劉亞尼 董 猛 汪元奎

(東方電氣集團(tuán)東方鍋爐股份有限公司，四川 自貢 643001)

熱浸鍍鋅是將表面處理后的鋼鐵材料組成的產(chǎn)品制件，浸入某一溫度下的熔融鋅浴中，一定時(shí)間后取出并冷卻(某些工藝過程可能存在離心處理，是去余鋅的一種方式)，從而得到具有良好耐蝕性的金屬鋅鍍層的一種方法。該鍍層與鋼鐵基材結(jié)合緊密，不但能夠有效地阻擋大氣環(huán)境中的腐蝕介質(zhì)的侵入，同時(shí)起到犧牲陽(yáng)極、保護(hù)鋼鐵基材的作用。

在電站鍋爐中，也涉及到相關(guān)熱浸鍍鋅技術(shù)的應(yīng)用，尤其對(duì)于不易進(jìn)行涂裝施工的部件，如平臺(tái)扶梯的欄桿、扶手、踢腳板，各類螺栓連接副，格柵，花紋鋼板及電纜橋架等。熱浸鍍鋅技術(shù)極大地提高了生產(chǎn)效率。

本文就熱浸鍍鋅產(chǎn)品的質(zhì)量評(píng)價(jià)、缺陷修復(fù)、鋅層涂裝等常見問題，結(jié)合國(guó)內(nèi)外規(guī)范進(jìn)行歸納論述，供相關(guān)技術(shù)人員參考。

1 熱浸鍍鋅質(zhì)量評(píng)價(jià)

1.1 熱浸鍍鋅層的外觀

對(duì)于鋼鐵材料鋅鍍層外觀，GB/T13912-2002[1]規(guī)定：“熱浸鋅制件，其主要表面應(yīng)平滑、無滴瘤、粗糙和鋅刺(如果這些鋅刺會(huì)造成傷害)，無起皮，無漏鍍，無殘留的溶劑渣，在可能影響熱浸鍍鋅工件的使用或耐腐蝕性能的部位不應(yīng)有鋅瘤和鋅灰”。

熱浸鍍鋅的主要目的是增強(qiáng)金屬材料的防腐蝕性能，美觀和裝飾性不應(yīng)作為判斷鋅層是否合格的依據(jù)(特殊要求除外)。對(duì)于不影響熱浸鍍鋅層的防腐蝕性能、且不會(huì)造成傷害、不影響相關(guān)產(chǎn)品后續(xù)使用的的鋅刺、滴瘤等可以不予處理。

這里還需要明確兩個(gè)問題：(1)鋅層顏色差異。新鮮的熱浸鍍鋅層其顏色明亮，久置鋅層會(huì)因?yàn)楸砻嫜趸伾野?，但這并不意味著兩者防腐性能的差異。在大氣環(huán)境中暴露足夠長(zhǎng)的時(shí)間后，其顏色會(huì)趨于一致；(2)鋅層表面的白銹。就體積變化而言，1份鋅將生成500份的銹蝕產(chǎn)物(主要成分是堿式碳酸鋅復(fù)合鹽)。盡管鋅層表面的白銹面積很大，但鋅層的損失非常輕微，僅在短期內(nèi)影響外觀質(zhì)量[2]。可以在熱鍍鋅后進(jìn)行鉻酸鹽、磷酸鹽防銹處理[3]。

1.2 熱浸鍍鋅層的厚度

熱浸鍍鋅層的厚度是影響其防腐性能的重要指標(biāo)。金屬材料獲得的鍍層厚度，這與金屬材料本身化學(xué)成分、表面狀態(tài)、幾何尺寸和熱浸鍍鋅工藝選擇等有關(guān)。一般認(rèn)為鍍層厚度越厚，防腐性能越好，壽命越長(zhǎng)；但鍍層過厚會(huì)導(dǎo)致外觀出現(xiàn)麻面現(xiàn)象，同時(shí)降低鍍層與基材的附著力。

針對(duì)不同產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)，應(yīng)用于不同基材的熱浸鍍鋅層的厚度要求，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)給出了建議：(1)非螺紋件標(biāo)準(zhǔn)，如GB/T13912(等同于ISO1461)、ASTM A123、JIS H8461、DIN 50976、BS 729等，電站鍋爐中主要應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)是GB/T13912和ASTM A123；(2)螺紋件鍍層標(biāo)準(zhǔn)：如ASTM A153、GB/T5267.3-2008(等同ISO10684：2004)。現(xiàn)將非螺紋件的鋅層厚度規(guī)范歸納于表1至表4。至于緊固件，如螺栓、螺帽和螺絲涂層厚度的判定應(yīng)設(shè)定在產(chǎn)品的某一部份，但不包螺紋部分。

表1 GB/T13912關(guān)于鍍層厚度規(guī)定—未經(jīng)離心處理的鍍層厚度最小值

表2 GB/T13912關(guān)于鍍層厚度規(guī)定—經(jīng)離心處理的鍍層厚度最小值

表3 ASTM A123關(guān)于鍍層厚度規(guī)定—不同材料類別的最小平均厚度等級(jí)

表4 ASTM A153關(guān)于緊固件鍍層厚度規(guī)定—各種材料等級(jí)的熱浸鋅層的厚度或重量

注：每一零件的長(zhǎng)度及指定等級(jí)B-1、B-2、B-3，參照每一零件制造后的成品尺寸[5]。

這些標(biāo)準(zhǔn)的鍍鋅層厚度值的設(shè)定，主要是基于各國(guó)的工業(yè)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，在厚度值的設(shè)置上，差別并不大。在進(jìn)行鍍層設(shè)計(jì)時(shí)，建議參照以此類標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，不可一味增加鍍層厚度。

2 熱浸鍍鋅層缺陷修復(fù)

在生產(chǎn)、儲(chǔ)存、運(yùn)輸及安裝過程中，不可避免地會(huì)對(duì)鍍層產(chǎn)生一定程度上的破壞，常見鍍層的缺陷有：漏鍍、切割燒傷、碰撞、焊接燒損等。對(duì)于這些常見的鍍層缺陷的修復(fù)，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)分別給出了一些方法和規(guī)定。

2.1 GB/T13912-2002[1]對(duì)于鍍層的修復(fù)主要基于生產(chǎn)過程所導(dǎo)致的漏鍍，主要規(guī)定如下：

1)修復(fù)范圍，熱鍍鋅層的修復(fù)主要針對(duì)漏鍍面，漏鍍面不應(yīng)超過總面積的0.5%，總面積不應(yīng)超過10cm2；

2)修復(fù)方法，主要有三種即熱噴涂鋅、涂覆富鋅涂料或者融敷鋅合金，強(qiáng)調(diào)了修復(fù)層的厚度要求：熱浸鍍鋅后還要進(jìn)行涂裝處理或者修復(fù)層的厚度須與原鍍鋅層的厚度相同，且修復(fù)區(qū)域內(nèi)新的涂層厚度比本文表1或者表2要求的相應(yīng)厚度厚30μm以上。

2.2 ASTM A123[4]對(duì)于鍍層缺陷漏鍍修復(fù)的規(guī)定：

1)修復(fù)方式參照ASTM A780[6]執(zhí)行；

2)要進(jìn)行修復(fù)的部分在其最窄處不應(yīng)該大于1英寸(25mm)；

3)每件產(chǎn)品上要修復(fù)的總面積不應(yīng)該超過下面兩者中的較小的：要鍍鋅總面積0.5%，或者36平方英寸每噸(22500mm2·t-1)；

4)除采用鋅涂層修復(fù)外，修復(fù)的鍍鋅厚度應(yīng)該滿足本文表3要求；涂鋅的修復(fù)其厚度要比表3所要求的多50%，但是不超過0.004英寸。

2.3 ASTM A780[6]對(duì)于鍍層缺陷漏鍍修復(fù)的規(guī)定：

1)確定了修復(fù)的熱浸鋅涂層的種類，包括焊接或者切割導(dǎo)致的涂層燒傷、碰撞導(dǎo)致涂層損傷及首次熱浸鋅后的未涂裝區(qū)域；

2)介紹三種熱鍍鋅涂層缺陷修補(bǔ)工藝，包括鋅基合金修補(bǔ)、含鋅涂料修補(bǔ)、熱噴涂修補(bǔ)。

此三種工藝中，以含鋅涂料修補(bǔ)最為方便實(shí)施，在電站鍋爐現(xiàn)場(chǎng)施工中最為常用。

3 熱浸鍍鋅層涂裝

由于設(shè)計(jì)需要(如防腐、美觀、安全色要求等)，部分熱浸鍍鋅產(chǎn)品表面需要進(jìn)行涂裝。熱浸鍍鋅層表面是相對(duì)光滑的，如果直接在熱鍍鋅層表面進(jìn)行涂裝，油漆涂層與熱鍍鋅層之間的附著力較差，出現(xiàn)涂層剝落的風(fēng)險(xiǎn)極大，如何保證油漆涂層良好的附著力是一個(gè)關(guān)鍵問題。

3.1 掃射處理

ISO12944-4[7]這樣介紹：掃射清理的目的僅僅是為了清理或者粗化有機(jī)或者金屬涂層，或者去除表面層(或者附著疏松的涂層)，從而確保附著牢固涂層不會(huì)因?yàn)槟チ蠜_擊產(chǎn)生凹坑和剝落露出基材。

處理過程選取相應(yīng)的面積區(qū)域進(jìn)行試驗(yàn)和評(píng)定，并且選擇合適的掃射清理參數(shù)，這些參數(shù)包括磨料硬度、噴射角度、噴槍與基材的距離，空氣壓力、磨料尺寸。一般情況下，掃射清理選擇較低的空氣壓力和細(xì)砂。

由于熱鍍鋅層厚度是相對(duì)較低且不均勻的，掃射處理的過程中，應(yīng)該輕微地粗化表面鋅層，否則會(huì)大大地減薄鍍層本身厚度。掃射處理的工藝應(yīng)參照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求或者通過試驗(yàn)確定。

3.2 AS/NZS4680[8]關(guān)于掃射處理的規(guī)定：

1)細(xì)顆粒的非金屬磨料(如鈦鐵礦、石榴石等)；

2)磨料尺寸大小應(yīng)通過篩孔尺寸為150-180μm的篩網(wǎng)(80-100目)進(jìn)行篩選；

3)掃射壓力為275KPa(40psi)；

4)掃射方向與表面的夾角不應(yīng)大于45°；

5)噴嘴與表面的距離在350-400mm之間；

6)選用10-13mm的文丘里式噴嘴。

正常情況下，采用此工藝可以確保此等強(qiáng)度的掃射清理不會(huì)損壞熱浸鍍鋅層表面，且去除的鍍層厚度不會(huì)高于10μm。掃射清理結(jié)束后，應(yīng)該按照涂裝方案盡快進(jìn)行涂裝施工，ASTM D6386[9]規(guī)定掃射清理到第一道底漆的時(shí)間間隔不超過1h。

不同的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于掃射工藝參數(shù)的要求會(huì)不一樣(ASTM D6386要求不同于AS/NZS4680)，不同的生產(chǎn)廠家也會(huì)有相應(yīng)的自己工藝要求。但是無論采取何種工藝，都應(yīng)保證不會(huì)對(duì)金屬鍍鋅層本身產(chǎn)生影響或者不低于標(biāo)準(zhǔn)要求的鍍層厚度。

除掃射處理外，ASTM D6386[9]還介紹了待涂裝熱浸鍍鋅層表面的其他三種表面處理方法：磷酸鋅處理(磷化處理)、磷化底漆處理和丙烯酸鈍化處。

3.3 涂層體系的選擇

鍍鋅層表面的涂層體系選擇可依據(jù)《鋼鐵制件熱浸鍍和滲鍍》，ISO12944等相關(guān)要求執(zhí)行?？紤]到涂層與鍍鋅層的相容性，底漆選擇應(yīng)與基材具有良好的附著性能，且不與之反應(yīng)產(chǎn)生對(duì)涂層性能有害的涂料類型。參照ISO12944-5規(guī)定，底漆可選擇氯化乙烯樹脂類、丙烯酸樹脂類、環(huán)氧樹脂類及聚氨酯類，不建議選擇醇酸類樹脂涂料。

考慮到面漆與底漆的配套性，推薦方案如下[2]：

1)環(huán)氧類底漆+各類聚氨酯面漆；

2)噴砂表面+磷化底漆+乙烯型面漆；

3)丙烯酸類涂料；

4)耐候性粉末涂料(如聚氨酯)；

5)聚氨酯類涂料；

6)氯化乙烯類涂料。

如用于修復(fù)鍍層缺陷，面漆顏色可考慮與鍍鋅層保持一致。鍋爐部件如欄桿扶手的等部件，由于其構(gòu)造以較小半徑的鋼管為主，曲率較大，采用手工涂裝作業(yè)的難度也相對(duì)較大，一般采用靜電粉末噴涂聚氨酯涂料，涂層厚度在80μm左右，涂層過厚易出現(xiàn)附著力不佳的現(xiàn)象。

4 緊固件熱浸鍍鋅

采用熱浸鍍鋅的緊固件，螺紋基本牙型應(yīng)符合GB/T192規(guī)定，基本尺寸應(yīng)符合GB/T196規(guī)定，其螺紋直徑與螺距系列應(yīng)符合GB/T9144所規(guī)定的、公稱直徑大于和等于10mm的粗牙系列。GB/T5267.3、GB/T22028及GB/T22029也有相關(guān)的規(guī)定。通常緊固件熱浸鍍鋅主要注意問題有以下兩個(gè)方面。

4.1 氫脆

氫脆是一種通常發(fā)生在高強(qiáng)度鋼中的脆化現(xiàn)象。零件熱浸鍍鋅前處理的過程中涉及到酸洗，酸洗時(shí)氫原子可能被鋼基體吸收，逐步聚集在于鋼的晶界、位錯(cuò)等地方，且不能完全溶解于后續(xù)的高溫鋅液中，可能導(dǎo)致緊固件發(fā)生氫脆斷裂。

氫脆預(yù)防措施：1)GB/T5267.3-2008[10]中規(guī)定：除非另有協(xié)議，熱處理，熱處理或者加工硬化的硬度大于等于320HV的零件應(yīng)采用防腐蝕酸、堿性或者機(jī)械方法進(jìn)行清洗；2)GB/T13912-2002則將鋼的硬度上限稍有提高，其規(guī)定：如果鋼的硬度高于34HRC、340HV或325HB，在前處理中應(yīng)盡量將吸氫量降到最低程度，如采用噴丸處理(僅適合幾何結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單的工件)；3)在熱浸鍍鋅以前和酸洗以后，進(jìn)行烘烤[3]。

4.2 配合及強(qiáng)度

4.2.1 配合方面

熱浸鍍鋅后，會(huì)有部分余鋅粘留在螺紋中，且不易去除干凈，加之鍍層厚度的不均勻性，會(huì)對(duì)螺紋件的配合產(chǎn)生一定影響。雖然可采取相應(yīng)措施減少此種情況的發(fā)生，但是配合問題仍然是存在的。

目前，為滿足配合要求，主要采用兩種方法：1)內(nèi)螺紋鍍后攻絲所留大間隙用于容納外螺紋表面上的熱鍍鋅層，外螺紋鍍前采用普通螺紋標(biāo)準(zhǔn)(GB/T197)所規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)公差帶位置和標(biāo)準(zhǔn)公差等級(jí)[11]；2)外螺紋鍍前所留大間隙用于容納外螺紋表面上的熱鍍鋅層，內(nèi)螺紋鍍后攻絲采用普通螺紋標(biāo)準(zhǔn)(GB/T197)所規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)公差帶位置和標(biāo)準(zhǔn)公差等級(jí)[12]。

4.2.2 強(qiáng)度方面

無論采取以上何種方法，由于修整螺紋降低了剪切強(qiáng)度，連接副的強(qiáng)度也會(huì)降低，為了盡量保證連接副的強(qiáng)度要求，可參考GB/T5267.3[10]的附錄F提及的相關(guān)措施，如螺栓的抗拉強(qiáng)度不低于GB/T3098.1的最小抗拉強(qiáng)度、較高性能等級(jí)的螺母與螺栓相配等。因此在設(shè)計(jì)中需要引起注意，進(jìn)行螺栓承載力的設(shè)計(jì)時(shí)有必要預(yù)留一定的安全儲(chǔ)備。

雖然螺母內(nèi)螺紋進(jìn)行攻絲會(huì)破壞鍍層，但這是國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)所允許的。因?yàn)榕c螺母配合的螺桿上仍然存在鍍層，電化學(xué)作用仍能起到有效地防腐保護(hù)作用[13]。

這里需要說明的是，如果一定要求螺紋件的內(nèi)外螺紋均有鋅鍍層，也可以在熱浸鍍鋅前預(yù)留較大配合間隙、加強(qiáng)離心等措施，但是由于熱鍍鋅層厚度難以有效控制，最后配合的難度也會(huì)相對(duì)增大，生產(chǎn)制造的成功率會(huì)有所下降。故意超標(biāo)準(zhǔn)范圍加大螺母孔徑或預(yù)留配合間隙，很容易降低配合強(qiáng)度，對(duì)于高強(qiáng)度配合這是不允許的[14]。

5 結(jié)論

熱浸鍍鋅是一種有效減緩鋼鐵制件大氣腐蝕的防護(hù)方法，在電站鍋爐產(chǎn)品上得到了廣泛的應(yīng)用。本文總結(jié)歸納了熱浸鍍鋅產(chǎn)品的質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)、缺陷修復(fù)、表面涂裝、緊固件配合及強(qiáng)度變化等方面的相關(guān)規(guī)定，對(duì)幫助技術(shù)人員了解熱浸鍍鋅工藝的技術(shù)優(yōu)勢(shì)及存在的問題具有指導(dǎo)意義。