黃小華，周　帥（.中國(guó)中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，四川 成都　6003；.西南交通大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，四川 成都　6003）

海南地區(qū)鐵路扣件系統(tǒng)防腐技術(shù)選型分析

黃小華1，周帥2
（1.中國(guó)中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，四川 成都610031；2.西南交通大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，四川 成都610031）

國(guó)內(nèi)城市軌道交通和國(guó)有鐵路工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，扣件系統(tǒng)采用恰當(dāng)?shù)姆栏夹g(shù)措施能夠延長(zhǎng)其使用壽命，提高軌道系統(tǒng)耐久性，增加綜合經(jīng)濟(jì)效益。針對(duì)海南地區(qū)環(huán)境特點(diǎn)，結(jié)合海南西環(huán)鐵路建設(shè)工程，在分析幾種常用的扣件系統(tǒng)防腐技術(shù)特點(diǎn)、總結(jié)我國(guó)城市軌道交通及國(guó)有鐵路扣件系統(tǒng)防腐技術(shù)應(yīng)用概況的基礎(chǔ)上，研究了海南地區(qū)扣件系統(tǒng)防腐技術(shù)的選型原則，并結(jié)合這些原則對(duì)我國(guó)常用防腐技術(shù)措施進(jìn)行對(duì)比分析，提出了適合海南地區(qū)環(huán)境特點(diǎn)的防腐技術(shù)措施，為我國(guó)海南地區(qū)鐵路建設(shè)中扣件系統(tǒng)防腐技術(shù)體系的完善提供借鑒。

海南地區(qū)；西環(huán)鐵路；軌道結(jié)構(gòu)；扣件系統(tǒng)；防腐技術(shù)

我國(guó)針對(duì)城市軌道交通和國(guó)有鐵路建設(shè)工程，并結(jié)合當(dāng)?shù)丨h(huán)境特點(diǎn)，在不影響扣件系統(tǒng)物理性能的前提下，對(duì)扣件系統(tǒng)采取了熱鍍鋅、噴涂、達(dá)克羅等防腐技術(shù)措施，以延長(zhǎng)扣件系統(tǒng)使用壽命，提高軌道系統(tǒng)的耐久性。近年來(lái)，我國(guó)鐵路在海南地區(qū)迅速發(fā)展，有2010年開(kāi)通的海南東環(huán)鐵路、在建的海南西環(huán)鐵路、規(guī)劃的榆林港支線鐵路等。海南地區(qū)屬沿海環(huán)境，與內(nèi)陸地區(qū)環(huán)境有很大區(qū)別，扣件系統(tǒng)以往采用的防腐技術(shù)措施可能不適合海南潮濕、堿性的特點(diǎn)。因此，針對(duì)海南地區(qū)環(huán)境特點(diǎn)，結(jié)合海南西環(huán)鐵路線路長(zhǎng)、建設(shè)工期短的工程背景，開(kāi)展海南地區(qū)鐵路扣件系統(tǒng)防腐技術(shù)措施選型研究，對(duì)我國(guó)海南地區(qū)鐵路建設(shè)的發(fā)展及扣件系統(tǒng)防腐技術(shù)體系的完善具有重要的學(xué)術(shù)與工程意義。

1　國(guó)內(nèi)鐵路扣件系統(tǒng)防腐技術(shù)概述

1.1扣件系統(tǒng)防腐技術(shù)類(lèi)型及特點(diǎn)

1）發(fā)黑處理

發(fā)黑是化學(xué)表面處理的一種常用手段，是使金屬表面產(chǎn)生一層氧化膜以隔絕空氣，達(dá)到防腐的目的。發(fā)黑分堿性高溫發(fā)黑和常溫發(fā)黑2種。發(fā)黑處理施工安全、無(wú)毒害、工效高、成本低，但防腐效果太差。

2）熱鍍鋅（熱浸鋅）

熱鍍鋅是一種有效的金屬防腐方式，是將除銹后的工件侵入500℃左右融化的鋅液中，使工件表面附著一層大約35 μm厚的鋅層，起到防腐的目的。

該技術(shù)使鍍鋅層與工件結(jié)合成工件表面的一部分，鍍層持久可靠性較好，一般可保持20年，且不受工件外形尺寸的影響，能夠全面保護(hù)工件。但工件必須用鹽酸酸洗后才能鍍鋅，而酸洗對(duì)工件外形尺寸勢(shì)必產(chǎn)生一定的損耗。

3）靜電噴塑

靜電噴塑是用靜電粉末噴涂設(shè)備把粉末涂料噴涂到工件表面，形成粉狀的涂層，該涂層經(jīng)過(guò)高溫烘烤流平固化，變成效果各異的最終涂層。

主要優(yōu)點(diǎn)：粉末涂料不含溶劑，對(duì)環(huán)境無(wú)污染，對(duì)人體無(wú)毒害；涂層附著力強(qiáng)，機(jī)械強(qiáng)度高；一次涂裝可以得到較厚的涂層，例如涂覆100～300 μm的涂層，用一般普通的溶劑涂料，約需涂覆4～6次，而用粉末涂料則一次就可以達(dá)到該厚度；采用粉末靜電噴涂等新工藝，效率高，適用于自動(dòng)流水線涂裝，粉末利用率高，可回收使用。

主要缺點(diǎn)：改變了工件外形尺寸，對(duì)工件的配合要求高；表面光滑，降低了產(chǎn)品的摩擦系數(shù)；對(duì)形狀復(fù)雜的工件，由于尖角、死角不容易達(dá)到噴涂厚度要求，防腐效果不佳，必須人工修補(bǔ)。

4）達(dá)克羅

達(dá)克羅技術(shù)誕生于 20世紀(jì)70年代，是美國(guó)Diamond Shamrock公司研制的一種新型金屬防腐技術(shù)，國(guó)內(nèi)也叫鋅鉻涂層。

主要優(yōu)點(diǎn)：高耐熱性，耐熱溫度≥300℃；耐腐蝕性能力強(qiáng)，是熱鍍鋅防腐技術(shù)的7～10倍以上，經(jīng)耐鹽霧試驗(yàn)1 200 h以上未出現(xiàn)紅銹；達(dá)克羅以浸涂、噴涂、刷涂等方式進(jìn)行，不受工件形狀影響，滲透性和涂覆性能好；無(wú)氫脆性，適合受力工件的涂覆；再涂性能也較好。

主要缺點(diǎn)：燒結(jié)溫度較高、時(shí)間較長(zhǎng)，能耗大；導(dǎo)電性能不好；涂液含 Cr6+、Cr3+、鋅、有機(jī)物等對(duì)環(huán)境存在一定的污染，含對(duì)人體有害的鉻離子；涂層顏色單一，只有白色和銀灰色；硬度不高、涂層附著力差、耐磨性不佳，在施工后必須增加封閉層。

5）多元共滲

多元共滲是工件加熱至一定溫度，同時(shí)或分2道工序?qū)?種及3種以上合金元素滲入工件表層的化學(xué)熱處理工藝。主要有低溫氣體多元共滲、高溫合金多元共滲及低中溫鋅鎳共滲3種。

①低溫氣體多元共滲

有硫氮碳共滲、氮碳共滲加氧化2種。其中硫氮碳共滲主要采用熔鹽法，溫度一般為520～590℃，保溫時(shí)間10 min～5 h。該技術(shù)在工件表面形成 40～80 μm厚的復(fù)合層，使零部件在經(jīng)過(guò)180～220 h的中性鹽霧試驗(yàn)后，保護(hù)等級(jí)不低于9級(jí)。

主要優(yōu)點(diǎn)：可根據(jù)零件不同性能要求，控制滲入元素種類(lèi)、數(shù)量，從而控制滲層的性能；耐磨性高，硬度高；抗疲勞性能高、耐蝕性能強(qiáng)；對(duì)元素配合無(wú)影響。

主要缺點(diǎn)：工藝溫度較高，可能影響部分零件力學(xué)性能及外形尺寸；防腐（耐蝕）性能不及達(dá)克羅技術(shù)。

②合金多元共滲

合金多元共滲有鋁與稀土元素（鈰、鑭、鐠等）共滲、鋁鉻硅共滲、鈷鉻鋁釔共滲等。該技術(shù)已廣泛用于室外鋼鐵結(jié)構(gòu)、緊固件、高速公路、航空航天、護(hù)欄、橋梁、水暖器材及建筑五金、汽車(chē)、工程機(jī)械和海洋化工、冶金、發(fā)電等工程中的耐高溫、耐沖擊、耐腐蝕部件。

該技術(shù)在工件表面形成約60～120 μm厚復(fù)合層，使中性鹽霧試驗(yàn)時(shí)間可以達(dá)到200～2 000 h左右，抗腐性能大大優(yōu)于熱鍍鋅、電鍍鋅和普通粉末滲鋅，且對(duì)大氣、海水、肥皂水、石油、苯及高溫硫化氫氣體均有優(yōu)良抗蝕能力。

主要缺點(diǎn)：可能導(dǎo)致部分零件機(jī)械性能受影響，外形產(chǎn)生一定變形；生產(chǎn)效率較低。

③低（中）溫鋅鎳共滲

低（中）溫鋅鎳共滲是將鋅鎳滲層和工件置于密封的金屬容器中一起加熱，在工件表面形成一層鋅鎳滲層以抵御環(huán)境對(duì)金屬本體的腐蝕。其中低溫滲鋅鎳的工藝溫度在320～360℃，中溫滲鋅鎳的工藝溫度在400℃左右。

主要優(yōu)點(diǎn)：鋅鎳層附著結(jié)合能力強(qiáng)，在受到一定程度的摩擦、激烈的碰撞和敲擊下不脫落，不影響抗蝕性能；中性鹽霧試驗(yàn)可達(dá)1 000 h以上未銹蝕，防腐性能優(yōu)良；該技術(shù)采用的是粉末滲層，加熱滲層過(guò)程是在密封金屬容器中完成，滲層厚度均勻可控；整個(gè)處理過(guò)程不用水，無(wú)廢水排放，對(duì)環(huán)境無(wú)污染；可大批量自動(dòng)化生產(chǎn)，節(jié)省勞動(dòng)力，生產(chǎn)效率較高；低溫鋅鎳共滲技術(shù)由于溫度較低，不影響扣件機(jī)械性能和形狀。

主要缺點(diǎn)：中溫滲鋅鎳工藝溫度較高，影響產(chǎn)品的機(jī)械性能，不適用于彈條的防腐。

1.2國(guó)有鐵路扣件系統(tǒng)防腐技術(shù)應(yīng)用概況

國(guó)有鐵路含有砟軌道和無(wú)砟軌道2種類(lèi)型，其中有砟軌道鐵路一般采用彈條Ⅱ型或彈條Ⅰ型扣件，無(wú)砟軌道鐵路一般采用WJ-8或WJ-7扣件。彈條Ⅱ型、WJ-8扣件基本組成詳見(jiàn)圖1、圖2。

圖2　WJ-8有擋肩扣件系統(tǒng)組成

根據(jù)《彈條Ⅱ型扣件》（TB/T 3065.1-3065.2—2002）相關(guān)要求，彈條Ⅱ型或彈條Ⅰ型扣件系統(tǒng)中彈條要進(jìn)行防銹處理，檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)為Ⅰ級(jí)；根據(jù) WJ-7和WJ-8扣件暫行技術(shù)條件中相關(guān)要求，WJ-7和WJ-8扣件系統(tǒng)中 T形螺栓、錨固螺栓應(yīng)進(jìn)行防銹處理，處理層在正常運(yùn)輸和安裝中不應(yīng)出現(xiàn)脫落現(xiàn)象，防銹處理后的T形螺栓經(jīng)120 h鹽霧試驗(yàn)（NSS試驗(yàn)）保護(hù)級(jí)不得低于9級(jí)。因此，在國(guó)有鐵路建設(shè)計(jì)中，扣件系統(tǒng)必須進(jìn)行防腐處理。在成灌客運(yùn)專(zhuān)線、大西高鐵、合福高鐵采用達(dá)克羅技術(shù)，在廣州高鐵橋梁地段軌道扣件系統(tǒng)中彈條及道釘采用低溫鋅鎳共滲技術(shù)。

2　海南地區(qū)鐵路扣件系統(tǒng)防腐技術(shù)原則

2.1海南地區(qū)環(huán)境特點(diǎn)及既有海東線軌道扣件系統(tǒng)現(xiàn)狀

海南島地處熱帶北緣，屬熱帶季風(fēng)氣候。這里長(zhǎng)夏無(wú)冬，年平均氣溫22～26℃，最冷的一、二月份溫度仍達(dá)16～21℃。海南島入春早，升溫快，日溫差大，雨量充沛，年平均降雨量為1 639 mm，有著豐富的水資源。由此可見(jiàn)，海南省氣溫高，大氣濕度大，大氣及雨水中含Cl-離子高，軌道扣件系統(tǒng)長(zhǎng)期處于潮濕的堿性環(huán)境中，容易發(fā)生銹蝕現(xiàn)象，這點(diǎn)從2010年開(kāi)通的海南東環(huán)鐵路即可看出。

海南東環(huán)鐵路是200 km/h的客運(yùn)專(zhuān)線鐵路，全線采用彈條Ⅱ型扣件，從既有線調(diào)查情況可知，在施工時(shí)間（一年以上）較長(zhǎng)或開(kāi)通時(shí)間較晚（半年以上）的地段，扣件系統(tǒng)中螺栓、蓋板、間隔鐵、墊板焊接鐵座等均出現(xiàn)不同程度的銹蝕，且銹蝕情況相當(dāng)嚴(yán)重。螺栓、螺帽銹蝕情況見(jiàn)圖3。

圖3　螺栓、螺帽銹蝕

2.2海南地區(qū)鐵路扣件防腐技術(shù)原則

為研究海南地區(qū)鐵路扣件系統(tǒng)防腐技術(shù)，借鑒既有城市軌道交通和國(guó)有鐵路扣件防腐技術(shù)的應(yīng)用成果，并結(jié)合海南地區(qū)環(huán)境特點(diǎn)，提出海南地區(qū)鐵路扣件系統(tǒng)防腐技術(shù)原則。

1）抗堿、抗腐蝕能力強(qiáng)。海南地區(qū)大氣中含有大量Cl-離子，扣件長(zhǎng)期處于堿性環(huán)境中，防腐技術(shù)必須能夠長(zhǎng)期抵抗潮濕和堿性大氣環(huán)境。

2）附著力和結(jié)合能力強(qiáng)?？奂谶\(yùn)輸、搬運(yùn)及安裝過(guò)程中，不可避免存在磕碰、摩擦等現(xiàn)象，防腐層必須在運(yùn)輸與安裝過(guò)程中與扣件系統(tǒng)部件結(jié)合牢固，不易脫離。

3）不影響扣件系統(tǒng)機(jī)械性能?？奂到y(tǒng)中各個(gè)組成部分均有嚴(yán)格的尺寸及機(jī)械性能要求，一旦尺寸及物理性能發(fā)生變化，有可能影響整個(gè)軌道系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)安全。其中彈條是彈條Ⅱ型扣件的重要組成部分，鋼軌主要通過(guò)彈條的扣壓力以保持軌道穩(wěn)定性，因此，彈條性能的穩(wěn)定顯得更加重要，防腐技術(shù)不能影響彈條的耐久性與疲勞性能。

4）無(wú)污染無(wú)毒害。在如今提倡環(huán)境保護(hù)的大前提下，防腐技術(shù)必須對(duì)環(huán)境無(wú)污染，對(duì)人體無(wú)毒害。

5）滲透性好?？奂到y(tǒng)由彈條、螺栓、螺帽等多個(gè)部件組成，每個(gè)部件形狀各異，防腐技術(shù)需有良好的滲透性，不受工件外形尺寸的影響，能夠全面性保護(hù)扣件系統(tǒng)。

6）生產(chǎn)效率高。海南西環(huán)鐵路線路較長(zhǎng)，全長(zhǎng)646 km（單線），施工工期緊張（由原計(jì)劃的4年工期縮短為2.5年），必須保證生產(chǎn)效率及產(chǎn)量，才能保證扣件安裝需求。

7）合理經(jīng)濟(jì)性。在保證扣件系統(tǒng)防腐性能的前提下，應(yīng)盡可能降低防腐措施成本，提高綜合效益。

3　海南地區(qū)扣件防腐技術(shù)選型分析

通過(guò)研究與分析扣件系統(tǒng)防腐技術(shù)的特點(diǎn)，結(jié)合海南地區(qū)鐵路扣件系統(tǒng)防腐技術(shù)原則，對(duì)比分析了扣件系統(tǒng)防腐技術(shù)如表1所示。

表1　扣件系統(tǒng)防腐技術(shù)對(duì)比分析

從表1中對(duì)比分析可知：

1）發(fā)黑處理、熱鍍鋅、靜電噴塑、氣體多元共滲技術(shù)抗腐蝕能力不強(qiáng)，不滿(mǎn)足海南地區(qū)鐵路扣件系統(tǒng)防腐性能要求。

2）達(dá)克羅、合金多元共滲、中溫鋅鎳共滲、低溫鋅鎳共滲技術(shù)防腐性能較好，能夠滿(mǎn)足海南地區(qū)鐵路扣件系統(tǒng)防腐性能要求。

3）達(dá)克羅防腐技術(shù)結(jié)合劑附著能力較差，如需提高結(jié)合與附著能力，需做封閉層處理，增加投資，且該防腐技術(shù)含有對(duì)人體有害的鉻離子，不適合環(huán)境保護(hù)的要求。

4）合金多元共滲和中溫鋅鎳共滲技術(shù)影響扣件系統(tǒng)機(jī)械性能，可能對(duì)軌道系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)安全造成影響；合金多元共滲生產(chǎn)效率低，不能夠滿(mǎn)足海南地區(qū)線路長(zhǎng)、施工工期短的工程建設(shè)要求。

綜合以上分析，低溫鋅鎳共滲防腐技術(shù)能滿(mǎn)足海南地區(qū)扣件系統(tǒng)防腐需求?？紤]到海西線的工程背景，最終選用了這種防腐技術(shù)措施。處理后的外觀見(jiàn)圖4。

圖4　低溫鋅鎳共滲處理后彈條Ⅱ型扣件系統(tǒng)

4　結(jié)論

1）系統(tǒng)地概括了扣件系統(tǒng)常用的發(fā)黑處理、熱鍍鋅、達(dá)克羅、靜電噴塑、鋅鎳滲透等8種防腐技術(shù)措施的特點(diǎn)。

2）針對(duì)海南環(huán)境特點(diǎn)，結(jié)合海南西環(huán)鐵路建設(shè)工程背景，提出了海南地區(qū)軌道扣件系統(tǒng)的7項(xiàng)防腐技術(shù)原則：抗腐蝕能力強(qiáng)、附著力和結(jié)合能力強(qiáng)、不影響扣件系統(tǒng)機(jī)械性能、無(wú)污染無(wú)毒害、滲透性好、生產(chǎn)效率高、經(jīng)濟(jì)性好。

3）根據(jù)提出的海南地區(qū)扣件系統(tǒng)防腐技術(shù)原則，對(duì)比分析各種防腐技術(shù)特點(diǎn)，得出低溫鋅鎳滲透防腐技術(shù)最符合海南地區(qū)大氣潮濕的堿性環(huán)境，最終作為海西鐵路扣件系統(tǒng)防腐技術(shù)措施。

［1］王其昌.無(wú)碴軌道鋼軌扣件［M］.成都：西南交通大學(xué)出版社.2006.

［2］張啟富，劉邦津，仲海峰.熱鍍鋅技術(shù)的最新進(jìn)展［J］.鋼鐵研究學(xué)報(bào)，2002（4）：65-72.

［3］單保強(qiáng)，張會(huì)青，高鵬飛，等.廣州地鐵金屬扣件防腐工藝改進(jìn)分析［J］.新技術(shù)新工藝，2013（5）：84-85.

［4］中華人民共和國(guó)鐵道部.TB/T 3065.1-3065.2—2002彈條Ⅱ型扣件［S］.北京：中國(guó)鐵道出版社，2003.

［5］中華人民共和國(guó)鐵道部.科技基［2007］207號(hào)WJ-7型扣件暫行技術(shù)條件［Z］.北京：中國(guó)鐵道出版社，2007.

［6］中華人民共和國(guó)鐵道部.科技基［2007］207號(hào)WJ-8型扣件暫行技術(shù)條件［Z］.北京：中國(guó)鐵道出版社，2007.

［7］邢俊，蔡敦錦，田春香，等.基于Ⅲ型彈條的新型地鐵扣件設(shè)計(jì)研究［J］.鐵道建筑，2015（10）：151-155.

［8］易思蓉.鐵道工程［M］.北京：中國(guó)鐵道出版社，2012.

（責(zé)任審編孟慶伶）

Analysis on Selection of Anti-corrosion Technologies for Rail Fastening System in Hainan Province

HUANG Xiaohua1，ZHOU Shuai2
（1.China Railway Eryuan Engineering Group Co.，Ltd.，Chengdu Sichuan 610031，China；2.Mechanical Engineering College，Southwest Jiaotong University，Chengdu Sichuan 610031，China）

Engineering experience of domestic urban rail transit and state-owned railway showed that suitable anticorrosion technologies for fastening systems could prolong their service life，improve the durability of the railway systems and increase overall economic efficiency.Combining with the environmental characteristics of Hainan province and construction engineering of Hainan western ring railway，the selection principle of anti-corrosion technologies for fastening systems inHainanprovince was studied，basedonthe anti-corrosiontechnology characteristics analysis of several common fastening systems and the anti-corrosion technology application survey of fastening systems in domestic urban rail transit and state-owned railway，the common anti-corrosion technologies and measures were compared and analyzed by considering these principles，and the anti-corrosion technology suitable for environmental characteristics in Hainan province was put forward，which could provide a reference for anti-corrosion technology improvement of fastener system during the railway construction in Hainan province.

Hainan province；W esternringrailway；T rackstructure；Fasteningsystem；T heanti-corrosion technology

U213.5+3

A

10.3969/j.issn.1003-1995.2016.08.34

1003-1995（2016）08-0137-04

2016-01-06；

2016-05-20

黃小華（1984— ），女，工程師，碩士。