史洪斌，劉文勝，陳永東，劉博陽(yáng)，黃艦波，吳春梅

(1.中車(chē)太原機(jī)車(chē)車(chē)輛有限公司，山西 太原 030027；2.寧夏寧東鐵路有限公司，寧夏 靈武 750409；3.大連交通大學(xué)，遼寧 大連 116028；4.海南鐵路有限公司，海南 ?？?570032)

0 引言

我國(guó)通用貨車(chē)的運(yùn)用工況比較惡劣，車(chē)體鋼結(jié)構(gòu)不僅承受全溫域環(huán)境下貨物摩擦和腐蝕的影響，還要承受裝卸機(jī)械的磕碰沖擊作用，其車(chē)體內(nèi)部的防護(hù)涂料在較短的時(shí)間內(nèi)就會(huì)遭到損壞，導(dǎo)致貨車(chē)車(chē)體內(nèi)部快速腐蝕。從2005年開(kāi)始，我國(guó)開(kāi)始推廣70 t級(jí)貨車(chē)，車(chē)體通過(guò)采用Q450NQR1等高強(qiáng)度耐候鋼和減薄板厚的措施來(lái)降低自重、提高載重。但是高強(qiáng)度耐候鋼的耐腐蝕性能與普通耐候鋼相當(dāng)，在鋼結(jié)構(gòu)減薄鋼板厚度之后，其耐腐蝕性能相應(yīng)下降。為研究鐵路貨車(chē)用高強(qiáng)度耐候鋼的耐腐蝕性能是否可適應(yīng)廠修周期要求，中車(chē)太原公司牽頭對(duì)70 t級(jí)鐵路貨車(chē)車(chē)體的耐腐蝕性能進(jìn)行了研究，對(duì)車(chē)體各部位的腐蝕速率進(jìn)行了檢測(cè)。

1 我國(guó)鐵路敞車(chē)車(chē)體用材料發(fā)展概況

我國(guó)鐵路敞車(chē)車(chē)體用材料主要經(jīng)歷了鋼木混合、碳素鋼、低合金鋼、耐候鋼、高強(qiáng)度耐候鋼等幾個(gè)階段。我國(guó)從20世紀(jì)60年代開(kāi)始仿制耐候鋼，1967年首次將其試用于鐵路車(chē)輛制造。1978年前后開(kāi)始在鐵路敞車(chē)車(chē)體結(jié)構(gòu)上試用耐大氣腐蝕鋼，1985年開(kāi)始應(yīng)用于鐵路貨車(chē)生產(chǎn)。進(jìn)入20世紀(jì)90年代，成功研制出Cu-P系、Cu-P-RE系和Cu-P-Cr-Ni系列耐候鋼，并在鐵路敞車(chē)上得到廣泛應(yīng)用。耐大氣腐蝕鋼以09CuPTiRE和09CuPCrNi的銅磷系列鋼材為代表，其耐腐蝕性一般是普通碳素結(jié)構(gòu)鋼的2倍左右，主要應(yīng)用于60 t級(jí)通用貨車(chē)。目前，60 t級(jí)通用敞車(chē)已全面停產(chǎn)。

為滿足新型70 t級(jí)鐵路敞車(chē)的輕量化要求，2003年開(kāi)始在鐵路敞車(chē)上批量采用屈服強(qiáng)度為400 MPa、450 MPa和500 MPa的高強(qiáng)度耐大氣腐蝕鋼。

2 我國(guó)鐵路敞車(chē)車(chē)體涂料發(fā)展概況

由于鐵路敞車(chē)結(jié)構(gòu)材料和運(yùn)用工況的變化，對(duì)車(chē)體涂料的要求也在不斷提高。鐵路敞車(chē)用涂料經(jīng)歷了由低級(jí)到高級(jí)的發(fā)展過(guò)程。在涂裝工藝方面，新造車(chē)輛已廣泛使用鋼材噴砂(拋丸)預(yù)處理技術(shù)，并使用預(yù)涂底漆作為工序間防銹涂料。

(1)普通酚醛和醇酸類涂料。酚醛防銹漆、酚醛磁漆、醇酸磁漆或醇酸調(diào)和漆是20世紀(jì)90年代以前的常用產(chǎn)品。當(dāng)時(shí)，我國(guó)鐵路貨車(chē)使用與客車(chē)相近的涂料，為達(dá)到成膜厚度，在工藝上通常需涂裝4道，費(fèi)工費(fèi)時(shí)，壽命低。

(4)水性防腐涂料。水性涂料是一種環(huán)保型涂料，美國(guó)是最早在金屬防護(hù)領(lǐng)域推廣使用水性漆的國(guó)家。目前美國(guó)工業(yè)防腐中水性涂料使用量已占涂料總量的70%，歐洲各國(guó)也大力推廣水性涂料，其中丹麥、瑞典等國(guó)水性涂料使用量已達(dá)到涂料總量的80%以上。我國(guó)從20世紀(jì)90年代開(kāi)始在建筑物上大規(guī)模推廣應(yīng)用水性涂料，但從2008年開(kāi)始才陸續(xù)在鐵路貨車(chē)上應(yīng)用水性涂料，最早采用水性涂料的車(chē)型是C80B型敞車(chē)。

3 我國(guó)鐵路敞車(chē)車(chē)體腐蝕情況

我國(guó)絕大多數(shù)鐵路貨車(chē)車(chē)體為耐候鋼，從近年來(lái)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研的情況分析，引起耐候鋼墻板、地板和門(mén)板腐蝕減薄及穿孔的原因首先是車(chē)輛在貨物摩擦力和裝卸機(jī)械的磕碰剮蹭作用下，內(nèi)部防腐蝕涂層磨損失效，后期在雨水及介質(zhì)的腐蝕和介質(zhì)磨損的雙重作用下，鋼材基體被腐蝕、銹層被破壞導(dǎo)致逐漸減薄直至穿孔。若能首先解決好涂層磨損失效問(wèn)題，則鋼結(jié)構(gòu)腐蝕減薄問(wèn)題也會(huì)迎刃而解。

從2004年開(kāi)始，鐵科院和中車(chē)太原公司對(duì)鐵路敞車(chē)鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕、磨損狀況進(jìn)行了調(diào)查，具體情況如下：

3.1 60 t級(jí)鐵路敞車(chē)車(chē)體腐蝕情況

2004年10月～12月，鐵科院牽頭組織各貨車(chē)工廠對(duì)鐵路敞車(chē)的腐蝕、磨損狀況進(jìn)行了調(diào)查，調(diào)查對(duì)象主要為進(jìn)行廠修的各型敞車(chē)和大秦線在用的運(yùn)煤專用敞車(chē)，主要車(chē)型包括C61、C62B、C64通用敞車(chē)、C63A型運(yùn)煤專用敞車(chē)等，測(cè)量位置多位于或接近車(chē)體各部的連接處，所受應(yīng)力相對(duì)較大。

通過(guò)對(duì)各相關(guān)部位鋼板殘余厚度進(jìn)行測(cè)量，并根據(jù)相應(yīng)部位鋼板的原始設(shè)計(jì)厚度(初始厚度)值和車(chē)輛的出廠時(shí)間(年限)，計(jì)算得到了鋼材的減薄速率，主要數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 60 t級(jí)各型敞車(chē)不同部位鋼板平均減薄速率

表1中，下側(cè)門(mén)板的檢測(cè)部位為其中部，其他為從下邊緣或地板向上100 mm～150 mm的位置，減薄輕微處未測(cè)量具體數(shù)值。根據(jù)表1數(shù)據(jù)可以看出：對(duì)于60 t級(jí)通用敞車(chē)，車(chē)體鋼板(上側(cè)板 、端板、地板及下側(cè)門(mén)板)的年平均減薄速率為0.06 mm/a～0.25 mm/a；在第1個(gè)廠修時(shí)，角柱加強(qiáng)板的平均減薄速率為0.18 mm/a左右，下側(cè)門(mén)板的平均減薄速率達(dá)0.2 mm/a以上(C61除外)，其中C62B下側(cè)門(mén)板的減薄速率最高，平均值達(dá)到了0.25 mm/a。另外所有測(cè)量部位減薄速率的最大值均明顯高于平均值，最大達(dá)平均值的2倍～5倍。

對(duì)于C63A型專用運(yùn)煤敞車(chē)，車(chē)體鋼板的平均減薄速率比通用敞車(chē)要低，角柱加強(qiáng)板和地板在第1個(gè)廠修期的減薄速率約為0.11 mm/a～0.12 mm/a，端板和其他部位的減薄則要慢一些。

根據(jù)60 t敞車(chē)調(diào)查數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，按平均減薄速率0.25 mm/a計(jì)算，第1個(gè)廠修(按8年計(jì)算)時(shí)鋼板的總損耗量將達(dá)到2.0 mm。如果初始鋼板厚度為5 mm，則剩余厚度將只有3 mm，廠修時(shí)部分車(chē)輛鋼板已經(jīng)需要進(jìn)行截?fù)Q。

鐵路貨車(chē)的設(shè)計(jì)壽命為25年，要求在這一段時(shí)間內(nèi)車(chē)體的力學(xué)性能可以得到保證，且不需進(jìn)行鋼板截?fù)Q，但調(diào)查數(shù)據(jù)說(shuō)明目前60 t級(jí)敞車(chē)使用的耐候鋼材料尚不能滿足要求。

3.2 70 t級(jí)鐵路貨車(chē)車(chē)體腐蝕情況

2019年6月，中車(chē)太原機(jī)車(chē)車(chē)輛有限公司開(kāi)展了鐵路貨車(chē)車(chē)體耐腐蝕性能與車(chē)輛檢修周期適應(yīng)性研究，對(duì)70 t級(jí)鐵路敞車(chē)的腐蝕、磨損狀況進(jìn)行了調(diào)查，調(diào)查對(duì)象主要為進(jìn)入公司內(nèi)進(jìn)行廠修的C70E、C70EH型通用敞車(chē)。共統(tǒng)計(jì)使用時(shí)間8年、達(dá)到第1個(gè)廠修期的C70E通用敞車(chē)184輛，C70EH型通用敞車(chē)3輛；每輛車(chē)測(cè)量10個(gè)部件，共76個(gè)測(cè)量點(diǎn)。這些測(cè)量位置多位于各部件的連接處及下部，均為所受應(yīng)力相對(duì)較大位置或者容易發(fā)生腐蝕的位置。敞車(chē)側(cè)門(mén)板、下側(cè)門(mén)板的檢測(cè)部位在其壓型部位或下部容易腐蝕的位置；上側(cè)板的檢測(cè)部位為與側(cè)柱連鐵連接處往上300 mm范圍；側(cè)柱連鐵的檢測(cè)部位為與側(cè)板連接部位；側(cè)柱加強(qiáng)板、角柱加強(qiáng)板檢測(cè)部位為與下側(cè)門(mén)搭接部位；端板檢測(cè)部位為下部500 mm范圍內(nèi)的位置；地板檢測(cè)部位為與側(cè)梁連接的200 mm范圍，根據(jù)腐蝕情況選取檢測(cè)點(diǎn)；端梁檢測(cè)部位為兩端與側(cè)梁連接處；側(cè)梁檢測(cè)部位為側(cè)梁腹板與搭扣座上緣連接處、側(cè)梁與各側(cè)柱的連接處、側(cè)梁與中門(mén)柱的連接處。

通過(guò)對(duì)各相關(guān)部位鋼板剩余厚度的測(cè)量，并根據(jù)相應(yīng)部位鋼板的原始設(shè)計(jì)厚度(初始厚度)值和車(chē)輛的出廠時(shí)間(年限)，計(jì)算得到了鋼材的減薄速率。187輛C70E(C70EH)型敞車(chē)各部位鋼材的減薄速率見(jiàn)表2。

表2 C70E型通用敞車(chē)不同部位鋼板平均減薄速率

根據(jù)表2數(shù)據(jù)可以看出，C70E型通用敞車(chē)各部位在第1個(gè)廠修時(shí)的平均減薄速率：側(cè)板與側(cè)柱連接部位為0.139 mm/a，其余腐蝕不嚴(yán)重部位為0.057 mm/a；側(cè)柱連鐵為0.158 mm/a；側(cè)柱加強(qiáng)板、角柱加強(qiáng)板為0.207 mm/a；側(cè)門(mén)板為0.157 mm/a；下側(cè)門(mén)板為0.176 mm/a；端板與端梁連接部位為0.148 mm/a，其他部位為0.116 mm/a；側(cè)梁與搭扣座上緣連接處為0.057 mm/a，與側(cè)柱連接部位為0.02 mm/a，與中門(mén)柱連接部位為0.027 mm/a；端梁為0.024 mm/a；地板為0.15 mm/a。

由以上數(shù)據(jù)可以看出，C70E型通用敞車(chē)部件的平均減薄速率為0.02 mm/a～0.207 mm/a，其中側(cè)柱加強(qiáng)板、角柱加強(qiáng)板的平均減薄速率在0.207 mm/a。另外，所有測(cè)量部位減薄速率的最大值均明顯高于平均值，最大達(dá)平均值的2倍～5倍。

4 70 t級(jí)敞車(chē)車(chē)體的腐蝕部位及原因分析

(1)上側(cè)板的嚴(yán)重腐蝕部位為與側(cè)柱連鐵連接處往上300 mm范圍處，原因是側(cè)墻板與側(cè)柱連鐵的連接處經(jīng)常產(chǎn)生縫隙腐蝕。側(cè)板其他部位的腐蝕主要是大氣腐蝕和機(jī)械破損腐蝕。

(2)側(cè)柱的嚴(yán)重腐蝕部位為側(cè)柱與側(cè)梁上翼邊連接處，這些部位容易堆積貨物且不易卸干凈，造成此部位長(zhǎng)期受到貨物的化學(xué)腐蝕。

(3)側(cè)柱加強(qiáng)板和角柱加強(qiáng)板的嚴(yán)重腐蝕部位為與下側(cè)門(mén)搭接部位，此位置為門(mén)孔周邊，除長(zhǎng)期受到貨物侵蝕外，在開(kāi)關(guān)門(mén)時(shí)還要承受機(jī)械打擊和貨物沖擊，造成化學(xué)腐蝕和機(jī)械破損腐蝕。

(4)端板嚴(yán)重腐蝕部位在下部500 mm范圍內(nèi)的位置，地板嚴(yán)重腐蝕部位為與側(cè)梁連接的200 mm范圍內(nèi)，這些位置容易堆積煤炭等散粒貨物，再加上雨水和冰凍等原因，最后殘留在車(chē)廂內(nèi)的貨物需要依靠人工機(jī)械清除，造成化學(xué)腐蝕和機(jī)械破損腐蝕。

(5)端梁的嚴(yán)重腐蝕部位為與側(cè)梁連接處，容易形成縫隙腐蝕。

(6)側(cè)梁的嚴(yán)重腐蝕部位為側(cè)梁腹板與搭扣座上緣連接處、側(cè)梁與各側(cè)柱的連接處、側(cè)梁與中門(mén)柱的連接處，這些連接處容易形成縫隙腐蝕。

5 70 t級(jí)通用敞車(chē)車(chē)體耐腐蝕性與檢修周期的適應(yīng)性分析

70 t級(jí)通用敞車(chē)的廠修期為8年，使用壽命為25年。在第1個(gè)廠修時(shí)，從最大腐蝕深度比例來(lái)看，與側(cè)柱連鐵連接處上側(cè)板為36.6%，側(cè)柱加強(qiáng)板為45%，側(cè)門(mén)板為52.5%，下側(cè)門(mén)板為38.5%，端板為62.5%，地板為47.5%，均已超過(guò)廠修限度，說(shuō)明廠修時(shí)上側(cè)板、側(cè)柱加強(qiáng)板、角柱加強(qiáng)板、側(cè)門(mén)板、下側(cè)門(mén)板、端板、地板的部分地方腐蝕深度大于30%，需要截?fù)Q。尤其是側(cè)柱加強(qiáng)板、門(mén)板、地板的平均腐蝕深度和最大腐蝕深度均高于其他部件，需要截?fù)Q和更換的比例較大。

根據(jù)以上數(shù)據(jù)，70 t級(jí)通用敞車(chē)在第1個(gè)廠修時(shí)車(chē)體部分結(jié)構(gòu)需要截?fù)Q，截?fù)Q的部件及數(shù)量較多。這和車(chē)輛所裝載的貨物、使用頻率及車(chē)體結(jié)構(gòu)都有關(guān)系，敞車(chē)容易腐蝕的地方均位于各部件連接處和車(chē)體下部，這些地方容易積聚貨物和雨水，造成長(zhǎng)期的化學(xué)腐蝕；另外容易腐蝕的地方位于人工或機(jī)械裝卸作業(yè)磕碰的部位，因表面防護(hù)涂料破損起不到有效防護(hù)作用。所以目前70 t級(jí)通用敞車(chē)車(chē)體耐腐蝕性與檢修周期不適應(yīng)。