張玉凱 匡安幫

(北京四達(dá)貝克斯工程監(jiān)理有限公司,河北石家莊 050011)

HR鋼板麻坑成因及預(yù)防措施

張玉凱 匡安幫

(北京四達(dá)貝克斯工程監(jiān)理有限公司,河北石家莊 050011)

鋼板表面麻坑缺陷嚴(yán)重影響了鋼板的表面質(zhì)量,是影響鋼板外觀和后續(xù)生產(chǎn)過程中的重要表面缺陷類別之一。通過調(diào)查鋼板的生產(chǎn)、運(yùn)輸、儲(chǔ)存、使用等環(huán)節(jié),從中找到形成麻坑的原因,改進(jìn)防護(hù)措施,減少或避免鋼板麻坑的形成。

安全殼 麻坑 縫隙腐蝕 露天垛放

2011年3月11日日本福島第一核電站發(fā)生了7級(jí)核泄漏事故，該事故成為全世界關(guān)注的熱點(diǎn)。隨著人們核安全意識(shí)的提高，人們對(duì)防止核泄漏的防護(hù)技術(shù)要求越來越嚴(yán)格。安全殼鋼襯里是防止核泄漏的一道重要防線，加上鋼襯里上焊有牛腿等較重構(gòu)件，其所用鋼板的質(zhì)量尤其受到重視。

安全殼筒體是采用6mm的20HR鋼板卷制而成，由于鋼板較薄，外加錨固件、牛腿、貫穿件套筒的壓迫，筒體很容易出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，致使鋼板變形。20HR鋼板在儲(chǔ)藏過程中會(huì)出現(xiàn)不同程度的表面缺陷，例如：氧化皮剝落、表面銹蝕、麻坑，其中對(duì)20HR鋼板性能影響最大的是麻坑。鋼板麻坑是因加熱或生產(chǎn)過程中氧化鐵皮未及時(shí)清理干凈，壓入鋼板表面后，在儲(chǔ)存或加工過程中氧化皮脫落形成的凹坑。缺陷的產(chǎn)生使得鋼板承重力減弱。

1 麻坑的基本特征

HR鋼板表面的麻坑缺陷主要出現(xiàn)于鋼板的噴砂除銹預(yù)處理后，肉眼明顯可見，典型宏觀形貌如圖a、b所示：

從現(xiàn)場的缺陷實(shí)物照片來看，鋼板表面麻坑經(jīng)常出現(xiàn)在鋼板的上下表面，形態(tài)呈多邊形、圓形、橢圓形等，缺陷程度常隨鋼板存貯的延長而加重。

2 麻坑的危害

(1)鋼板在存放中嚴(yán)重銹蝕，不僅截面積減少，材質(zhì)降低，在卷制構(gòu)件過程中，還有可能產(chǎn)生銹蝕疲勞現(xiàn)象，使疲勞強(qiáng)度大為降低，甚至出現(xiàn)脆性破壞。(2)麻坑的出現(xiàn)，增大了鋼板表面與外界環(huán)境的接觸面積，在一定程度上加快了鋼板的腐蝕速度。(3)麻坑的產(chǎn)生，不但可能會(huì)造成鋼板局部厚度偏小，而且在牛腿等重型構(gòu)件的壓迫下還會(huì)造成應(yīng)力集中，促使構(gòu)件早期破壞。(4)而大面積的麻坑會(huì)造成鋼板厚度不滿足技術(shù)要求，導(dǎo)致整張鋼板報(bào)廢。

3 麻坑產(chǎn)生的原因

3.1 麻坑與鋼板軋制的關(guān)系

(1)軋輥粘有破碎的氧化鐵皮等物，破碎的氧化鐵皮被壓入鋼板表面；(2)軋輥銹蝕；(3)坯料在加熱過程中，表面被嚴(yán)重氧化[1]。

3.2 麻坑與儲(chǔ)存時(shí)間和環(huán)境的關(guān)系

在現(xiàn)場調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，20HR鋼板露天儲(chǔ)存一個(gè)月，鋼板表面氧化皮出現(xiàn)輕微裂紋并伴有黃銹；儲(chǔ)存三個(gè)月的鋼板表面氧化皮出現(xiàn)大面積破裂；儲(chǔ)存六個(gè)月的鋼板表面氧化皮完全破裂，銹蝕布滿整個(gè)鋼板表面。國內(nèi)某鋼廠分別對(duì)剛剛生產(chǎn)出來的HR鋼板和露天跺放超過一年的鋼板進(jìn)行噴砂處理，發(fā)現(xiàn)剛生產(chǎn)出來的鋼板沒有任何麻坑缺陷；而露天跺放超過一年的鋼板則出現(xiàn)不同程度的麻坑缺陷。

3.3 麻坑與銹蝕的關(guān)系

堆垛中間的鋼板表面經(jīng)常存有大量水跡。掀開鋼板時(shí)水跡初始呈現(xiàn)墨黑色，隨后隨著水的揮發(fā)逐漸變?yōu)辄S色，最后會(huì)呈現(xiàn)出明顯的銹跡，并且可以看到大量的腐蝕產(chǎn)物。取帶有水跡及腐蝕產(chǎn)物的鋼板進(jìn)行噴砂處理，表面相對(duì)清潔的區(qū)域噴砂處理后，其表面為青灰色，鋼板無麻坑，表面平整；而表面附著有大量的黑色腐蝕產(chǎn)物的區(qū)域噴砂處理后鋼板表面存在大量密集的麻坑缺陷。最終證明麻坑缺陷與鋼板表面銹蝕分布有明確的對(duì)應(yīng)關(guān)系[2]。

4 促使麻坑形成的腐蝕機(jī)理

鋼板在軋制和冷卻過程中表面會(huì)形成鈍化能力很弱的氧化皮(FeO)，在一定程度上會(huì)對(duì)鋼板表面起到防護(hù)作用。但是在鋼板的吊裝、運(yùn)輸和后工序加工過程中會(huì)對(duì)鋼板表面氧化皮造成機(jī)械破壞，形成大量細(xì)小的貫穿性裂紋，氧化皮裂紋的出現(xiàn)使鋼板基體暴露。

鋼板基體電極電位低于氧化鐵皮的電極電位，在有腐蝕介質(zhì)(水膜)存在的情況下，形成了由鋼板暴露基體(陽極)和周圍氧化皮(陰極)構(gòu)成了有利于腐蝕發(fā)生的電化學(xué)電池[3]。另外，鋼板堆垛存放時(shí)鋼板之間的縫隙形成了可存水的特殊空間，由于水表面張力的作用，水會(huì)在鋼板縫隙中一定范圍內(nèi)潤濕鋼板表面。當(dāng)縫隙寬度在0.025—0.15mm時(shí)，縫隙中空氣流動(dòng)性差，水膜不易蒸發(fā)，此時(shí)由于水膜中心缺氧，而水膜周圍富氧，形成了“供氧差異腐蝕電池”。這種電池作用的結(jié)果將加速氧化皮裂紋底部鋼板基體的腐蝕，構(gòu)成類似于一般“縫隙腐蝕”的腐蝕機(jī)制，形成黑色腐蝕產(chǎn)物[4]。當(dāng)鋼板表面氧化皮被銹蝕之后，鋼板完全暴露出基體，而在熱軋過程中壓入鋼板的氧化皮與鋼板基體之間存在微小的縫隙，當(dāng)空氣中含有的水分進(jìn)入縫隙之后，鋼板基體繼續(xù)腐蝕，銹蝕的體積增大，促使氧化皮與鋼板基體之間的縫隙越來越大，給麻坑的形成創(chuàng)造了有利條件。

5 采取的防護(hù)措施

安全殼鋼襯里使用的鋼板數(shù)量較大。為了節(jié)省存儲(chǔ)空間，核電建設(shè)單位多將不同規(guī)格的鋼板露天垛放，不采取任何防雨措施，而核電站多數(shù)設(shè)立于海邊，屬于典型的海洋性氣候環(huán)境，雨水中含有較高的氯離子，使得腐蝕加速和加重。為抑制或減緩麻坑缺陷的發(fā)生，以及考慮到鋼板儲(chǔ)運(yùn)、使用特點(diǎn)及防腐的經(jīng)濟(jì)性，建議采取如下措施：

(1) 鋼板吊裝儲(chǔ)存時(shí)應(yīng)盡量避免磕碰，以防止鋼板氧化膜早期破壞；(2)縮短儲(chǔ)存時(shí)間，鋼板的儲(chǔ)存時(shí)間最好不超過半年。為縮短儲(chǔ)存周期，可實(shí)行分階段進(jìn)貨模式；(3)加快鋼板使用節(jié)奏，縮短鋼板的使用周期；(4)鋼板堆垛區(qū)域應(yīng)該地勢較高、平整、無集水坑、無雜草。同一堆垛上的鋼板用墊木隔開，防止雨水浸入形成水膜；(5)進(jìn)一步改善儲(chǔ)存條件，改進(jìn)儲(chǔ)存方式，建立儲(chǔ)存庫房或者對(duì)長期存儲(chǔ)的堆垛加蓋三防布，避免雨水浸入堆垛的鋼板內(nèi)部；(6)對(duì)用于鋼襯里筒體的鋼板進(jìn)行噴砂和有機(jī)涂層預(yù)處理，必要時(shí)可以使用適當(dāng)?shù)姆冷P劑對(duì)鋼板表面進(jìn)行防護(hù)。

[1]劉富貴.Stw22鋼板表面麻坑分析.四川冶金,2012,34(1)：1001-5108(2012)01-0070-02.

[2]齊慧濱,錢余海,王煒 等.船板表面麻坑缺陷成因及應(yīng)對(duì)措施[J].世界鋼鐵,2010,3(5)：39-43.

[3]陳卓,杜翠薇,曹備,等.碳鋼縫隙內(nèi)溶液化學(xué)和陽極極化行為研究[J].電化學(xué),1999,5,(2)：145—151.

[4]趙景茂,左禹,熊金平.碳鋼在點(diǎn)蝕/縫隙腐蝕閉塞區(qū)模擬溶液中的腐蝕行為[J].中國腐蝕與防護(hù)學(xué)報(bào),2002,22(4)：193—197.