不銹鋼地鐵車體的腐蝕原因及其防腐蝕措施

寧海石

中車青島四方機(jī)車車輛股份有限公司 山東青島 266111

不銹鋼地鐵車輛具有環(huán)保、免涂裝、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，帶給人們“無銹、清潔、高級質(zhì)感” 美好印象。不銹鋼的金屬質(zhì)感符合現(xiàn)代審美，在國外城市軌道交通中得到了大量應(yīng)用，也越來越多地用于國內(nèi)城市地鐵中。但是，在車體制造過程中經(jīng)歷了下料成型、零部件組裝焊接等工序后，不銹鋼車體容易發(fā)生腐蝕，出現(xiàn) “不銹鋼生銹” 的現(xiàn)象。本文基于某無涂裝不銹鋼地鐵車體項目的執(zhí)行經(jīng)驗，總結(jié)了不銹鋼車體產(chǎn)生腐蝕生銹的原因，對各個環(huán)節(jié)應(yīng)該注意的控制要點(diǎn)及解決措施進(jìn)行了歸納，為避免或減輕不銹鋼車體腐蝕生銹提供參考。

1 不銹鋼的組織結(jié)構(gòu)、性能特點(diǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域

不銹鋼一般含有鉻（Cr），鎳（Ni），鉬（Mo），鈦（TI）等優(yōu)質(zhì)金屬元素。常見不銹鋼有鉻不銹鋼，即含Cr ≥12% 以上。鎳鉻不銹鋼含Cr ≥18%，含Ni ≥12%。從不銹鋼金相組織結(jié)構(gòu)分類：有奧氏體不銹鋼，例如：1Cr18Ni9Ti，1Cr18Ni11NB，Cr18Mn8Ni5。馬氏體不銹鋼，例如：Cr17，Cr28 等。一般稱為非磁性不銹鋼和帶有磁性不銹鋼。不銹鋼由于其特殊的金相組織和表面鈍化膜，使得它在一般情況下較難與介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而被腐蝕，但并不是在任何條件下都不能被腐蝕。在腐蝕介質(zhì)和誘因（如劃傷、飛濺、割渣等）存在的條件下，不銹鋼也能與腐蝕介質(zhì)發(fā)生緩慢的化學(xué)和電化學(xué)反應(yīng)被腐蝕，而且在一定條件下的腐蝕速度相當(dāng)快而產(chǎn)生銹蝕現(xiàn)象，尤其是點(diǎn)蝕和縫隙腐蝕。不銹鋼件的腐蝕機(jī)理主要為電化學(xué)腐蝕。因此，在不銹鋼產(chǎn)品在加工作業(yè)過程中應(yīng)采取一切有效措施，盡量避免銹蝕條件和誘因的產(chǎn)生。實際上，許多銹蝕條件和誘因（如劃傷、飛濺、割渣等）對于產(chǎn)品的外觀質(zhì)量也有顯著的不利的影響，也應(yīng)該和必須加以克服[1]。

2 不銹鋼車體腐蝕原因

2.1 大氣環(huán)境因素

基于國家材料環(huán)境腐蝕平臺長期數(shù)據(jù)積累和觀測，青島地區(qū)的氯離子濃度和二氧化硫濃度均處于較高水平，腐蝕等級為最高級5級，腐蝕性很高，其中，氯離子是對不銹鋼危害最大的因素。另外，在空氣濕度較高的情況下，二氧化硫會轉(zhuǎn)變成亞硫酸，顯酸性，與氯離子共同作用，對不銹鋼的腐蝕風(fēng)險進(jìn)一步加重。

2.2 原材料下料、成型

卷鋼板材料需要經(jīng)過開平、裁剪、折彎或棍彎等方式才能加工成使用的零件。在上述加工過程中，因切割、夾持、受熱、磨具擠壓、冷加工硬化等導(dǎo)致不銹鋼表面富鉻氧化物鈍化膜遭到破壞，引起電化學(xué)腐蝕。且壓痕較深，粗糙度大，不利于鈍化膜的形成。根據(jù)極化曲線測試結(jié)果，粗糙度越大，耐腐蝕性越差，越易生銹[2]。

2.3 打磨破壞不銹鋼表面鈍化膜

不銹鋼零部件表面經(jīng)過不銹鋼絲刷和砂輪片等工具打磨后，破壞了不銹鋼原有的鈍化膜，使不銹鋼表面進(jìn)入活態(tài)，在潮濕空氣中產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕。

2.4 存放、運(yùn)輸及吊運(yùn)不當(dāng)

在存放、運(yùn)輸及吊運(yùn)中，遇到硬物劃傷，異種鋼接觸，灰塵、油污、鐵銹等污染時，不銹鋼件（包括原材料）會發(fā)生腐蝕。不銹鋼與其他材料混合存放、存放使用的工裝不當(dāng)，容易對不銹鋼表面造成污染，引起化學(xué)腐蝕。運(yùn)輸工裝、夾具使用不當(dāng)會造成不銹鋼表面磕碰、劃痕，從而導(dǎo)致不銹鋼表面鈍化膜破壞，形成電化學(xué)腐蝕。吊具、夾頭使用不當(dāng)，過程操作不當(dāng)也會導(dǎo)致不銹鋼表面鈍化膜破壞，引起電化學(xué)腐蝕。

2.5 設(shè)計結(jié)構(gòu)因素

在實際生產(chǎn)過程中，很多設(shè)計結(jié)構(gòu)不合理同樣會導(dǎo)致車體腐蝕。比如窄空間半封閉焊接結(jié)構(gòu)容易腐蝕，因為零件焊接完成后焊縫、氧化色不易打磨清理，焊渣不易剔除，易生銹物質(zhì)的附著與腐蝕介質(zhì)形成電化學(xué)腐蝕。單面焊、斷續(xù)焊、多層板疊用存在縫隙結(jié)構(gòu)，會導(dǎo)致縫隙腐蝕。設(shè)計結(jié)構(gòu)不合理導(dǎo)致排水不暢，最終車體結(jié)構(gòu)積水潮濕，導(dǎo)致化學(xué)、電化學(xué)腐蝕[3]。

3 防腐蝕改進(jìn)措施

3.1 原材料下料、成型工藝優(yōu)化

優(yōu)化下料底胎支撐板夾角、切割速度、焦點(diǎn)高度、氣壓等激光切割參數(shù)，實現(xiàn)鋼板表面無飛濺、切割邊緣毛刺細(xì)小，開發(fā)新型去毛刺工具進(jìn)行毛刺去除，避免下料階段對板材表面的打磨。

根據(jù)折彎件尺寸，裁取折彎保護(hù)膜，折彎前置于折彎底胎。折彎保護(hù)膜在工件和底胎拐角之間起到緩沖保護(hù)作用，從而防止工件在折彎時產(chǎn)生壓痕，從而避免夾持、磨具擠壓等導(dǎo)致不銹鋼表面富鉻氧化物鈍化膜遭到破壞，引起電化學(xué)腐蝕。

3.2 表面處理工藝優(yōu)化

針對焊縫黑灰清理、火焰矯形區(qū)消色，采用環(huán)保型電解清洗及鈍化工藝進(jìn)行處理，替代鋼絲刷和砂輪片等工具打磨，在去除黑灰變色的同時，進(jìn)行鈍化保護(hù)，與打磨表面相比，鈍化后耐腐蝕性顯著提高。針對焊接飛濺及焊縫余高等去除多余金屬的打磨作業(yè)，采用非金屬類打磨工具，如碳化硅碗刷替代鋼絲刷和砂輪片，不銹鋼表面破壞程度降低，不銹鋼表面自形成鈍化膜能力提高。

3.3 車體運(yùn)輸、存放防護(hù)

不銹鋼車體運(yùn)輸及存放前，對不銹鋼車體表面采用防護(hù)膜、防護(hù)板、牛皮紙等方式進(jìn)行表面防護(hù)，然后穿車衣，避免車體在運(yùn)輸及存放過程中發(fā)生磕碰、劃傷、灰塵、油污污染，從而確保不銹鋼表面鈍化膜不被破壞。

3.4 設(shè)計結(jié)構(gòu)優(yōu)化

車體在結(jié)構(gòu)中存在封閉、半封閉及搭接（側(cè)墻板與底架邊梁）等結(jié)構(gòu)，在車內(nèi)防腐涂裝時往往很難施工，防腐效果較差。在車輛長期運(yùn)營中此類結(jié)構(gòu)容易積水、積灰，且后期難以清理，腐蝕介質(zhì)可滲透到金屬表面，最終發(fā)生電化學(xué)腐蝕。針對設(shè)計結(jié)構(gòu)不完全封閉情況，通過涂打密封膠進(jìn)行密封，隔離腐蝕介質(zhì)，從而提高車體耐腐蝕性。

4 結(jié)語

不銹鋼地鐵車體制造過程中，經(jīng)過下料、成型、零部件組裝、焊接、打磨、調(diào)修等工序后，不銹鋼表面鈍化膜遭到破壞，不銹鋼車體容易發(fā)生腐蝕。通過優(yōu)化不銹鋼下料、成型工藝、表面處理工藝，優(yōu)化設(shè)計結(jié)構(gòu)，不銹鋼車體運(yùn)輸、存放時做好表面防護(hù)，不銹鋼表面鈍化膜能夠得到最大程度的保護(hù)，不銹鋼車體的耐蝕性得到提高，使不銹鋼不生銹成為一種可能，不銹鋼地鐵以 “無銹、綠色、環(huán)?！?的形象更廣泛的應(yīng)用于國內(nèi)外地鐵車輛。