不銹鋼地鐵車體的腐蝕原因及其防腐蝕措施
不銹鋼地鐵車輛具有環(huán)保、免油漆、耐腐蝕等優(yōu)點，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。
為此，中車南京浦鎮(zhèn)車輛有限公司技術(shù)工程部的趙佳佳高級工程師基于經(jīng)驗和查閱文獻(xiàn)，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。
選材設(shè)計的防腐蝕要求
目前，不銹鋼地鐵車輛的車體材料設(shè)計多數(shù)采用“不銹鋼＋局部碳鋼”的混合設(shè)計模式：整個車體僅端牽枕采用碳鋼材料，其余部分為不銹鋼材料。端牽枕采用碳鋼材料主要是為了解決端牽枕部位的厚板承力和焊接變形等問題。
不銹鋼車體材料主要為防腐蝕性能優(yōu)良的SUS301L系列奧氏體不銹鋼，包括SUS301L-ST?SUS301L-MT?SUS301L-HT?SUS301L-DLT等多個強(qiáng)度級別的材料。選材時主要考慮部件的強(qiáng)度需求以及成型要求。
底架端部結(jié)構(gòu)為碳鋼材料，牽枕緩承力部件主要采用具有良好冷成型性能的高強(qiáng)度耐候鋼。不銹鋼材料防腐蝕性能較好，表面不需要再涂漆，但外露的弧焊焊縫部位要進(jìn)行鈍化處理，碳鋼部件外露面、異種鋼接頭混合區(qū)域都要進(jìn)行油漆處理。
不銹鋼車體腐蝕原因
由于不銹鋼表面存在鈍化膜，在一般情況下不銹鋼較難與介質(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。當(dāng)環(huán)境中存在腐蝕性介質(zhì)和誘因時，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)從而腐蝕生銹。如不銹鋼表面附著的油污、灰塵、酸堿鹽等污染物在大氣、水等環(huán)境作用下會轉(zhuǎn)化成腐蝕介質(zhì)，與不銹鋼基體發(fā)生氧化反應(yīng)形成化學(xué)腐蝕；不銹鋼加工過程中產(chǎn)生的表面劃痕，附著的割渣、飛濺物等易生銹物質(zhì)，在大氣和水等環(huán)境作用下與不銹鋼基體形成原電池產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕現(xiàn)象。因此，在不銹鋼車體制造過程中應(yīng)采取有效措施保護(hù)不銹鋼表面，盡量避免銹蝕條件和誘因的產(chǎn)生。通過分析某個非涂裝不銹鋼車體生產(chǎn)過程中的腐蝕現(xiàn)象，將生產(chǎn)過程中導(dǎo)致不銹鋼車體腐蝕的原因歸納為以下五類：
1 存放、運輸及吊運不當(dāng)
在存放、運輸及吊運中，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 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。
正常情況下，鈍化膜被破壞后暴露出的鋼基體表面會和大氣反應(yīng)進(jìn)行自我修理，重新形成富鉻氧化物鈍化膜，繼續(xù)對基體起保護(hù)作用。但是，如果不銹鋼表面不潔凈，則會加速不銹鋼的腐蝕。在下料過程中的切割熱和成型過程中的夾持、受熱、磨具擠壓、冷加工硬化等都會導(dǎo)致組織不均勻變化，引起電化學(xué)腐蝕。
3 熱輸入
當(dāng)溫度達(dá)到500～800℃時，不銹鋼中的鉻碳化物會沿晶界析出，晶界附近因含鉻量下降而出現(xiàn)晶界腐蝕。奧氏體不銹鋼熱導(dǎo)率約為碳鋼的1/3，焊接時產(chǎn)生的熱量不能很快分散，大量聚集在焊縫區(qū)域使溫度升高，導(dǎo)致不銹鋼焊縫及周邊區(qū)域發(fā)生晶界腐蝕，另外其表面氧化層遭到破壞，容易引起電化學(xué)腐蝕，因此焊縫區(qū)域極易發(fā)生腐蝕現(xiàn)象。在異種鋼焊接時，異種鋼易發(fā)生電化學(xué)腐蝕?；鹧嬲{(diào)修會造成不銹鋼表面鈍化膜層的破壞，尤其對同一區(qū)域進(jìn)行反復(fù)加熱時，錘擊造成金屬表面氧化膜破壞，不均勻的組織和鈍化膜的缺失都會誘使電化學(xué)腐蝕的產(chǎn)生。
焊接作業(yè)完成后，通常需要對焊縫外觀進(jìn)行打磨處理，清除黑灰、飛濺、焊渣等易誘發(fā)腐蝕的介質(zhì)，同時對外露弧焊焊縫進(jìn)行酸洗鈍化處理，異種鋼焊接接頭則需要進(jìn)行油漆找補(bǔ)。矯形時盡量采用機(jī)械裝置，或用木錘（橡皮錘）或墊橡皮墊錘擊，禁止用鐵錘錘擊，以避免損傷不銹鋼件。
4 設(shè)計結(jié)構(gòu)不良
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。
5 生產(chǎn)過程中工具選用、工藝執(zhí)行不當(dāng)
在實際作業(yè)過程中，一些工具的選用、工藝執(zhí)行不當(dāng)也會導(dǎo)致腐蝕的產(chǎn)生。比如焊縫鈍化時鈍化膏清除不徹底會導(dǎo)致化學(xué)腐蝕。焊后清理熔渣和飛濺時選擇了錯誤的工具，導(dǎo)致清理不徹底或傷及母材，氧化色打磨不當(dāng)破壞了表面氧化層或易生銹物質(zhì)的附著，都會導(dǎo)致電化學(xué)腐蝕。焊縫周邊需打膠密封，修整膠表面時使用的肥皂水也導(dǎo)致不銹鋼腐蝕。
防腐蝕改進(jìn)措施
針對不銹鋼車體發(fā)生腐蝕的原因，對不銹鋼車體制造過程的各環(huán)節(jié)提出了相應(yīng)的改進(jìn)措施，減輕或避免不銹鋼腐蝕的發(fā)生。
1 存放及運輸、吊運不當(dāng)引起的腐蝕
對于存放不當(dāng)引起的腐蝕，可采用以下防腐蝕措施：
① 存放時應(yīng)與其他材料存放區(qū)相對隔離；
② 采取有效防護(hù)措施使不銹鋼表面保持清潔，避免灰塵、油污、鐵銹等對不銹鋼污染而引起化學(xué)腐蝕，如對不銹鋼原材料表面進(jìn)行貼膜處理，如圖1所示，使用非金屬材質(zhì)工裝或油漆工裝。這些措施能有效保護(hù)不銹鋼表面清潔，避免因污染物引起電化學(xué)腐蝕。
圖1 鋼板來料貼膜處理
對于運輸不當(dāng)引起的腐蝕，可采用以下防腐蝕措施：
① 轉(zhuǎn)運時采用專用存放架，如木質(zhì)支架、表面噴漆的碳鋼支架或墊以橡膠墊，如圖2所示；
圖2 轉(zhuǎn)運工裝膠條隔離防護(hù)
② 運輸時采用運輸工具（如小車、電瓶車等），并采取潔凈有效的隔離防護(hù)措施；
③ 嚴(yán)禁拖拉，避免磕碰、劃傷。這些措施能有效保護(hù)不銹鋼表面的鈍化膜不被破壞，從而避免形成原電池發(fā)生電化學(xué)腐蝕。
對于吊運不當(dāng)引起的腐蝕，可采用以下措施：
① 不銹鋼鋼板的吊運應(yīng)使用真空吸盤，如圖3所示，并采用專用吊具，如吊裝帶、專用夾頭等，避免使用金屬吊具、夾頭；
圖3 真空吸盤吊運
② 嚴(yán)禁使用鋼絲繩以免劃傷不銹鋼表面；
③ 輕拿輕放，避免沖擊、磕碰造成劃傷。
以上措施也是為了保護(hù)不銹鋼表面的鈍化膜不被破壞，從而發(fā)生電化學(xué)腐蝕。
2 原材料的下料、成型引起的腐蝕
對于原材料下料引起的腐蝕，可采用以下防腐蝕措施：
① 下料過程中盡量使用冷切割方式，控制熱輸入量，避免熱切割導(dǎo)致不銹鋼組織變化，從而發(fā)生電化學(xué)腐蝕；
② 下料避免劃傷，割渣毛刺及時清理；
③ 保持設(shè)備、材料清潔。
這些措施可以降低下料過程中產(chǎn)生的物理缺陷，從而降低物理缺陷與腐蝕介質(zhì)形成原電池發(fā)生電化學(xué)腐蝕的概率。
對于成型過程引起的腐蝕，可采取以下防腐蝕措施：
① 不銹鋼件機(jī)械加工時應(yīng)注意防護(hù)，如夾具采用膠皮防護(hù)；
② 磨具、夾頭保持清潔，工件防止污染，如加工時注意防護(hù)，作業(yè)完成后清理工件表面的油污、鐵屑等雜物；
③ 盡量帶保護(hù)膜加工不銹鋼件，避免表面劃傷和折痕，如圖4所示；
圖4 制造過程中墻板表面貼膜
④ 對折彎后零件的折彎處進(jìn)行浸泡鈍化。
這些措施能夠有效保護(hù)不銹鋼表面鈍化膜不被破壞，保護(hù)工件清潔，同時浸泡鈍化重新產(chǎn)生鈍化膜，減少電化學(xué)腐蝕現(xiàn)象產(chǎn)生。
3 熱輸入引起不銹鋼的腐蝕
對于焊縫及周邊區(qū)域腐蝕，可采取的防腐蝕措施如下：
① 采用鈍化膏對焊縫進(jìn)行鈍化處理，如圖5所示，然后徹底清除鈍化膏；
圖5 焊縫鈍化膏鈍化處理
② 焊縫電化學(xué)鈍化處理；
③ 不銹鋼零件焊后整體酸洗浸泡鈍化處理，如圖6所示。
圖6 布線支架整體浸泡鈍化處理
上述措施能夠讓不銹鋼表面氧化膜重新生成，減少電化學(xué)腐蝕現(xiàn)象產(chǎn)生。
對于異種鋼焊接引起的腐蝕，可采取的防腐蝕措施如下：
① 焊接后進(jìn)行油漆防腐蝕，保證油漆質(zhì)量，如圖7所示；
圖7 異種鋼焊接油漆防腐蝕
② 高強(qiáng)度耐候鋼表面整體油漆。
這些措施能夠隔離空氣中的氧氣、水分，減少電化學(xué)腐蝕現(xiàn)象產(chǎn)生。
對于火焰調(diào)修引起的腐蝕，可采取的防腐蝕措施如下：
① 嚴(yán)格按照不銹鋼調(diào)修文件控制調(diào)修溫度；
② 使用橡皮錘或墊木進(jìn)行機(jī)械錘擊調(diào)修；
③ 烤火受熱區(qū)采用電化學(xué)方式進(jìn)行防腐蝕處理，如圖8所示。
圖8 烤火區(qū)電化學(xué)防腐蝕
這樣能夠有效減少不銹鋼中產(chǎn)生不均勻組織，也可保護(hù)不銹鋼表面鈍化膜，減緩電化學(xué)腐蝕。
4 設(shè)計結(jié)構(gòu)不良引起的腐蝕
對于窄空間半封閉焊接結(jié)構(gòu)引起的腐蝕，可采取以下防腐蝕措施：
① 更改設(shè)計結(jié)構(gòu)，保證焊縫處理空間；
② 窄空間半封閉改成焊后全封閉；
③ 用特制專用清理工具清理后，向半封閉腔里噴防銹油。
這些措施能夠有效減少易生銹物質(zhì)在金屬表面的附著，提高不銹鋼表面清潔度，減少電化學(xué)腐蝕的發(fā)生。
對于單面焊、斷續(xù)焊結(jié)構(gòu)，多層板疊用結(jié)構(gòu)引起的腐蝕，可采取以下防腐蝕措施：
① 在控制焊接變形的情況下，盡量使用雙面焊、連續(xù)焊；
② 對單面焊、斷續(xù)焊非焊接位置進(jìn)行打膠處理，如圖9所示；
圖9 焊縫背面打膠處理
③ 多層板盡量設(shè)計成密封結(jié)構(gòu)，間隙間使用液體蠟密封，如圖10所示。
圖10 雙層板結(jié)構(gòu)間隙噴液體蠟處理
上述措施能夠有效避免縫隙的存在，避免腐蝕介質(zhì)電化學(xué)不均勻性導(dǎo)致的電化學(xué)腐蝕。
對于結(jié)構(gòu)不合理導(dǎo)致排水不暢引起的腐蝕，可采取以下防腐蝕措施：
① 更改設(shè)計結(jié)構(gòu)，保持車頂排水通暢；
② 車頂外漏焊縫進(jìn)行全鈍化處理；
③ 外觀無劃傷、打磨缺陷。
上述措施能夠有效保證零部件干燥、保證零部件表面鈍化膜的存在，從而減少化學(xué)、電化學(xué)腐蝕的產(chǎn)生。
5 生產(chǎn)過程中工具選用、工藝執(zhí)行不當(dāng)導(dǎo)致的銹蝕
對于鈍化工藝執(zhí)行不徹底引起的腐蝕，可采取以下防腐蝕措施：
① 鈍化膏清理時，使用pH試紙測試鈍化膏殘留；
② 優(yōu)先使用電化學(xué)鈍化處理。
上述措施能夠避免酸性物質(zhì)的殘留，避免化學(xué)腐蝕的產(chǎn)生。
對于焊縫、氧化色打磨處理不當(dāng)引起的腐蝕，可采取以下防腐蝕措施：
① 焊縫焊接前，使用防飛濺液減少焊接飛濺的附著；
② 焊接飛濺、焊渣去除使用不銹鋼扁鏟剔除；
③ 操作時避免不銹鋼母材的劃傷，保持母材的清潔；
④焊縫背面外漏的氧化色打磨清理后保持外觀清潔或進(jìn)行電化學(xué)鈍化處理。
上述措施能夠有效減少易生銹物質(zhì)在金屬表面的附著，提高不銹鋼表面清潔度及鈍化膜的破壞，減少電化學(xué)腐蝕現(xiàn)象產(chǎn)生。
結(jié)語
不銹鋼車輛對材料表面的清潔度、防腐蝕層保護(hù)要求較高，覆蓋車輛制造的整個工藝流程。通過整理項目執(zhí)行中發(fā)生的不銹鋼腐蝕問題，總結(jié)了不銹鋼車體制造過程中各類腐蝕問題產(chǎn)生的原因，詳細(xì)制定了各個環(huán)節(jié)應(yīng)該注意的控制要點及解決措施，減輕或避免不銹鋼車體腐蝕現(xiàn)象的產(chǎn)生，提高了不銹鋼車體的整體產(chǎn)品質(zhì)量，潛在降低了不銹鋼車輛服役過程中腐蝕的產(chǎn)生，延長了產(chǎn)品的服役壽命。