熱鍍鋅鋼材產品經長時間運輸後,發現原本光亮平滑的產品表面上出現大量白色或灰色粉末, 熱鍍鋅鋼鋼材產品發黑,嚴重的地方甚至出現了鏽斑。實際上,新鍍好的熱鍍鋅槽鋼、熱鍍鋅角鋼、熱鍍鋅矩形管、熱鍍鋅扁鋼、熱鍍鋅工字鋼、熱鍍鋅圓鋼、熱鍍鋅管、系列產品以密排堆放的方式在潮溼和通風不好的環境中儲存和運輸時,在鍍層表面會形成白色或灰色的粉狀腐蝕產物,這種腐蝕產物就是通常所說的白鏽。一般說來,當熱鍍鋅槽鋼、熱鍍鋅角鋼、熱鍍鋅矩形管、熱鍍鋅扁鋼、熱鍍鋅工字鋼、熱鍍鋅圓鋼、熱鍍鋅管、系列產品鍍件表面白鏽的量不多時,不會對鍍層的防腐性能造成影響,它會隨著鍍鋅件表面乾燥而逐漸消失。但是如果熱鍍鋅槽鋼、熱鍍鋅角鋼、熱鍍鋅矩形管、熱鍍鋅扁鋼、熱鍍鋅工字鋼、熱鍍鋅圓鋼、熱鍍鋅管、系列產品運輸或儲存方式不當,白鏽也可能變得很嚴重,不但影響產品的外觀,甚至會降低鍍鋅件的使用壽命。熱鍍鋅槽鋼、熱鍍鋅角鋼、熱鍍鋅矩形管、熱鍍鋅扁鋼、熱鍍鋅工字鋼、熱鍍鋅圓鋼、熱鍍鋅管、系列產品熱鍍鋅層白鏽的產生長期以來都是影響鍍鋅產品和工程質量的難題,是產品和工程質量驗收爭論的焦點,鋼材鍍鋅廠家和施工單位也經常為此而困擾。本文通過對產生白鏽的熱鍍鋅槽鋼、熱鍍鋅角鋼、熱鍍鋅矩形管、熱鍍鋅扁鋼、熱鍍鋅工字鋼、熱鍍鋅圓鋼、熱鍍鋅管、系列產品進行分析,探討了熱鍍鋅鋼材白鏽的產生機理,並提出了預防及處理措施。
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1 熱鍍鋅鋼材白鏽產生的原因分析
1. 1 熱鍍鋅鋼材腐蝕產物分析
觀察發生白鏽的產品,在產品白鏽較輕微的部位,用細砂紙輕輕磨去腐蝕產物,在磨平的表面用磁性測厚儀進行測量,發現仍有足夠厚的熱鍍鋅層保護鋼基。但用上述方法對腐蝕嚴重的、出現紅鏽的地方測量,發現鍍層幾乎消耗完全,熱鍍鋅層已無法對鋼鐵提供保護。對發生嚴重白鏽的工件取樣進行掃描電鏡微觀成分分析,在鍍鋅層表面形成的腐蝕產物較疏鬆,未能形成一層緻密腐蝕產物膜來阻止腐蝕進一步進行。在發生白鏽的熱鍍鋅層表面收集腐蝕產物粉末進行X 射線衍射分析,結果表明,腐蝕產物由ZnCO3和ZnO 組成。
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1. 2 熱鍍鋅鋼材白鏽形成的原因
鋅是非常活潑的金屬,鋅的表面與周圍的潮溼空氣接觸,會首先與潮溼水氣發生化學反應,生成一層多孔的、膠粘狀的Zn(OH)2 腐蝕產物。隨後,氫氧化鋅會進一步與大氣中二氧化碳反應,生成一層薄的、緻密的、有一定粘附性的鹼式碳酸鋅ZnCO3腐蝕產物,可以阻止鍍層進一步腐蝕。當鍍鋅件緊密的堆積並置於潮溼的空氣中時,由於鍍件間的表面沒有自由流動的空氣,鍍層的局部表面將不能發生形成上述腐蝕產物保護膜的化學反應,而是發生電化學腐蝕,形成白鏽。白鏽的形成機理實際上就是“氧濃差腐蝕電池”原理。在潮溼環境中鍍件密集堆放時發生的腐蝕反應可以簡化成發生在兩鍍鋅層間被壓扁的水珠中的反應,這水珠僅有很小的表面暴露在空氣中,接近水珠中心的鋅表面和在水珠周邊的鋅表面的氧的供給量是不同的,這就導致兩處鋅的電位不同,從而形成氧濃差腐蝕電池。電化學腐蝕速度遠高於化學反應腐蝕的速度,陽極區的鋅會很快被腐蝕,腐蝕產物為沒有保護能力的、相對易溶的氫氧化鋅。由於空氣中的CO2 很難進入陽極區,這就阻止了氫氧化鋅向起保護性作用的碳酸鋅轉變,而在部分脫水後主要以Zn(OH) 2 和ZnO的混合物形式(又稱鹼式氧化鋅) 存在。在這種情況下的腐蝕產物不能抑制反應的繼續進行。通常儲運情況下產生的白鏽不會太嚴重。但由於金屬鋅轉變為氧化鋅或氫氧化鋅時體積將增大3～5 倍,形成的白鏽體積較大,使腐蝕程度看起來要比實際情況嚴重得多。由於熱鍍鋅鋼表面的鍍鋅層較厚,通常白鏽對熱鍍鋅鋼的使用壽命沒有明顯影響。白鏽的嚴重程度取決於鍍層間凝結水的成分和在所處環境中持續的時間。
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2 熱鍍鋅鋼材白鏽的預防及處理
2. 1 熱鍍鋅鋼材白鏽的預防當鍍件儲存及運輸時需要緊密堆放在一起時,應該採取足夠的預防措施來防止白鏽。在鍍件周圍保持低溼度的環境和在堆積的鍍件間保證足夠的通風,可使白鏽減至最少。具體的預防措施有:(1) 熱鍍鋅件經水冷後,即進行表面處理。如鍍鋅管和中空的鍍件在鍍鋅後可塗一層清漆;線材、板材和網材這類產品可打蠟或塗油;熱鍍鋅結構件可採用鉻酸鹽鈍化或無鉻鈍化。(2) 應將鍍件置於乾燥的、有良好的通風環境中。(3) 如果鍍件不得不在戶外存放,鍍件不應直接堆放在溼的土壤或腐爛的植被上,應該從地面架高並用窄木條隔開,以使所有鍍件表面存在自由流動的空氣。鍍件應該稍微傾斜放置以方便排水。(4) 當鍍鋅鋼需海運時,由於鍍件表面可能存在冷凝水,故鍍件間使用木條隔離包裝較好。含松脂的木材不能用作隔離用的木條,因為松脂本身就有腐蝕性。在運輸和儲存鍍件時應使用乾燥的、未用防腐劑和防火劑處理過的木條,如楊樹、槐樹和杉木。存放在容器中的小鍍件在包裝前要徹底乾燥。用包裝箱密封時,建議加入一些乾燥劑。在海上特別是熱帶海洋溼度很大,這時給熱鍍鋅鋼提供乾燥和良好的通風環境就尤其重要。2. 2 出現白鏽後的處理措施在大多數情況下,白鏽並不表明鋅鍍層已嚴重破壞,也並不一定意味著鍍件的使用壽命會減少。發生白鏽後,應將原先密堆的鍍件擺開以使其表面迅速變幹,並立即檢查。當鍍件表面的白鏽較輕微時,應用乾布擦去鏽跡。因為在潮溼的環境下,鍍件表面非常輕微的白鏽也可能妨礙鹼式碳酸鋅腐蝕產物保護膜的形成。中度到重度的白鏽可用硬毛刷來清除,不能用鋼絲刷。在清除白鏽後必須檢查產生白鏽部位鍍層厚度,以確保留有足夠的鍍鋅層保護鋼基。在存放很久的有白鏽的工件上,典型的白色和灰色的腐蝕產物可能會變黑。當這種情況出現時就說明大量的鍍鋅層已經被腐蝕,使用壽命會降低。在極端的情況下,由於在惡劣的環境中長期存放,形成了嚴重的白色沉積物或紅鏽,它已損害鍍件的使用壽命,就必須重鍍或按相關標準規定的方法做局部修補。
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3 熱鍍鋅鋼材國內外有關標準對白鏽的評述
國內外的熱鍍鋅標準中對鍍層出白鏽的問題均有一定的評述,值得借鑑。現總結如下:GB/ T13912 - 2002 (國家標準《金屬覆蓋層鋼鐵製件熱鍍鋅層技術要求及試驗方法》) 6. 1 外觀:"潮溼條件下儲存的鍍鋅工件,表面允許有白鏽(以鹼式氧化鋅為主的白色或灰色腐蝕產物) 存在。ISO1461 - 1999 ( ISO 標準《鋼鐵製件熱浸鍍鋅技術條件與試驗方法》) :“潮溼條件下存儲產生的白鏽(鍍鋅後在潮溼條件存儲形成的白色或灰色產物,主要是鹼式氧化鋅) 也不應視為報廢的原因。. . . 為了防止製件在潮溼環境中存放時產生白鏽,不需要再塗漆的工件鍍鋅之後應進行適當的表面處理。”ISO 1459 - 1973 ( E) (ISO標準《金屬覆蓋層用熱鍍鋅保護防腐的指導原則》) :“鍍層表面白色的痕跡(通常稱作儲存溼鏽或白鏽) 是影響外觀的,但通常對鍍層其它性能並無損害。如果希望熱鍍鋅製品保持剛鍍出時的光亮的外觀,需要有特別的儲存條件。熱鍍鋅後立即加以表面處理可避免或減少這些白鏽的生成。” J IS H8641 - 1983〔日本工業標準《熱鍍鋅》) :“白鏽:鍍件存放時與雨水等接觸產生白鏽。一旦脫離那個環境便會逐漸消失。另外,由於白鏽對鋅層消耗很小,所以對耐蝕幾乎沒有影響。”BS 729 : 1971 (英國標準《鋼鐵件的熱浸鍍鋅層》) :“應特別注意鍍鋅件的運輸及儲存條件,以避免出現儲存溼鏽(即白鏽) ,剛鍍過鋅的鍍件在潮溼及通風不良的條件下進行運輸或存放往往出現這些所謂的白鏽。通過鍍後處理可以減少白鏽的出現。”由此可見,白鏽是熱鍍鋅層較常見的一種表面缺陷,應積極採取措施避免其出現,但一般也不能作為拒收的理由。
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4 結論
(1) 白鏽的產生機理實際是氧濃差電化學腐蝕。(2) 將鍍件置於乾燥的環境並保證鍍件間足夠的通風,可減少白鏽的產生。(3) 鍍鋅鋼表面疏鬆的腐蝕產物應注意清除乾淨,以免它的存在妨礙鹼式碳酸鋅腐蝕產物保護膜的形成。(4) 白鏽是熱鍍鋅層較常見的一種表面缺陷,一般不應作為拒收的理由。
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