吳濤 王立航 周洪昌 袁彩霞

摘要：通過材料顯微分析結(jié)果，結(jié)合不銹鋼腐蝕機理，對鐵路客車不銹鋼水箱漏水故障進行現(xiàn)象-機理分析，焊接熱影響區(qū)貧鉻和金屬表面存在活性Cl離子是造成不銹鋼水箱快速腐蝕漏水的主要原因，為減少直至消除不銹鋼水箱漏水故障，提出防治措施。

關(guān)鍵詞：鐵路客車;水箱;腐蝕漏水;防治措施

1.背景

304材質(zhì)不銹鋼水箱是鐵路低速客車水汽系統(tǒng)重要儲水裝置，容積為1000L，由冷軋304不銹鋼板拼焊而成，客車制造廠在完成水箱組裝焊接后，需進行充水試驗，充水試驗過的水箱在擱置一段時間后（1～2個月）發(fā)生了漏水現(xiàn)象，漏水點主要集中在水箱箱體焊縫附近。漏水點形貌為貫穿板厚的小孔（如圖一所示）。

圖一 水箱滲漏點外觀形貌

客車制造廠的工程技術(shù)人員根據(jù)以往經(jīng)驗，首先對庫存不銹鋼板材進行了外觀檢查和理化性能檢測，檢驗結(jié)果表明水箱材料的宏觀組織和理化性能全部符合標(biāo)準要求，初步判定漏水孔為試水后的腐蝕穿孔。

2.不銹鋼腐蝕機理分析

不銹鋼的耐腐蝕性主要是因為在鋼中添加了較高含量的Cr元素，Cr元素易于氧化，能在鋼的表面迅速形成致密的Cr2O3氧化膜，不銹鋼的耐腐蝕性能主要依靠表面覆蓋的這一層極薄的（約1nm）致密的鈍化膜，這層鈍化膜與腐蝕介質(zhì)隔離，是不銹鋼耐腐蝕的基本屏障，如果鈍化膜不完整或有缺陷被破壞，不銹鋼仍會被腐蝕。鐵路客車水箱材料為304不銹鋼，304不銹鋼為奧氏體耐蝕不銹鋼，其鉻含量超過12%，正常情況下其材料在加工過程中被破壞的鈍化膜有自愈性，只有當(dāng)被破壞的鈍化膜處的母材出現(xiàn)貧鉻現(xiàn)象或鈍化膜長時間處在腐蝕介質(zhì)中時，才能造成鈍化膜不能自愈或鈍化膜破壞，致使不銹鋼能夠在腐蝕介質(zhì)中被腐蝕。

3.顯微分析

對漏水水箱采取冷加工方法截取了實物試樣，對漏水孔洞用金相顯微鏡和掃描電子顯微鏡進行觀察，并進行能譜分析。

結(jié)合掃描電子顯微鏡顯示的不銹鋼水箱孔洞特征，腐蝕孔洞恰好分布在焊縫熱影響區(qū)。通過對實樣進行能譜分析的結(jié)果表明，熱影響區(qū)晶界孔洞處的鉻含量高于基體材料，能譜分析同時還發(fā)現(xiàn)試樣裂紋斷面處和內(nèi)表面都有Cl元素存在（如圖二所示）。

圖二 斷裂面能譜分析

Cl元素的存在更加速了不銹鋼水箱的腐蝕。一般情況下，處于鈍態(tài)的金屬仍有一定的反應(yīng)能力，即鈍化膜的溶解和修復(fù)（再鈍化）處于動平衡狀態(tài)。當(dāng)介質(zhì)中含有活性陰離子（常見的如氯離子）時，平衡便受到破壞，溶解占優(yōu)勢。其原因是氯離子能優(yōu)先地有選擇地吸附在鈍化膜上，把氧原子排擠掉，然后和鈍化膜中的陽離子結(jié)合成可溶性氯化物，結(jié)果在新露出的基底金屬的特定點上生成小蝕坑（孔徑多在20～30μm），這些小蝕坑稱為孔蝕核，亦可理解為蝕孔生成的活性中心。根據(jù)電化學(xué)腐蝕機理，處于活化態(tài)的不銹鋼較之鈍化態(tài)的不銹鋼其電極電位要高許多，電解質(zhì)溶液就滿足了電化學(xué)腐蝕的熱力學(xué)條件，活化態(tài)不銹鋼成為陽極，鈍化態(tài)不銹鋼作為陰極，腐蝕點只涉及到一小部分金屬，其余的表面是一個大的陰極面，在電化學(xué)反應(yīng)中，陰極反應(yīng)和陽極反應(yīng)是以相同速度進行的，因此集中到陽極腐蝕點上的腐蝕速度非常顯著，有明顯的穿透作用，這樣形成了點腐蝕。

結(jié)合掃描電子顯微照片，漏水孔洞同時具有點蝕特征（如圖三所示），因此分析判定漏水孔洞是晶間腐蝕和電化學(xué)點蝕共同作用的結(jié)果，亦即焊接熱影響區(qū)貧鉻和金屬表面存在活性Cl離子是產(chǎn)生不銹鋼水箱快速腐蝕的直接因素。

圖三 水箱滲漏點迎水面顯微鏡下形貌

4.不銹鋼水箱漏水故障防治措施

通過腐蝕試樣金相顯微鏡和掃描電子顯微鏡觀察到的特征現(xiàn)象以及能譜分析得到的數(shù)據(jù)，可以分析判定不銹鋼水箱制造和充水試驗過程中存在焊接熱影響區(qū)貧鉻和金屬表面存在活性Cl離子是造成漏水孔洞的直接原因，根據(jù)問題原因建議以下防治措施：

（1）加強不銹鋼水箱用原材料的采購過程管理，加強原材料復(fù)檢監(jiān)督，出現(xiàn)鉻、鎳、碳元素接近上下極限值時做必要的耐蝕性試驗。

（2）水箱生產(chǎn)過程中嚴格按焊接工藝規(guī)程操作，強化對焊接操作者的技能要求，在確保焊接工藝參數(shù)的情況下盡可能提高焊接速度，以減小焊接熱影響區(qū)停滯時間，加快焊接冷卻速度，防止熱影響區(qū)貧鉻現(xiàn)象發(fā)生。

（3）嚴格控制母材和焊材含碳量，焊縫金屬含碳量越高， 碳和鉻形成碳化物的機率越大，在晶界上產(chǎn)生的晶間腐蝕的傾向越大。

（4）嚴格控制水箱焊接后焊接飛濺打磨質(zhì)量，尤其要杜絕過量打磨，打磨過量會造成點蝕加速。

（5）對原材料復(fù)檢項目增加顯微組織評定，對水箱母材碳化物分布嚴格控制。

（6）水箱生產(chǎn)過程中嚴禁用鐵錘等尖銳器具進行板材調(diào)修和裝配，避免板材鈍化膜破壞。建議采用木錘、塑料錘或包裹非金屬材料的金屬錘。

（7）不銹鋼點腐蝕的直接原因之一是充水試驗用水活性氯離子含量過高，因此必須杜絕用工業(yè)管網(wǎng)水做充水試驗，建議采用生活飲用水做充水試驗。

5.結(jié)束語

以上措施在實際生產(chǎn)中已經(jīng)得到實施，不銹鋼水箱漏水故障明顯減少，本文提出的防腐措施可供同類產(chǎn)品制造過程中借鑒參考。

參考文獻：

[1]表面處理工藝手冊編審委員會編.《表面處理工藝手冊》第一章第五節(jié).金屬的腐蝕與防護.上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1991

作者簡介：

吳濤（1966—）， 男，中級質(zhì)量工程師，從事鐵路客車質(zhì)量工程技術(shù)工作。