熱浸鍍鋅性能及質(zhì)量要求

1、熱浸鍍鋅性能及質(zhì)量要求盧錦堂孔綱陳錦虹許喬瑜摘要根據(jù)鍍鋅層的防腐蝕作用及國家標(biāo)準(zhǔn)中對熱鍍鋅層質(zhì)量的規(guī)定，參照美、英、日等國及ISO熱鍍鋅標(biāo)準(zhǔn)中的有關(guān)規(guī)定和說明，對熱鍍鋅層的質(zhì)量要求問題進(jìn)行了探討。關(guān)鍵詞熱鍍鋅；鋅層質(zhì)量；標(biāo)準(zhǔn)中圖分類號TG174.443文獻(xiàn)標(biāo)識碼B文章編號1001-1560(2000)03-0021-03Quality Requirements for Hot Dip Galvanized CoatingLU Jin-tang, KONG Gang, CHEN Jin-hongAccording to the prescriptions of the quality requi

2、rements for hot dip galvanized coating in the state standards, and refering to the specifications of US, UK,Japan and ISO standards, the quality requirements for hot dip galvanized coating were comprehensively discussed by the authors.1前言對已加工好的鋼結(jié)構(gòu)如輸電鐵塔、公路護(hù)欄、路燈桿等的熱鍍鋅，又稱為批量熱鍍鋅(batch hot-dip galvanizin

3、g)或常規(guī)熱鍍鋅(general hot-dip galvanizing)。與生產(chǎn)鍍鋅鋼板、鋼絲的連續(xù)熱鍍鋅不同，常規(guī)熱鍍鋅鍍件浸鋅時間長，鍍層不經(jīng)吹抹，因而得到的鋅層較厚并具有較長的室外暴露使用壽命。我國于1992年頒布了對常規(guī)熱鍍鋅通用的國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 13912-921，此外較早采用并廣泛沿用至今的還有GB 2694-812。這兩個標(biāo)準(zhǔn)對熱鍍鋅的主要質(zhì)量要求已有明確規(guī)定，但相互間有差別，且與國外一些熱鍍鋅標(biāo)準(zhǔn)相比，對熱鍍鋅質(zhì)量要求的一些細(xì)節(jié)敘述不夠詳細(xì)。本文將參照美、英、日等國及ISO的熱鍍鋅標(biāo)準(zhǔn)37，對相關(guān)部分進(jìn)行介紹和討論。在討論熱鍍鋅層的質(zhì)量問題前，有必要概述一下熱鍍鋅層在鋼鐵防

4、腐蝕應(yīng)用中的一般規(guī)律。2熱鍍鋅層對鋼鐵防腐蝕的作用熱鍍鋅層對鋼鐵的保護(hù)效果比油漆或塑料層好得多。熱鍍鋅時，鋅與鋼鐵之間發(fā)生擴(kuò)散，生成鋅鐵金屬間化合物層，即合金層。合金層與鋼鐵以及鋅之間均為冶金結(jié)合，比漆類與鋼的結(jié)合更牢固。暴露在大氣環(huán)境中的熱鍍鋅層數(shù)十年也不會脫落，直至被完全自然腐蝕。鍍鋅層有小的裂紋或損壞時，鋅將以犧牲陽極的形式繼續(xù)防止裂紋或損壞處的鋼鐵生銹，這是鍍鋅層比其他涂鍍層優(yōu)越的主要特點(diǎn)。鐵鋅合金層含鋅在90%以上，對鋼鐵有與鋅近似的電化學(xué)保護(hù)作用；而且鐵鋅合金層硬度比純鋅高得多(接近純鐵)，因而鍍層抵抗碰撞和刮損的能力更高8。由于鋅能溶解于酸和強(qiáng)堿，熱鍍鋅層只能適用于一般大氣和天然

5、水環(huán)境中。鍍鋅層在接觸空氣和水時，會產(chǎn)生輕微的電化學(xué)腐蝕。在鄉(xiāng)村和空氣比較潔凈的地區(qū)，鍍鋅層能維持很多年，而在工業(yè)污梁區(qū)和海岸地區(qū)，鍍鋅層的耐用年限就較短。此外鍍層越厚，耐用年限也越長，耐用年限與厚度幾乎成正比。鍍層厚度也可用單位面積上鋅的質(zhì)量(g/m2)表示，1 m鍍層厚度對應(yīng)于7.2 g/m2的附鋅量1。對熱鍍鋅層耐用年限的試驗已有大量數(shù)據(jù)，由于具體試驗環(huán)境不同，這些數(shù)據(jù)有一定差異。比較典型、有代表性的數(shù)據(jù)見表1。表1鍍鋅產(chǎn)品耐用年限的規(guī)定5大氣暴露環(huán)境附鋅量400 g/m2附鋅量500 g/m2附鋅量600 g/m2附鋅量600 g/m2(無光)腐蝕量(g.m-2.a-1)耐用年數(shù)(a)

6、腐蝕量(g.m-2.a-1)耐用年數(shù)(a)腐蝕量(g.m-2.a-1)耐用年數(shù)(a)腐蝕量(g.m-2.a-1)耐用年數(shù)(a)重工業(yè)地帶40.1940.61140.11318.130海岸地帶10.83310.94110.85011.547郊外地帶5.4675.2865.21045.2104城市地帶17.52117.72517.73017.531注：(1)上述數(shù)值，由日本熱鍍鋅協(xié)會根據(jù)19641974年的大氣暴露試驗結(jié)果計算而得；(2)暴露地：重工業(yè)地帶在橫濱市鶴見工業(yè)高中，海岸地帶在伊良湖甲震觀測站，效外地帶在奈良?xì)庀笳?，城市地帶在東京大學(xué)工科部；(3)耐用年數(shù)的推定：根據(jù)鋅層達(dá)到90%損耗的

7、時間而定。 由于鍍層會在應(yīng)用中消耗，當(dāng)鐵鋅合金層逐漸暴露時，鍍層表面變得灰暗無光。而且腐蝕產(chǎn)物中含有少量的鐵銹(三價鐵)，會使鍍層表面呈現(xiàn)局部鐵銹顏色。對于易出現(xiàn)灰暗鍍層的鍍件，鍍層表面很少或基本沒有純鋅層，在鍍件使用短期內(nèi)就會出現(xiàn)這種“銹跡”，但這并不影響其保護(hù)作用，只是影響外觀。3熱鍍鋅層的質(zhì)量要求對鋅層質(zhì)量的要求主要包括外觀、厚度(附著量)和附著強(qiáng)度(附著性)，此外在GB 2694-81以及英、日標(biāo)準(zhǔn)中還提到均勻性(硫酸銅試驗)，以下對此逐一探討。3.1外觀所有鍍件表面應(yīng)清潔、無損傷。其主要表面應(yīng)平滑，無結(jié)瘤、鋅灰和露鐵現(xiàn)象。表面上極少量的儲運(yùn)斑點(diǎn)不應(yīng)為拒收的理由1。熱鍍鋅的目的是防腐蝕

8、而非裝飾，所以不能用美觀性來判斷質(zhì)量的好壞，熱鍍鋅后工件表面并不能比原基體表面好，如基體表面有嚴(yán)重的銹蝕抗、劃傷痕跡等，鍍鋅后仍會顯示原有的表面狀態(tài)。局部露鐵又稱漏鍍，氖標(biāo)準(zhǔn)都規(guī)定露鐵不可接受。露鐵處直徑小于2 mm時，由于鋅有犧牲性保護(hù)作用，對耐蝕性影響不大。GB/T 13912以及美國、英國標(biāo)準(zhǔn)都指出，漏鍍和不慎損壞的鍍層可以修復(fù)，并對允許修補(bǔ)的面積以及修補(bǔ)厚度都有較明確的要求。修復(fù)用的材料是與鍍鋅層性能接近的熔焊低熔點(diǎn)鋅合金、熱噴涂鋅或特別的富鋅涂料。修復(fù)的具體內(nèi)容包括材料、預(yù)處理、后處理等，在另一個專為修復(fù)熱鍍鋅層而制定的美國標(biāo)準(zhǔn)9中有詳細(xì)的介紹。毛刺、滴瘤和多余結(jié)塊很大時可能在安裝中

9、脫落，可小心地打磨去。但打磨過量會影響耐蝕性，故在不妨礙使用的情況下勿需處理。而連接處多余的鋅或鋅渣必須清除至不影響牢固安裝。由于鍍鋅工藝的缺陷，鋅層表面有時出現(xiàn)微粒狀的鋅凸起，里面是鋅渣粒子，影響鍍層外觀，但不影響耐蝕性。近年來由于鋼材大多為含硅的鎮(zhèn)靜鋼，容易出現(xiàn)灰暗無光鍍層，即鍍層表面沒有鋅的光澤并呈灰色，嚴(yán)重時呈暗灰色，這是鐵鋅合金層露出表面而造成的，對抗大氣腐蝕性能沒有影響。改變鍍鋅工藝和在鋅浴中加鎳可減少或消除灰暗鍍層的出現(xiàn)。但對硅含量特別高的鋼如低合金高強(qiáng)度鋼，目前國內(nèi)外還無法完全消除這種現(xiàn)象。堆放的鍍件表面會出現(xiàn)白色的痕跡，尤其是在潮濕天氣或雨后十分明顯，通常稱為儲存濕銹或白銹。

10、白銹是在特定環(huán)境(水分高，不通風(fēng))下生成的，一旦脫離這個環(huán)境便會逐漸消失。由于白銹對鋅層的消耗很小，所以對耐蝕性的影響也很小。如果希望熱鍍鋅制品保持開始時的光亮外觀，需要有特別的儲存條件。熱鍍鋅后立即加以鈍化處理可避免或減少這些白銹的出現(xiàn)。3.2鋅層厚度鋅層厚度直接關(guān)系到耐蝕壽命，必須予以保證。GB/T 13912中對鋼鐵零件鋅層厚度最小值的規(guī)定見表2，而GB 2694中則規(guī)定：鍍件厚度小于5 mm時，鋅附著量應(yīng)不低于460 g/m2，即鋅層厚度應(yīng)不低于65 m；鍍件厚度大于或等于5 mm時，鋅附著量應(yīng)不低于610 g/m2，即鋅層厚度應(yīng)不低于86 m。其他國家的熱鍍鋅標(biāo)準(zhǔn)中對鋼結(jié)構(gòu)件鋅層厚度

11、的規(guī)定見表36(表26中未列入有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中對鑄件及離心處理件的規(guī)定)。表2GB/T 13912-92的熱鍍鋅層最小厚度鋼構(gòu)件厚度(mm)h1.6h=1.53.03.0h6.0h6.0局部值(m)35455570平均值(m)45557085表3ASTM A123-89最小鍍層厚度要求(m)鋼構(gòu)件厚度(mm)h1.6h=1.63.2h=3.24.84.8h6.4h6.0結(jié)構(gòu)型鋼45658585100鋼板45657585100鋼管-757575線材4545656585表4BS 729-1971最低鍍層重量要求鋼構(gòu)件厚度(mm)1h22h5h5鋅層重量(g/m2)335460610鍍層厚度(m)4765

12、86注：標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的是鋅層重量，表中所給厚度為推算值，表5，6同。表5JIS H8641-82鋅層附著量最低要求鋼構(gòu)件厚度(mm)1h2h=23h=35h5腐蝕嚴(yán)重環(huán)境下使用者鋅層附著量(g/m2)350400450500550鍍層厚度(m)4956637077表6ISO 1461-1973(E)鋅層附著量最低要求鋼構(gòu)件厚度(mm)h1h=15h5單個試樣重量(g/m2)厚度(m)30042議定，隨鋼件厚度增加而增加45063所有試樣的平均值重量(g/m2)厚度(m)35049議定，隨鋼件厚度增加而增加50070對照上述標(biāo)準(zhǔn)看出，鍍件厚度決定鍍層厚度，這些內(nèi)容GB/T 13912比GB 269

13、4分類較細(xì)，這是比較合理的，因為厚工件獲得較厚鍍層沒有困難，而表面平滑的薄鋼板(如3 mm以下)想得到較厚鍍層則很困難。這也是向國際先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)靠攏的做法。此外，在對鍍層厚度的要求上，各標(biāo)準(zhǔn)有一定出入，其中美國標(biāo)準(zhǔn)ASTM A123要求較高，而日本標(biāo)準(zhǔn)JIS H8641和ISO 1461要求稍低，這是訂立合同時要注意明確的。3.3附著強(qiáng)度GB/T 13912規(guī)定：“熱鍍鋅層應(yīng)有足夠的附著強(qiáng)度，在無外應(yīng)力作用使鍍件彎曲或變形時，鍍層不應(yīng)出現(xiàn)剝離現(xiàn)象。本標(biāo)準(zhǔn)對附著強(qiáng)度的試驗方法未作規(guī)定。必要時，供需雙方可協(xié)定鍍層不剝離不凸起?！睙徨冧\層應(yīng)有足夠的附著性，保證鍍件在正常的搬動、裝卸、運(yùn)輸、安裝過程中經(jīng)受

14、碰撞時，鍍鋅層不會開裂或剝離。而鍍件安裝后，一般不會再經(jīng)受尖銳硬物的猛烈撞擊，在使用過程中不會再剝離脫落。錘擊試驗的條件比較苛刻，故能經(jīng)受錘擊試驗的鍍層附著性肯定沒有問題。早期由于鍍鋅件采用低硅鋼，鍍層厚度適中，合金層較薄而純鋅層較厚，經(jīng)受錘擊試驗均無問題。近年來由于硅鎮(zhèn)靜鋼的普及，超厚鍍層較多，鍍層中鐵鋅合金層往往較厚，甚至幾乎占據(jù)了整個鍍層，這些鍍層中有相當(dāng)部分可能通不過錘擊試驗，但使用時并無問題。ISO標(biāo)準(zhǔn)只要求“附著性足夠，使鍍件能經(jīng)受與正常使用相適應(yīng)的搬動而不發(fā)生鍍層剝皮脫落”，未要求錘擊試驗。在英國及日本標(biāo)準(zhǔn)中，附著性的試驗方法由供需雙方議定，可用錘擊試驗。美國標(biāo)準(zhǔn)從1989年起已

15、取消錘擊試驗，附著性試驗采用硬刀試驗，若鋅層附著性良好，鋒利的刀刃或尖刀用力鏟入時，只能鏟出切屑，不會有整片鋅層崩落而露出鐵基體。硬刀試驗可適用于所有類型的鍍鋅件，而錘擊試驗只適用于表面平整且工件較厚時，如日本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的8.0 mm以上和以前美國標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的7.9 mm以上。3.4均勻性早期的國外標(biāo)準(zhǔn)曾規(guī)定用硫酸銅試驗檢驗鋅層均勻性。硫酸銅試驗實(shí)際上是測定最小鋅層厚度的方法，不是測定最小厚度與最大厚度的差，所以“均勻性”說法不妥。而且純鋅層與鐵鋅合金層在硫酸銅溶液中的溶解速度有很大差異，因而浸入次數(shù)與附鋅量的對應(yīng)關(guān)系并不是很好。而GB 2694仍規(guī)定“鋅層應(yīng)均勻，用硫酸銅溶液浸蝕4次不露鐵”。實(shí)

16、際上，只要附鋅量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，硫酸銅試驗次數(shù)比標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的4次要多得多，實(shí)用性方面完全沒有問題，GB/T 13912采用的規(guī)定鋅層局部厚度最小值的辦法，即可直接控制最小鋅層厚度。在美國標(biāo)準(zhǔn)及ISO標(biāo)準(zhǔn)中，已取消了硫酸銅試驗；在英國標(biāo)準(zhǔn)中，規(guī)定當(dāng)供需雙方同意時可做硫酸銅試驗；在日本標(biāo)準(zhǔn)中，有一類鍍件可不規(guī)定鋅層附著量而只要求5次硫酸銅試驗，其他規(guī)定附鋅量的就不必做硫酸銅試驗。 4熱鍍鋅層質(zhì)量驗收時的一些問題及建議目前國內(nèi)許多廠家如大多數(shù)鐵塔廠，對鋅層質(zhì)量的常規(guī)檢驗不做硫酸銅試驗，只保證外觀、鋅層厚度和錘擊試驗，這是沒有問題的。對于一些薄鍍件或表面不平整鍍件的粘附性可參照“硬刀試驗”法來檢驗。當(dāng)錘擊試驗不合格而用“硬刀試驗”可通過時，則對使用并無大礙，可由供需雙方商議解決辦法。部分廠家與用戶只重視外觀質(zhì)量是否平整光亮而忽視鋅層厚度要求，甚至根本不做鋅層厚度測試，這是不應(yīng)該的。鍍層太薄的鍍件無法保證足夠的耐用壽命，尤其是采用較大加鋁量的鋅浴(如Zn-Al-RE,Zn-Al-Mg)時要特別注意，因為0.2%的鋁量已足以使鍍層明顯減薄，造成大量鍍層達(dá)不到要求。漏鍍是直接影響鍍件使用壽命的，是不允許的缺陷，不能簡單地以一層銀色油漆覆蓋了事。如漏鍍現(xiàn)象個別且面積小，又不便返鍍，可協(xié)商采用ASTM A780-809中的修補(bǔ)辦法。在遇到