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鍍鋅鋼廣泛運(yùn)用于各行各業(yè),采用鍍鋅鋼的好處是利用在空氣中能夠形成致密氧化物保護(hù)層的金屬鋅來(lái)保護(hù)內(nèi)部的鋼結(jié)構(gòu)。在被焊接、劃傷的情況下,由于Zn-Fe原電池的存在,相對(duì)活潑的鍍鋅部分可以作為犧牲陽(yáng)極,延緩鋼鐵的銹蝕,耐腐蝕性良好。然而由于鍍鋅層的存在,在焊接中容易產(chǎn)生裂紋、氣孔、夾渣,較難得到良好的焊接質(zhì)量。
鍍鋅鋼一般是在低碳鋼外鍍一層鋅,鍍鋅層一般在20um厚。鋅的熔點(diǎn)在419°C,沸點(diǎn)908°C 左右。在焊接中,鋅熔化成液體浮在熔池表面或在焊縫根部位臵。鋅在鐵中具有較大固溶度,鋅液體會(huì)沿晶界深入浸蝕焊縫金屬,低熔點(diǎn)鋅形成“液體金屬脆化”。同時(shí),鋅與鐵可形成金屬間脆性化合物,如Fe3Zn10、FeZn10等。這些脆性相使焊縫金屬塑性降低,在拉應(yīng)力作用下而產(chǎn)生裂紋。如果焊接角焊縫,尤其是T形接頭的角焊縫最容易產(chǎn)生穿透裂紋。鍍鋅鋼焊接時(shí),坡口表面及邊緣處的鋅層,在電弧熱作用下,產(chǎn)生氧化、熔化、蒸發(fā)以至揮發(fā)出白色煙塵和蒸汽,極易引起焊縫氣孔。由于氧化而形成的ZnO,其熔點(diǎn)較高,約1800°C以上,若在焊接過(guò)程中參數(shù)偏小,將引起ZnO夾渣,同時(shí)由于Zn成為脫氧劑產(chǎn)生FeO-MnO或FeO-MnO-SiO2低熔點(diǎn)氧化物夾渣。 如果選擇焊接規(guī)范不合適,操作手法不當(dāng),很容易使焊縫邊緣處的鍍鋅層熔化以至擴(kuò)大熔化區(qū)域,有可能破壞鍍鋅層,尤其是在拉長(zhǎng)電弧和大幅度擺動(dòng)操作情況下,增寬熔化區(qū)域,破壞鍍鋅層更為嚴(yán)重。 同時(shí),由于鋅的蒸發(fā),揮發(fā)出大量的白色煙塵,對(duì)人體有刺激、傷害作用,因此,選擇產(chǎn)生煙塵量較低的焊接方法、材料也是必須考慮的因素。
熱鍍鋅鋼管與國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活品質(zhì)的提高關(guān)系很大,人們?nèi)粘I钪械慕o排水、輸油、供氣、建筑、消防、機(jī)械制造、農(nóng)業(yè)大棚和電力穿線等都離不開(kāi)熱鍍鋅鋼管。
一、鍍鋅的基礎(chǔ)知識(shí)
鍍鋅分為熱鍍鋅和冷鍍鋅(電鍍)。熱鍍鋅又分為熱浸鍍鋅和滲鋅。熱浸鍍鋅,是鋼鐵構(gòu)件浸入熔融的鋅液中獲得金屬覆蓋層的一種方法,是將除銹后的鋼件浸入500℃左右融化的鋅液中,平岡鎮(zhèn)鍍鋅鋼管,使鋼構(gòu)件表面附著鋅層,從而起到防腐的目的。主要用于各行業(yè)的金屬結(jié)構(gòu)設(shè)施上。自從1836年法國(guó)把熱鍍鋅應(yīng)用于工業(yè)以來(lái),已經(jīng)有了一百七十八年的歷史。
二、熱浸鍍鋅防腐的科學(xué)原理
1.熱浸鍍鋅層的防護(hù)性能
鋅的抗大氣腐蝕的機(jī)理有機(jī)械保護(hù)及電化學(xué)保護(hù),在大氣腐蝕條件下鋅層表面有ZnO、Zn(OH)2及堿式碳酸鋅保護(hù)膜,一定程度上減緩鋅的腐蝕,這層保護(hù)膜(也稱白銹)受到破壞又會(huì)形成新的膜層。當(dāng)鋅層破壞嚴(yán)重,危及到鐵基體時(shí),鋅對(duì)基體產(chǎn)生電化學(xué)保護(hù),鋅的標(biāo)準(zhǔn)電位-0.76V,鐵的標(biāo)準(zhǔn)電位-0.44V,鋅與鐵形成微電池時(shí)鋅作為陽(yáng)極被溶解,鐵作為陰極受到保護(hù)。熱鍍鋅鋼管內(nèi)外表面鋅層覆蓋能力好,鍍層致密,無(wú)有機(jī)物夾雜。
2.熱浸鍍鋅鋅層的生成原理
熱鍍鋅層形成過(guò)程是鐵基體與最外面的純鋅層之間形成鐵-鋅合金的過(guò)程,工件表面在熱浸鍍時(shí)形成鐵-鋅合金層,才使得鐵與純鋅層之間很好結(jié)合,其過(guò)程可簡(jiǎn)單地?cái)⑹鰹椋寒?dāng)鐵工件浸入熔融的鋅液時(shí),首先在界面上形成鋅與α鐵(體心)固熔體。這是基體金屬鐵在固體狀態(tài)下溶有鋅原子所形成一種晶體,兩種金屬原子之間是融合,原子之間引力比較小。因此,當(dāng)鋅在固熔體中達(dá)到飽和后,鍍鋅鋼管,鋅鐵兩種元素原子相互擴(kuò)散,擴(kuò)散到(或叫滲入)鐵基體中的鋅原子在基體晶格中遷移,逐漸與鐵形成合金,而擴(kuò)散到熔融的鋅液中的鐵就與鋅形成金屬間化合物FeZn13,那龍鎮(zhèn)鍍鋅鋼管,沉入熱鍍鋅鍋底,即為鋅渣。當(dāng)工件從浸鋅液中移出時(shí)表面形成純鋅層,為六方晶體。其含鐵量不大于0.003%。
熱鍍鋅鋼管就是將鋼管進(jìn)行酸洗,去掉表面的氧化層,然后在氯化鋅水溶液中進(jìn)行清洗,之后將鋼管放入熱鍍梓槽中,再經(jīng)過(guò)加熱,熱鍍鋅鋼管就形成了。 優(yōu)勢(shì)一:整個(gè)鋼材表面均受到保護(hù),無(wú)論在凹陷處管件內(nèi)部,或任何其它涂層很難進(jìn)入的角落,溶化鋅均很容易均勻地覆蓋上。 優(yōu)勢(shì)二:鍍鋅層的硬度值比鋼材還大。最上層的Eta layer 只有 70 DPN 硬度,故易受碰撞而凹入,但下層Zeta layer 及 delta layer 分別有179及211 DPN 硬度值比鐵材的159 DPN硬度值還高,故其抗沖擊及抗磨耗性均相當(dāng)良好 優(yōu)勢(shì)三:在邊角區(qū),鋅層往往比其它地方還厚,且有良好的韌性 及抗磨耗性。而其它涂層在此邊角處,往往是最薄最不易施工,最易受傷害處,故常須再維護(hù)。 優(yōu)勢(shì)四:即使因受很大的機(jī)械傷害或其它原因,造成一小部分的鋅層脫落,紅豐鎮(zhèn)鍍鋅鋼管, 將鐵基外出,此時(shí),周圍鋅層就會(huì)發(fā)揮犧牲陽(yáng)極的功能,來(lái)保護(hù)此處鋼鐵,使其不受侵蝕。而其它涂層則剛好相反,銹會(huì)馬上生成,且迅速漫延至涂層下面,引起涂層剝落。 優(yōu)勢(shì)五:鋅層在大氣中的消耗是非常緩慢的,約為鋼鐵腐蝕速率的1/17至1/18,且是可預(yù)估的 。其壽命遠(yuǎn)超過(guò)其它任何涂層。 優(yōu)勢(shì)六:鍍層壽命在某一特定的環(huán)境下,主要視鍍層厚度而定。而鍍層厚度又受鋼鐵厚度而決定,即越厚的鋼鐵易得較厚的鍍層,故同一個(gè)鋼構(gòu)中厚的鋼鐵部位一定也得到較厚的鍍層,以保證得到更長(zhǎng)的壽命。 優(yōu)勢(shì)七:因美觀、藝術(shù),或在特定嚴(yán)重腐蝕環(huán)境使用時(shí),鍍鋅層可再施以上漆處理duplex system,只要漆的系統(tǒng)選用正確、施工容易,其防蝕效果比單獨(dú)上漆及熱浸鋅壽命加起來(lái)還要好上1.5~2.5倍。 優(yōu)勢(shì)八:用鋅層來(lái)保護(hù)鋼鐵,除了熱浸鍍鋅法外,尚有其它數(shù)種方法,其優(yōu)劣比較顯示,一般使用最廣、防蝕且經(jīng)濟(jì)效益好者,為熱浸鍍鋅法。
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