杜乃成，庞志鹏，郑世雄
天津市华澄供水工程技术有限公司 天津 300385
摘要 本文分析了螺栓的若干防腐措施，并对常用螺栓防腐措施效果进行对比，为工程中减缓螺栓腐蚀提供参考。
关键词 螺栓；腐蚀；防腐措施
1概述
螺栓连接是一种常用的连接方式，其结构简单、连接可靠、施工便捷、拆卸方便，因此使用量巨大。但也因其安装位置和安装方式简单，螺栓防腐工艺和螺栓安装工艺往往被忽视[[1] 易桂虎,孔琦,季文翔,李本爱,曼得拉·查汗.推荐一种螺栓防腐的做法[J].涂层与防护,2019,40(11):7-9.][1]，而发生腐蚀。螺栓腐蚀引发的经济损失，几乎遍及制造、建筑、给排水、供热、燃气等各业，甚至酿成重大灾难性事故。因此对螺栓防腐措施的研究具有工程实用意义。
2 螺栓的腐蚀
螺栓的腐蚀在前中期时，螺栓表面变化不大且腐蚀较为缓慢，不易被发现，后期会有明显的腐蚀产物。主要有以下几种类型：
a）全面腐蚀：腐蚀发生在螺栓的全部或大部分面积上，腐蚀特点为分布均匀；
b）缝隙腐蚀：螺栓在安装过程中和使用过程中，会损坏螺丝螺纹和螺母内侧原有的防腐层或形成缝隙，缝隙内是缺氧区,成为阳极而迅速被腐蚀，会加剧腐蚀[[2]吕群.金属腐蚀机理与腐蚀形态[J].九江师专学报,1997(05):71-75.][2]；因腐蚀造成螺纹失效，造成脱落的螺栓，如图1所示。
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图1 螺纹锈蚀而脱落的螺栓
c）应力腐蚀：一方面螺栓的应力的作用下容易形成缝隙，形成缝隙腐蚀，另一方面在应力持续的作用下，锈点逐步形成裂纹，最后断裂失效或脱牙失效；
d）电化学腐蚀：螺栓潮湿环境下表面会形成水薄膜，水膜可以溶解有来自大气中的气体，这样薄膜含有一定量的氢离子，从而在金属表面形成了一层电解质溶液的薄膜，与金属中的铁和少量的碳构成了原电池。开始出现锈蚀，铁锈体积增大，会增加水分的吸收体，化学腐蚀越到后期腐蚀速率越快；
3 螺栓的常用防腐措施
3.1 本体采用耐蚀材料
纤维增强聚合物螺栓在桥梁工程、航海航天等特殊领域均有应用[[3]林茂． FRP 复合材料在桥梁中的应用 ［J］． 山西建筑，2016，42 ( 20) : 105－106．][3]。其中RENY螺栓强度和耐油性能好、纤维成分具有耐化学性，是一种优良的耐腐蚀螺栓。
不锈钢（如304与316）在全面腐蚀下会生成Cr2O3氧化膜具有优良的保护性，使腐蚀变得相当缓慢。其中Cr、Ni、Mo含量较高，有利于Cr2O3氧化膜耐腐蚀能力,从而提升螺栓耐腐蚀能力。
3.2 表面涂镀耐蚀层
在金属表面增加特氟龙涂层，氟聚合物涂料特氟龙中含有大量的PTFE分子及添加特殊的聚合物，具有无毒、耐腐蚀、摩擦系数低、耐温范围广的良好性能。既能增加螺栓耐蚀能力，又能降低螺栓装配过程中的防腐涂层磨损。
3.3 外加保护材料
外表缠绕防腐材料，并覆盖耐候性优异且具有弹性的外保护层，以保证有效密封，阻断腐蚀。
粘弹体主要是一种具有单分子非键结结构特征的聚烯烃类柔性重防腐材料。这种单分子非键结结构特征使得粘弹体既具有类似聚乙烯(PE)的固体特性，又具有液体独特的冷流特性，可以自动浸润到被保护金属表面的任何微小孔隙，本质为阻断水分、微生物等腐蚀介质的渗透侵蚀[[4]张彬,李秉忠,童向阳.热喷涂技术在海洋环境装备中的应用[J].科技资讯,2013(02):84-85.][4]。同时粘弹体防腐体系对金属表面处理要求低，无需喷砂除锈，可直接应用于各种油气储运设备的连接端防腐[[5]周金弟,林东成,林宏,左琳,谢宗武.油气管道法兰及螺栓防腐蚀技术及其比选[J].广东化学,2020,47(15):155-156+164.][5]。
4 螺栓防腐措施对比
本测试中采用的螺栓规格统一为M10*60，包括：普通镀锌螺栓（对照用）、特氟龙涂层螺栓、不锈钢螺栓、合金钢螺栓、螺栓、防腐膏防护的镀锌螺栓。
采用前述的常用防腐措施，通过观测螺栓的腐蚀程度及紧固扭矩测试表现，对比分析不同防腐措施的效果。
4.1 耐蚀测试
现阶段主要是采取实验室腐蚀加速试验和实地腐蚀测量两种方法进行讨论分析[[6]刘静. 重庆市20#钢质燃气埋地管道的土壤腐蚀研究[D].重庆大学,2013.
[7]黄蓉. 基于人工神经网络的城市燃气管道的土壤腐蚀性评价研究[D].重庆大学,2008.][6，7],由于土壤腐蚀过程较慢，采用盐水浸泡加速实验，能使得腐蚀周期大大缩短，这样可以大大地节省人力物力，且得出的结果与实际测量的相差并不大[[8]李荣超,冷伟明,韩枫,王晓冬,田靖,尚琪翔,向乃瑞.土壤金属腐蚀研究进展综述[J].通信电源技术,2017,34(06):183-184.
][8]。通过螺栓与水、空气接触后的腐蚀过程，加速模拟螺栓腐蚀环境。
由于实测土样的pH为中性，因此模拟海水盐度，调配浓度为5%的盐水作为腐蚀液。将各个螺栓置于调配好的盐水中，螺栓横置与盐水中，一半螺栓与空气接触，以加快腐蚀。静置浸泡10天后，观察螺栓腐蚀情况及测试腐蚀后扭矩大小。
采用5%的中性盐水浸泡10天后，各螺栓实验结果如图2所示，普通镀锌螺栓表面被氧化，致使颜色发生变化，且螺杆与螺母间，螺杆缝中有明显的黑色物质产生，腐蚀较重。特氟龙涂层的螺栓表面无锈蚀，但在破损处，螺栓被磨损的表面出现锈蚀。不锈钢螺栓表面轻微被氧化，螺母棱角处和螺杆缝中有些许被氧化，轻微腐蚀。合金钢螺栓表面严重被氧化，螺母和螺杆都有不同程度的锈蚀现象，腐蚀程度比普通镀锌螺栓更严重。RENY螺栓表面并无明显变化，表面观察无可见腐蚀。镀锌螺栓在浸泡之前用粘弹体防腐膏完全防护，用5%的中性盐水浸泡10天后，腐膏表面无变化，刮去表面的粘弹体防腐膏，螺栓表面完好如初，无可见腐蚀。
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图2 耐蚀测试结果对比
4.2 紧固扭矩测试
螺栓有效联接需要施加适合的预紧力来保证。扭矩为施加于轴圆周上使轴转动并产生扭曲形变等的扭转力偶或力矩，施加在螺栓上扭矩越大，预紧力越大。选用螺栓防腐措施同时要考虑对螺栓的扭矩需求。
将普通镀锌螺栓在实际装配装中紧固，测得参考紧固力矩为23.8Nm。
对不同材料螺栓的施加扭矩，可以看出特氟龙涂层螺栓和不锈钢螺栓的扭矩均大于30.0Nm，能达到紧固力矩参考值。RENY螺栓的强度最低，且当RENY螺栓在扭矩达到峰值21.0Nm左右时会发生断裂。
不锈钢螺栓，则在紧固过程中不规律地出现螺纹卡死现象。特氟龙涂层螺栓扭力较大也会出现破损。如图3所示。汇总耐蚀测试与紧固测试的结果，列于表1，可见不同防腐措施在螺栓的耐蚀性和操作性方面各有不同。
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5 结语
综上所述，由实验结果可见，特氟龙涂层螺栓、不锈钢304螺栓、螺栓以及粘弹体防腐膏防护的镀锌螺栓，相对于普通镀锌螺栓均展现了良好的防腐性能。
但在螺栓的紧固操作中，特氟龙涂层螺栓、不锈钢304螺栓、螺栓，出现了一定的局限性。
粘弹体防腐膏防护的普通镀锌螺栓则在防腐性能及紧固操作性能方面都表现良好。粘弹体的自修复特性，可以使防腐效果保持持久。
本文所列的螺栓防腐措施各有特点，要选用合适的螺栓防腐措施，还应综合考虑项目环境因素、成本因素、紧固要求、使用寿命和维护成本因素。