高强螺栓热浸镀锌浅析

摘要：对当前高强螺栓热浸镀锌防腐处理的应用情况及普遍存在的问题进行简要分析，提出我国在高强螺栓热浸镀锌技术方面需要进一步提高的地方。

关键词：紧固件 高强螺栓 热浸镀锌 氢脆 初拧 终拧

Key words：FasteningHigh strength boltHot dip galvanizingHydrogen embrittlementThe first twistThe final twist

Abstract：The high strength bolt hot dip galvanizing antiseptic treatment application and the universal existence question brief analysis，Put forward our country in high strength bolt hot dip galvanizing technology needs to be further improved.

中图分类号：TU18 文献标识码：A文章编号：

引言

近年来，随着钢结构在工业、民用建筑工程中越来越广泛的应用，高强螺栓（全称高强度螺栓连接副）作为钢结构构件的一种重要连接形式，被越来越多的设计所采用。由于高强螺栓在很多工程中是主要受力构件的连接方式。因此，在室外及强腐蚀环境中，高强螺栓防腐性能的优劣对结构的安全及维护起着至关重要的作用。

1 高强螺栓热浸镀锌的特点及应用

在各种保护钢基体的涂镀方法中，热浸锌是非常优良的一种。它是在锌呈液体的状态下，经过了相当复杂的物理、化学作用之后，在钢铁上不仅镀上较厚的纯锌层，而且还生成一种锌—铁合金层。这种镀法，不仅具备了电镀锌的耐腐蚀特点，而且由于具有锌铁合金层，还具有电镀锌所无法相比拟的强耐蚀性，继而可减少维修次数及费用。因此这种镀法特别适用于各种强酸、碱雾气等强腐蚀环境中。

1．1 高强螺栓热浸镀锌的特点

（1）具有较厚的致密的纯锌层覆盖在钢铁表面上，它可以避免钢铁基体与任何的腐蚀溶液的接触，保护钢基体免受腐蚀。在一般大气中，锌层表面形成一层很薄而密实的氧化锌层表面，它很难溶于水，故对钢基体起着一定保护作用。如果氧化锌与大气中其它成分生成不溶性锌盐后，则防腐蚀作用更理想。

（2）具有铁—锌合金层，结合致密，在海洋性盐雾大气及工业性大气中表现特有抗腐蚀性；

（3）由于结合牢固，锌—铁互溶，具有很强的耐磨性；

（4）由于锌具有良好的延展性，其合金层与钢基附着牢固，因此热镀件可进行冷冲、轧制、拉丝、弯曲等各种成型而不损坏镀层；

（5）钢结构件热镀锌后，相当于一次退火处理，能有效改善钢基体的机械性能，消除钢件成型焊接时的应力，有利于对钢结构件进行车削加工。

（6）热镀锌后的构件表面光亮美观。

（7）纯锌层是热镀锌中最富有塑性的一层镀锌层，其性质接近于纯锌，具有延展性，所以它富于挠性。

（8）长期计算成本低。在大部份情况下，热浸镀锌费用要比其它漆料涂层低，而且更为耐用。即使在某些情况下热浸镀锌处理费用可能比其它涂层更为昂贵，但作长期使用计算，热浸镀锌法则较为低廉。

（9）寿命长。在郊区环境下，61克/平方米标准热浸镀锌厚度，可保持50年以上而不必修补，而在市区或近岸区域标准的热浸镀锌层可保持20-25年而不必修补 (见右图所示) 。

1．2 高强螺栓热浸镀锌的应用

热浸镀锌的应用随着工农业的发展迅速扩大。近几年，热浸镀锌紧固件在工业（如化工设备、石油加工、海洋勘探、金属结构、电力输送、造船等）、农业（如：喷灌、暧房）、建筑（如：水及煤气输送、电线套管、脚手架、房屋等）、桥梁、运输等方面被大量地采用。由于热浸镀锌制品具有外表美观、耐腐蚀性能好等特点，其应用范围越来越广泛。

2 高强螺栓热浸镀锌的工艺要求

热浸镀锌紧固件的材料应符合GB/T 3098.1和GB/T 3098.2的规定，锌材料应符合GB/T 13912的规定。

在浸入锌液之前，紧固件表面应是清洁的，不应有任何污染物。对重要场合使用的紧固件，在酸洗和热浸镀锌之前可以要求先消除应力。

紧固件表面清洗过程中，酸洗时氢可能被钢基体吸收。氢不可能完全熔解到锌液中，因此可能导致氢脆断裂。故一般热处理或加工硬化的硬度大于或等于320HV的零件应采用防腐蚀酸、碱性或机械方法进行清洗。浸入防腐蚀酸中的时间取决于接受表面可容纳的状态和最小持续时间。

紧固件应进行表面活化处理，如进行烘干，应在表面活化处理之前实施。

热浸镀锌一般在温度为455℃~480℃的镀槽内进行。为获得光滑和较薄的锌层可采用高温热浸镀锌。高温热浸镀锌一般在温度为530℃~560℃的镀槽内进行，获得的表面通常是无光泽的。为避免产生微小裂纹，规格在M27及其以上的、性能等级10.9级的螺栓、螺钉和螺柱，不宜采用高温镀锌工艺。应避免在温度为480℃~530℃的镀槽内进行热浸镀锌。

将紧固件从镀槽中取出应立即进行离心处理，然后在水中或空气中冷却。

螺母螺纹应在热浸镀锌后进行攻丝，不允许重复攻丝。

3 热浸镀锌对高强螺栓的影响

由于紧固件尺寸较小，形状不规则、有的还需要螺纹配合，所以热浸镀锌也存在一些缺陷。

(1) 镀后螺纹拧合困难。热浸镀锌后余锌粘留在螺纹中不容易去除干净，而且锌层厚薄不均匀，影响了螺纹件的配合。在GB/T13912—1992《金属覆盖层钢铁制品热浸镀锌层技术要求》、GB/T2314—1997《电力金具通用技术要求》中规定：紧固件的外螺纹应在热浸镀前按GB196标准规定加工或辗制，而内螺纹可在热浸镀前或后进行加工。但在实际应用中客户往往要求内外螺纹均有镀锌层，故人们采用多种措施来解决螺纹配合件的热浸镀锌问题。如螺纹件镀后的回攻、预留较大配合间隙、离心甩等方法。螺纹件镀后的回攻容易破坏螺纹部分镀层,甚至钢铁基体,造成紧固件锈蚀。故意超范围加大螺母孔径或预留配合间隙，很容易降低配合强度，对于高强度配合这是不允许的，因此必须慎用。国内目前以机械式离心甩去余锌较为普遍。

(2) 热浸镀锌操作温度高，会降低高强度紧固件的机械强度。8.8级螺栓经热浸镀锌后部分螺纹的强度低于标准要求；9.8级以上的螺栓经热浸镀锌后的强度基本上无法达到要求。

(3) 高强螺栓热浸镀锌前的酸洗前处理作业易导致氢脆化(hydrogen embrittlement)现象发生。

(4) 高强螺栓连接都是通过高强螺栓的预拉力来实现，保证高强螺栓按设计预拉力是通过专用工具电动扳手实现的，因此按照高强螺栓的安装顺序需要有初拧和终拧两个步骤。影响终拧力矩值的一是螺栓直径，直径一定预拉力就定了，另外一个影响就是螺栓的力矩系数，根据国内几家专业高强螺栓供应商的意见，螺栓镀锌以后此值离散性非常大而且不恒定，最高可以达到0.25，所以就无法确定螺栓初拧力矩和终拧力矩的具体值，这样就无法保证安装上去的高强螺栓是否与设计吻合，从而结构的安全性就无法保证。

根据国内几家大型高强螺栓生产厂家反馈信息，我们得知目前我国在热浸镀锌高强螺栓方面有质量保证和广泛应用实例、能合格批量生产的最高到8.8级高强螺栓；10.9级及以上高强螺栓热浸镀锌后强度无法保证，在国内尚未见在电厂等重要建筑结构中的应用实例。对比之下，国外的一些高强螺栓厂家（如德国伍尔特集团）在高强螺栓热浸镀锌方面技术比较成熟，有完整的技术参数要求，有专门配套生产的扭矩扳手。国内厂家与国外技术比较成熟的厂家之间的差异主要体现在螺栓的材料选用、酸洗和镀锌时温度控制等工艺环节。

4 结语

高强螺栓热浸镀锌防腐处理具有良好的防蚀能力，能增加螺栓使用寿命，减少维护次数，从而降低维护成本。热浸镀锌处理时应避开酸性作业，以其他方式去除锈层，从而为镀件提供良好的服务年限，降低镀件吸收氢气的机率而减少应力腐蚀，改善高强螺栓延迟破坏的现象。

我国电力、交通、建筑行业的迅速发展，必将要求并促进紧固件热浸镀锌技术的提高。因此，研制出自动化离心甩设备、改进紧固件热浸镀锌工艺、提高紧固件热浸镀锌镀层质量是十分重要的。

参考文献：

[1] 蔡明達．熱浸鍍鋅高強度螺栓．台湾．

Cai Ming Tatsu. Hot dip galvanized high strength bolt， Taiwan

[2] 日本建築學會(1993)，“熱浸鍍鋅高強度螺栓接合”.

Architectural Institute of Japan (1993), "hot dip galvanized high strength bolt joint

[3] 陈定针．热浸镀锌螺栓应进行去应力退火处理．国家电网报．2009年3月5日,第8版．

ChenDingZhen,Hot dip galvanized bolts shall be stress annealing treatment. State Grid news. March 5, 2009 ,Eighth Edition

[4] Produkte für den Stahlbau übersicht, Verbindungselemente und Zubehör (by Adolf Würth GMBH&Co)．

[5] GB/T 5267.3-2008/ISO 10684:2004．