对消防车用不锈钢罐体装置选材及防腐研究和分析

2014-10-28李秋男

中国科技纵横 2014年19期

关键词：晶间腐蚀弧焊罐体

李秋男

(郑州宇通客车股份有限公司,河南郑州 450061)

对消防车用不锈钢罐体装置选材及防腐研究和分析

李秋男

(郑州宇通客车股份有限公司,河南郑州 450061)

本文针对泡沫消防车及举高喷射消防车用奥氏体不锈钢罐体装置的腐蚀机理进行研究,分析腐蚀的主要原因,对提高消防车用不锈钢罐体装置的抗腐蚀性能具有重要的指导意义。

消防车罐体奥氏体不锈钢腐蚀

消防车用不锈钢罐体装置主要用于存放较大容量消防灭火时的水及消防专用泡沫,由于火灾都突发于偶然,临时向水罐里加注水会浪费救火时间,导致错过救火时机,所以消防车水罐里长期存放着满载的水量,以备预期不到火灾的消防需要。通常消防车罐体装置选用奥氏体不锈钢制造的。奥氏体不锈钢具有优良的耐腐蚀性能,较好的抗辐照性能。但由于消防车罐体装置长期存放着大量的水,并且消防罐体装置通常为奥氏体不锈钢焊接而成,如果不严格控制其生产工艺,会出现晶间腐蚀和点腐蚀等不锈钢腐蚀现象。

1 消防车罐体装置腐蚀的原因分析

1.1 晶间腐蚀

不锈钢中的主要合金元素是Cr(铬),只有当Cr含量达到一定值时,不锈钢才有耐蚀性。因此,一般不锈钢Cr(铬)含量至少为10.5%。而由于消防车罐体装置通常为奥氏体不锈钢板材焊接而成,在焊接过程中焊缝及其周边会产生较大的热量,焊接区域会从高温区到低温区发生分解与形成吕铁素体和马氏体,以及碳化物氮化物与中间相的析出,会使不锈钢中的碳与铬形成高铬的Cr23C6型碳化物,导致Cr含量降低,从而导致在晶界(焊缝)两侧形成贫铬区,造成局部铬的贫化,使焊缝处的耐蚀性能下降,所以晶间腐蚀是消防车罐体装置焊缝区域发生腐蚀现象的主要原因。

1.2 点腐蚀

点腐蚀又称小孔腐蚀,是一种腐蚀集中在奥氏体不锈钢表面很小范围内并深入到金属内部甚至穿孔的腐蚀形态。如不锈钢、铝和铝合金等具有自钝化特性的金属,在含氯离子的环境中,经常发生点腐蚀。许多碳钢在含氯离子的介质中依然会出现点腐蚀现象。点腐蚀的孔直径一般只有数十微米,但深度等于或远大于孔径。由于点腐蚀的腐蚀点孔径较小,点腐蚀的发生和分布具有随机性,所以给排查腐蚀点带来很大困难。由于消防车罐体装置长期存放大容量的水,而罐体装置里面的水通常从地下水源而来,目前我国地下水中的氯离子含量一般大于250mg/L,而奥氏体不锈钢在含有氯离子的环境中容易出现点腐蚀,所以点腐蚀也是消防车罐体装置金属内表面经常出现的一种腐蚀现象。在消防车罐体装置金属内表面真正出现点腐蚀前,不锈钢内表面的保护性氧化层中先形成直径几个微米的微型凹陷,之后微型凹陷的数量会迅猛增加,因此点腐蚀是造成消防车罐体装置底部大规模腐蚀的主要原因。

1.3 磨损腐蚀

磨损腐蚀由磨损和腐蚀联合作用而产生的材料破坏过程。由于消防车罐体装置通常为奥氏体不锈钢板材焊接而成,为了保证罐体的平面度和美观性,通常在板材焊接时,会通过点焊的方式将一些型材搭接在不锈钢板材之间,以起到支撑作用,在完成消防车罐体装置的加工后,会将之前起到支撑作用的型材去掉,由于在此过程中,工人在空间狭小的罐体装置里作业,难免会造成不锈钢内表面钝化膜被破坏等划伤金属表面的情况发生,并且在去掉型材的搭接处还会留下未经过防腐处理的焊点,这样使不锈钢内表面的钝化膜因受到过分的外部破坏而不易恢复,腐蚀率会明显加剧,如果消防车罐体装置所存放的水中存在着固相颗粒,会加剧磨损腐蚀。因此磨损腐蚀是造成消防罐体装置侧面不锈钢板材腐蚀的主要原因。

2 消防车罐体装置关于奥氏体不锈钢的选材介绍

由于0Cr18Ni9的性价比较高,其Ni含量在8.0-11.0之间,Cr含量在18.0-20.0之间,具有良好的耐蚀性、耐热性,低温强度和机械特性。冲压、弯曲等热加工性好,无热处理硬化现象(无磁性,使用温度-196℃～800℃),所以是一种通用性的不锈钢,它广泛地用于制作要求良好综合性能(耐腐蚀和成型性)的设备和机件。目前国内主流消防车生产厂商的消防车罐体装置通常选用0Cr18Ni9(304)不锈钢制作而成。

0Cr18Ni9Ti(321)含有抵抗晶间腐蚀的钛,有较好的抗晶间腐蚀性能及冷加工冲压性能,对氧化性酸(如硝酸)有很强的抗腐蚀性,对碱溶液及大部分有机酸和无机酸也有一定的抗腐蚀性能。0Cr18Ni9Ti是落后的不锈钢生产工艺的产品代表,0Cr18Ni9Ti早年曾是是用量最大,范围最广的不锈钢牌号,其产量约占不锈钢产量的30%以上,由于其具有较好的抗晶间腐蚀性能及冷加工冲压性能,所以很多厂商会选择0Cr18Ni9Ti板材制作消防车罐体装置。

1Cr18Ni9Ti因碳含量较高,焊接时会产生严重的晶间腐蚀倾向,可用于不会产生晶间腐蚀的高温耐蚀工况,一般会采用在不需要焊接的零部件上,如法兰盘等零部件,目前其已逐渐被00Cr18 Ni10及0Cr18Ni9Ti所代替。

3 消防车罐体装置的防腐处理方法

消防车罐体装置通常采用的焊接方式为手弧焊,但是手弧焊不适宜长焊缝,因为手弧焊的随意性较强,对焊缝质量和成形都不如自动埋弧焊,埋弧焊适用于长直、环形或垂直位置的横焊缝,最适用于中厚板,埋弧焊也是最适宜不锈钢焊接的一种方法,所以,建议采用自动埋弧焊机。焊条焊丝应选用较多铁素体的焊条,如H0Cr18Ni9、H0Cr21Ni10和H1Cr19Ni10Nb,焊剂可选择SJ601、SJ605、SJ608、SJ701、HJ107、HJ151、HJ172、HJ260任意一种,还可以应采用超低碳的焊丝作填充金属。焊接完成后了进行固溶处理和稳定化处理,可提高抗晶间腐蚀性能。

消防车罐体装置金属内表面非常活化,容易遭受腐蚀,所以必须进行钝化处理,首先对其内表面进行全面酸洗钝化处理,清除残留在上面的油污、氧化皮等污垢,对焊斑进行打磨抛光,降低磨损腐蚀现象的发生,以提高不锈钢抗腐蚀性能,之后向消防车罐体装置金属内表面涂抹不锈钢钝化膏,使金属表面生成保护膜,减缓腐蚀。此工艺方法操作简单,使用方便、经济实用,同时添加高效缓蚀剂、抑雾剂,防止金属出现过腐蚀和氢脆现象、抑制酸雾的产生。