一个做钢结构配套的镀锌厂，上个月接了一批 DN100 的镀锌管，6 米定尺，两百多根。前处理、助镀、浸锌、冷却，流程走完，出货的时候客户来验，拿一根 6 米的管子放在平台上滚，两头翘起来，中间一段贴着平台，缝隙能塞进一枚硬币。

客户说直线度超了，要退货。厂里不服气，说进厂的时候管子是直的，镀锌又不会把管子掰弯，肯定是客户运输的时候压的。

先给结论：热浸镀锌会把管子镀弯，这在行业里不是新鲜事。原因有三个：加热和冷却过程中的温度不均产生热应力，四百多度时钢的屈服强度掉到常温的一半以下、自重就能让它下垂，钢材里原有的残余应力在高温下释放。三个原因叠在一起，细长的管子最容易弯。锌锅不背这个锅，但也脱不了干系。

一、四百五十度时，钢变软了

热浸镀锌的锌液温度在 445 到 465 摄氏度之间。管子进锅，整个断面被加热到这个温度，出来以后冷却。这个温度对锌来说是液态，对钢来说不算高温，但已经足够改变它的力学性能。

Q235 钢在常温下的屈服强度是 235 兆帕。加热到 450 摄氏度，屈服强度降到 120 到 150 兆帕，差不多是常温的一半。抗拉强度降得少一些，但塑性明显增加。

屈服强度掉一半，意味着原来不会让它永久变形的力，现在能了。一根 6 米长的 DN100 管，理论重量每米 9.6 公斤，整根 57 公斤。两端支起来，中间悬空，自重产生的弯曲应力不大，但在这个温度下，材料已经开始蠕变，时间一长就定型了。

膨胀也是个大数。钢的线膨胀系数是每摄氏度 12 乘 10 的负 6 次方，加热 450 度，伸长量是 0.54%。6 米的管子，从常温到锌液温度，长度增加 32 毫米。

32 毫米本身不是问题，问题是这 32 毫米是不是均匀分布的。管子进锅的时候，先入水的部分先热，后入水的后热；管子上下表面接触锌液的方式不同，上表面可能被锌液覆盖，下表面贴着锅底或者托架；管子两端和中间的散热条件也不一样。温度不均，伸长就不均，不均就产生热应力，热应力超过当时的屈服强度，就产生塑性变形。

二、算一下，几毫米的差别就够弯

假设管子上下表面的温差是 30 摄氏度。上表面温度高，伸得长；下表面温度低，伸得短。6 米长的管子，两面的长度差是 6 乘 12 乘 10 的负 6 次方再乘 30，等于 2.16 毫米。

一面比另一面长 2.16 毫米，管子就弯了。弯成什么样？按圆弧估算，6 米跨度、两端长度差 2.16 毫米，对应的挠度大约 1.6 毫米。这个量级在常温下不算什么，但在 450 摄氏度、屈服强度只有一半的状态下，1.6 毫米的弯曲会伴随着塑性变形，冷却以后回弹一部分，剩下的是永久的。

自重下垂也算一笔。DN100 的管子，截面惯性矩约 1.87 乘 10 的 6 次方毫米四次方。两端简支、均布荷载，跨中挠度按 5 乘均布荷载乘跨度的四次方，除以 384 乘弹性模量乘惯性矩。

常温下弹性模量 206000 兆帕，算出来挠度 4.1 毫米。450 摄氏度时弹性模量降到 170000 左右，挠度变成 5.0 毫米。再加上屈服强度下降带来的塑性分量，实际下垂能到 6 到 8 毫米。

如果在中间加一个支点，跨度从 6 米变成 3 米，挠度和跨度的四次方成正比，马上降到原来的十六分之一，0.3 毫米。这就是为什么挂具的设计比锌锅温度更影响变形。

三、残余应力在高温下释放

钢管在进镀锌厂之前，已经经历过很多次加工。成型、焊接、定径、矫直、切断、运输，每一道都会在材料里留下残余应力。

残余应力在常温下是稳定的，因为材料屈服强度高，应力释放不了。加热到 450 摄氏度，屈服强度掉一半，原来被约束住的应力就释放出来了。释放的方式就是变形。

焊缝附近最明显。焊接的时候，焊缝和热影响区的冷却速度不同，产生拉应力和压应力。镀锌加热相当于一次去应力退火，焊缝区的应力释放，管子就朝着应力平衡的方向弯。

矫直留下的应力也一样。管子出厂前要矫直，矫直机施加的压力让管子产生塑性变形，表面留下压应力，芯部留下拉应力。镀锌加热以后，这些应力释放，管子会朝着矫直的反方向回弹，也就是原来弯的地方更弯。

这也是为什么同一批管子，有的弯得多有的弯得少。残余应力的分布本来就不均匀，释放出来的变形自然也不均匀。客户拿十根管子验，可能八根合格两根超差，这种批次性的差异最难解释。

四、挂具和装料，比温度更可控

锌锅的温度是工艺定的，改不了多少。挂具和装料方式是厂里能控制的，也是变形差异的最大来源。

第一种错法是悬臂挂。管子一端挂在挂具上，另一端自由悬空。悬臂梁的挠度是简支梁的十六倍，6 米的管子悬出去 3 米，下垂量能到几十毫米。这种挂法只适合短管。

第二种错法是支点太少。6 米的管子只用两个支点，支点在两端，中间全靠自重扛。前面算过，这个状态下的下垂是 5 到 8 毫米。改成三个支点，下垂降到 0.3 毫米。

第三种错法是装得太密。管子和管子挨着，中间没有间隙，锌液进不去，热量传不进，加热不均。密装还会导致冷却不均，中间的管子冷得慢，边上的冷得快，同一批管子的变形量差很多。

第四种错法是不同规格混装。粗细不同的管子放在一个挂具上，吸热和散热都不一样。粗管热得慢冷得也慢，细管正好相反，两者的变形规律完全不同，混在一起没法统一控制。

正确的做法是：支点按管长均匀分布，6 米管至少三个支点，间距不超过 2 米；管与管之间留出 20 到 30 毫米的间隙；同规格同壁厚的装一挂；挂具本身要有足够的刚度，挂具变形会直接传给管子。

五、冷却比加热更容易出问题

管子出锌锅以后要冷却。冷却方式有水冷和空冷两种，各有各的麻烦。

水冷的冷速快，锌层结晶细，表面光洁，生产效率高。问题是水冷的时候管子入水的顺序有先后，先入水的部分先冷、先收缩，后入水的后收缩。收缩不同步，就产生新的热应力。如果管子是斜着入水的，一头先冷一头后冷，弯的方向就是固定的。

空冷的冷速慢，温度梯度小，变形小。缺点是占用场地，生产周期长，而且空冷过程中管子还是在自重作用下，高温停留时间长，蠕变的分量更大。

实际生产中常用的是水冷加空冷的组合。先在水槽里短时间冷却，让锌层定型，再吊出来空冷。水冷的入水方式要整根同时入水，不要斜着下，不要一头先下。水槽要够大，管子能完全浸没。

冷却水的温度也有讲究。水温太低，冷速太快，热应力大；水温太高，冷速慢，锌层组织粗。一般控制在 40 到 60 摄氏度，靠循环水或者加冷水调节。

冷却时间要够。有些厂为了赶产量，管子在水里涮一下就吊出来，表面温度还是几百度，后面的空冷过程继续变形。浸锌时间和冷却时间都要按工艺卡走，镀锌管热镀锌，浸锌时间多久 里讲过时间与锌层厚度的关系，冷却时间是另一半，同样不能省。

六、锌层厚薄也会拉一把

锌层在冷却过程中会收缩，收缩率比钢大。锌的线膨胀系数是每摄氏度 30 乘 10 的负 6 次方，钢是 12，差了一倍半。

从 450 度冷到常温，温差 450 度，锌的收缩量是 1.35%，钢是 0.54%。锌层想缩得比钢多，但被钢基体约束住，于是在锌层里产生拉应力，在钢的表层产生压应力。

这个应力本身不足以把管子拉弯，因为锌层很薄，几十微米。但如果管子一面锌层厚、一面锌层薄，两面的应力不对称，就会产生一个弯矩。薄壁管对这个弯矩更敏感。

锌层为什么会一面厚一面薄？管子在锌锅里是横着放的，上表面离开锌液的时候带走的锌多，下表面流掉的锌多，所以上表面通常比下表面厚。这个差异在小口径管上不明显，大口径、薄壁的管子上就能看出来。

锌瘤会放大这个效应。局部挂了一大块锌，那一侧重，冷却的时候收缩量大，管子就朝那一侧弯。锌瘤怎么产生的、怎么处理，热镀锌锌瘤，怎么处理 里有说法，从控制变形的角度，锌瘤要尽量少。

七、已经弯了，怎么救

第一种是冷校。把管子放在校直机上，用压头压弯的地方，靠塑性变形把它压回来。冷校的优点是效率高、成本低，缺点是校直以后管子表面有压痕，锌层开裂，裂口处露钢。校直量大的地方，锌层基本就废了。

第二种是热校。把弯的地方局部加热到 600 到 700 度，趁热压回来。热校的变形均匀，不容易裂，但加热会烧掉锌层，校完必须补锌。加热范围要控制，不能整根烧。

第三种是重镀。把锌层退掉，校直，重新镀。成本最高，但质量最好。适合高要求的场合，比如外观件、承压件。

校直有个限度。行业里的一般做法是，校直的处数不超过两处，校直影响的面积不超过整根管表面积的 5%。超过这个限度，锌层的完整性就没法保证，补锌也补不过来。

校完还要复检。直线度用平台加塞尺量，或者用拉线法量。锌层用测厚仪量，校直区域的锌层厚度不能低于标准要求。补锌层按 GB/T 13912 做到 100 微米以上。

八、标准和合同，把话说在前面

GB/T 13912 是热镀锌层的标准，它管的是锌层厚度、附着力、外观，不规定构件的变形量。变形的要求一般在产品标准或者合同里约定。

管材的直线度，GB/T 3091 有规定，但那是出厂状态，镀锌以后的变化不在其中。所以镀锌管采购，变形这一项要在合同里单独写。

怎么写？给出量化指标。比如：6 米定尺管，全长直线度偏差不大于 0.15%，也就是 9 毫米；任意 1 米范围内的局部弯曲不大于 3 毫米；不允许有 S 形弯。这几个数写进去，验收就有依据。

还要写处理方式。超差的管子是退、是降级、还是接受校直，校直的费用谁承担，校直后锌层破损怎么补。这些不写清楚，出了问题就是扯皮。

壁厚也要写。薄壁管比厚壁管更容易弯，同样的挂具和工艺，壁厚 3.2 的管子变形量可能是壁厚 4.0 的两倍。壁厚负差走满，变形还会加剧，镀锌管壁厚下差，一半在镀锌之前 里讲过负差的来源，采购时把最小壁厚写死，对控制变形有直接帮助。

九、从工艺上减少变形，五条

第一条，进镀前做去应力。对焊接管、冷弯件、矫直量大的管子，镀前做一次去应力退火，温度 550 到 600 度，保温后缓冷。这道工序增加成本，但对高精度管件是值得的。

第二条，支点加密。6 米管三个支点，9 米管四个支点，间距不超过 2 米。挂具要定期检查，变形了要修或者换。

第三条，控制入锅和出锅的速度。入锅慢一点，让管子均匀受热；出锅快一点，减少高温停留时间。速度要稳，不要忽快忽慢。

第四条，冷却要同步。整根入水，不要斜下，水温控制在 40 到 60 度，冷却时间按工艺卡走。

第五条，分规格装挂。同规格、同壁厚、同长度的装一挂，不要混。混装的变形规律没法统一，控制不住。

这五条里，支点加密和冷却同步的成本最低，效果最直接。去应力退火成本高，但对薄壁长管是必要的。

镀锌厂和用管的一方，最好在打样阶段就把变形量谈清楚。拿一批管子做试镀，量出实际的直线度偏差，双方认可了这个数，量产才不会退货。这类工艺参数和验收口径的沟通，也可以在钢管动力上发一条需求，把管径、壁厚、长度、直线度要求写清，做镀锌加工的厂家看到，报价和承诺都会具体一些。

数据来源：来自公开网络。

钢管动力，关联公众号：钢标控。