舊金山海灣大橋 96 支錨栓拉緊後兩週內發現 32 支斷裂：冶金報告說材料符合 ASTM A354 BD 的基本要求，調查報告要合約另外寫明四項

兩週內：96 支裡發現 32 支斷裂

新東跨的自錨式懸索橋（SAS）上，用了 17 種、共 2,306 支 ASTM A354 grade BD 高強度鋼桿，報告統稱「rod」，包含錨栓、拉桿與各種螺栓。出事的是其中一組：E2 橋墩上剪力榫 S1、S2 下座的錨栓， 每個剪力榫 48 支，共 96 支，直徑 3 吋、長 10 到 17 呎，報告總表把張力列為 0.7 Fu（Fu 指設計規定的最低抗拉強度，表中取一位小數）。它們由 Dyson 公司在 2008 年 6 月 4 日到 9 月 6 日製造，2008 年 10 月安裝， 下端連同螺帽埋進混凝土橋墩帽，之後再也碰不到。

帽樑在 2009 年初完成，比上方的箱梁就位早了三年。錨栓上段坐在預留的管道裡等待後續施工，報告寫明原設計與安裝程序沒有安排排水或足夠的防雨措施，後來的臨時排水與封閉也沒擋住雨水， Caltrans 要求抽過幾次水，但水在管道裡待了多久不知道。報告說錨栓在管道裡放了五年才拉緊（從 2008 年 10 月安裝算到 2013 年 3 月，約四年五個月）。

2013 年 3 月 1 日拉 S2，3 月 2 日到 5 日拉 S1。依合約，先用千斤頂頂到 0.75 Fu，荷重從千斤頂轉到螺帽時有座定損失，最後停在 0.68 Fu。 3 月 8 日到 14 日之間，陸續發現 32 支斷裂。截至 3 月 14 日，Caltrans 已決定把其餘沒斷的降到 0.45 Fu，表 9 的註記載 3 月 15 日完成降張。報告說，若不降，可能會斷更多。報告本文把它概括為「約 30% 在拉緊後 3 到 10 天斷裂」；圖 6 記錄的是每一支被發現斷裂的日子，橫軸畫到第 14 天。

這個張力有多高？以設計最低抗拉強度 140 ksi 計，0.68 Fu 是 95.2 ksi（約 656 MPa）。這批錨栓的品管紀錄平均降伏強度是 142 ksi，所以這個名目應力約是批次平均降伏強度的 67%，大約三分之二（本站試算；不是每一支的實測值，也不是牙底的局部應力）。 報告的說法是，2008 批在遠低於實際降伏強度的張力下斷裂，這本身就是氫脆與韌性不足的證據。

這批錨栓也換不掉。埋設端的牙被壓變形，防止它從螺帽退出；上方的箱梁也已經蓋住剪力榫。要換就得大幅破壞橋墩帽，報告認為直接更換不可行，失去的夾緊力只能用別的方式補。

「符合 A354 BD」量的是棒材的哪裡

現場取出 9 支斷棒，冶金團隊挑兩支（S1-G1、S2-A6）做完整分析。裂紋從牙底開始，S1-G1 長到 0.6 吋深、S2-A6 長到 0.4 吋深才發生最後的快速斷裂。 牙底附近的斷面是沿晶破壞，最後斷開的那一區幾乎全是劈裂。報告把這些和「斷裂延後發生」一起，當成氫輔助開裂、而且與時間有關的證據。

接著是材料本身。品管紀錄與實驗室的數字放在一起看：

表裡的「符合」都有依據，問題在硬度那一列。報告說，ASTM 規定棒材與螺栓的硬度量測位置在半徑中點（R/2），SAS 的品管與官方查驗也照 ASTM F606 在 R/2 量。 受分析的兩支斷棒，R/2 是 32.5 到 36.2 HRC，合格；沿直徑量下去，外緣接近 39，心部低到 25。報告列出的原始品管摘要只有 R/2 的硬度，看不到這種跨斷面的差異。 報告說，大直徑棒材本來就很難完全淬透，但心部與外緣差這麼多，顯示鋼料可能沒有足夠的淬透性，或熱處理不適當。

顯微組織解釋了那個落差。大部分是淬火回火後該有的回火麻田散鐵，但有些區域沒有完全相變，肥粒鐵與波來鐵夾在麻田散鐵之間，成帶狀分布，還有沿同一方向拉長的夾雜物。 只憑 R/2 的合格硬度，看不出這種跨斷面的組織與硬度差異。

韌性那一列是另一個缺口。依報告轉述，A354 的基本要求不包括 Charpy 衝擊試驗，所以韌性不在這批錨栓的驗收項目裡。報告拿一般鋼常見的室溫下限 20 ft-lb 當背景比較，2008 批三組試樣的平均值是 13.5 到 17.7 ft-lb，報告據此說材料缺乏韌性。 （試驗溫度報告前後不一：p.19 的文字寫 40 °F，表 12 把這三組放在 70 °F 欄；p.55 又把區間寫成 13.5 到 17.5。溫度不同，這組數字不能直接當成室溫的合格比較。）

氫從哪裡來：報告確定的與沒確定的

材料符合標準卻斷了，下一個問題是氫的來源。報告在這裡分得很清楚，本頁也照分。

冶金報告判定的：冶金報告的結論是，錨栓拉緊時，氫「already present and available in the rod material」（已經在棒材裡、可以作用），加上施加的拉力，造成氫脆； 根本原因是這批鋼的氫脆敏感性高於一般。九支取出的斷棒，斷口附近都沒有表面腐蝕。

列為可能的：管道裡的雨水「may have been a contributing source」（可能是氫來源之一），但水在管道裡待了多久，報告說不知道。 報告另外列出幾項「也可能有貢獻」的因素：硬度高於 35 HRC、強度比最低值高 20%、0.7 Fu 的高張力、熱浸鍍鋅、追加的熱處理、埋設細部曝露在環境中。 對熱浸鍍鋅，報告的一般說明是：鋅浴約 850 °F（約 454 °C），加熱過多可能釋出鋼裡原有的氫，被鋅層包住後提高氫脆風險。這是一般機制的說明，報告本文沒有提供這批錨栓鍍鋅前後含氫量的比較數據。

沒有定論的：這批錨栓裡的氫，多少來自鋼料、熱處理、酸洗與鍍鋅，多少可能來自施工等待期間的積水，報告本文沒有分出比例。 有一個間接線索：2008 年 10 月，Caltrans 以變更單（CCO #91）要求 SAS 上部結構合約裡張力超過 0.5 Fu 的 BD 錨栓加做磁粉探傷，之後的鋼料開始來自採用真空除氣的鋼廠，報告說這「可能」減少了鋼裡殘留的氫。 2008 批當時已經鍍完鋅，沒有做磁粉探傷；它的鋼料有沒有真空除氣，報告本文沒有交代。

氫脆的一般原理、電鍍件為什麼要烘烤，站上〈防了鏽卻斷了：氫脆與那一道烘烤〉已經寫過；使用中腐蝕產生的氫，見〈11 支缺口螺栓有 10 支斷前三天內淋過雨〉。這裡只補一件那兩篇沒有的事：這批錨栓的三個條件（敏感的材料、高拉應力、氫）同時存在，而基本機械與化學性能合格，不足以證明材料在這個張力與環境下有足夠的抗氫脆能力。

熱浸鍍鋅是怎麼被寫進合約的

報告說設計方與 Caltrans 在 2003 年就知道 A354 BD 熱浸鍍鋅有氫脆的疑慮，為什麼還是鍍了？因為原本要求的機械鍍做不了 3 吋、4 吋的錨栓，合約就比照另一座橋的前例改成熱浸。報告把這段經過排成時間表，每一步單獨看都有理由。

一般熱浸鍍鋅前要在酸液裡酸洗，典型約 20 分鐘，氫可能在這一步進入鋼材；報告介紹，有氫脆風險的高強度鋼可改用乾式噴砂加不到 30 秒的閃酸洗。依報告查到的專案文件，SAS 的 BD 鋼桿除了 Item 6 是機械鍍，其餘都照這個做法處理後熱浸。 報告引用的 ASTM A354 提醒是：類似材料與製程的螺栓研究顯示，熱浸鍍鋅的 grade BD 螺栓可能發生氫應力開裂或應力腐蝕開裂。這是提醒，不是禁止。

問題出在搬過來的那一份前例。Richmond–San Rafael 橋的錨栓只鎖到貼緊，SAS 上有些錨栓要拉到 0.7 Fu。報告寫，對 SAS 各位置用途不同、張力高得多這件事，「little documented discussion」（幾乎沒有文件記錄的討論）。 TBPOC 的發現 2 說得更直接：一份規格被套到七個不同位置，把低張力、水下、貼緊的規格搬到水上、高張力的位置，是不恰當的。

檢驗也有一個洞。報告的發現 8：ASTM A143 要求氫脆試驗，但現場的監造人員只對直徑 1½ 吋以下的錨栓做了，大直徑的沒有做，也沒有人發函詢問。 報告在表 6 另外指出試驗方法的直徑限制：ASTM F606 的楔形拉伸試驗只寫到 1½ 吋，更大的直徑沒有對應的規定，而這個案子的 BD 鋼桿大多比 1½ 吋粗。 電鍍件氫脆試驗的性質，站上〈那個氫脆試驗，標準自己說它不是驗收試驗〉談過。

其他 2,210 支怎麼處理

出事的 2008 批 96 支，約占全橋 A354 BD 鋼桿的二十四分之一。其他 2,210 支有沒有同樣的問題，是決定能不能通車的關鍵，報告用「時間」和「批次」來回答。

最接近的是同一個橋墩上、2010 年製造的 192 支 3 吋錨栓。它們在 2013 年 4 月 9 日拉完，接著做 30 天的現場持載觀察，到 5 月 9 日沒有一支斷，也沒有氫脆跡象。 從中取出的試件，組織基本上是均勻的麻田散鐵。報告本文說 2010 批在 40 °F 的 Charpy 是 36.6 到 38.3 ft-lb（約 50–52 J），但表 12 的 40 °F 組平均是 36.8 到 37.7，兩處不完全一致；若用表 12 同在 70 °F 欄的組平均比，2010 批 37.3 到 38.3、2008 批 13.5 到 17.7，相差兩倍以上（抽樣的組平均值，不代表每一支）。 其餘 2,018 支到 2013 年 7 月 1 日為止都沒有斷；已經拉緊的，依表 9 受拉了 91 到 1,429 天，只有自行車道的 43 支還沒拉（表 9 的 91 天屬於 4 月 9 日拉完的那 192 支，本站算到 7 月 1 日是 83 天，報告沒有說明差異）。 報告的理由是，氫脆通常在受力後幾天到幾週內發生；綜合持載表現與材料試驗，報告判斷其他批次的近期氫脆風險低。

長期風險是另一回事。報告把應力腐蝕開裂（SCC）列為接下來的問題：它要靠腐蝕持續發生，以年或數十年計，取決於張力、直徑、牙和表面硬度。表面硬度 35 HRC 以上、張力又高的錨栓要進一步評估。 報告也提到，鋅層若有小破口，會在破口處形成電池反應，加速產生氫。為此安排了五項試驗：現場硬度、實驗室硬度與衝擊、全尺寸拉伸、Townsend 加速 SCC 試驗、Raymond 試驗；前三項在 6 月 21 日完成；Townsend 試驗的設備還在建造，Raymond 試驗的程序還在制定。

報告預計「通車後更換」與「加強除濕」在 2014 年底前做完；降張力要等設計者確認、施工造成的荷重分布不再變動後才調整。這些都是 2013 年報告裡的預定處置，不是後來的實績。 補強方案比了三種，選的是鋼鞍座：用跨過帽樑兩側的預力鋼腱，把剪力榫下座壓住，當時估算約 1,000 萬美元；另一案鋼環估算 1,500 萬到 2,000 萬美元。TBPOC 在 2013 年 5 月 8 日一致通過，鞍座要在通車前完成，取代整個 2008 批的夾緊力。 報告記載，Caltrans 已為替換用的新錨栓訂了補充規格：限制抗拉強度上限、規定最低韌性與最高硬度、硬度要窄公差並沿直徑小間距量測；另外預定做 ASTM F606 的持載拉伸試驗和 Townsend、Raymond 試驗，並評估鍍鋅以外的防蝕方式。

報告要合約多寫的四項，以及買家可以怎麼問

回到開頭的那兩句話。報告的發現 1 把它們並列：錨栓因氫脆斷裂，同一份冶金報告又說錨栓符合 A354 BD 的基本機械與化學要求。發現 6 接著說，這個案子的扣件規格太依賴通用的 ASTM 標準，應該另有特別條款，把四項要求寫得更清楚：

1. 最高硬度，以及斷面上的硬度一致性。不只是 R/2 落在 31–39 HRC。報告引述 Fisher、Townsend 等專家的共識，這類高強度鋼桿在有製程管制時的合理範圍是 31–35 HRC；ASTM F2329 對 33 HRC 以上提示脆化風險。
2. 最低韌性。A354 沒有 Charpy 要求；需要最低韌性的話，試驗條件與允收值要寫進補充規格。
3. 磁粉探傷。CCO #91 在 2008 年 10 月才加上，2008 批當時已經鍍完鋅而沒做。
4. 安裝前，在拉力下持續一段時間的試驗。報告轉述的 F606 楔形試驗只寫到 1½ 吋；大直徑鋼桿的試驗條件要在合約裡寫明。

報告裡審查委員的一句話是：「National Standards are the minimum. You still need to do good engineering.」（國家標準是最低要求，還是要做好的工程判斷。）發現 7 引了另一位工程師的話：「A good design should not be so sensitive to bad material.」（好的設計，不應該對不良材料這麼敏感。）

以上四項來自發現 6。以下五個問題是本站的讀法，不是報告的建議。採購大直徑、高強度、要鍍鋅的牙條或錨栓時，材質證明上的「符合」之外，至少可以再問這五件事：

• 硬度在哪裡量？只有 R/2，還是有沿直徑的硬度分布？報告給替換錨栓的補充規格，正是「沿直徑小間距量測、窄公差」。
• 有沒有 Charpy 值？在幾度量？標準沒要求的資料，不一定會隨證明一起提供；驗收需要的話，要寫進採購規格。
• 熱處理紀錄在不在？做過幾次？2008 批的第二次熱處理，起因是第一次的紀錄找不到。
• 鍍前處理是酸洗還是噴砂加閃酸洗？有沒有適用這個直徑的氫脆試驗？如果標準的試驗方法不涵蓋這個直徑，就要在合約裡另外寫。
• 這支錨栓要拉到多少？同一個材料等級或規格，用在貼緊與 0.7 Fu 的位置，風險評估不一樣。報告最直接的批評，就是一份規格套用到七個位置。

材質證明上各類型的差別，見〈材質證明怎麼看：EN 10204 的四種型別差在哪〉。這些問題問得出答案，不等於風險消失：氫脆要三個條件同時成立，材料、製程、試驗、張力與防蝕環境要由採購、設計與施工一起確認。

這頁不能說的

這份報告是業主方的監督委員會在 2013 年 7 月寫的，處置分類是暫定的。報告發布時，Townsend 與 Raymond 試驗還沒完成，FHWA 的獨立審查還在進行，耐震審查小組的書面意見另行提交；這些後續結果本站沒有讀，也不轉述橋後來的處置與通車經過。 冶金報告全文在附錄 H.13，本頁只用報告本文的摘要。ASTM A354、A143、F606、F2329 的條文本站沒有讀原文，只引報告的轉述，也沒有核對現行版本，不能拿來解釋現行條文。 報告本文沒有定量確認氫的來源與各來源的比例，本頁也不推定。報告寫了各方的責任，本頁不轉述，也不從中推論責任歸屬。 報告內有幾處互不一致：2008 批與 2010 批 Charpy 的區間與試驗溫度、表 9 的受拉天數，本頁照實註明。MPa、J、°C 與比例是本站換算。 上一節後半的五個問題是本站的讀法，不是設計建議；大直徑高強度錨栓能不能熱浸鍍鋅、該用哪一種防蝕，需要負責設計的工程師依張力與環境判斷。

這一篇屬於第 5 步，表面處理。完整的順序是母材、牙、頭型、驅動、表面處理、文件；至於為什麼順序做反了是重工而不是微調，見指定一顆螺絲。

常見問題

符合 ASTM A354 BD 的錨栓，為什麼還會氫脆斷裂？

冶金報告說，海灣大橋 2008 批受分析的錨栓符合 A354 BD 的基本機械與化學要求（製造時曾有兩個爐號伸長率偏低，以適合用途接受）。但報告轉述的 ASTM 硬度量測位置在半徑中點，不涵蓋斷面上的一致性，A354 也不要求衝擊試驗。受分析的斷棒心部低到 25 HRC、外緣接近 39 HRC，組織不均勻，三組 Charpy 平均只有 13.5 到 17.7 ft-lb。冶金報告判定材料的氫脆敏感性高於一般，加上 0.68 Fu 的拉力與棒材裡已有的氫，拉緊後兩週內發現 32 支斷裂。

A354 BD 的螺栓或牙條可以熱浸鍍鋅嗎？

依 TBPOC 2013 年報告轉述的當時版本，ASTM A354 提醒熱浸鍍鋅的 grade BD 螺栓可能發生氫應力開裂或應力腐蝕開裂，但沒有禁止；Caltrans 2000 年 4 月版的橋梁設計規範則寫明不准鍍鋅，這次更新沒有追溯到本案。報告的發現 5 認為應該更充分考慮 Geomet、塗油加護套、塗裝等替代方案，並做生命週期成本比較。本站不給一般性的可否建議，這要依張力、直徑與環境由設計工程師判斷。

硬度在規格內，為什麼還說有風險？

報告說 ASTM 的硬度量測位置在半徑中點（R/2）。海灣大橋受分析的斷棒，R/2 是 32.5 到 36.2 HRC，合格；沿直徑量，心部低到 25、外緣接近 39，原始品管摘要看不到這種分布。報告引述專家共識，這類高強度鋼桿有製程管制時合理範圍是 31 到 35 HRC；ASTM F2329 對 33 HRC 以上提示脆化風險。品管紀錄上這批的平均是 36.8 HRC。

採購大直徑高強度錨栓，規格裡要多寫什麼？

TBPOC 報告的發現 6 列出四項：最高硬度與斷面一致性、最低韌性、磁粉探傷、安裝前的持載時間試驗。報告記載 Caltrans 給替換用錨栓的補充規格，另外限制抗拉強度上限、要求硬度窄公差並沿直徑小間距量測，並預定做 ASTM F606 持載拉伸試驗與 Townsend、Raymond 試驗。這些是那個案子的做法，用到別的案子仍需設計工程師判斷。

參考資料

• Toll Bridge Program Oversight Committee（2013）—— Report on the A354 Grade BD High-Strength Steel Rods on the New East Span of the San Francisco-Oakland Bay Bridge, With Findings and Decisions
• 防了鏽卻斷了：氫脆與那一道烘烤
• 那個氫脆試驗，標準自己說它不是驗收試驗
• 11 支缺口螺栓有 10 支斷前三天內淋過雨：曝露中斷掉的 1700 MPa 螺栓，氫來自腐蝕，出廠前的烘烤管不到
• 材質證明怎麼看：EN 10204 的四種型別差在哪

TBPOC 報告的執行摘要與正文（編頁 1–102）由本站讀過；附錄（含 Appendix H.13 冶金報告全文）沒有讀。ASTM A354、A143、F606、F2329 的內容引自報告的轉述，本站未讀標準原文，也未核對現行版本。ksi→MPa（×6.895）、ft-lb→J（×1.356）、°F→°C、0.68×140＝95.2 ksi、95.2÷142≈67%、159–170 ksi 比 140 ksi 高約 14–21%、4 月 9 日到 7 月 1 日為 83 天，都是本站試算。報告內 2008 批 Charpy 寫成 13.5–17.7 與 13.5–17.5 ft-lb、溫度在文字寫 40 °F 而表 12 欄位標 70 °F；2010 批文字寫 36.6–38.3 ft-lb，表 12 的 40 °F 組平均是 36.8–37.7；本頁照實註明。降張在 3 月 14 日前決定、表 9 註記 3 月 15 日執行。「買家可以怎麼問」一節後半的五個問題是本站讀法，前半四項出自報告發現 6。