GB/Z41117-2021《緊固件 鋼制緊固件氫脆基本原理》為國(guó)標(biāo)指導(dǎo)性技術(shù)文件，將于2022年7月1號(hào)正式實(shí)施，該標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該是首次發(fā)布，等同采用、轉(zhuǎn)化自ISO/TR 20491: 2019，英文好的同學(xué)可以看這個(gè)ISO的原文。
為什么會(huì)關(guān)心這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)？這還得從“六合一”HG/T20581-2020《鋼制化工容器材料選用規(guī)范》的5.6.7條說(shuō)起，5.6.7規(guī)定：受壓元件不得使用鍍鋅、鍍鎘的螺栓、螺柱。一般傾向于認(rèn)為，標(biāo)準(zhǔn)這么規(guī)定是出于防止氫脆考慮。
現(xiàn)行的HG/T20581-2011《鋼制化工容器材料選用規(guī)定》的6.6.7規(guī)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(guī)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(lèi)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(qiáng)度緊固件)存在氫脆的風(fēng)險(xiǎn)。
這是因?yàn)椋陔婂兦扒逑磿r(shí)，通常采用酸洗除銹和除氧化皮，酸洗過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生氫。陰極除油時(shí)也會(huì)產(chǎn)生氫。電鍍過(guò)程中，作為陰極的被鍍零件在獲得鍍層的同時(shí)在零件金屬內(nèi)部也會(huì)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(jiàn)，電鍍中高強(qiáng)度緊固件的氫脆問(wèn)題主要來(lái)自?xún)?nèi)部。
由于氫具有很大的擴(kuò)散速度，容易通過(guò)各種細(xì)小的空隙，新生態(tài)的氫原子會(huì)滲透到金屬材料的空穴中，造成很大的內(nèi)應(yīng)力。在很多材料特別是在高強(qiáng)度材料中，由于加工、焊接所產(chǎn)生的應(yīng)力，且金屬基體本身就可能存在一些微裂紋，如果此時(shí)滲氫，氫氣所引起的高壓，就會(huì)使零件在承受外界壓力的情況下斷裂，造成質(zhì)量事故。
對(duì)于鍍鎘還應(yīng)注意：
鍍鎘層的耐腐蝕性能較好，特別是在海洋性大氣環(huán)境下，其耐腐蝕效果較其他表面處理較好，但鍍鎘處理易產(chǎn)生環(huán)境污染，因此加工過(guò)程中的廢液處理費(fèi)用大，成本高。所以在一般行業(yè)中不使用，僅用于一些特定環(huán)境，如用于石油鉆井平臺(tái)和航天飛機(jī)用的緊固件等。
因?yàn)殇摻Y(jié)構(gòu)上、國(guó)外設(shè)備上的鍍鋅緊固件用的還不少，甚至是一些強(qiáng)度不亞于設(shè)備上常用的35CrMoA的高強(qiáng)度緊固件。事實(shí)上，橋梁等鋼結(jié)構(gòu)對(duì)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(qiáng)度鋼制緊固件指的是抗拉強(qiáng)度Rm超過(guò)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(dāng)然，爭(zhēng)議歸爭(zhēng)議，在標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整之前咱們還是不宜輕舉妄動(dòng)，當(dāng)然不單是指HG/T 20581，還有HG管法蘭、NB容器法蘭等標(biāo)準(zhǔn)，它對(duì)緊固件的表面處理也是有要求的。
提一嘴，平時(shí)要求以發(fā)黑代發(fā)藍(lán)的、推薦用達(dá)克羅(鋅鉻涂層)的也不少，你猜我們敢不敢？
根據(jù)GB/Z41117的介紹，ASTM緊固件委員會(huì)禁止對(duì)ASTM A490高強(qiáng)螺栓進(jìn)行熱浸鍍鋅，但在歐洲和其他地區(qū)對(duì)10.9級(jí)螺栓進(jìn)行熱浸鍍鋅是一種標(biāo)準(zhǔn)作法(需采取一定的預(yù)防氫脆措施)。ASTM的”禁令“可能有些“誤會(huì)”，有點(diǎn)“矯枉過(guò)正”，鍍鋅是有可能引起氫脆，但它也背了一些鍋。
要發(fā)生氫脆有三個(gè)要素，包括材料敏感性、拉應(yīng)力、氫。其中，氫只是誘發(fā)因素，而非根本原因，關(guān)鍵還在于材料本身。標(biāo)準(zhǔn)指出，硬度范圍240HV~390HV的熱浸鍍鋅對(duì)氫脆并不敏感。事實(shí)表明，ISO 898-1中10.9級(jí)、ASTM A354 BD等高強(qiáng)螺栓進(jìn)行熱浸鍍鋅是常規(guī)工藝且安全的。
至于鍍鋅中氫的來(lái)源，標(biāo)準(zhǔn)提到了一種更為科學(xué)和準(zhǔn)確的認(rèn)識(shí)：鋼生產(chǎn)過(guò)程中不可避免殘留的少量氫，會(huì)被材料內(nèi)部的陷阱捕獲，而熱浸鋅過(guò)程中，溫度的急增會(huì)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(xì)的知識(shí)，請(qǐng)參看標(biāo)準(zhǔn)。
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