转载热镀锌性能及质量要求.doc

转载 热镀锌性能及质量要求转载热镀锌性能及质量要求 2011年03月27日1 前言 对已加工好的钢结构如输电铁塔、公路护栏、路灯杆等的热镀锌，又称为批量热镀锌(batch hot-dip galvanizing)或常规热镀锌(general hot-dip galvanizing)。与生产镀锌钢板、钢丝的连续热镀锌不同，常规热镀锌镀件浸锌时间长，镀层不经吹抹，因而得到的锌层较厚并具有较长的室外暴露使用寿命。我国于1992年颁布了对常规热镀锌通用的国家标准GB/T 13912-921，此外较早采用并广泛沿用至今的还有GB 2694-812。这两个标准对热镀锌的主要质量要求已有明确规定，但相互间有差别，且与国外一些热镀锌标准相比，对热镀锌质量要求的一些细节叙述不够详细。本文将参照美、英、日等国及ISO的热镀锌标准37，对相关部分进行介绍和讨论。 在讨论热镀锌层的质量问题前，有必要概述一下热镀锌层在钢铁防腐蚀应用中的一般规律。 2 热镀锌层对钢铁防腐蚀的作用 热镀锌层对钢铁的保护效果比油漆或塑料层好得多。热镀锌时，锌与钢铁之间发生扩散，生成锌铁金属间化合物层，即合金层。合金层与钢铁以及锌之间均为冶金结合，比漆类与钢的结合更牢固。暴露在大气环境中的热镀锌层数十年也不会脱落，直至被完全自然腐蚀。 镀锌层有小的裂纹或损坏时，锌将以牺牲阳极的形式继续防止裂纹或损坏处的钢铁生锈，这是镀锌层比其他涂镀层优越的主要特点。铁锌合金层含锌在90%以上，对钢铁有与锌近似的电化学保护作用；而且铁锌合金层硬度比纯锌高得多(接近纯铁)，因而镀层抵抗碰撞和刮损的能力更高8。 由于锌能溶解于酸和强碱，热镀锌层只能适用于一般大气和天然水环境中。镀锌层在接触空气和水时，会产生轻微的电化学腐蚀。在乡村和空气比较洁净的地区，镀锌层能维持很多年，而在工业污梁区和海岸地区，镀锌层的耐用年限就较短。此外镀层越厚，耐用年限也越长，耐用年限与厚度几乎成正比。镀层厚度也可用单位面积上锌的质量(g/m2)表示，1 m镀层厚度对应于7.2 g/m2的附锌量1。对热镀锌层耐用年限的试验已有大量数据，由于具体试验环境不同，这些数据有一定差异。比较典型、有代表性的数据见表1。 表1 镀锌产品耐用年限的规定5 大气 暴露环境 附锌量 400 g/m2 附锌量 500 g/m2 附锌量 600 g/m2 附锌量 600 g/m2(无光) 腐蚀量 (g.m-2 .a-1) 耐用 年数 (a) 腐蚀量 (g.m-2 .a-1) 耐用 年数 (a) 腐蚀量 (g.m-2 .a-1) 耐用 年数 (a) 腐蚀量 (g.m-2 .a-1) 耐用 年数 (a) 重工业地带 40.1 9 40.6 11 40.1 13 18.1 30 海岸地带 10.8 33 10.9 41 10.8 50 11.5 47 郊外地带 5.4 67 5.2 86 5.2 104 5.2 104 城市地带 17.5 21 17.7 25 17.7 30 17.5 31 注：(1)上述数值，由日本热镀锌协会根据19641974年的大气暴露 试验结果计算而得； (2)暴露地：重工业地带在横滨市鹤见工业高中，海岸地带在伊良 湖甲震观测站，效外地带在奈良气象站，城市地带在东京大学 工科部； (3)耐用年数的推定：根据锌层达到90%损耗的时间而定。 由于镀层会在应用中消耗，当铁锌合金层逐渐暴露时，镀层表面变得灰暗无光。而且腐蚀产物中含有少量的铁锈(三价铁)，会使镀层表面呈现局部铁锈颜色。对于易出现灰暗镀层的镀件，镀层表面很少或基本没有纯锌层，在镀件使用短期内就会出现这种“锈迹”，但这并不影响其保护作用，只是影响外观。 3 热镀锌层的质量要求 对锌层质量的要求主要包括外观、厚度(附着量)和附着强度(附着性)，此外在GB 2694-81以及英、日标准中还提到均匀性(硫酸铜试验)，以下对此逐一探讨。 3.1 外观 所有镀件表面应清洁、无损伤。其主要表面应平滑，无结瘤、锌灰和露铁现象。表面上极少量的储运斑点不应为拒收的理由1。 热镀锌的目的是防腐蚀而非装饰，所以不能用美观性来判断质量的好坏，热镀锌后工件表面并不能比原基体表面好，如基体表面有严重的锈蚀抗、划伤痕迹等，镀锌后仍会显示原有的表面状态。 局部露铁又称漏镀，氖标准都规定露铁不可接受。露铁处直径小于2 mm时，由于锌有牺牲性保护作用，对耐蚀性影响不大。GB/T 13912以及美国、英国标准都指出，漏镀和不慎损坏的镀层可以修复，并对允许修补的面积以及修补厚度都有较明确的要求。修复用的材料是与镀锌层性能接近的熔焊低熔点锌合金、热喷涂锌或特别的富锌涂料。修复的具体内容包括材料、预处理、后处理等，在另一个专为修复热镀锌层而制定的美国标准9中有详细的介绍。 毛刺、滴瘤和多余结块很大时可能在安装中脱落，可小心地打磨去。但打磨过量会影响耐蚀性，故在不妨碍使用的情况下勿需处理。而连接处多余的锌或锌渣必须清除至不影响牢固安装。 由于镀锌工艺的缺陷，锌层表面有时出现微粒状的锌凸起，里面是锌渣粒子，影响镀层外观，但不影响耐蚀性。 近年来由于钢材大多为含硅的镇静钢，容易出现灰暗无光镀层，即镀层表面没有锌的光泽并呈灰色，严重时呈暗灰色，这是铁锌合金层露出表面而造成的，对抗大气腐蚀性能没有影响。改变镀锌工艺和在锌浴中加镍可减少或消除灰暗镀层的出现。但对硅含量特别高的钢如低合金高强度钢，目前国内外还无法完全消除这种现象。 堆放的镀件表面会出现白色的痕迹，尤其是在潮湿天气或雨后十分明显，通常称为储存湿锈或白锈。白锈是在特定环境(水分高，不通风)下生成的，一旦脱离这个环境便会逐渐消失。由于白锈对锌层的消耗很小，所以对耐蚀性的影响也很小。如果希望热镀锌制品保持开始时的光亮外观，需要有特别的储存条件。热镀锌后立即加以钝化处理可避免或减少这些白锈的出现。 3.2 锌层厚度 锌层厚度直接关系到耐蚀寿命，必须予以保证。GB/T 13912中对钢铁零件锌层厚度最小值的规定见表2，而GB 2694中则规定：镀件厚度小于5 mm时，锌附着量应不低于460 g/m2，即锌层厚度应不低于65 m；镀件厚度大于或等于5 mm时，锌附着量应不低于610 g/m2，即锌层厚度应不低于86 m。其他国家的热镀锌标准中对钢结构件锌层厚度的规定见表36(表26中未列入有关标准中对铸件及离心处理件的规定)。 表2 GB/T 13912-92的热镀锌层最小厚度 钢构件厚度(mm) h1.6 h=1.53.0 3.0h6.0 h6.0 局部值(m) 35 45 55 70 平均值(m) 45 55 70 85 表3 ASTM A123-89最小镀层厚度要求(m) 钢构件 厚度(mm) h1.6 h=1.63.2 h=3.24.8 4.8h6.4 h6.0 结构型钢 45 65 85 85 100 钢板 45 65 75 85 100 钢管 - - 75 75 75 线材 45 45 65 65 85 表4 BS 729-1971最低镀层重量要求 钢构件厚度(mm) 1h2 2h5 h5 锌层重量(g/m2) 335 460 610 镀层厚度(m) 47 65 86 注：标准中规定的是锌层重量，表中所给厚度为推算值，表5，6同。 表5 JIS H8641-82锌层附着量最低要求 钢构件厚度 (mm) 1h2 h=23 h=35 h5 腐蚀严重环 境下使用者 锌层附着量(g/m2) 350 400 450 500 550 镀层厚度(m) 49 56 63 70 77 表6 ISO 1461-1973(E)锌层附着量最低要求 钢构件厚度(mm) h1 h=15 h5 单个试样 重量(g/m2) 厚度(m) 300 42 议定，随钢件厚度 增加而增加 450 63 所有试样的 平均值 重量(g/m2) 厚度(m) 350 49 议定，随钢件厚度 增加而增加 500 70 对照上述标准看出，镀件厚度决定镀层厚度，这些内容GB/T 13912比GB 2694分类较细，这是比较合理的，因为厚工件获得较厚镀层没有困难，而表面平滑的薄钢板(如3 mm以下)想得到较厚镀层则很困难。这也是向国际先进标准靠拢的做法。此外，在对镀层厚度的要求上，各标准有一定出入，其中美国标准ASTM A123要求较高，而日本标准JIS H8641和ISO 1461要求稍低，这是订立合同时要注意明确的。 3.3 附着强度 GB/T 13912规定：“热镀锌层应有足够的附着强度，在无外应力作用使镀件弯曲或变形时，镀层不应出现剥离现象。本标准对附着强度的试验方法未作规定。必要时，供需双方可协定镀层不剥离不凸起。” 热镀锌层应有足够的附着性，保证镀件在正常的搬动、装卸、运输、安装过程中经受碰撞时，镀锌层不会开裂或剥离。而镀件安装后，一般不会再经受尖锐硬物的猛烈撞击，在使用过程中不会再剥离脱落。锤击试验的条件比较苛刻，故能经受锤击试验的镀层附着性肯定没有问题。 早期由于镀锌件采用低硅钢，镀层厚度适中，合金层较薄而纯锌层较厚，经受锤击试验均无问题。近年来由于硅镇静钢的普及，超厚镀层较多，镀层中铁锌合金层往往较厚，甚至几乎占据了整个镀层，这些镀层中有相当部分可能通不过锤击试验，但使用时并无问题。 ISO标准只要求“附着性足够，使镀件能经受与正常使用相适应的搬动而不发生镀层剥皮脱落”，未要求锤击试验。在英国及日本标准中，附着性的试验方法由供需双方议定，可用锤击试验。美国标准从1989年起已取消锤击试验，附着性试验采用硬刀试验，若锌层附着性良好，锋利的刀刃或尖刀用力铲入时，只能铲出切屑，不会有整片锌层崩落而露出铁基体。硬刀试验可适用于所有类型的镀锌件，而锤击试验只适用于表面平整且工件较厚时，如日本标准规定的8.0 mm以上和以前美国标准规定的7.9 mm以上。 3.4 均匀性 早期的国外标准曾规定用硫酸铜试验检验锌层均匀性。硫酸铜试验实际上是测定最小锌层厚度的方法，不是测定最小厚度与最大厚度的差，所以“均匀性”说法不妥。而且纯锌层与铁锌合金层在硫酸铜溶液中的溶解速度有很大差异，因而浸入次数与附锌量的对应关系并不是很好。而GB 2694仍规定“锌层应均匀，用硫酸铜溶液浸蚀4次不露铁”。实际上，只要附锌量达到标准，硫酸铜试验次数比标准规定的4次要多得多，实用性方面完全没有问题，GB/T 13912采用的规定锌层局部厚度最小值的办法，即可直接控制最小锌层厚度。 在美国标准及ISO标准中，已取消了硫酸铜试验；在英国标准中，规定当供需双方同意时可做硫酸铜试验；在日本标准中，有一类镀件可不规定锌层附着量而只要求5次硫酸铜试验，其他规定附锌量的就不必做硫酸铜试验。 4 热镀锌层质量验收时的一些问题及建议 目前国内许多厂家如大多数铁塔厂，对锌层质量的常规检验不做硫酸铜试验，只保证外观、锌层厚度和锤击试验，这是没有问题的。对于一些薄镀件或表面不平整镀件的粘附性可参照“硬刀试验”法来检验。当锤击试验不合格而用“硬刀试验”可通过时，则对使用并无大碍，可由供需双方商议解决办法。 部分厂家与用户只重视外观质量是否平整光亮而忽视锌层厚度要求，甚至根本不做锌层厚度测试，这是不应该的。镀层太薄的镀件无法保证足够的耐用寿命，尤其是采用较大加铝量的锌浴(如Zn-Al-RE,Zn-Al-Mg)时要特别注意，因为0.2%的铝量已足以使镀层明显减薄，造成大量镀层达不到要求。 漏镀是直接影响镀件使用寿命的，是不允许的缺陷，不能简单地以一层银色油漆覆盖了事。如漏镀现象个别且面积小，又不便返镀，可协商采用ASTM A780-809中的修补办法。 在遇到含硅量特别高的钢材镀锌时，灰暗无光