設備受壓元件不得使用鍍鋅緊固件，標準這樣說
發布日期：2022-07-16 點擊率：79
GB/Z41117-2021《緊固件 鋼制緊固件氫脆基本原理》為國標指導性技術文件，將于2022年7月1號正式實施，該標準應該是首次發布，等同采用、轉化自ISO/TR 20491: 2019，英文好的同學可以看這個ISO的原文。
為什么會關心這個標準？這還得從“六合一”HG/T20581-2020《鋼制化工容器材料選用規范》的5.6.7條說起，5.6.7規定：受壓元件不得使用鍍鋅、鍍鎘的螺栓、螺柱。一般傾向于認為，標準這么規定是出于防止氫脆考慮。
現行的HG/T20581-2011《鋼制化工容器材料選用規定》的6.6.7規定，受壓元件不得使用鍍鋅、鍍鎘的螺栓、螺柱。而新版HG20581審查稿中的5.6.7也有同樣的規定。
電鍍表面處理由于工藝成熟和成本可控，成為緊固件常用的一類表面處理方式，如鍍鋅、鍍銅、鍍鋅鎳、鍍鋅鐵、鍍鉻等。但是表面電鍍的緊固件(尤其是高強度緊固件)存在氫脆的風險。
這是因為，在電鍍前清洗時，通常采用酸洗除銹和除氧化皮，酸洗過程中會產生氫。陰極除油時也會產生氫。電鍍過程中，作為陰極的被鍍零件在獲得鍍層的同時在零件金屬內部也會滲入了氫。另外，不同基體的材料，陰極滲氫程度不同，如Pd＞Ti＞Cr＞Mn等。由此可見，電鍍中高強度緊固件的氫脆問題主要來自內部。
由于氫具有很大的擴散速度，容易通過各種細小的空隙，新生態的氫原子會滲透到金屬材料的空穴中，造成很大的內應力。在很多材料特別是在高強度材料中，由于加工、焊接所產生的應力，且金屬基體本身就可能存在一些微裂紋，如果此時滲氫，氫氣所引起的高壓，就會使零件在承受外界壓力的情況下斷裂，造成質量事故。
對于鍍鎘還應注意：
鍍鎘層的耐腐蝕性能較好，特別是在海洋性大氣環境下，其耐腐蝕效果較其他表面處理較好，但鍍鎘處理易產生環境污染，因此加工過程中的廢液處理費用大，成本高。所以在一般行業中不使用，僅用于一些特定環境，如用于石油鉆井平臺和航天飛機用的緊固件等。
因為鋼結構上、國外設備上的鍍鋅緊固件用的還不少，甚至是一些強度不亞于設備上常用的35CrMoA的高強度緊固件。事實上，橋梁等鋼結構對安全性的要求，不亞于甚至于高于壓力容器。所以，這條5.6.7是可以討論的。
值得注意的是，在GB/Z41117-2021中，高強度鋼制緊固件指的是抗拉強度Rm超過1000MPa的緊固件，而在GB/T150.2中35CrMo鋼棒的Rm最大為835MPa(M22及以下)。
當然，爭議歸爭議，在標準調整之前咱們還是不宜輕舉妄動，當然不單是指HG/T 20581，還有HG管法蘭、NB容器法蘭等標準，它對緊固件的表面處理也是有要求的。
提一嘴，平時要求以發黑代發藍的、推薦用達克羅(鋅鉻涂層)的也不少，你猜我們敢不敢？
根據GB/Z41117的介紹，ASTM緊固件委員會禁止對ASTM A490高強螺栓進行熱浸鍍鋅，但在歐洲和其他地區對10.9級螺栓進行熱浸鍍鋅是一種標準作法(需采取一定的預防氫脆措施)。ASTM的”禁令“可能有些“誤會”，有點“矯枉過正”，鍍鋅是有可能引起氫脆，但它也背了一些鍋。
要發生氫脆有三個要素，包括材料敏感性、拉應力、氫。其中，氫只是誘發因素，而非根本原因，關鍵還在于材料本身。標準指出，硬度范圍240HV~390HV的熱浸鍍鋅對氫脆并不敏感。事實表明，ISO 898-1中10.9級、ASTM A354 BD等高強螺栓進行熱浸鍍鋅是常規工藝且安全的。
至于鍍鋅中氫的來源，標準提到了一種更為科學和準確的認識：鋼生產過程中不可避免殘留的少量氫，會被材料內部的陷阱捕獲，而熱浸鋅過程中，溫度的急增會使上述殘留的氫被釋放，但表面鍍鋅層阻止了氫的逸出，使得氫在晶界處聚集。
更多、更詳細的知識，請參看標準。
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