设备受压元件不得使用镀锌紧固件，标准这样说
发布日期：2022-07-16 点击率：66
GB/Z41117-2021《紧固件 钢制紧固件氢脆基本原理》为国标指导性技术文件，将于2022年7月1号正式实施，该标准应该是首次发布，等同采用、转化自ISO/TR 20491: 2019，英文好的同学可以看这个ISO的原文。
为什么会关心这个标准？这还得从“六合一”HG/T20581-2020《钢制化工容器材料选用规范》的5.6.7条说起，5.6.7规定：受压元件不得使用镀锌、镀镉的螺栓、螺柱。一般倾向于认为，标准这么规定是出于防止氢脆考虑。
现行的HG/T20581-2011《钢制化工容器材料选用规定》的6.6.7规定，受压元件不得使用镀锌、镀镉的螺栓、螺柱。而新版HG20581审查稿中的5.6.7也有同样的规定。
电镀表面处理由于工艺成熟和成本可控，成为紧固件常用的一类表面处理方式，如镀锌、镀铜、镀锌镍、镀锌铁、镀铬等。但是表面电镀的紧固件(尤其是高强度紧固件)存在氢脆的风险。
这是因为，在电镀前清洗时，通常采用酸洗除锈和除氧化皮，酸洗过程中会产生氢。阴极除油时也会产生氢。电镀过程中，作为阴极的被镀零件在获得镀层的同时在零件金属内部也会渗入了氢。另外，不同基体的材料，阴极渗氢程度不同，如Pd＞Ti＞Cr＞Mn等。由此可见，电镀中高强度紧固件的氢脆问题主要来自内部。
由于氢具有很大的扩散速度，容易通过各种细小的空隙，新生态的氢原子会渗透到金属材料的空穴中，造成很大的内应力。在很多材料特别是在高强度材料中，由于加工、焊接所产生的应力，且金属基体本身就可能存在一些微裂纹，如果此时渗氢，氢气所引起的高压，就会使零件在承受外界压力的情况下断裂，造成质量事故。
对于镀镉还应注意：
镀镉层的耐腐蚀性能较好，特别是在海洋性大气环境下，其耐腐蚀效果较其他表面处理较好，但镀镉处理易产生环境污染，因此加工过程中的废液处理费用大，成本高。所以在一般行业中不使用，仅用于一些特定环境，如用于石油钻井平台和航天飞机用的紧固件等。
因为钢结构上、国外设备上的镀锌紧固件用的还不少，甚至是一些强度不亚于设备上常用的35CrMoA的高强度紧固件。事实上，桥梁等钢结构对安全性的要求，不亚于甚至于高于压力容器。所以，这条5.6.7是可以讨论的。
值得注意的是，在GB/Z41117-2021中，高强度钢制紧固件指的是抗拉强度Rm超过1000MPa的紧固件，而在GB/T150.2中35CrMo钢棒的Rm最大为835MPa(M22及以下)。
当然，争议归争议，在标准调整之前咱们还是不宜轻举妄动，当然不单是指HG/T 20581，还有HG管法兰、NB容器法兰等标准，它对紧固件的表面处理也是有要求的。
提一嘴，平时要求以发黑代发蓝的、推荐用达克罗(锌铬涂层)的也不少，你猜我们敢不敢？
根据GB/Z41117的介绍，ASTM紧固件委员会禁止对ASTM A490高强螺栓进行热浸镀锌，但在欧洲和其他地区对10.9级螺栓进行热浸镀锌是一种标准作法(需采取一定的预防氢脆措施)。ASTM的”禁令“可能有些“误会”，有点“矫枉过正”，镀锌是有可能引起氢脆，但它也背了一些锅。
要发生氢脆有三个要素，包括材料敏感性、拉应力、氢。其中，氢只是诱发因素，而非根本原因，关键还在于材料本身。标准指出，硬度范围240HV~390HV的热浸镀锌对氢脆并不敏感。事实表明，ISO 898-1中10.9级、ASTM A354 BD等高强螺栓进行热浸镀锌是常规工艺且安全的。
至于镀锌中氢的来源，标准提到了一种更为科学和准确的认识：钢生产过程中不可避免残留的少量氢，会被材料内部的陷阱捕获，而热浸锌过程中，温度的急增会使上述残留的氢被释放，但表面镀锌层阻止了氢的逸出，使得氢在晶界处聚集。
更多、更详细的知识，请参看标准。
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