aerazione e, quindi, la presenza di CO2, è insufficiente, gli strati anticorrosivi non si possono formare. Nel caso di acque distillate o molto dolci, spesso le condizioni ambientali determinano un pH acido (intorno a 5) che risulta altamente corrosivo per la superficie zincata per il fatto che in tali condizioni lo strato di passivazione è molto instabile. A questa acidificazione basta la sola dissoluzione di CO2 non tamponata da altre specie chimiche. Gli effetti corrosivi della condensa possono essere facilmente provati riempiendo parzialmente un serbatoio di acciaio zincato con acqua dura. Una volta chiuso, nello spazio in cui è presente l’aria avverrà la condensazione. Sulla parte superiore delle pareti del serbatoio si formerà piuttosto rapidamente uno strato sottile poroso biancastro, mentre la parte immersa non subirà alcun danno. Ciò è dovuto al fatto che nella condensa non 78


Il progetto e la costruzione

sono presenti sali. Inoltre, vi è un maggior contatto con l’ossigeno. Nelle acque dolci, infine, si può talvolta assistere anche ad un’inversione di polarità tra zinco e acciaio, per cui quest’ultimo diviene l’elettrodo a minor potenziale (anodo) e si creano rischi di vaiolatura, ma simili fenomeni si possono verificare in presenza di temperature intorno ai 70°C. In generale, se la temperatura è superiore a 55°C i prodotti di corrosione che si formano superficialmente hanno una granulometria elevata e, pertanto, mostrano una scarsa adesione con il rivestimento di zinco. Nelle tubazioni, anche la velocità di flusso ha una certa influenza: se è maggiore di 0.5 m/s, ostacola la formazione dello strato protettivo sulla superficie zincata e la corrosione avviene più velocemente. I.2.4.4 Corrosione per contatto con liquidi in impianti agricoli

Per quanto riguarda le zone rurali, la zincatura costituisce un’eccellente protezione per fabbricati agricoli, attrezzature e accessori vari, e non richiede particolari precauzioni. Vanno presi accorgimenti unicamente nel caso di contatto con liquami organici e di sistemi di irrigazione acidificata, per cui è buona norma rivestire di guaine impermeabili le superfici zincate interessate. In alternativa, è consigliabile verniciare la parte a contatto con i residui organici. Un’altra situazione a rischio può presentarsi nelle serre in cui viene effettuata un’irrigazione con acqua a pH inferiore a 5.5, che danneggia il rivestimento di zinco. I.2.4.5 Corrosione nel terreno

In condizioni particolari anche i terreni possono, in certa misura, essere corrosivi. Per stabilirne l’aggressività se ne misura la resistività, che è un indice della presenza di sali e umidità e perciò è inversamente proporzionale alla capacità di corrosione. Per i valori di resistività relativamente bassi, appaiono particolarmente pericolosi suoli di tipo argilloso, paludoso, con notevoli quantità di humus e così via. Il terreno può, inoltre, contenere prodotti alterati dalle condizioni atmosferiche, quali sali, acidi, alcali, miscele di composti organici, idrogeno, metano, funghi ossidanti o riducenti, microrganismi ecc. Conseguentemente, le possibili cause di corrosione nel terreno sono notevolmente complesse e le variazioni tra località diverse, anche se vicine tra loro, possono essere assai rilevanti. In generale, tuttavia, si considera che il tasso di corrosione nel terreno sia piuttosto contenuto, con valori medi intorno ai 5 mm. Questo dato costituisce un riferimento valido in assenza di correnti vaganti. Il progettista che sospetti dispersioni per la presenza di possibili fonti di correnti continue nelle vicinanze del punto di installazione del manufatto zincato, deve prevederne la protezione attraverso giunti isolanti. I.2.4.6 Corrosione per contatto con altri metalli

Quasi sempre lo zinco risulta più elettronegativo dei metalli comunemente utilizzati, pertanto tende a comportarsi da anodo, corrodendosi. È anche possibile che nel contatto con altri metalli più nobili come, ad esempio, il rame possa attivarsi perdendo la condizione di passivazione. Va evitato qualsiasi contatto anche con acque ricche di ioni di rame. 79


Capitolo I

è quindi consigliabile, nelle giunzioni con altri metalli, isolare gli elementi con gomma o plastica. Se esposte all’aria le strutture zincate possono restare a contatto con acciaio inossidabile e alluminio; è, invece, opportuno isolarle se esse devono essere immerse in acqua. I.2.4.7 Corrosione per contatto con altri materiali

Malta e tutte le sostanze alcaline appena applicate aggrediscono lo zinco che, tuttavia, dopo una iniziale reattività, tende a stabilizzarsi quando queste sono asciutte. Il gesso è sempre aggressivo nei confronti di tutti i metalli, anche asciutto. Non si deve porre l’acciaio zincato in contatto con il gesso se si vogliono lunghe durate. Il legno verde non dovrebbe essere posto in contatto con l’acciaio zincato, poiché alcune sostanze in esso presenti sono in grado di corrodere lo zinco. Similmente, in acqua non si devono usare chiodi zincati a caldo per inchiodare il legno indipendentemente dal fatto che esso sia impregnato o meno. Il legno secco o moderatamente umido, invece, impregnato o no, può essere fissato usando chiodi zincati a caldo con risultati soddisfacenti. Altri materiali secchi, come la lana di roccia, non sono aggressivi per lo zinco. I.2.4.8 La ruggine bianca

Tra i diversi tipi di corrosione merita un approfondimento la cosiddetta ruggine bianca, costituita prevalentemente da idrossido di zinco e in minima parte da ossido e carbonato. I maggiori rischi si presentano per superfici zincate da poco tempo, poiché non si è ancora formato alcuno strato protettivo. I periodi dell’anno che favoriscono maggiormente l’insorgere della ruggine bianca sono l’autunno e l’inverno, a causa della elevata umidità dovuta a piogge e nebbie, e delle basse temperature. Condizioni altrettanto dannose sono provocate dagli abbassamenti improvvisi di temperatura e dalla formazione di condensa sull’acciaio freddo che può creare una pellicola umida aggressiva per lo zinco. Similmente, l’accatastamento di manufatti zincati di recente sull’erba bagnata, la ricopertura con teloni di materiale plastico e, ancora, la deposizione in casse di legno umide, soprattutto per prodotti di piccole dimensioni, creano le condizioni ideali per la formazione di ruggine bianca. Tuttavia, in realtà, i danni provocati da tale corrosione sono molto più appariscenti di quanto non lo siano sostanzialmente, poiché piccole porzioni di zinco producono elevate quantità di ruggine bianca polverosa e assai evidente. Inoltre, se le cause scatenanti perdurano, minime percentuali di ruggine bianca si trasformano in uno strato protettivo del tutto innocuo, che può eventualmente causare problemi all’atto di successive verniciature. Solamente se l’umidità è molto intensa e persiste per tempi prolungati si può causare una distruzione locale del rivestimento di zinco. Per valutare l’effettivo danneggiamento è opportuno rimuovere completamente i prodotti della corrosione e misurare lo spessore del rivestimento residuo. Nel caso si effettui tale prova durante una valutazione di accettabilità presso lo zincatore, occorre considerare che le macchie residue sul rivestimento non indicano cattiva qualità della zincatura sottostante. Per questo la normativa UNI EN ISO 1461:2009 afferma che esse non possono essere considerate causa di rigetto del materiale 80


Il progetto e la costruzione

(a patto, ovviamente, che la zincatura rispetti le specifiche di spessore una volta eliminato accuratamente lo strato biancastro incoerente). Solo se nella porzione di rivestimento interessata dallo sviluppo di ruggine bianca si misura uno spessore non conforme, è necessario ripristinare la protezione secondo le procedure previste nelle norme o gli accordi eventuali tra zincatore e committente. Per prevenire la formazione della ruggine bianca è sufficiente adottare semplici misure precauzionali nel corso del deposito e del trasporto dei manufatti zincati, essenzialmente volte a garantire una sufficiente aerazione e ad evitare che si raccolga umidità negli eventuali interstizi tra un articolo e l’altro. In particolare, nei trasporti via mare di una certa lunghezza o verso mete particolari (trasporti in zone tropicali) può essere necessario prevedere l’adozione di misure di protezione chimica, come l’uso di passivanti. Vanno evitati contatti con altre sostanze trasportate, o loro residui, se aggressivi nei confronti dello zinco. I.2.4.9 Passivazione chimica

Dallo spessore e dalla stabilità dello strato di passivazione dipende la durata della protezione offerta dalla zincatura. Lo strato che si ottiene con la passivazione naturale, durante un periodo di tempo di qualche mese, è formato di ossidi e carbonati di zinco. È, tuttavia, possibile ottenere una conversione superficiale artificiale che tende a creare una patina resistente sullo zinco per via chimica. Gli scopi per cui questo trattamento ulteriore (aggiuntivo rispetto alla zincatura) viene a volte richiesto possono essere molteplici: - alcuni passivanti possono ottenere un risultato di effettivo incrememento della durata della protezione; - in taluni casi, la passivazione determina soltanto una protezione temporanea, intesa alla prevenzione della formazione della ruggine bianca durante lo stoccaggio del materiale; - la passivazione può anche essere usata per precondizionare la superficie zincata, funzionando da promotore di adesione per la successiva verniciatura nel caso di applicazione del sistema duplex. In tal caso, la scelta del passivante o, viceversa, della vernice deve essere effettuata sulla base di una valutazione di compatibilità. Nella pratica industriale, la maggior parte delle zincherie che operano la passivazione del materiale, effettuano l’immersione dei manufatti in un ulteriore bagno di trattamento successivo alla zincatura (spesso coincidente con la vasca di raffreddamento) contenente soluzioni chimiche con composti di natura inorganica, organica o metallo-organica. I passivanti possono, infatti, avere natura chimica diversa: - passivanti inorganici: per lungo tempo si sono adoperati passivanti inorganici a base di cromo(VI), in grado di offrire una passivazione al metallo robusta ed efficace nel lungo termine. La cromatazione con Cr(VI) è caduta in disuso per la scoperta della sua azione fortemente cancerogena e dei rischi notevoli per la salute degli applicatori. In alternativa, sono stati messi a punto passivanti con Cr(III) ma con performance inferiori. Sono anche possibili applicazioni diverse come la fosfatazione, per esempio con fosfati di zinco e manganese; - passivanti metallo-organici: film polimerici nanometrici con gruppi metallici in grado di fissarsi alla superficie dello zinco. Analoghi sono i passivanti silanici. In entrambi i casi summenzionati, si ha una reazione chimica superficiale del passivante a 81


contatto con lo zinco (per cui si ottiene una conversione superficiale). È molto comune che i passivanti commerciali siano formulati in modo da ottenere anche un’aderenza migliorata in caso di verniciatura della superficie zincata trattata. Un’analisi di compatibilità è, però, sempre fortemente consigliata, come già espresso precedentemente. A volte si considera passivazione anche il risultato della sigillatura superficiale, ottenuta semplicemente dalla deposizione di filmanti polimerici (organici o siliconici) che separano la superficie dagli agenti aggressivi senza reazione chimica superficiale (assenza di conversione). Questi trattamenti, in genere, hanno una efficacia temporanea. A stretto rigore, si dovrebbero indicare come passivanti solo quelle sostanze che ottengono una conversione chimica della superficie dello zinco e della zincatura.

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Capitolo II

Influenza della produzione e delle lavorazioni dell’acciaio sul rivestimento di zincatura

Sezione 1

EFFETTI DEI PROCESSI PRODUTTIVI DI LAMIERE E PROFILATI DI ACCIAIO Con la zincatura a caldo si ottengono ottimi risultati a prescindere dal particolare processo produttivo impiegato per i prodotti di acciaio. Sono, comunque, prevedibili comportamenti diversi del materiale di base a seconda della tecnica di produzione dell’acciaio. Ovviamente merita un discorso differente il caso in cui ci sia un pregresso difetto a carico del processo produttivo dell’acciaio, da cui possono originarsi problemi per la successiva zincatura. Nel seguito si analizzeranno, quindi, due situazioni distinte: - differenze di aspetto dei rivestimenti zincati come conseguenza dei diversi processi di produzione dei profilati di acciaio. Si tratteranno, in questo caso, rivestimenti zincati con caratteristiche differenti ma rispondenti pienamente ai requisiti degli standard; - difetti nello strato di zincatura scaturenti direttamente da processi di produzione dell’acciaio operati in modo non corretto. Questo caso sarà trattato allo scopo di permettere agli utilizzatori di riconoscerne le cause ed attuare una corretta prevenzione. Gli effetti della composizione dell’acciaio vengono trattati nel capitolo IV. II.1.1 Laminazione a caldo e a freddo

C’è una differenza nel risultato della zincatura a caldo di pezzi ottenuti per laminazione a caldo rispetto a quelli prodotti con laminazione a freddo. Ciò è dovuto essenzialmente alla differenza di finitura superficiale che essi presentano prima della zincatura. Le differenze riguardano l’aspetto e lo spessore che si ottiene. Nel caso della laminazione a caldo di lamiere e larghi piatti, la lavorazione tende ad essere meno precisa e con una finitura superficiale minore e, quindi, con il risultato di superfici più ruvide delle lamiere da laminazione a freddo. Si utilizza la laminazione a caldo per la produzione di articoli di spessore maggiore. Ancor più ruvida può risultare la superficie dei normal-profili anch’essi ottenuti a caldo. Inoltre, poiché i profili destinati alla funzione strutturale sono normalmente laminati a caldo ed essi sono generalmente fatti di acciaio più ricco in silicio, la reattività dei confronti dello zinco è maggiore – vedi anche paragrafo IV.1.1. Queste concause comportano un rivestimento di zinco con un maggiore spessore ed un aspetto finale tendenzialmente più ruvido e più scuro. Con la lavorazione a freddo si ottengono nastri e lamiere più rifiniti e precisi. In genere, i pezzi 83


Capitolo II

lavorati a freddo sono di spessore minore e presentano un tenore di silicio inferiore. Dunque, il rivestimento di zinco sull’acciaio laminato a freddo per la migliore finitura superficiale (che implica una minore rugosità), per la sua composizione e spessore, tende ad assumere un aspetto liscio brillante con uno spessore leggermente inferiore. II.1.1.a Effetti dei difetti di laminazione sulla zincatura a caldo

Rigature e graffiature. Ci sono casi in cui sulla superficie dell’acciaio laminato sono presenti rigature, graffiature e accentuata rugosità, dipendenti dalla mancata sostituzione di rulli di laminazione usurati o difettosi. Questi difetti non vengono mascherati dalla zincatura a caldo ma sono resi ancora più evidenti dal rivestimento.

Figura 2.1.a Esempi di difetti di laminazione dell’acciaio e relative conseguenze sulla zincatura

Scaglie e inclusioni di laminazione. I processi di laminazione difettosi possono dar luogo ad imperfezioni superficiali o sottopelle dell’acciaio che difficilmente si rilevano ad occhio nudo sul manufatto grezzo ma che si manifestano, invece, in maniera molto visibile a zincatura avvenuta. In questi casi, la superficie del rivestimento di zincatura appare caratterizzata da formazioni simili a puntinature più o meno pronunciate che possono essere localizzate lungo particolari direzioni o, nei casi più gravi, su zone molto estese della superficie del manufatto. 84


Influenza della produzione e delle lavorazioni dell’acciaio sul rivestimento di zincatura

Un processo di laminazione difettoso può portare alla formazione di micro pori e scaglie sovrapposte. Durante il processo di zincatura a caldo, lo sviluppo del rivestimento all’interno dei pori provoca l’innalzamento di queste scaglie superficiali. Il difetto può evidenziarsi in diverse modalità: - rigonfiamenti e puntinature più o meno grandi di parti del rivestimento che, tuttavia, resta continuo e tenacemente ancorato alla superficie del manufatto; - come nel caso precedente ma con frattura di parte del rivestimento; in simili circostanze, può accadere che, dalle piccole sacche sottostanti, fuoriescano residui di liquidi di pretrattamento che macchiano il rivestimento; - come nel caso precedente ma con frattura e distacco di alcuni frammenti; in questo caso si avranno zone butterate che potranno risultare comunque zincate in parte o del tutto.

Figura 2.1.b Esempi di difetti di laminazione dell’acciaio e relative conseguenze sulla zincatura

Figura 2.2 Schema descrittivo della formazione dei difetti dovuti a scaglie di laminazione

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Capitolo II

Figura 2.3 La parte A del manufatto raffigurato è interessata da difetto dovuto alle scaglie di laminazione

Tensioni interne. Soprattutto nel caso della laminazione a freddo, la lavorazione può introdurre delle tensioni interne che tendono ad essere rilasciate durante la zincatura. Per non avere problemi di deformazioni è bene seguire nella costruzione i consigli forniti nella sezione I.1.6. II.1.2 Trafilatura ed estrusione

L’estrusione è una lavorazione plastica a caldo che consiste nel forzare l’acciaio a passare attraverso un foro di forma determinata (matrice). Si ottiene così un prodotto che ha una certa analogia con i laminati. La trafilatura (in genere di vergelle, fili e tubi) è simile all’estrusione, l’unica differenza è che il materiale viene tirato all’uscita e risulta in trazione invece che in compressione. Queste lavorazioni possono determinare la formazione in superficie di striature, piegature che, a volte, se il processo non è eseguito correttamente, possono anche determinare incrudimenti eccessivi o vere e proprie cricche longitudinali nell’acciaio. Le lavorazioni meccaniche successive possono determinare un aggravamento dei difetti, specialmente nei casi in cui, per una deformazione non omogenea, l’estrusione o la trafilatura possono dare luogo a tensioni residue. Le zone superficiali dell’acciaio interessate da questi fenomeni sono particolarmente incrudite e in fase di zincatura a caldo vengono messe in evidenza, perché la reattività dello zinco, in tali zone, è maggiore. Il risultato è costituito, in generale, da spessori di zinco localmente più elevati. Altri difetti riscontrabili sono molto simili a quelli per laminazione imperfetta. Per prevenire gli effetti dovuti alle tensioni interne consultate la sezione I.1.6.

Sezione 2

EFFETTI DELLE LAVORAZIONI DI FORMATURA E DI COSTRUZIONE PRIMA DELLA ZINCATURA II.2.1 Lavorazioni meccaniche a freddo e trattamenti termici

In generale, occorre evitare, per quanto possibile, lavorazioni che possano comportare incrudimento eccessivo del materiale o accentuarne la suscettibilità all’invecchiamento. 86


Influenza della produzione e delle lavorazioni dell’acciaio sul rivestimento di zincatura

Per quanto riguarda gli effetti sul rivestimento, le zone incrudite o micro-criccate da lavorazioni meccaniche severe, possono manifestare un aumento locale della reattività con risultato antiestetico. Inoltre, in certi casi, come all’interno di fori ottenuti per punzonature di acciaio di grandi spessori (vedi par. II.2.6.1), le micro-cricche possono intrappolare acido o sali che possono danneggiare o anche solo macchiare con colature di ruggine il rivestimento di zinco delle aree contigue del manufatto. Si tratta di articoli in acciaio interessati da lavorazioni troppo spinte, di norma non accettate e contrarie alla buona regola dell’arte. Dal punto di vista delle caratteristiche meccaniche, gli acciai che possono essere suscettibili di invecchiamento, vanno scelti per quanto possibile con basse temperature di transizione, in modo che sia minimizzato l’effetto di innalzamento della temperatura di transizione duttile-fragile dovuto alle lavorazioni a freddo. Ciò limita gli effetti del ciclo termico della zincatura a caldo. Un’ulteriore guida può essere ritrovata nella UNI EN ISO 14713 parte 2.

Figura 2.4 La piegatura a freddo di questo profilo ha determinato l’incrudimento e la “rottura interna” del materiale. La zincatura ha posto in evidenza il difetto preesistente.

Per profili medi e pesanti, lastre e strutture, il raggio di piegatura a freddo non deve essere inferiore a quello che si è dimostrato soddisfacente con la pratica o con le raccomandazioni dei costruttori di strutture in acciaio (EN 1090). Questi criteri dipendono dall’orientamento del grano cristallino, dalle caratteristiche di resistenza del materiale e, quindi, dal tipo di acciaio e dallo spessore. In genere, situazioni in cui possono manifestarsi incrudimenti, infragilimenti o, al limite, criccature (per eccessive durezze degli acciai scelti o per particolare severità delle lavorazioni) sono previste e prevenute in sede di progettazione. Queste situazioni possono essere prevenute nella maggior parte dei casi con opportuna scelta dei materiali o con la formatura a caldo dei pezzi quando possibile. La piegatura a freddo può essere utilizzata nei casi in cui le proprietà del materiale lo consentano e con curvature molto dolci (con un minimo raggio di curvatura di circa tre volte lo spessore di acciaio della sezione). È importante considerare che questa lavorazione introduce delle tensioni interne nell’articolo che possono essere rilasciate durante la zincatura, deter87


Capitolo II

minando variazioni della forma o perdita di allineamento. Se non si portano gli articoli da zincare in condizioni critiche, nella maggioranza dei casi queste deformazioni possono essere recuperate in fase di montaggio. È bene, però, che si tenga conto della possibilità di tali effetti, accordando ai pezzi le giuste tolleranze per un facile assemblaggio dopo la zincatura. Se la costruzione richiede una piegatura più marcata di quanto finora indicato o nei casi in cui è prevedibile una forte tensionatura del materiale, questa lavorazione deve essere fatta a caldo, o, se fatta a freddo, il materiale deve essere successivamente ricotto o disteso prima di ulteriori lavorazioni e sempre prima della zincatura a caldo. Per alti gradi di deformazione a freddo dovrebbe essere eseguita una ricottura di lavorabilità (subcritica). Per gradi di deformazione a freddo più bassi come per esempio: piegatura a freddo, profilatura, ecc., sarebbe opportuno operare un trattamento termico di distensione. Profili leggeri e medi che hanno subito delle deformazioni o lavorazioni meccaniche a freddo, normalmente non necessitano di trattamenti termici. Tuttavia, se necessario per le esigenze legate alla natura ed alla funzione del manufatto, il trattamento termico deve precedere la zincatura a caldo dell’acciaio. II.2.2 Tagli termici

La zincatura a caldo sui tagli termici (laser, plasma e ossifiamma) e nell’intorno di essi subisce una certa influenza per quanto riguarda il risultato finale. In queste zone la rugosità superficiale è maggiore e la composizione superficiale dell’acciaio è alterata (vedi anche paragrafo II.2.6 relativo a ZTA). In genere, ciò corrisponde a spessori di rivestimento maggiori e rugosità più pronunciate. Il rivestimento ai bordi, in genere, manifesta una maggiore fragilità se il bordo del materiale prima della zincatura è lasciato grezzo ed è tanto più pronunciata quanto più il rivestimento è spesso. Se il taglio viene effettuato di fretta e senza particolare attenzione al risultato, già sull’acciaio di base può avere dei connotati estetici non soddisfacenti. Per rimuovere questi effetti, dopo il taglio, la superficie interessata dovrebbe essere spianata, rimuovendo le irregolarità superficiali e rendendola così liscia. In ogni caso, i tagli di testa effettuati a fiamma su profili strutturali, se curvi, devono avere un raggio minimo di 2,5 cm per non originare punti di accumulo di eventuali tensioni interne. II.2.3 Lavorazioni a caldo. Forgiatura

La forgiatura o fucinatura è un processo di produzione industriale di trasformazione plastica di pezzi metallici a sezione varia, solitamente portati allo stato rovente in corrispondenza del cambiamento di forma del cristallo di ferro da alfa a gamma e lavorati quindi con ripetute scosse di un maglio, una pressa per forgiatura ecc. Se la lavorazione è effettuata correttamente, non si rilevano controindicazioni alla zincatura a caldo di pezzi fucinati, ma può essere necessaria una sabbiatura in caso di presenza superficiale di forti quantità di calamine e scorie. Infatti, dato il particolare trattamento termo-meccanico subito, lo strato di ossido presente sulla superficie dei manufatti può essere particolarmente spesso e non sufficientemente solubile con il normale trattamento di decapaggio. 88


Influenza della produzione e delle lavorazioni dell’acciaio sul rivestimento di zincatura

Il corrispondente rivestimento di zincatura risulta discontinuo o fortemente alterato anche nei dintorni delle parti fucinate: le superfici in corrispondenza della scoria non si zincano. Nel caso di presenza massiccia di fasi incoerenti sulla superficie fucinata si ha la formazione di composti flottanti che vanno ad aderire diffusamente sul manufatto e inquinano il bagno di zincatura.

Figura 2.5 Esempi di difetti causati dalla presenza di scoria su particolari fucinati o stampati per i quali il decapaggio non è stato un trattamento superficiale sufficiente

Altri possibili difetti causati da forgiatura imperfetta sono desumibili dalla tabella 2.1. Tabella 2.1 Conseguenze dei difetti di fucinatura

Difetto pre-zincatura

Descrizione

Problema post-zincatura

Rotture

Strappi interni (effetto delle operazioni di forgiatura sulle inclusioni ecc.)

Presenza di cricche

Struttura granulare scarsa

Surriscaldamento, dimensioni improprie delle billette, progetto dello stampo scadente ecc.

Scarse proprietà nelle direzioni cruciali; rottura perfatica

Sovrapposizioni (ripiegature)

Metallo caldo ripiegato e forgiato in superficie; creazione di discontinuità

Solchi

La superficie calda si lacera nei lingotti originali; scaglie di metallo incluse ecc.

Azione di innalzamento delle tensioni; problemi di cricche; innalzamento delle tensioni Bassa resistenza

Pieghe a freddo

Flusso del metallo difettoso

Cricche, strappi

Discontinuità interna (progetto inadeguato, scarsa pratica, metallo troppo freddo, maglio troppo leggero, ecc.)

Cricche

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Capitolo II

Come si nota, nei casi più gravi, cioè quelli che comportano la rottura dei pezzi, il difetto è preesistente.

Figura 2.6 Esempi di manufatti forgiati con eccellente risultato della zincatura a caldo

II.2.4 Saldatura prima della zincatura

Nell’assemblaggio dei componenti per mezzo di saldatura, quando si utilizzano elettrodi rivestiti, si possono produrre scorie di natura vitrea (spesso di colore bruno) al di sopra del cordone di saldatura. Tali scorie sono chimicamente inerti e se non rimosse dal pezzo dopo l’operazione di saldatura stessa, non sono eliminate dalle normali soluzioni acide di decapaggio e causano zone circoscritte non zincate – vedi figura 2.7. Esse vanno rimosse al momento della realizzazione e, comunque, prima della fase di decapaggio, con asportazione meccanica (colpi di martello).

Figura 2.7 Zone circoscritte non zincate in prossimità di cordoni di saldatura

È opportuno scegliere un materiale di apporto di composizione più simile possibile al metallo di base da assemblare. Materiali di apporto ad alto contenuto di silicio possono causare rivestimenti spessi e scuri in corrispondenza delle zone saldate – per la reattività dell’acciaio e gli effetti del silicio – vedi anche paragrafo IV.1.1. Anche sui pezzi sui quali è possibile l’operazione di levigatura meccanica del cordone di saldatura (per esempio sui serramenti), il rivestimento di zinco in corrispondenza, può talvolta presentarsi più spesso. Raramente, anche nel caso di materiale di apporto omogeneo con il 90


Influenza della produzione e delle lavorazioni dell’acciaio sul rivestimento di zincatura

resto dell’articolo, lo stesso calore della saldatura può causare dei cambiamenti nella struttura dell’acciaio tali da alterare la sua reattività nei confronti dello zinco. Ciò può risultare in una certa evidenziazione della saldatura dopo la zincatura con effetti, generalmente, solo estetici.

Figura 2.8 Rivestimento in rilievo sul cordone di saldatura. L’esempio riportato in figura, con le misurazioni rilevate, rappresenta, però, un caso estremo

Durante la saldatura a filo continuo gli spruzzi del metallo d’apporto proiettati nell’intorno della zona saldata, possono aderire alla superficie dell’acciaio formando dei punti in rilievo, ben evidenti, che vengono esaltati con la zincatura e spesso impropriamente attribuiti a difetti di zincatura.

Figura 2.9 Puntinatura su acciaio grezzo dovuta agli spruzzi di saldatura

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Capitolo II

Per evitare questo tipo di inconveniente spesso il carpentiere ricorre alle vernici antispruzzo. Si tratta di prodotti spray spesso a base siliconica, che non vanno via con il normale grassaggio/decapaggio in zincheria. Questo rimedio per la zincatura è peggio del male: le aree ricoperte da questi prodotti non si zincano ed al loro posto resta una caratteristica bruciatura. La superficie interessata non risulta zincata. Gli spray utilizzati devono essere eliminabili con i processi di sgrassaggio e decapaggio normalmente usati in zincatura, oppure gli spruzzi di saldatura andrebbero eliminati con mezzo meccanico appena ultimata la saldatura nellâ&#x20AC;&#x2122;officina del carpentiere.

Figura 2.10 Punti in rilievo in corrispondenza degli spruzzi di saldatura

Ă&#x2C6; anche importante evitare che le saldature contengano soffiature e porositĂ che, oltre ad essere segno di cattiva esecuzione e punti deboli per le strutture, sono causa di piccole ritenzioni di fluidi di decapaggio e sali, i quali possono determinare colature di ruggine sul rivestimento di zincatura delle zone circostanti.

Figura 2.11 Esempi di difetti sulla zincatura che possono originarsi da imperfetta saldatura

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Influenza della produzione e delle lavorazioni dell’acciaio sul rivestimento di zincatura

In caso di superfici sovrapposte saldate in modo incompleto o difettoso, possono evidenziarsi colature di ruggine sul manufatto zincato causate dai residui salini che rimangono intrappolati negli interstizi. Questi accumuli si formano durante le fasi di trattamento chimico di preparazione alla zincatura e fuoriescono bagnando il pezzo zincato in un secondo momento. Essi non danneggiano immediatamente il rivestimento, ma per la loro alta igroscopicità sono in grado di assorbire facilmente l’umidità atmosferica, generando rischi di corrosione nei punti dove è localizzata la fuoriuscita. Sono, comunque, in grado di macchiare la superficie zincata con i prodotti di corrosione in breve tempo dopo la zincatura.

Figura 2.12 Saldatura con inclusioni e soffiature

Per prevenire questi effetti, occorre effettuare saldature continue, ove possibile, o lasciare spazi abbastanza ampi da permettere alle soluzioni di fluire via (vedi anche I.1.2.1.12). Nella maggioranza dei casi, le macchie di ruggine sono superficiali, sovrapposte al rivestimento di zincatura e facilmente rimuovibili. Non è possibile contestare materiale con macchie dovute alla ruggine di colatura dagli interstizi secondo la norma UNI EN ISO 1461:2009. Raramente può accadere che la quantità dei fluidi o il tempo di esposizione sia sufficiente a determinare la corrosione localizzata del rivestimento di zincatura. Tale evenienza dipende unicamente da una cattiva predisposizione alla zincatura o da cattiva esecuzione della costruzione, per cui non può essere considerata negligenza dello zincatore. II.2.5 Zone termicamente alterate

La ZTA – Zona Termicamente Alterata è la porzione superficiale in prossimità di una saldatura o di un taglio termico che non raggiunge la fase liquida ma subisce modifiche microstrutturali, di composizione superficiale e dello stato tensionale residuo locale. Le modifiche determinate nelle ZTA possono avere effetti sulla velocità di reazione dello zinco fuso con il substrato e, quindi, generare differenziazioni di aspetto e spessore del rivestimento di zinco rispetto alle zone circostanti. 93


Capitolo II

II.2.6 Tagli e forature

Per quanto riguarda gli intagli e le forature necessarie allo sfiato ed al drenaggio dello zinco, si richiama quanto scritto nelle sezioni relative al progetto del manufatto ed a quanto stabilito in materia dalle norme tecniche. In questo paragrafo, ci soffermiamo sulle conseguenze sulla zincatura delle tecniche particolari con cui i tagli e le forature vengono realizzati. II.2.6.1 Fori punzonati

Quando il carpentiere realizza la foratura per punzonatura di acciaio oltre i limiti di spessore consentiti dalle norme o dalla buona pratica, può accadere che: - la zona interna del foro resti danneggiata dall’azione meccanica del punzone tanto da essere interessata da micro-fratture non rilevabili ad una indagine visiva prima della zincatura. Durante le fasi di pretrattamento chimico le soluzioni acquose utilizzate possono penetrarvi. Successivamente alla zincatura, ciò determina rilasci di sostanze acide e sali che macchiano il rivestimento e, nei casi estremi, ne innescano la corrosione; - il diametro del foro può essere ridotto a causa della formazione di sovraspessori di zinco determinati dalle variazioni locali indotte dal fenomeno. Per evitare questi difetti occorre procedere a foratura per asportazione di truciolo. II.2.6.2 Ribave di foratura

Durante le fasi di taglio o foratura dell’acciaio possono formarsi delle ribave che durante la fase di estrazione del manufatto dal bagno di zinco fuso, possono trattenerne residui che, solidificando successivamente, possono formare zone più spesse o colature di zinco. Questi difetti possono essere tali da compromettere la compatibilità di assemblaggio dei vari pezzi, oppure la loro funzionalità.

Figura 2.13 Esempi di ribave molto evidenti

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Influenza della produzione e delle lavorazioni dellâ&#x20AC;&#x2122;acciaio sul rivestimento di zincatura

Le ribave, inoltre, possono anche causare antiestetiche punte di zinco a volte tanto rilevanti da causare un rischio di lesioni della pelle durante le operazioni di movimentazione.

Figura 2.14 Esempio di effetto dato dalla presenza di una ribava

Ă&#x2C6;, perciò, necessario che il costruttore rimuova le ribave. II.2.6.3 Ribave da taglio

Ă&#x2C6; un caso analogo alla ribava causata dalla foratura e si origina per taglio meccanico. Anche in questi casi ne occorre la rimozione, se si vogliono prevenire antiestetici accumuli di zinco, formazione di bave e colature che possono interferire con la funzione del manufatto o, come ultima evenienza, causare rischi di ferite da taglio.

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Capitolo III

Formatura ed altre lavorazioni meccaniche effettuate dopo la zincatura

In genere, si sconsiglia di procedere a lavorazioni meccaniche sugli articoli zincati a caldo per il rischio di danneggiamento del rivestimento zincato. In tutti i casi in cui si pratichino lavorazioni meccaniche post-zincatura, gli eventuali danneggiamenti al rivestimento non sono, ovviamente, ascrivibili alla responsabilità dello zincatore.

III.1 LAVORAZIONI DI PIEGATURA E FORMATURA MECCANICA

Se non è proprio evitabile effettuare operazioni di piegatura e formatura meccanica, nel praticarle occorre osservare la massima cautela per creare il minor danno possibile al rivestimento. La zincatura, intesa come successione di leghe Fe/Zn sulla superficie dell’acciaio, anche se molto resistente alle abrasioni non è malleabile allo stesso modo del substrato. Lo strato di leghe ferro-zinco pur essendo saldato al substrato con tenacità, è più duro e fragile dell’acciaio, perciò vanno osservate delle semplici regole per minimizzare il rischio di criccature e distacchi del rivestimento, se questo viene sottoposto alle forti tensioni di una piegatura: - utilizzare raggi di curvatura nella piegatura più larghi possibile; - tener conto dello spessore della sezione (o del diametro, se si tratta di barre) e fare in modo che il diametro di curvatura sia almeno tre volte lo spessore della sezione. Per i tondini di acciaio il diametro di piegatura non dovrà essere più piccolo di una misura pari a tre volte il diametro dei tondini stessi. Ciò, comunque, non comporta una garanzia che il rivestimento non subirà danni. Il rischio aumenta, a parità di spessore dell’acciaio, all’aumentare dello spessore della zincatura. Anche la composizione del rivestimento influenza il suo comportamento in caso di curvatura: leghe più ricche in ferro (di colore grigio opaco tendente allo scuro), ancorché più spesse, risultano meno resistenti alla tensione della piegatura; - quando le condizioni lo permettano, effettuare la piegatura subito dopo la zincatura o quando l’articolo è ancora caldo (non riscaldare mai, comunque, il pezzo oltre 150-200° C per effettuare queste lavorazioni); - anche la velocità alla quale l’operazione si compie è importante. Più la piegatura è veloce, maggiore sarà il rischio di danneggiamento. Analoghe considerazioni nel caso di altre lavorazioni simili come ad esempio lo stampaggio e l’imbutitura. Se tali lavorazioni sono inevitabili, i difetti procurati sulla zincatura, se di entità compatibile, possono, comunque, essere riparati con uno dei metodi precedentemente illustrati nel paragrafo I.1.5. 97


Capitolo III

III.2 TAGLIO E FORATURA DOPO ZINCATURA

Il taglio e la foratura di pezzi già zincati comporta l’esposizione alla corrosione delle sezioni interessate, in genere di modeste dimensioni. Per le proprietà dello zinco l’ossidazione nelle zone lasciate scoperte procede più lentamente, ma è comunque necessario un opportuno ripristino (par. I.1.5). Come nel caso della piegatura, ragioni estetiche e funzionali rendono consigliabile che tali lavorazioni dopo la zincatura vengano ridotte al minimo indispensabile.

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Capitolo IV

Influenza della composizione e della condizione superficiale dell’acciaio: scelta dell’acciaio

La reazione Fe-Zn: fasi intermetalliche ferro-zinco I rivestimenti di zinco su acciaio, ottenuti da bagni fusi, consistono in strati di leghe a contenuto variabile di ferro e zinco, aderenti al substrato e, spesso, ricoperti all’esterno da uno strato di zinco puro, ovvero alla composizione del bagno di zincatura. Durante l’estrazione dei manufatti, infatti, un sottile strato di metallo fuso aderisce agli strati di lega formatisi durante l’immersione, viene trascinato fuori dal bagno e solidifica durante il raffreddamento. A tale strato superficiale si dà il nome di fase η. La fase η non è sempre presente in modo continuo. Se la reazione, cioè la formazione delle leghe, avviene con velocità tale da determinare il consumo della fase η immediatamente al di fuori dal bagno di zincatura, avviene l’affioramento contemporaneo, parziale o totale, delle leghe Fe-Zn in superficie. Tale condizione, perfettamente normale, riguarda tipicamente manufatti di elevato spessore (con maggiore inerzia termica) e acciai di particolare composizione chimica. Questo fenomeno è facilmente riconoscibile per l’aspetto grigio opaco e alquanto rugoso conferito al rivestimento zincato.

Sezione 1

EFFETTI DELLA COMPOSIZIONE DELL’ACCIAIO IV.1.1 Reattività dell’acciaio. Silicio e fosforo

Il processo di formazione del rivestimento di zincatura viene comunemente indicato con il termine di reazione. Non si tratta di una reazione di tipo chimico, ma di un complesso meccanismo di processi metallurgici. Dalla comune esperienza si rileva che la reazione può avvenire più o meno velocemente in funzione della composizione dell’acciaio. In particolare, si verifica che particolari tenori di silicio (per percentuali comprese tra lo 0.04 e lo 0.14% e sopra lo 0.25%) danno luogo ad un aumento della velocità di accrescimento degli strati di leghe Fe-Zn, specialmente della fase ζ – uno dei composti intemetallici che formano il rivestimento. Questi acciai si definiscono reattivi, e sono quelli che tendono a dare uno sviluppo abnorme dello strato e un tipico aspetto scuro uniforme o a celle. La capacità di proteggere dalla corrosione non viene alterata dalla maggior o minore reattività. Un rivestimento più scuro non è meno protettivo, anzi può beneficiare dell’incremento di 99


Capitolo IV

spessore. Non si può auspicare, comunque, un rivestimento troppo spesso (dell’ordine delle diverse centinaia di micrometri) perché esso tende a diventare fragile, non resistente agli urti e di aspetto scuro o rugoso molto pronunciato. In figura 4.1 il diagramma che definisce la dipendenza dal tenore di silicio della velocità di reazione Fe-Zn, con l’evidenziazione degli intervalli di particolare reattività.

Figura 4.1 Diagramma di reattività dell’acciaio al variare della concentrazione di silicio. In rosso l’intervallo di composizione Sandelin; in giallo l’iper-Sandelin.

IV.1.2 Caratterizzazione della superficie zincata in relazione alla composizione dell’acciaio (come concentrazione di silicio e fosforo) IV.1.2.1 Reattività moderata: maggiore probabilità di aspetto brillante

IV.1.2.1.a Acciai a basso contenuto di Si e P Si < 0.04% e P < 0.02%

Figura 4.2 Aspetto e micrografia del rivestimento di zincatura su acciaio a basso contenuto di silicio e fosforo

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Influenza della composizione e della condizione superficiale dell’acciaio: scelta dell’acciaio

Con questa composizione si tende ad ottenere rivestimenti regolari con superficie brillante e sviluppo armonico delle fasi di composti intermetallici. Nel caso di acciai calmati all’alluminio, questo può causare qualche problema per raggiungere i valori di aderito richiesti dalle normative per gli spessori di acciaio minori. Occorre notare, però, che l’esperienza ha messo in evidenza un comportamento particolare di questi acciai, con una certa disomogeneità dello strato ed un picco di reattività, per contenuti di alluminio prossimi allo 0.04%. IV.1.2.1.b Acciai di composizione intermedia non Sandelin: 0,14% < Si < 0,22% e P < 0.02%

Figura 4.3 Aspetto e micrografia del rivestimento di zincatura su acciaio con Si e P contenuti nell’intervallo indicato

Acciai di composizione intermedia ma, fuori dell’intervallo di Sandelin, che mostrano una reattività più accentuata e una microstruttura che lascia trasparire uno sviluppo colonnare della fase ζ. Ciò si traduce in una più accentuata rugosità. Il rivestimento cresce ancora in maniera regolare ma con spessori maggiori. Appare ancora brillante, ma la fase η risulta assottigliata. L’aspetto del rivestimento è ancora piuttosto omogeneo e regolare. IV.1.2.2 Casi di iper-reattività

Se la composizione dell’acciaio rientra nei due intervalli considerati in questo paragrafo ai punti IV.1.2.2.a e IV.1.2.2.b la reazione Fe-Zn avviene con una velocità tanto forte da provocare uno sviluppo abnorme dello strato. Anche se gran parte della ricerca nel settore è volta a trovare dei rimedi al fenomeno, per cui lo zincatore ha a disposizione delle tecnologie (quali ad esempio le formulazioni di certe leghe) che tendono ad attenuare i fenomeni, non sempre si riesce a contenerli. Ci sono casi in cui sfuggono sostanzialmente al controllo, ragion per cui sarebbe consigliabile conoscere la composizione dell’acciaio preventivamente (vedi anche par. V.2.2). Di seguito vengono proposti casi in cui il risultato della zincatura potrebbe non essere soddisfacente per considerazioni di tipo estetico, ma anche per fatti funzionali. Infatti, lo spessore può essere troppo elevato con rischio di scarsa coesione al substrato (il rivestimento può fratturarsi in conseguenza di urti o sollecitazioni meccaniche impulsive). Ciò è dovuto semplicemente all’effetto di leva meccanica che si verifica applicando gli impulsi su spessori abnormi di rivestimento, più che per una mancanza effettiva di adesione. Se l’aspetto rugoso non costituisce un problema, se il pezzo non è destinato ad essere esposto a rischio di urti e sollecitazioni impulsive o se i sovra-spessori sulle superfici significative non comportato difficoltà funzionali, il tutto può ancora rientrare nei limiti di accettabilità. È però sempre necessaria una valutazione caso per caso. 101


Capitolo IV

IV.1.2.2.a Caso di iper-reattività con 0,04% < Si < 0,14% (intervallo di Sandelin) o alto fosforo P > 0.025%

Figura 4.4 Aspetto e micrografia del rivestimento di zincatura su acciaio di composizione Sandelin o alto fosforo

Acciaio di composizione appartenente ad un intervallo in cui la reattività raggiunge un picco – come si può rilevare in figura. L’aspetto del rivestimento è molto rugoso, irregolare con struttura micrografica amorfa. Lo spessore risultante può anche misurare parecchie centinaia di micrometri. IV.1.2.2.b Caso di iper-reattività con 0,25% < Si (iper-Sandelin) e P < 0.02%

Figura 4.5 Aspetto e micrografia del rivestimento di zincatura su acciaio di composizione iper-Sandelin

La fase intermetallica ζ cresce fino a consumare in tutto od in parte la fase η, come conseguenza della accresciuta velocità di reazione. Il rivestimento che si ottiene ha uno spessore da alto a molto alto con aspetto che può andare dal grigio chiaro al grigio scuro con o senza comparsa di celle. IV.1.2.3 Il concetto di zincabilità e la definizione di acciaio zincabile

Il risultato ottenibile dalla zincatura di acciai di diversa composizione è, in genere associato al concetto di zincabilità. Questa è una nozione che si ritrova formalizzata anche in alcune norme, ma che richiede alcune puntualizzazioni in relazione al suo autentico significato. La zincabilità è generalmente intesa come la caratteristica dell’acciaio in base alla quale esso tende a sviluppare in modo regolare gli strati di lega zinco-ferro fino ad ottenere aspetto e 102


Influenza della composizione e della condizione superficiale dell’acciaio: scelta dell’acciaio

spessore accettabili. Il concetto è stato utilizzato in passato nella normativa per fornire indicazioni su caratteristiche di composizione dell’acciaio che non dessero luogo a rivestimenti di spessore abnormi, non resistenti in maniera soddisfacente agli urti, inammissibili per la normale funzione dell’articolo e con aspetto estetico peggiore. Questa era la linea seguita dalla normativa NF A 35 503: 1994, a lungo l’unico riferimento a livello internazionale per questa questione, tanto da essere esplicitamente citata nella norma EN ISO 14713:1999. Pur essendo la zincabilità, in questa accezione, un concetto piuttosto relativo, si ponevano dei limiti rigidi in tre classi di composizioni di acciaio. Anche se l’obiettivo da perseguire consisteva in un più agevole controllo della qualità del prodotto, non si teneva nella giusta considerazione che: - i limiti di composizione possono cambiare a seconda dei risultati che si vogliono ottenere. Possono risultare perfettamente adatti allo scopo acciai di composizione esterna alle classi rigide configurate; - la tecnologia ha reso possibile, per certe composizioni, l’utilizzo di elementi alliganti che riescono a rallentare la reazione ferro-zinco richiedendo di fatto una flessibilità maggiore rispetto all’indicazione di limiti e alla configurazione di classi di acciai zincabili. Il significato di acciaio zincabile (in inglese: steel suitable for hot-dip galvanizing) è stato, dunque, successivamente rivisto nelle norme internazionali, in modo da indicare un substrato sul quale si possa realizzare un rivestimento in linea con le prescrizioni di qualità richieste dalla normativa UNI EN ISO 1461:2009 per l’aspetto, lo spessore e la funzione anticorrosiva, introducendo un riferimento chiaro per l’accettabilità ai requisiti previsti dalle normative. La norma EN ISO 14713-2:2010 attualmente propone, in forma tabellare, una descrizione del risultato prevedibile per ogni possibile composizione (intervallo Sandelin e iper-Sandelin compresi) – vedi anche paragrafo V.2. Indicazioni normative sono presenti anche in standard relativi alla produzione dell’acciaio. La classe 2 della norma UNI EN 10025:2002, relativa all’acciaio laminato a caldo per impieghi strutturali, sancisce la zincabilità di tutto o quasi l’acciaio (Si < 0.35%), anche se con questa impostazione si perde la funzione che sarebbe deputata alla normativa di fornire le indicazioni necessarie per operare la scelta per un risultato soddisfacente secondo le esigenze della committenza. Anche per questo la UNI EN 10025:2002 è in fase di revisione per essere armonizzata rispetto alle più recenti indicazioni della norma UNI EN ISO 14713-2:2010. Vale la pena sgombrare il campo da un equivoco: il concetto di acciaio zincabile non indica brutalmente se l’acciaio o altro materiale ferroso sia adatto o meno a ricevere la zincatura a caldo. In relazione a ciò, si può tranquillamente affermare che la maggior parte degli acciai e dei materiali ferrosi possono essere zincati con risultati più che positivi. Le ghise, gli acciai malleabili, acciai fucinati, laminati a freddo ed a caldo, sono di norma adatti alla zincatura a caldo. Persino l’acciaio Cor-Ten ed alcuni acciai inossidabili (in particolare, la classe 300) possono essere zincati, nel senso che anche su questi acciai l’immersione nel bagno di zinco porta alla formazione di un rivestimento di zincatura regolare (ovviamente si tratta di casi che non hanno applicazioni pratiche per ovvie ragioni). IV.1.2.4 Possibili risultati con acciai di diversa reattività. Scelta dell’acciaio

È, dunque, più che mai opportuno che si fornisca una sorta di commentario alle norme che possa portare il fruitore della zincatura a caldo ad una scelta più consapevole dell’acciaio da 103


Capitolo IV

adoperare in vista del risultato voluto. La composizione del materiale da sottoporre al processo di zincatura ha degli effetti sul risultato finale in termini di spessore e aspetto del rivestimento, ma la protezione offerta in termini di resistenza alla corrosione non risente delle differenze di aspetto della zincatura ottenibile su acciaio reattivo e le durate in servizio risultano in ogni caso proporzionali allo spessore rilevato. Il rivestimento appena prodotto con acciai di tipo IV.1.2.1.a è comunemente di aspetto brillante, a meno che lâ&#x20AC;&#x2122;acciaio non abbia uno spessore tale per cui la sua inerzia termica non ne

Figura 4.6 Aspetto del rivestimento su acciai di tipo IV.1.2.1.a e b

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Influenza della composizione e della condizione superficiale dell’acciaio: scelta dell’acciaio

provochi un mantenimento prolungato a temperature elevate, anche fuori dal bagno. In queste condizioni, oltre la temperatura minima di 300° C, la reazione procede ancora con cinetica apprezzabile e può arrivare a trasformare interamente la fase η in fase ζ. Come già affermato, se la velocità di formazione del rivestimento non eccede la velocità con cui lo zinco viene deposto per semplice trascinamento, per un acciaio di tipo IV.1.2.1.b. la fase η brillante si assottiglia ma non scompare del tutto e riesce comunque a coprire tutta la superficie. L’aspetto sarà brillante ed in tutto simile allo zinco ma saranno evidenti gli effetti della crescita sottostante della fase ζ. Il rivestimento sarà caratterizzato da una rugosità maggiore. In entrambi i casi IV.1.2.1.a e b. l’aspetto brillante non è definitivo. Infatti, la zincatura nel tempo, per interazione con l’aria, tende ad assumere un colore grigio metallico spento che è conseguenza della formazione della patina di passivazione, che ne determina la resistenza alla corrosione.

Figura 4.7 Aspetto del rivestimento su acciai di tipo iper-sandelin e sandelin

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Capitolo IV

Le proprietà anticorrosive, dunque, non risentono affatto di questa variazione di colore o di brillantezza e si mantengono inalterate nel tempo. All’aumentare della velocità di accrescimento dello strato, su acciai più reattivi, le fasi intermetalliche tendono ad affiorare, la fase η non ricopre completamente la superficie e tende a scomparire. In questo modo, si determinano sul manufatto aree con differenti sfumature, aspetto cellulare e, nelle condizioni in cui le leghe affiorano completamente si giunge fino al grigio scuro opaco su tutta la superficie. In genere, l’aspetto e le differenze tra grigio più chiaro o più scuro della superficie possono essere tollerate se non comportano disuniformità spiccate o abnormi rugosità. Si può avere anche un certo beneficio dall’incremento dello spessore dello zinco a patto che questo non sia eccessivo. Nella maggior parte dei casi, l’aspetto a celle non è esteso sulla superficie del manufatto. In più con il tempo il colore dello zinco tende ad uniformarsi.

Figura 4.8 Casi di sviluppo abnorme della zincatura dovute ad alto contenuto di silicio e/o di fosforo

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Influenza della composizione e della condizione superficiale dell’acciaio: scelta dell’acciaio

Per quanto possibile, seppur senza ottenere un completo controllo, nel tempo sono state sviluppate tecniche che tendono ad attenuare il fenomeno, soprattutto attraverso l’utilizzo di leghe di zinco con piccole aggiunte di altri elementi. Ciò ha fatto sì che la stragrande maggioranza dei rivestimenti ottenibili con gli acciai reattivi sia ancora conforme ai requisiti richiesti dalla norma ISO 1461, con una maggiore uniformità e levigatezza superficiale. Ci sono, tuttavia, rare situazioni in cui la qualità dell’acciaio è tale che proprio non si riesce ad ottenere un risultato soddisfacente. Ciò è, purtroppo, in larga parte non prevedibile fino a che il manufatto non viene estratto dalla vasca di zincatura. Il distacco parziale del rivestimento che si nota in alcuni casi è dovuto ad una frattura nello spessore del rivestimento dovuta a urti o impulsi accidentali. Il rivestimento fatto di leghe a più alto tenore di ferro risulta fragile. Il fatto che le leghe più profonde rimangano ancorate alla superficie indica che non si tratta di difetti di adesione (in genere tale valore misurato con prove di trazione è intorno ai 20MPa, superiore di gran lunga alla più aderente delle vernici). Per questo la UNI EN ISO 1461 afferma che, in genere, non è necessario testare l’adesione della zincatura. Su spessori di zincatura fino oltre 150-180 µm non avvengono fenomeni di fratturazione dello strato del tipo rappresentato in figura 4.8, se non in caso di urti molto forti o lavorazioni meccaniche di piegatura dopo zincatura molto severe, mentre sono più probabili se si superano i 250-300 µm. IV.1.2.5 Disuniformità di composizione superficiale. Disuniformità di colata

Il contenuto di silicio e fosforo, non varia solo da acciaio ad acciaio. I due elementi possono essere anche distribuiti in modo disomogeneo nello stesso acciaio (per un difetto di omogeneità durante la fase di produzione dell’acciaio stesso). Ci possono, dunque, essere zone superficiali a diversa reattività locale che possono dare luogo ad un aspetto generale non uniforme della superficie zincata. Le colate possono anche differire da zona a zona, cioè può accadere che la composizione della porzione da cui è ricavato l’articolo da zincare non corrisponda perfettamente al resto della colata. Dato che anche per piccole variazioni di concentrazione il risultato della zincatura può essere completamente diverso, anche queste situazioni possono creare fenomeni di reattività inaspettati ed imprevedibili. In questi casi, anche il certificato di composizione dell’acciaio, ovviamente, perde significato. IV.1.3 Consigli per migliorare l’estetica dei manufatti zincati

I suggerimenti forniti nel capitolo 1 sulla miglior progettazione e predisposizione alla zincatura hanno un ovvio effetto sul miglioramento della resa estetica della zincatura. Ad essi possono essere aggiunte le seguenti indicazioni scaturenti dalle considerazioni fatte in relazione a composizione chimica e condizione superficiale dell’acciaio. Per ottenere un’uniformità di aspetto dei manufatti appena zincati: - non assemblare i pezzi in acciai di diversa composizione e condizione superficiale. In ogni caso non combinare acciai diversi in un unico pezzo; acciai dissimili vanno zincati separatamente e assemblati dopo zincatura. Ciò creerà anche minori problemi per lo zin107


Capitolo IV

catore che dovrà decidere i tempi di immersione (il tempo di permanenza) all’interno dei bagni. In ogni caso, se, per assemblare lo stesso articolo si utilizzano prodotti di acciaio da forniture diverse, aumentano le probabilità che essi abbiano caratteristiche diverse e diano risultati di zincatura diversi dal punto di vista estetico; - evitare di usare insieme acciaio nuovo con acciaio vecchio o pezzi lavorati a caldo con acciaio laminato a freddo; - evitare l’uso di acciaio con superfici eccessivamente arrugginite, erose o forgiate, insieme ad acciaio con superficie intatta o ben levigata per effetto delle lavorazioni meccaniche. Se questo non è possibile, è preferibile sabbiare l’intero manufatto per uniformare le condizioni superficiali. Occorre porre in evidenza che le proprietà anticorrosive della zincatura non sono in relazione con gli effetti di finitura superficiale. L’attenzione su queste particolarità di aspetto viene posta nei casi in cui il cliente abbia particolari esigenze estetiche. Le specifiche normalmente richieste e i requisiti delle normative tecniche prescindono da questi dettagli, a patto che le disuniformità sulle superfici caratteristiche (superfici significative) non siano di entità tale da creare problemi per la funzionalità del pezzo o si traducano in difetti quali punte acuminate o superfici taglienti che arrechino rischi per la sicurezza delle persone.

Figura 4.9 Esempio di assemblaggio di acciai di diversa composizione

IV.1.4 La zincatura a caldo delle ghise

Una trattazione a parte merita la zincatura di parti in ghisa. Tale lega non riveste certamente in edilizia il ruolo dell’acciaio, tuttavia, negli ultimi tempi è stata, per così dire, riscoperta. A differenza dell’acciaio, la ghisa è una lega di ferro e carbonio che contiene quest’ultimo elemento in quantità superiori all’1.8%. Similmente, sono generalmente maggiori anche le percentuali di silicio e fosforo. Nel valutare l’idoneità alla zincatura, è quindi particolarmente importante considerare la composizione chimica del manufatto da trattare. Per quanto riguarda il silicio, bisogna tener conto, però, che non valgono gli stessi limiti di riferimento visti per l’acciaio. Nelle ghise, infatti, il 108


Influenza della composizione e della condizione superficiale dell’acciaio: scelta dell’acciaio

silicio è presente accanto ad altri elementi chimici, ed in parte con essi combinato, e pertanto non dà luogo ad un rilevante ispessimento del rivestimento. Le diverse tipologie di fusioni sono classificate in fusioni di acciaio, ghisa a grafite lamellare (GGL) o grigia, ghisa a grafite globulare o sferoidale (GGG) e ghisa malleabile. Nel primo caso si tratta dei getti di acciaio fuso in forma. Questo tipo è modellabile come la ghisa, ma mostra caratteristiche meccaniche superiori. Avendo composizione e caratteristiche corrispondenti all’acciaio, si comporta in maniera del tutto simile anche durante la zincatura a caldo. Le ghise GGL e GGG possiedono un elevato contenuto di carbonio e silicio che determina una maggiore velocità di reazione tra zinco fuso e ghisa e quindi può portare alla formazione di rivestimenti spessi, grigi o a macchie grigie. In funzione dell’aspetto alla rottura, la ghisa malleabile si distingue in ghisa malleabile a cuore nero (GTS) e a cuore bianco (GTW). I due tipi si ottengono mediante diversi tipi di trattamenti termici che conferiscono loro caratteristiche di malleabilità e lavorabilità. Nella ghisa GTS il contenuto di carbonio è inferiore rispetto alla GTW, mentre quello di silicio è superiore. È evidente, quindi, da quanto esposto precedentemente, che per la ghisa malleabile a cuore nero si assisterà a una reazione ferro-zinco più rapida, al contrario della bianca per la quale si avranno valori normali. Sia le superfici delle fusioni di acciaio sia quelle dei getti di ghisa da sottoporre a zincatura a caldo dovranno essere prive di residui di sabbia, carboni e cementi di ricottura, grafite e così via. Tali particelle possono resistere ai normali pretrattamenti eseguiti nelle zincherie, pertanto vanno sottoposte a decapaggio in miscele di acido cloridrico e fluoridrico (raramente disponibile nelle sedi di zincatura). I residui possono essere eliminati con la sabbiatura soltanto se i manufatti non presentano sagomature particolarmente elaborate, che impedirebbero di ottenere risultati positivi. Inoltre, vanno sempre evitate stuccature di difetti superficiali, poiché produrrebbero inevitabilmente difetti nel rivestimento di zinco. In generale, va ricordato che la ruvidità tipica della ghisa può originare rivestimenti di spessore superiore rispetto alle levigate parti in acciaio. È infine preferibile adottare la zincatura a caldo per pezzi in ghisa di piccole dimensioni. All’interno delle parti di notevole grandezza possono infatti crearsi delle tensioni alle temperature della fusione di zinco, in grado di provocare lesioni più o meno gravi. I maggiori danni si verificano, in particolare, quando in oggetti di grandi dimensioni vengono accoppiate pareti e nervature con spessori tra loro molto diversi. IV.1.5 Acciai suscettibili all’invecchiamento

L’infragilimento o perdita di duttilità dell’acciaio è spesso associata all’invecchiamento dell’acciaio stesso. L’invecchiamento si riferisce all’aumento della durezza e resistenza associato ad una perdita di duttilità e tenacità nel tempo, che avviene in certi acciai particolarmente sensibili. Il fenomeno viene causato dalla precipitazione di elementi in lega, al bordo dei grani e lungo i piani di scorrimento, per sollecitazioni termiche e dall’aumento delle dislocazioni per gli sforzi indotti dalle lavorazioni a freddo. 109


Capitolo IV

La perdita di duttilità dell’acciaio lavorato a freddo dipende da vari fattori che includono il tipo di acciaio (carico di rottura, caratteristiche di invecchiamento), spessore e grado di lavorazione a freddo, ed è accentuata nelle aree di concentrazione delle tensioni residue, come quelle causate da intagli, fori, filetti di piccolo raggio, curvature di piccolo raggio, ecc. Le contromisure per evitare tale fenomeno vanno ricercate nelle specifiche di composizione e di lavorazione del materiale – vedi anche paragrafo II.2.1 e norma UNI ENI ISO 14713-2. In particolare, i pezzi per i quali sono previste formature particolari, con possibilità di invecchiamento, andrebbero sempre prodotti con lavorazione a caldo o senza l’utilizzo di acciai suscettibili al fenomeno (ad esempio, per la presenza di concentrazione anche locale di nitruri o carburi). IV.1.6 Acciai ad alta resistenza: Infragilimento da idrogeno

Sull’argomento leggere quanto scritto a proposito dei bulloni ad alta resistenza nel paragrafo I.1.4.2.b.

Sezione 2

CONDIZIONE SUPERFICIALE DELL’ACCIAIO IV.2.1 Effetto sulla zincatura della condizione morfologica superficiale dell’acciaio

Oltre alla composizione chimica della superficie dell’acciaio, che costituisce il principale fattore per la crescita del rivestimento di zincatura, altri fattori contribuiscono a realizzare il risultato del processo di zincatura a caldo. Anche la condizione superficiale dell’acciaio è determinante per il risultato finale in termini di aspetto e spessore del rivestimento. Il particolare metodo di produzione dei componenti dei manufatti da zincare, se ne influenza la rugosità superficiale e il grado di ossidazione che l’acciaio presenta prima di entrare nel ciclo di trattamento della zincatura, influisce sull’aspetto finale del rivestimento e sul suo spessore. A parità di condizioni, ad una rugosità maggiore corrisponde uno spessore di zincatura maggiore. Ruggine più o meno estesa e profonda sulle superfici di articoli in acciaio, processi di produzione per laminazione a caldo, lavorazioni di fucinatura, fusione o stampaggio, determinano condizioni di maggiore o minore rugosità superficiale, che comportano risultati finali differenti. Per una spiegazione del fenomeno, occorre considerare che le irregolarità topografiche superficiali, a livello macroscopico, e i bordi di grano, a livello microscopico, causano un accrescimento locale del rivestimento, durante la fase di zincatura. In certi casi, si può notare una evidenziazione delle disuniformità superficiali eventualmente già presenti. Ciò è dovuto alla variazione di solubilità che si osserva in corrispondenza di un’interfaccia incurvata. In corrispondenza dei picchi di rugosità, per fenomeni termodinamici, la solubilità del Fe nello zinco è più alta rispetto alle sezioni piane dell’interfaccia, come schematizzato in figura 4.10. La conseguenza di ciò è rappresentata da un incremento locale della velocità di dissoluzione 110


Influenza della composizione e della condizione superficiale dell’acciaio: scelta dell’acciaio

del substrato, un’accelerazione nella formazione di fasi intermetalliche che, precipitando, originano uno strato (ζ) localmente più spesso. La crescita del rivestimento risultante è lineare rispetto alla curvatura ed assume direzione radiale rispetto alla rugosità. Questo meccanismo di accrescimento facilita il contatto dello zinco con il substrato, il che accentua notevolmente il fenomeno. Dal punto di vista macroscopico, ciò risulta in una notevole accentuazione della rugosità della superficie dell’articolo rivestito.

Figura 4.10 Influenza della curvatura superficiale sulla reattività

Casi pratici in cui si verifica un aumento sostanziale della rugosità superficiale dei manufatti da sottoporre a zincatura sono: - superfici eccessivamente arrugginite: richiedono tempi di decapaggio prolungati. Per la loro stessa natura, esse presentano una rugosità maggiore, dal momento che la ruggine penetra la superficie rendendola irregolare. Questo effetto è, successivamente, evidenziato dalla necessaria azione di decapaggio degli acidi; - pezzi fucinati: presentano elevate rugosità e richiedono tempi di decapaggio prolungati. È necessaria, a volte, una pulizia meccanica preventiva mediante sabbiatura; - lavorazione a caldo: c’è una differenza sostanziale tra acciaio lavorato a caldo ed acciaio lavorato a freddo. I pezzi assemblati da acciaio laminato a freddo tendono a spessori di rivestimento inferiori a causa della diversa (minore) rugosità di partenza; - tutti i casi in cui viene richiesta una preparazione superficiale tramite mezzi abrasivi (sabbiatura); - le ghise o gli acciai di fusione prima di essere zincati sono, in genere, sottoposti a sabbiatura (vedi anche paragrafo IV.1.4) anche per allontanare le inclusioni di sabbia che spesso si osservano nelle fusioni. La ghisa è particolarmente inadatta al decapaggio con gli acidi usualmente utilizzati (in genere soluzioni di acido cloridrico o, molto di rado, di acido solforico). In effetti, è possibile un decapaggio delle ghise in acido fluoridrico ma le difficoltà di processo e la pericolosità di gestione di tale acido rendono questa operazione poco consigliabile e, quindi, scarsamente disponibile sul mercato. IV.2.2 Importanza della preparazione dell’acciaio

La qualità dei rivestimenti ottenuti mediante zincatura a caldo dipende in modo determinante 111


Capitolo IV

dalla preparazione della superficie dei manufatti nelle operazioni che precedono l’immersione nello zinco fuso. Le superfici da trattare vengono ripulite dalle scorie ed impurità mediante trattamento chimico di sgrassaggio e decapaggio. Solo raramente si ricorre a metodi di asportazione di tipo meccanico-abrasivo. Gli agenti utilizzati mirano alla dissoluzione dei residui organici e degli strati di ossidi (sia generati dalle lavorazioni a caldo dell’acciaio che dall’arrugginimento per esposizione atmosferica), onde garantire il contatto diretto della superficie metallica dell’acciaio del substrato con lo zinco del bagno di zincatura. In caso di incompleta rimozione di questi strati barriera, la reazione con lo zinco fuso non può avvenire e ciò causa nel rivestimento l’insorgenza di difettosità più o meno accentuate. Le fasi di sgrassaggio e decapaggio assumono, quindi, una notevole importanza per il processo di zincatura a caldo. IV.2.2.1 Presenza di vernici non idrosolubili e di etichette

Sui pezzi in arrivo in zincheria non devono essere presenti macchie di vernice non idrosolubili o etichette adesive, che non possono essere asportate con il normale trattamento. Devono essere banditi anche alcuni oli non emulsionabili che non vanno via con i normali attacchi chimici. La loro presenza impedisce all’acido di decapaggio di effettuare la rimozione degli ossidi, essenziale per consentire lo sviluppo del rivestimento di zincatura. Nel caso di inosservanza di queste semplici regole, il risultato finale consiste nella mancanza totale del rivestimento di zincatura nelle zone interessate dalla presenza di tali sostanze o corpi estranei. L’aspetto comune di questi difetti è dato dalle caratteristiche bruciature dai contorni netti che ne ripercorrono il profilo. Le etichette vanno accuratamente rimosse. Per le vernici o materiali simili, occorre usare svernicianti e solventi speciali o bisognerebbe ricorrere ad una asportazione meccanica tramite sabbiatura, per pulire le superfici localmente, prima del pretrattamento chimico.

Figura 4.11 Zone non zincate delimitate da confini netti dovute a precedenti marcature adesive

Un’alternativa all’utilizzo di etichette adesive o di marcature con vernici è l’utilizzo di targhette metalliche legate con filo di ferro, ovvero di segnature meccaniche dei pezzi, per esempio, tramite punzonatura diretta della superficie. L’utilizzo di etichette metalliche legate con filo devono essere applicate al materiale in modo che esse non si incollino al materiale durante la fase di zincatura. 112


Influenza della composizione e della condizione superficiale dell’acciaio: scelta dell’acciaio

Figura 4.12 Zone non zincate a causa di vernici ed oli

IV.2.2.2 Sabbiatura

Talvolta può essere necessario ricorrere alla sabbiatura in luogo del trattamento chimico prima della zincatura. I motivi possono essere diversi: per esempio, la presenza di calamine, scorie di fusione o altre impurezze ed inclusioi superficiali difficili da rimuovere altrimenti. I pezzi soggetti a fucinatura possono, in condizioni superficiali difficili, richiedere questo trattamento. Questa necessità è frequente per le ghise. Occorre considerare che l’accresciuta rugosità superficiale dei pezzi conduce a spessori maggiori di zinco e ha un effetto probabile di maggiore rugosità del rivestimento di zinco ottenibile. Su alcuni tipi di acciaio particolarmente refrattari alla reazione ferro-zinco, la sabbiatura può essere usata per ottenere spessori maggiori, qualora l’utilizzo di un tempo di decapaggio prolungato non dia i risultati sperati. La sabbiatura è da intendere, comunque, sempre come lavorazione speciale da concordare preventivamente con lo zincatore.

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Capitolo V

La normativa italiana ed internazionale sulla zincatura a caldo

V.1 NORMA UNI EN ISO 1461:2009

La norma UNI EN ISO 1461:2009 recentemente pubblicata dall’Ente di Unificazione Nazionale – UNI, rappresenta la revisione della norma UNI EN ISO 1461:1999. Costituisce il riferimento, unitario per tutti i Paesi del sistema ISO, per fornire le specifiche di fornitura ed i metodi di prova per verificare la conformità dei rivestimenti di zincatura su articoli e manufatti zincati dopo costruzione di profili e lamiere di acciaio. La norma non si applica a lamiere, filo o reti saldate che sono zincate a caldo in continuo, a tubi o condotte zincate in impianti automatici o semi-automatici dedicati, prodotti zincati a caldo che, come i bulloni, sono soggetti a specifiche normative.

V.1.1 Composizione del bagno di zincatura

Ci sono dei limiti di concentrazione a difesa della purezza tecnica dello zinco. Si fissa, infatti, inderogabilmente al 2% il tenore delle impurità e delle aggiunte tecnologiche che possono essere presenti nel bagno di zinco fuso. Ci sono prescrizioni più stringenti per quattro elementi: piombo, cadmio, alluminio e rame, la cui somma non potrà mai superare l’1,5%. La riduzione della loro presenza è richiesta dalle norme sulla purezza dello zinco per la fusione (EN1179, ISO 752, EN 13283), in cui tra l’altro si limita la concentrazione anche di ferro e stagno. Per questi due elementi, la norma ISO 1461 prevede una limitazione differente, per cui la differenza tra il 2% e la somma delle percentuali effettive dei quattro elementi summenzionati (Cd, Al, Pb e Cu), potrà essere colmata da ferro e stagno, assieme a nichel, bismuto, magnesio ed altri elementi aggiunti intenzionalmente o presenti come impurità. L’esclusione del ferro è giustificata dal fatto che la sua presenza nel bagno di zincatura è ovviamente inevitabile ma essa è minimizzata, per così dire in maniera automatica, dalla sua tendenza a precipitare sotto forma di matta di fondo. L’esclusione dello stagno è dovuta al fatto che può essere aggiunto al bagno di zincatura per particolari esigenze estetiche (rende più fluido il bagno e favorisce lo sviluppo della caratteristica stellatura del materiale zincato). Non c’è nessuna controindicazione al suo utilizzo per manufatti non destinati a sopportare carichi statici. Per i componenti strutturali si consiglia di evitare l’utilizzo di concentrazioni di stagno superiori allo 0.3%. V.1.2 Proprietà del rivestimento definite nella norma V.1.2.a Spessore del rivestimento

La durata della zincatura in qualsivoglia ambiente corrosivo è una funzione pressoché lineare 115


Capitolo V

dello spessore. Si comprende che l’elevato spessore offerto dalla zincatura a caldo è la caratteristica principale che la distingue dagli altri rivestimenti e dalle altre zincature (elettrolitica, Sendzimir, sherardizzazione). La norma ISO 1461 riserva, quindi, una particolare attenzione alla prescrizione degli spessori minimi in funzione dello spessore dell’acciaio e alla indicazione delle metodologie per il controllo della conformità. Quindi, nella norma si indicano metodi di verifica degli spessori con test non distruttivi, quali i metodi magnetici descritti dalle normative ISO 2808, ISO 2178 ed ISO 3882. Essi sono proposti come maggiormente appropriati per le misure da effettuare nella normale pratica di routine. È noto che sono basati su una misura di flusso magnetico la cui precisione è dipendente da una corretta taratura dello strumento ed è influenzata dalla posizione ed ampiezza molto ridotta della superficie di misura e dall’uso corretto della sonda. Per questi motivi, anche per le misurazioni locali, nella norma si prescrive di effettuare un preciso numero di misurazioni all’interno di un’area di riferimento e considerare solo la media dei valori ottenuti come spessore locale del rivestimento. In caso di dubbio, la norma prevede che la sola misurazione mediante metodo gravimetrico (secondo la UNI EN ISO 1460:1997) debba essere considerata attendibile. In tal caso, la prova è distruttiva ed il singolo valore fornito dall’applicazione del test viene considerato indicativo dello spessore del rivestimento. Nello sviluppare il test gravimetrico, occorre applicare una densità nominale del coating pari a 7.2 g/cm2. Nel caso di pezzi non soggetti a centrifuga, gli spessori minimi di rivestimento previsti variano da 45 µm per profili di acciaio molto sottili, dell’ordine di 1,5 mm, a 85 µm per spessori superiori a 6mm. La norma specifica solo dei riferimenti minimi di spessore non ponendo limiti superiori (vedi tabella 5.1 a). Nella maggior parte dei casi, soprattutto con gli spessori di acciaio maggiori, gli aderiti di zinco sono più alti di quanto previsto. Ciò, ovviamente è pienamente conforme alla normativa, risultando anzi in un miglioramento delle performance anticorrosive. In genere, il committente può richiedere spessori maggiori, ma deve per questo accordarsi con lo zincatore. Infatti, la possibilità di spessori maggiori di zincatura dipende dalle caratteristiche chimiche dell’acciaio, dalle lavorazioni che ne hanno consentito la produzione e dalla caratteristiche topografiche superficiali (rugosità) – vedi anche capitolo IV sezioni 1 e 2. È da notare, però, che spessori troppo elevati (250-300 µm) a fronte di una forte reattività dell’acciaio possono causare una riduzione della resistenza agli urti. Questo aspetto viene trattato al punto 6.4 della norma ed è stato studiato nel corso di questo testo al paragrafo IV.1.2.4. Se i manufatti sono realizzati assemblando profili con parti di spessore diverso, le prescrizioni di spessore del rivestimento si applicheranno separatamente a ciascuno degli spessori di acciaio, in conformità alla tabella 5.1. La norma specifica anche i requisiti di spessore minimo del rivestimento di articoli soggetti a centrifugazione (tabella 5.1-b). Ovviamente, si tratta di minuterie e pezzi filettati ma non sottoposti alle prescrizioni specifiche delle norme sugli elementi di collegamento (bulloni) UNI EN ISO 10684:2005 e UNI 3740 parte 12. La norma ISO 1461 prescrive i criteri di campionamento, la formazione dei lotti per il controllo ed il numero delle misurazioni da effettuare per l’ispezione ed il collaudo. I criteri dati sono comuni sia alle ispezioni esterne (da parte della committenza) che alle procedure interne 116


La normativa italiana ed internazionale sulla zincatura a caldo

alle zincherie per il controllo della qualità. Lo zincatore, se richiesto, fornisce un certificato di conformità compilato in accordo con la ISO 10474:1991 (o UNI EN 10204:2005) e, se in regime di qualità certificata, rilascia un’attestazione che il lavoro è stato effettuato rispettando la norma ISO 1461 secondo lo schema di gestione della qualità adottato (ad esempio ISO 9001). Tabella 5.1 Spessori minimi di zinco secondo UNI EN ISO 1461:2009

a) per pezzi non centrifugati Spessore locale Spessore dell’acciaio di rivestimento s[=]mm (minimo) t[=]µm 70 s>6 55 6>s>3 45 3 > s > 1,5 35 s <1,5 70 Fusioni e ghise s > 6 60 s<6

Spessore medio di rivestimento (minimo) t[=]µm

85 70 55 45 80 70

b) per pezzi centrifugati (per i bulloni consultare UNI EN ISO 10684:2005) Spessore dell’acciaio Spessore locale Spessore medio s[=]mm di rivestimento di rivestimento (minimo) t[=]µm (minimo) t[=]µm Articoli filettati (diametro) s > 6 40 50 s < 6 20 25 Altri articoli s > 3 45 55 s < 3 35 45

V.1.2.b Aspetto

Quando si osserva un prodotto zincato a caldo si deve partire dal presupposto che lo scopo principale del rivestimento è la protezione duratura dalla corrosione. Ciò è sancito dalla norma. Si dovrebbe, cioè, sempre tenere conto che l’estetica è vista in subordine, se non si avverte chi deve operare il processo di zincatura della presenza di particolari esigenze. Requisiti di aspetto e uniformità superficiale diversi dallo standard vanno, infatti, concordati con lo zincatore, il quale può fornire indicazioni sul risultato tecnicamente ottenibile, che dipende da molti fattori, come abbiamo avuto modo di spiegare in questo testo. Ciò non significa che l’aspetto del rivestimento è trascurato ma tutt’altro: la norma ISO 1461 detta i criteri per una finitura accettabile del manufatto. L’oggetto zincato, sulla sua superficie significativa, deve essere esente da noduli, punte e zone scoperte evidenti alla vista (normale o corretta dagli occhiali) se osservato a non meno di un metro di distanza. Così come residui di sali di flusso non devono essere ammessi. Essi devono essere rimossi 117


Capitolo V

e, in presenza di aree scoperte di misura tollerabile, occorre effettuare un’operazione di ripristino. Possono verificarsi anche inclusioni di ceneri, che in genere sono solo superficiali e nascondono un rivestimento di zinco regolare. Esse possono essere facilmente rimosse con una azione meccanica non invasiva (per esempio, con una spazzola metallica). Va da sé che la definizione stessa di superficie significativa è molto importante per una corretta applicazione della norma. Essa è indicata come quella porzione rivestita dell’articolo per cui il rivestimento è essenziale per la sua funzione o per l’aspetto. È, dunque, consigliabile per la reciproca soddisfazione che nei contatti tra committente e zincatore, e possibilmente anche nell’ordine, venga chiaramente determinata. È cruciale ricordare che le disuniformità e le differenze tra aree chiare e scure dovute alla diversa reattività dell’acciaio, così come la presenza di ossido bianco, non possono essere considerate buone motivazioni per contestare la qualità del manufatto. Lo sviluppo della ruggine bianca deve essere tollerato, a patto che lo spessore di zinco restante sulla superficie interessata permanga al di sopra dei minimi specificati nella stessa norma. Anche l’aspetto brillante o meno della zincatura non è un indicatore di qualità della zincatura – vedi capitolo IV. È sconsigliato da tutte le linee guida sulla zincatura (ed anche dall’altra norma di settore, la UNI EN ISO 14713), l’utilizzo della saldatura discontinua per le superfici sovrapposte – vedi anche paragrafo I.1.2.1.12. Qualora il realizzatore degli articoli da zincare, se ne serva comunque, dovrà ricordarsi che eventuali effetti estetici dovuti a fuoriuscita dei liquidi di processo dagli interstizi non potranno essere pretesto per il rigetto del prodotto. Ciò a norma della UNI EN ISO 1461:2009. V.1.2.c Riparazioni o ripristini dello spessore ammessi dalla norma

Nel caso di piccoli difetti riscontrati dopo che il pezzo è stato zincato, la norma ammette la possibilità per lo zincatore di procedere alla riparazione mediante uno dei metodi indicati anche nel paragrafo relativo al ripristino delle aree danneggiate – I.1.5. Ciò è tollerato a patto che le aree non rivestite non superino lo 0.5% dell’intera superficie del pezzo ed ogni area da trattare non si estenda per più di 10 cm2. Se queste condizioni non vengono rispettate, il pezzo deve essere sottoposto di nuovo al processo e rizincato, a meno che non ci sia un diverso accordo con il cliente. Quando ci sono particolari esigenze – per esempio, occorre assicurare la compatibilità dei materiali utilizzati per il ripristino e una eventuale, successiva verniciatura – il committente deve avvisare lo zincatore prima che la commessa sia da questi accettata. Lo spessore del rivestimento ottenuto con uno dei metodi di riparazione – comunque sempre in grado di fornire una protezione sacrificale (catodica) al suo substrato – deve essere almeno di 100 µm in assenza di richieste differenti del cliente preventivamente comunicate allo zincatore (necessità di spessore coincidente con quello della zincatura circostante nel caso di successiva verniciatura). V.1.3 Informazioni che devono essere fornite

Una parte sostanziale della norma è dedicata allo scambio di informazioni tra committente e zincatore. Si tratta di un allegato normativo fondamentale, in quanto copre una vasta gamma di aspetti essenziali per la soddisfazione del cliente. 118


La normativa italiana ed internazionale sulla zincatura a caldo

Tra le informazioni da trasmettere allo zincatore da parte del committente si prendono in considerazione, specialmente nel caso di esigenze particolari: - la composizione e lo stato superficiale dell’acciaio di base, con riferimento alle norme EN 10025, EN 10163-3 ed EN 10204; - la presenza eventuale di tagli con ossifiamma, tagli laser o superfici tagliate al plasma; - una indicazione della superficie significativa di cui abbiamo in precedenza sottolineato l’importanza; - l’identificazione delle aree dei manufatti per le quali un certo grado di disuniformità superficiale può renderli inaccettabili od inservibili per la loro funzione; - l’indicazione, se ci sono, delle cavità interne, le evidenze delle forature relative e della loro corretta posizione e giusto dimensionamento. Richiedono un accordo preventivo con lo zincatore che non è obbligato ad effettuare le lavorazioni richieste se non accetta: - la produzione di un campione al quale riferirsi per l’intero lotto; - necessità di pretrattamenti particolari (per esempio, la sabbiatura per le ghise); - richieste per spessori di rivestimento maggiori rispetto ai minimi tabellari; - necessità di post-trattamenti (per esempio, passivazione chimica) o applicazione di sistemi duplex (verniciatura post-zincatura); - richiesta di ispezione del prodotto difforme da quanto previsto dalla norma (per esempio, presso il committente e non presso lo zincatore); - la richiesta che le minuterie siano centrifugate e rispettino le prescrizioni di spessore della tabella relativa (tabella 4 della norma). Lo zincatore, da parte sua, se richiesto deve fornire al cliente qualsiasi informazione che sia in suo possesso riguardante il prodotto, compreso il metodo di riparazione delle aree non ricoperte (della dimensione ammessa dalla norma), così come deve fornire su richiesta il certificato di conformità.

V.2 NORMA UNI EN ISO 14713:2010 PARTI 1-2 Anche se ha lo status di linea guida, che è il profilo più basso delle norme del circuito ISO, la UNI EN ISO 14713 è fondamentale per ottenere un’indicazione di massima sulle performance della zincatura e sulle caratteristiche del rivestimento ottenibile. Molte delle indicazioni e dei suggerimenti per il progettista, presenti in questo testo, sono rintracciabili nella ISO 14713. Il suo scopo è, infatti, caratterizzare seppur in maniera molto sintetica i rivestimenti di zinco e le loro possibilità di utilizzo, accompagnando il progettista o chi ha l’onere delle specifiche, lungo l’iter della scelta del rivestimento, della corretta predisposizione del substrato di acciaio, della progettazione migliore per la zincatura e delle cautele da tenere per ottenere un prodotto di qualità. Inoltre, la norma fornisce anche un vademecum sulla valutazione degli ambienti corrosivi (non solo atmosferici) e della durata possibile dei rivestimenti. La norma si compone di tre parti: una verte sulle caratteristiche generali dei rivestimenti ottenuti sfruttando le proprietà dello zinco, la seconda è specifica per la zincatura a caldo e 119


Capitolo V

le sue performance, l’ultima tratta della protezione mediante sherardizzazione. Il sostegno maggiore al progettista è, comunque, costituito dalle tabelle relative alla caratterizzazione dell’ambiente corrosivo ed alla durata possibile fino alla prima manutenzione. Nel primo caso si aiuta il progettista dell’anti-corrosione a comprendere come attribuire la classe di aggressività ambientale secondo la ISO 9223. Nel secondo caso, si fornisce una comparazione schematica delle durate attese applicando nei diversi ambienti corrosivi zincature diverse. Vedi tabella. V.2.1 UNI EN ISO 14713 – Parte 1

Fornisce informazioni importanti ma generiche sulle performance anti-corrosive dello zinco. Oltre a consigli sulla progettazione degli articoli per evitare o sfavorire la corrosione, entra in molteplici aspetti e caratteristiche del coating di zinco, come ad esempio la protezione offerta per i profili cavi anche sulle superfici interne, ed il rivestimento degli organi di collegamento. Sono presenti accenni alla necessità di differente predisposizione dei manufatti a seconda del rivestimento da applicare con diversi processi di zincatura (la parte 1 dello standard, infatti, non è specifica per la zincatura a caldo generale). Inoltre, si introducono anche i sistemi-duplex (verniciatura e zincatura) con riferimenti alle normative EN ISO 12944-5 e EN 13438. Il sistema duplex è anche visto come possibile manutenzione del rivestimento di zinco, quando dopo un periodo di esercizio prolungato, si ha che lo spessore dello zinco residuo misuri 20-30 µm. Tale sistema, infatti, viene indicato come metodo preferibile per ottenere che i manufatti siano protetti eccellentemente anche dopo che la zincatura abbia subito l’intervento di manutenzione (ragionevolmente dopo decenni di esposizione all’ambiente corrosivo). In questo caso, non si aspetta che ci sia comparsa di ruggine. Anzi, per la residua consistente presenza di zinco, la protezione può essere esplicata in sinergia con la vernice, lasciando l’acciaio del substrato indenne dalla corrosione ancora per un lungo periodo. Questa rappresenta un’alternativa di manutenzione realistica, dal momento che solo in taluni casi, molto rari, è possibile realizzare una ri-zincatura di strutture o parti di esse, che necessitano di manutenzione una volta che la zincatura originaria si sia consumata. La sezione più interessante della EN ISO 14713 - parte1 è, senz’altro, quella relativa alla corrosione nei differenti ambienti con il comportamento della zincatura non solo in atmosfera, ma anche nel suolo, nelle acque e a contatto con diverse sostanze chimiche, cemento, legno ed altri metalli – vedi anche la sezione 2 del capitolo I. Utilissimi sono per ognuno dei casi summenzionati, i riferimenti normativi, le tabelle e le indicazioni fornite. In particolar modo, la tabella 1 e rispettive note e la tabella 2. L’insieme di esse, infatti, costituisce una sorta di linea-guida a sé stante nella scelta della protezione e risulta una importante fonte di informazioni per il progettista che intende assicurarsi della resistenza offerta alla corrosione. È possibile, tra l’altro, notare come per i più diffusi ambienti corrosivi, quale ad esempio C2 (aree rurali o piccole città) o C3 (urbano mediamente inquinato – costiero con qualche effetto dei cloruri) ci siano velocità di corrosione rispettivamente di 0.1-0.7 µm/anno e 0.7-2 µm/anno, con una vita utile risultante per un manufatto rivestito con spessori standard o poco superiori (70-100 µm) anche superiori ai 100 anni. La consultazione incrociata delle due tabelle è, così, uno strumento potente per il progettista dell’anticorrosione che intenda avvalersi con efficacia della zincatura a caldo. I 120


La normativa italiana ed internazionale sulla zincatura a caldo

dati ivi presenti hanno la caratteristica di essere conservativi, dal momento che non tengono conto dei risultati di miglioramento della qualità dell’aria, conseguiti negli ultimi anni. Ciò rende particolarmente cautelativa l’informazione che se ne può desumere in relazione alla durabilità della protezione e pone il progettista in una condizione di particolare tranquillità. La norma chiarisce, inoltre, che i test di resistenza alla corrosione basati su nebbia salina, kesternich, camera umido statica, cioè comportanti una condizione di corrosione artificialmente accelerata, non possono essere applicati per predire la durata della zincatura dal momento che, impedendo lo sviluppo della patina di passivazione, non consentono l’esplicarsi del meccanismo stesso con cui lo zinco esercita la sua azione protettiva. V.2.2 UNI EN ISO 14713 – Parte 2

È focalizzata sulla zincatura a caldo generale (realizzata secondo la EN ISO 1461) e sui requisiti per ottenere la miglior qualità del rivestimento in relazione a: - condizioni superficiali dell’acciaio; - conseguenze degli stati tensionali interni; - composizione dell’acciaio; - predisposizione progettuale degli articoli. Questi sono tutti aspetti profondamente analizzati in tutto il corso di questo testo, di cui la norma potrebbe essere vista, in definitiva, come una sintesi autorevole e di sicuro riferimento. Per meglio dire, questa nostra linea guida auspica di poter rappresentare, in massima parte, un commentario prodotto da Associazione Italiana Zincatura per mettere in luce i molteplici aspetti trattati, con particolari e spiegazioni che sono accennati nella norma per esigenze di brevità. Molto interessante è il paragrafo relativo all’influenza che silicio e fosforo nell’acciaio possono avere sulla reattività nei confronti dello zinco. La norma fornisce un’analisi in forma tabellare per tutte le composizioni possibili per quanto attiene ai due elementi summenzionati, descrivendo per grandi linee il risultato ottenibile. Questa rappresenta una piccola rivoluzione nel modo di affrontare questa questione, dal momento che in passato (con l’esperienza della norma francese NF A 35 503: 1994) si era affrontato il problema degli acciai iper-reattivi cercando di individuare classi di acciai definiti zincabili – per questo discorso consultare anche il paragrafo IV.1.2.3. Con la nuova impostazione si dà ragione del fatto che, tranne gli acciai da taglio allo zolfo, tutti gli acciai sono zincabili, anche se con risultati estetici e di spessore diversi. Infatti, è vero che certe composizioni possono permettere di ottenere caratteristiche superiori dal punto di vista estetico al risultato della zincatura. Anche se non esplicitato nella norma, questo è il caso delle composizioni tabellate nella norma nelle categorie A (Si < 0,04% e P < 0,02%) e B (0,14% < Si < 0,25%). Il coating appare più regolare, meno ruvido e con apparenza brillante, anche se, in categoria B, talvolta la lega Fe-Zn può affiorare determinando un aspetto più opaco. Ovviamente lo spessore di zinco si incrementa al crescere della presenza di Si e P. Per le categorie C (0,04% < Si < 0,14%) e D (Si > 0,25), il coating, pur conservando intatte le sue capacità protettive, appare più scuro con una finitura più grossolana. Lo spessore tende a diventare eccessivo, tanto da determinare una certa fragilità che si evidenzia in una ridotta resistenza agli urti per spessori abnormi (oltre 250-300 µm). Gli studi scientifici e l’avanza121


Capitolo V

mento tecnologico sono da sempre alla ricerca di soluzioni tecniche e metodologiche per ridurre questi inconvenienti. La ricerca ha indicato nell’utilizzo di alcuni elementi metallici una strada per cercare di controllare il fenomeno, ma ogni lega approntata ha naturalmente i suoi limiti, non risolve tutte le possibili situazioni e non ottiene gli stessi risultati per ogni intervallo di composizione. Il cliente dovrebbe sempre chiedere un certificato di colata per conoscere la composizione dell’acciaio ed agire di concerto con lo zincatore per ottenere il risultato sperato. In assenza di queste informazioni o quando il manufatto è già pronto per la zincatura senza aver usato particolari precauzioni rispetto a questi fenomeni, occorrerà applicare un po’ di buonsenso ed in ogni caso puntare a preservare le caratteristiche meccaniche del rivestimento. Alla fine, anche se la zincatura risulterà un po’ più scura (effetto che si mitigherà nel tempo con la formazione della patina superficiale), le sue caratteristiche anti corrosive saranno preservate completamente. Qualora sia indispensabile il risultato estetico, occorrerà specificare acciai in categoria A (meglio che in categoria B) prima ancora di aver assemblato il materiale, avendo chiaro in mente che se questa condizione non è soddisfatta, lo zincatore non potrà essere incolpato di qualcosa che non è possibile tenere sotto controllo. Il contraltare della scelta di acciai in classe A è dato dal fatto che per i profili di acciaio più sottili può essere più difficile applicare gli spessori secondo la norma EN ISO 1461, specialmente quando si tratta di prodotti laminati a freddo. In definitiva, la norma intende lasciare al progettista od al costruttore la scelta dell’acciaio da utilizzare sulla base del risultato ottenibile, informandolo dei rischi che si corrono usando acciaio di certe composizioni o non prestando la dovuta attenzione ad un aspetto così importante per la zincatura. La preparazione superficiale, le tolleranze da applicare, le accortezze da usare per lo stoccaggio ed il trasporto, le condizioni superficiali dei pezzi d’acciaio e di ghisa, influenza dei processi di taglio e delle tensioni interne, la funzione dei post-trattamenti, sono altri argomenti trattati. Da evidenziare è l’utilità dell’ allegato A per il progettista. Si tratta, infatti, di una serie di esempi, soluzioni progettuali e consigli molto accurati, per ottenere la predisposizione dell’articolo per la zincatura. Ciascuno dei temi trattati nell’allegato A è stato analizzato a fondo nel testo nel capitolo riguardante il progetto. V.2.3 Interazioni della UNI EN ISO 14713-2 con altre normative: la norma UNI EN 10025

Anche la normativa specifica dell’acciaio entra nella tematica particolare della reattività nei confronti dello zinco, per esempio, i profili strutturali ottenuti per laminazione a caldo sono oggetto delle diverse parti della norma UNI EN 10025. In esse, si parla di zincabilità e si fa riferimento a quanto scritto nelle norme EN ISO 1461 e EN ISO 14713 per quanto riguarda i requisiti da richiedere e le caratteristiche da ottenere. Nel contempo, però, nella EN 10025 si è introdotta una tabella con le classi consigliate di acciai. A seconda del contenuto in silicio e fosforo si classifica l’acciaio in tre categorie diverse (le quantità sono espresse in percentuali in peso): Classe 1: Si < 0.030 e Si+2.5P < 0.090 Classe 2: Si < 0.35% (Leghe di zinco speciali) Classe 3: 0.14 < Si < 0.25 e P < 0.035 122


La normativa italiana ed internazionale sulla zincatura a caldo

Le classi 1 e 3 sono coerenti in larga parte con le categorie A e B della UNI EN ISO 14713 parte 2. Discorso a parte merita la classe 2, per la quale si richiede che Si < 0.35%, il che comprende, in pratica, tutto l’acciaio reperibile sul mercato. L’indicazione di acciai di classe 2 vale ad una condizione testuale: “la classe 2 si applica solo per leghe speciali di zinco”. Questa affermazione implica direttamente che acciai non compresi nella classe 1 o 3, sono ancora adatti alla zincatura, ma occorre preventivamente verificare assieme allo zincatore il risultato ottenibile con il processo a disposizione. È utile ricordare che il bagno di zincatura a disposizione è unico per ogni impianto di zincatura e non è possibile variarne la composizione a piacimento per un lotto di materiale. Non ha senso, quindi, effettuare l’ordine introducendovi delle specifiche composizionali relative al bagno di zinco da utilizzare. V.3 MARCATURA CE E ZINCATURA A CALDO – APPLICAZIONE DELLA NORMA UNI EN 1090 V.3.1 Durabilità e protezione dalla corrosione dei componenti strutturali

Pur non essendo in sé una caratteristica essenziale, la durabilità deve essere dichiarata in DoP secondo UNI EN 1090, dal momento che essa riguarda la conservazione nel tempo delle caratteristiche essenziali vere e proprie. Poiché non è disponibile alcun metodo diretto per misurare la durabilità, la norma UNI EN 1090-1 esprime un principio di base: le caratteristiche essenziali dell’acciaio, tranne che per aspetti di fatica e frattura, sono immuni dalla degradazione nel tempo se non per la corrosione atmosferica che può ridurre le sezioni resistenti. La dichiarazione di durabilità dovrà essere, dunque, effettuata con la indicazione del metodo di preservazione delle caratteristiche del prodotto, cioè di protezione dalla corrosione, applicato. La protezione richiesta dalla normativa EN 1090-2 è ottenuta attraverso la deposizione di un rivestimento in grado di proteggere la superficie come la zincatura a caldo. La scelta del metodo di protezione per il componente di acciaio è, infatti, trattata in UNI EN 1090-2 nel paragrafo 10: per quanto riguarda la zincatura a caldo si fa riferimento alle normative UNI EN ISO 1461 e UNI EN ISO 14713, a cui vanno aggiunte le prescrizioni aggiuntive pertinenti riportate nell’allegato F alla stessa UNI EN 1090-2. V.3.2 Dichiarazione della Durabilità e Zincatura a Caldo

Il requisito per la durabilità nella norma UNI EN 1090-1 è connesso alla necessità di stabilire la durabilità delle altre caratteristiche essenziali identificate nella DoP. Poiché la stessa normativa stabilisce che la DoP non può includere alcun metodo diretto per verificare o dichiarare la durabilità in sé, la conformità alla norma è soddisfatta a condizione che: a) la corretta specifica della protezione dalla corrosione sia effettuata: per la zincatura a caldo si tratta di riferirsi alla norma UNI EN ISO 1461; b) la preparazione per la superficie di acciaio sia effettuata secondo il paragrafo 10 della norma EN 1090-2: per la zincatura a caldo ciò significa anche che il costruttore d’acciaio abbia praticato adeguate forature di sfiato e drenaggio del componente e che abbia seguito, in generale, la norma UNI EN ISO 14713, anche per quanto riguarda la scelta della 123


Capitolo V

composizione degli acciai. Quindi, ai fini della dichiarazione sotto la voce “durabilità”, il produttore in DoP dovrà indicare il trattamento anticorrosivo (zincatura a caldo) utilizzato con l’indicazione della norma applicata (UNI EN ISO 1461). Si potrà anche indicare il parametro caratterizzante la protezione (nel caso della zincatura a caldo, lo spessore medio del rivestimento richiesto dalla normativa UNI EN ISO 1461:2009 in tabella 3 per lo spessore di acciaio più rappresentativo). V.3.3 Procedure inerenti la FPC del costruttore e la qualifica delle lavorazioni di zincatura conto-terzi per la protezione dalla corrosione dei componenti secondo UNI EN 1090.

Sia UNI EN 1090-1 che UNI EN 1090-2 forniscono requisiti di durabilità e trattamento superficiale che influenzano la specifica e l’utilizzo della protezione dalla corrosione ottenuta da lavorazioni conto-terzi. Più delle altre applicazioni, la zincatura a caldo segue tipicamente lo schema di attività in sub-appalto. Le procedure per la marcatura CE da parte del costruttore d’acciaio seguono questo schema: - Per il costruttore, preparare idoneamente il componente di acciaio e la sua superficie per il trattamento di protezione prescelto, cioè per la zincatura a caldo rendere il componente adatto per la UNI EN ISO 1461 e seguire le direttive presenti nella UNI EN ISO 14713-2; - Per lo zincatore, seguire le normative richiamate nella UNI EN 1090-2 e fornire, a richiesta, un certificato di conformità (questo è previsto nella UNI EN ISO 1461); - Per lo zincatore ed il costruttore, rispettare i requisiti addizionali previsti nella UNI EN 1090-2 dividendosi i compiti, se del caso, su base contrattuale. È importante un buon livello di collaborazione tra costruttore e zincatore, in modo che il costruttore sia certo che l’attività dello zincatore (non soggetto alla marcatura CE dei rivestimenti applicati) non comprometta il suo sistema di controllo di produzione in fabbrica (FPC). A questo scopo, il costruttore deve prevedere delle modalità di qualifica dello zincatore, che possano essere considerate una estensione del sistema di controllo di fabbrica (FPC) del costruttore stesso. Questo può essere ottenuto, in modo semplice ma efficace, attraverso procedure concordate che possono essere integrate, per quanto riguarda lo zincatore, nel normale sistema di gestione della qualità (del tipo ISO 9001). Il costruttore di acciaio e lo zincatore possono concordare tali procedure ed i relativi controlli sulla base delle normative di settore. Ad esempio, il processo di zincatura a caldo è ben controllato con la normativa UNI EN ISO 1461 che include requisiti per il controllo statistico dei parametri significativi, come lo spessore del rivestimento. La norma UNI EN ISO 1461 consente anche l’agevole rispetto del requisito della tracciabilità quando richiesta. Il rilascio da parte dello zincatore di un certificato di conformità alla UNI ENI ISO 1461 (da richiedere all’atto dell’ordine), è una base adeguata per la DoP. Occorre porre attenzione al fatto che non corre nessun obbligo legale di certificazione secondo UNI EN 1090 del processo di zincatura a caldo. Quindi, non occorre che il processo di zincatura a caldo sia certificato con ente notificato. Tuttavia, sarebbe conveniente che lo zincatore dimostrasse l’integrazione delle procedure, 124


La normativa italiana ed internazionale sulla zincatura a caldo

dei requisiti e dei controlli richiesti per la validità dell’FPC del costruttore, attraverso l’applicazione di forme di certificazione (come, ad esempio, etichette o marchi di qualità basati su sistemi di gestione adatti) che possano evitare audit e procedure di ispezione frequenti per la sua qualifica presso il costruttore. Un esempio di tali schemi è fornito dal marchio di qualità HiQualiZinc, recentemente promosso da Associazione Italiana Zincatura, che ha come obiettivo supplementare quello assicurare al costruttore l’aderenza delle procedure in atto presso lo zincatore, ai requisiti richiesti per la Marcatura CE dei componenti strutturali, attraverso una specifica lista di controllo. V.3.4 Requisiti aggiuntivi in appendice normativa F alla UNI EN 1090-2

L’appendice normativa F allegata alla UNI EN 1090-2, sotto il titolo “Protezione dalla corrosione”, fornisce prescrizioni aggiuntive rispetto a UNI EN ISO 1461 e UNI EN ISO 14713. L’ottemperanza ai requisiti di cui all’allegato F deve essere riscontrata nella FPC del costruttore, che dovrà anche garantire il rispetto delle tolleranze dopo l’applicazione della protezione e, qualora richiesta, la tracciabilità. Nello specifico delle prescrizioni relative ai singoli trattamenti superficiali, l’appendice F per la zincatura a caldo, nel caso di componenti formati a freddo, oltre alla conformità alla UNI EN ISO 1461, richiede che sia in adozione presso lo zincatore una specifica procedura per l’immersione (già presente o da concordare). L’appendice F comprende anche raccomandazioni obbligatorie per le verifiche: definisce i controlli di routine e le aree di riferimento. Per la zincatura i controlli stabiliti si risolvono con le prescrizioni già presenti nella UNI EN ISO 1461. Come requisito aggiuntivo, per la prevenzione del fenomeno noto come LMAC, l’appendice F prevede che, in mancanza di specifiche differenti, si proceda ad una ispezione (visiva) dopo zincatura. Se un’indagine più accurata dovesse essere ritenuta necessaria, occorre specificare i componenti o i luoghi particolari da sottoporre a controlli non distruttivi aggiuntivi. Se il costruttore intende delegare tale verifica allo zincatore, è necessario che ciò sia espressamente indicato nella richiesta di offerta e, quindi, nell’ordine. L’attestazione del risultato resta una responsabilità del costruttore nello schema più ampio della marcatura CE.

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Capitolo V

Appendice: Marchio di Qualità HiQualiZinc

HIQUALIZINC è il marchio di qualità di Associazione Italiana Zincatura, concesso alle zincherie che rispettano gli elevati standard richiesti dal Disciplinare Tecnico consultabile sul sito www.aiz.it. Scopo di HIQUALIZINC è fissare i livelli di qualità di prodotto e processo, per l’acquisizione ed il mantenimento del marchio da parte di aziende di zincatura a caldo generale. Comporta il rispetto di requisiti minimi obbligatori per : - caratteristiche del prodotto finito, consistente nel rivestimento ottenuto per immersione nel bagno di zinco fuso di manufatti in acciaio; - requisiti di processo il cui controllo influenza la qualità del prodotto finito; - requisiti di assistenza alla clientela; - requisiti del personale delle aziende aderenti al sistema del marchio, e della sua formazione e qualifica. HIQUALIZINC si basa sulle normative europee ed internazionali UNI EN ISO 1461:2009 e UNI EN ISO 14713:2010. Inoltre, utilizza come riferimento questo Manuale di Buone Pratiche per la Zincatura a Caldo, in modo che il progettista ed il committente di opere in acciaio possano ottenere caratteristiche certificate del sistema protettivo e corrispondente durabilità. HIQUALIZINC favorisce la diffusione dei sistemi di controllo delle prestazioni ambientali ISO 14000 o registrazione EMAS e l’attenzione per la sicurezza del personale mediante l’adozione delle Linee Guida INAIL o dello schema OHSAS 18000 delle Aziende aderenti. Alle Aziende che non hanno ancora adottato questi sistemi certificati, il Disciplinare Tecnico prevede liste di controllo sugli adempimenti da compiere in quegli ambiti per potersi fregiare di HIQUALIZINC. Inoltre, HIQUALIZINC supporta il lavoro di tecnici e costruttori del manufatto in acciaio, in particolare per quanto riguarda la marcatura CE: il Disciplinare Tecnico prevede una lista di controllo sugli adempimenti in vista della Dichiarazione di Durabilità da inserire in Dichiarazione delle Prestazioni e assicura la continuità della rintracciabilità del prodotto durante il processo di zincatura. HIQUALIZINC, con la sua abbreviazione HQZ, è registrato presso l’Ufficio Italiano dei Brevetti e Marchi del Ministero per lo Sviluppo Economico.

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Capitolo VI

Analisi di sostenibilità ambientale della zincatura a caldo

VI.1 Criteri di sostenibilità dell’acciaio zincato VI.1.1 Efficienza ambientale e sviluppo sostenibile

Produrre acciaio è molto oneroso dal punto di vista energetico. Infatti, le specie ossidate che costituiscono la materia prima necessitano di essere trasformate attraverso reazioni di riduzione. Queste risorse vengono, per così dire, assorbite per ottenere le proprietà tipiche dello stato metallico, in modo che l’energia venga inglobata nell’acciaio come patrimonio energetico immagazzinato nel materiale stesso. I processi corrosivi, in quest’ottica, altro non sono che progressivi fenomeni dissipativi di risorse energetiche e materiali. Rispetto al passato, oggi questo concetto è chiaro e chiara è la percezione dell’essenzialità della protezione dalla corrosione per garantire anche la massima efficienza ambientale VI.1.2 Riciclabilità dello zinco e dell’acciaio

Lo zinco ha il vantaggio di essere un materiale riciclabile. Oggi, circa il 30% dello zinco utilizzato è ottenuto dal riciclo. È difficile essere più precisi con questo dato, per il fatto che i prodotti che si ottengono dallo zinco hanno una vita media di utilizzo molto lunga. Oltre alla zincatura a caldo ed elettrolitica, infatti, questo materiale serve anche per la realizzazione degli ottoni e dei presso-fusi. La protezione di un manufatto in acciaio zincato sovente dura più della vita utile del manufatto stesso e lo zinco residuo si può rendere disponibile per il riciclo anche dopo un periodo di 100 anni. L’acciaio che la zincatura protegge in maniera così efficace, a fine vita, cioè terminata la fase di utilizzo, è altrettanto riciclabile. Trattandosi di semplice elementi chimici, lo zinco e il ferro possono essere riciclati senza alcuna perdita delle caratteristiche fisiche o delle proprietà chimiche. VI.1.3 Life Cycle Thinking

Concetti come la riciclabilità, la valutazione degli impatti e dei carichi, del rischio ambientale connesso alle attività umane dall’inizio della catena produttiva fino al destino finale del prodotto, sono già presenti nelle normative vigenti. Le politiche ambientali si vanno affinando all’interno di schemi che richiedono in fase progettuale una valutazione delle prestazioni ambientali nell’ottica dell’intero ciclo di vita. Il Life Cycle Thinking consiste in un criterio di approvvigionamento di beni e servizi basato su considerazioni sull’intero ciclo di vita. In una comparazione che coinvolga diversi materiali da costruzione, i carichi ambientali 127


Capitolo VI

connessi con la produzione di un’opera edilizia, vanno distribuiti sull’intero arco della vita utile del manufatto da realizzare. In questo modo, una maggiore durabilità consiste direttamente in un impatto ambientale più leggero. Quindi, l’incremento di durata ottenuto con la zincatura a caldo, non solo rende chiara la differenza di prestazione ambientale tra acciaio zincato e acciaio protetto con processi diversi, ma aumenta anche la competitività delle realizzazioni in acciaio rispetto a soluzioni costruttive alternative e al consueto utilizzo del cemento. Si noti come su queste considerazioni si basi l’importanza si alcune politiche comunitarie per l’adozione dello sviluppo sostenibile nell’ambito dell’IPP (politica integrata di prodotto) nonché di alcuni principi ispiratori del cosiddetto green procurement (o “appalti verdi”), per i quali pubbliche amministrazioni e le grandi imprese private dovrebbero favorire nell’acquisto i prodotti più ecoefficienti1. VI.2 L’analisi del ciclo di vita (LCA) della zincatura a caldo VI.2.1 Il Life Cycle Assessment

Al progettista nella valutazione di sostenibilità ambientale di un qualsiasi prodotto, non solo dell’acciaio zincato, occorre uno strumento quantitativo che permetta di stabilire con oggettività l’efficienza ambientale del sistema produttivo; in questo senso, il mezzo per rendere operativo il Life Cycle Thinking è l’analisi LCA – Life Cycle Assessment, che segue passo a passo la creazione del bene fruibile, partendo dalla estrazione delle materie prime, attraverso i carichi connessi a tutte le attività di trasformazione e alla sua vita utile, fino al ritorno alla terra o alla catena produttiva, sottoforma di rifiuto riciclato. Anche il carico ambientale connesso alla zincatura può essere valutato attraverso l’ottica integrata dell’analisi LCA (analisi del ciclo di vita). L’LCA consiste nel calcolo e nella valutazione di determinati parametri caratteristici dell’impatto ambientale di un prodotto o di un processo durante l’intero ciclo di utilizzo (per esempio acidificazione indotta, contributo all’effetto serra, energia consumata, ecc.) attraverso bilanci di massa ed energia. Con l’LCA rientrano nella valutazione tutte le fasi produttive, compresi i trasporti, che portano alla realizzazione dell’acciaio zincato e vanno dall’estrazione dello zinco in miniera alla consegna del prodotto zincato. Sono disponibili dati per la comparazione delle performance ambientali della zincatura in un data base europeo in possesso di EGGA, l’associazione europea degli zincatori a caldo. Questi dati possono essere consultati su richiesta per il tramite dell’Associazione Italiana Zincatura, editrice di questo testo. Sulla base di questi dati è possibile ipotizzare che l’utilizzo della zincatura rispetto ad altri trattamenti anticorrosivi riduca: In particolare, il cosiddetto GPP (Green Public Procurement), introdotto nell’ordinamento italiano dal D.M. n. 203/2003 «Norme affinché gli uffici pubblici e le società a prevalente capitale pubblico coprano il fabbisogno annuale di manufatti e beni con una quota di prodotti ottenuti da materiale riciclato nella misura non inferiore al 30% del fabbisogno» (in Gazzetta Ufficiale del 5 agosto 2003, n.180) prevede l’obbligo in capo agli enti pubblici e alle società a prevalente capitale pubblico, di garantire una copertura pari al 30% del fabbisogno annuo di manufatti e beni realizzati con materiale riciclato.

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ANALISI DI SOSTENIBILITÀ AMBIENTALE DELLA ZINCATURA A CALDO

- il consumo d’acciaio; - il consumo del petrolio; - il consumo d’energia elettrica; - la produzione di rifiuti; - il consumo d’acqua di raffreddamento delle centrali elettriche e della produzione dell’acciaio, evitando le emissioni responsabili: - dell’effetto serra; - dell’acidificazione; - della distruzione della fascia dell’ozono; - dell’eutrofizzazione; - della formazione di ossidanti fotochimici. Attraverso l’LCA ed il computo degli indicatori, è possibile quantificare il risparmio di risorse e la differenza in positivo sulle emissioni. VI.2.2 Dichiarazione ambientale di prodotto EPD – Verso l’EPD settoriale della zincatura a caldo

Mentre l’analisi del ciclo di vita – LCA è lo strumento per rendere evidenti le caratteristiche di ecoefficienza della zincatura a caldo, la dichiarazione ambientale di prodotto – EPD è il mezzo per la divulgazione di queste informazioni. LCA ed EPD rendono possibile la comparazione delle performance ambientali dei diversi sistemi anticorrosivi e mettono in risalto le qualità della zincatura a caldo. È in via di pubblicazione l’EPD settoriale europea della zincatura a caldo, uno strumento innovativo che consente di conoscere le performance ambientali medie del settore. Potrà essere richiesta all’Associazione Italiana Zincatura, che ne darà diffusione in Italia. Questa dichiarazione sarà basata sulle PCR (Product Category Rules) per i sistemi di protezione dalla corrosione dell’acciaio, pubblicate ad opera dello Swedish Environmental Management Council, l’organismo svedese che ha implementato il sistema di certificazione ambientale di prodotto noto come EPD – Environmental Product Declaration. Le PCR (precedentemente indicati come PSR) forniscono i requisiti specifici di prodotto da considerare ai fini della redazione di una dichiarazione ambientale. Lo spirito è quello di rendere comparabili i diversi sistemi adottabili. Per questo, il documento recante le PCR detta anche le regole per l’effettuazione dello studio LCA alla base delle dichiarazioni. In questo modo, si ottiene una standardizzazione di attendibilità certificata della comparazione delle performance ambientali di zincatura, verniciatura, acciaio inox e acciaio Cor-Ten. Le PCR, nel definire le unità funzionali, ovvero le unità di riferimento per quantificare il rendimento in termini di performance ambientali significative ai fini di un’analisi del ciclo di vita, impone che si indichi con chiarezza la durata della protezione, ripartendo sulla sua interezza la totalità dei carichi ambientali. Ciò costituisce un riferimento di straordinaria importanza. Tramite questi strumenti, si evidenzia la proprietà fondamentale della zincatura che è rappresentata dalla sua notevole durabilità, la quale conferisce al prodotto zincato una nuova prospettiva di competitività ambientale oltre che economica e tecnico-funzionale. Oltre all’EPD settoriale, ogni singola azienda che fornisce il servizio di zincatura a caldo, sulla base degli studi LCA condotti e seguendo i criteri stabiliti con il documento delle PCR, può 129


Capitolo VI

offrire ai suoi clienti una dichiarazione di prodotto verificata da un ente accreditato di certificazione e registrata con il marchio EPD. Con la dichiarazione ambientale di prodotto EPD, le zincherie espongono pubblicamente le performance ambientali della loro produzione. La dichiarazione rappresenta uno strumento di diffusione affidabile, che avrà un ruolo sempre più importante nell’ambito di regolamenti internazionali e nell’attuazione di politiche di acquisto sostenibile da parte delle pubbliche amministrazioni e delle compagnie private di una certa dimensione. VI.2.3 LCA della zincatura a caldo

Nel 2005, la zincatura a caldo è stata oggetto di uno studio LCA pan europeo effettuato su un campione di 46 impianti produttivi nei paesi europei le cui associazioni nazionali degli zincatori (e tra esse l’Associazione Italiana Zincatura) aderiscono all’EGGA (Associazione Europea degli zincatori a caldo), con una produzione complessiva di 937.000 tonnellate su un totale di quasi sei milioni. Austria 2 Spain 9

Belgium 5

France 4 Nordic Countries 6 Germ any 5

Italy 10 Great Britain 5

Figura 6.1.a Composizione del campione di impianti per lo studio di LCA effettuato da EGGA nel 2005

Nella figura 6.1.a viene riportato il numero di impianti coinvolti per ciascun Paese europeo. I dati raccolti hanno permesso di istituire un inventario di ciclo di vita, ovvero un modello che permette di ricostruire il flusso di energia e materiali che caratterizza la zincatura a caldo, tramite l’insieme dei processi di trasformazione e trasporto coinvolti lungo tutta la catena produttiva. Questo, a sua volta, costituisce un modello del sistema reale che descrive e quantifica i carichi ambientali di ogni singola fase, così come del processo nel suo insieme. Nella figura 6.1.b vengono riportati i diagrammi relativi alle medie per i principali indicatori significativi, quali il gross energy requirement-GER (fabbisogno di energia globale) e il global warming potential-GWP100 (effetto serra). I dati in figura 6.1.b sono riferiti a 3 differenti categorie di profili in acciaio scelte in base allo spessore crescente (A, B e C) e a una applicazione particolare, le barriere stradali (D). I risultati sono particolarmente interessanti, mostrando l’incidenza percentuale dell’attività di zincatura (coating activity) rispetto alla produzione della costruzione di acciaio. Come si vede, la spesa energetica o il carico ambientale connessi con la zincatura sono solo una piccola quota del totale. 130


ANALISI DI SOSTENIBILITÀ AMBIENTALE DELLA ZINCATURA A CALDO

Legenda: A – acciaio leggero B – acciaio medio C – acciaio pesante D – barriere autostradali

Contributi al GWP100 - Effetto serra 100% 80% 60% 40% 20% 0% A Acciaio

B

C

D

Zincatura a caldo

Figura 6.1.b Diagrammi delle performance medie per quattro categorie di prodotti zincati

VI.3 Esempio di studio comparativo delle performance ambientali

Un esempio delle possibilità offerte dall’analisi LCA per supportare i progettisti nella scelta del sistema di protezione più ecocompatibile, è lo studio effettuato dall’Università Tecnica di Berlino2, per la comparazione dell’ecoefficienza tra due differenti strutture di parcheggio in acciaio, di cui una zincata a caldo e l’altra semplicemente verniciata.

Figura 6.2 I due parcheggi confrontati

L’analisi comparativa è stata effettuata sulla base dei risultati dello studio paneuropeo EGGA. La struttura zincata a caldo rispetta le prescrizioni della norma UNI EN ISO 1461 con uno spessore di zinco di 100 µm, supposta esente da necessità di manutenzioni dato l’ambiente di corrosione di classe C3 (secondo le normative ISO 9223 e UNI EN ISO 14713). La struttura verniciata risponde alle specifiche della normativa EN ISO 12944-5. La verni2 Günter Fleischer, Robert Ackermann, 2006, Ökobilanzieller Vergleich von Korrosionsschutzsystemen für Stahlbauten, Projektarbeit am Lehrstuhl Systemumwelttechnik des Institutes für Technischen Umweltschutz Fakultät III – Prozesswissenschaften der Technischen Universität Berlin.

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Capitolo VI

ciatura è stata applicata dopo sabbiatura di grado Sa 2 ½ per la preparazione superficiale dell’acciaio3; il rivestimento è di natura epossidica con uno spessore di 240 µm. Sono state previste manutenzioni alla verniciatura dopo 20 e 40 anni dalla prima applicazione. L’unità funzionale prescelta, base per l’analisi comparativa LCA, è costituita dalla protezione di 1 m2 di superficie per una durata di 60 anni della struttura. La sezione dell’acciaio impiegato nella costruzione è di dimensioni medie con caratteristico rapporto superficie/peso di 20 m2/ ton. Come si vede dalla figura 6.3, la zincatura determina migliori performance per quanto riguarda il risparmio di risorse energetiche, ma anche tutti gli effetti ambientali rappresentati dagli altri indicatori utili ai fini dell’LCA (foto smog, eutrofizzazione, acidificazione). Un risultato interessante, che lo studio ha messo in evidenza, è che la zincatura a caldo delle 500 ton di acciaio impiegate nella costruzione del parcheggio zincato a caldo comporta una minore emissione di 57 tonnellate di CO2 nei 60 anni di vita utile.

Figura 6.3 Comparazione degli indici significativi per la comparazione LCA

Figura 6.4 Comparazione degli indici significativi per la comparazione LCA dopo differenti durate 3 La sabbiatura si divide in 3 classi di lavorazione dette Sa2, Sa2½, Sa3: Sa2 o spolverata, la superfice appare priva di residui estanei ma di colore scuro non uniforme; Sa21/2 o commerciale, la superficie si presenta perfettamente pulita di colore uniforme; Sa3 o incisione, la superficie perfettamente pulita presenta molteplici incisioni, il colore uniforme, in alcuni materiali (ferro) risulta lucido (da http://it.wikipedia.org/).

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ANALISI DI SOSTENIBILITÀ AMBIENTALE DELLA ZINCATURA A CALDO

I dati non cambiano significativamente per durate inferiori, ovvero per differenti tempi di osservazione. In figura 6.4 viene esposto un semplice confronto tra risultati ottenibili dopo differenti intervalli di tempo. Si noti come le performance risultano sempre migliori per la zincatura a caldo nel caso degli indici relativi a consumo energetico e effetto serra. Anche gli altri indici si allineano con questo trend dopo la manutenzione necessaria per la verniciatura posta convenzionalmente dopo 20 anni dalla istallazione del manufatto. C’è da rilevare che tale durata di due decenni per una verniciatura è fuori dall’ordinario e costituisce un dato a favore nella comparazione con la zincatura. Tabella 6.1 Glossario

INDICE ARGOMENTI BAT Best Availble Techniques EPD Environmental Product Declaration EMAS Ecomanagement Audit System GER Gross Energy Requirement GWP100 Global Warming Potential IPCS International Program Chemical Security IPP Integrated Product Policy IPPC Integrated Pollution Prevention and Control LCA Life Cicle Analysis LCT Life Cycle Thinking OMS PCR Product Category Rules PSR Product Specific Requirements RA Risk Assessment ORGANISMI SEMC Swedish Environmental Management Council

Migliori tecniche disponibili Dichiarazione ambientale di prodotto Sistema valutazione e informazione proprie prestazioni ambientali Fabbisogno di energia globale Effetto serra Programma internazionale per la sicurezza chimica Politica integrata di prodotto Prevenzione e controllo inquinamento integrati Analisi del ciclo di vita Criterio di valutazione basato sul concetto del ciclo di vita Organizzazione Mondiale Sanità Requisiti specifici di prodotto Requisiti di regole per categorie di prodotti Identificazione e valutazione dei possibili rischi nell’utilizzo di una sostanza

L’organismo svedese che ha implementato il sistema di certificazione ambientale EPD

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Tavole

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Processo di zincatura a caldo

La zincatura per immersione a caldo è il processo con cui viene applicato un rivestimento di zinco su un manufatto metallico generalmente di acciaio per proteggerlo dalla corrosione atmosferica. Nella zincatura a caldo viene effettuata l’immersione dei manufatti di acciaio in zinco fuso tenuto mediamente alla temperatura di 440-450°C; in questa fase lo zinco, oltre a ricoprire l’acciaio, entra anche in lega con lo strato superficiale conferendo resistenza meccanica e adesione del rivestimento al materiale trattato. Il processo può essere suddiviso nelle seguenti fasi, separate una dall’altra:

1. sgrassaggio: immersione in soluzione contenente tensioattivi; 2. decapaggio: immersione in soluzione di acido cloridrico diluito; 3. risciacquo in acqua 4. flussaggio: immersione in soluzione di ammonio cloruro e zinco cloruro; 5. essiccazione in forno (70-80°C) 6. zincatura: immersione in vasca di zinco fuso per il tempo necessario affinché l’acciaio raggiunga la stessa temperatura dello zinco.

Dopo zincatura, il materiale freddo, viene rifinito asportando meccanicamente le eventuali sgocciolature di zinco e, attraverso spazzolatura, gli eventuali residui di cenere presenti sulla superficie del materiale stesso.

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Tavola 1. Viste esterne delle nuove cantine della Cooperativa Mezzacorona. Progetto: Studio Cecchetto (Foto: Luca Campigotto)

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Tavola 2. Interni delle nuove cantine della Cooperativa Mezzacorona. Progetto: Studio Cecchetto (Foto: Luca Campigotto)

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Tavola 3. Galzigbahn, St. Anton, Austria. Stazione base per il sistema di funivie di montagna (immagini su concessione EGGA) Tavola 4. Gare dâ&#x20AC;&#x2122;OrlĂŠans, Parigi. Nuova struttura del tetto di una stazione ferroviaria di Parigi (immagini su concessione EGGA)

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Tavola 5. Barriera acustica autostradale in Olanda (immagini su concessione EGGA)

Tavola 6. Havenpost Dichterswijk, Utrecht (Olanda). Costruzione di porto adibita a ristorante e centro di informazioni (immagini su concessione EGGA)

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Tavola 7. Stazione di valle e di monte impianto â&#x20AC;&#x153;Piz La Villaâ&#x20AC;? a Corvara. (Foto concesse da Fondazione Promozione Acciaio)

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Tavola 8. Altri esempi di applicazione

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Bibliografia

The engineers and architects guide to hot-dip galvanizing, Galvanizers Association, UK The design of products to be hot-dip galvanized after fabrication (2005), American Galvanizers Association Hot-dip Galvanizing for corrosion protection. A specifiers guide (2006), American Galvanizers Association After fabrication hot-dip galvanizing. A pratical reference for designers, engineers, consultants manufacturers and users, Galvanizers Association of Australia Lucina Ciardi, Iginio Nizzola, Zincatura a caldo, Associazione Italiana Zincatura, 1998 Lello Pernice, Zincatura a caldo, Associazione Italiana Zincatura, 2007 G. Bianchi, F. Mazza, Corrosione e protezione dei materiali, terza edizione, Masson, 1989

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Librobp 2017  
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