對消防車用不銹鋼罐體裝置選材及防腐研究和分析

李秋男

(鄭州宇通客車股份有限公司,河南鄭州 450061)

對消防車用不銹鋼罐體裝置選材及防腐研究和分析

李秋男

(鄭州宇通客車股份有限公司,河南鄭州 450061)

本文針對泡沫消防車及舉高噴射消防車用奧氏體不銹鋼罐體裝置的腐蝕機理進行研究,分析腐蝕的主要原因,對提高消防車用不銹鋼罐體裝置的抗腐蝕性能具有重要的指導意義。

消防車 罐體 奧氏體不銹鋼 腐蝕

消防車用不銹鋼罐體裝置主要用于存放較大容量消防滅火時的水及消防專用泡沫,由于火災都突發于偶然,臨時向水罐里加注水會浪費救火時間,導致錯過救火時機,所以消防車水罐里長期存放著滿載的水量,以備預期不到火災的消防需要。通常消防車罐體裝置選用奧氏體不銹鋼制造的。奧氏體不銹鋼具有優良的耐腐蝕性能,較好的抗輻照性能。但由于消防車罐體裝置長期存放著大量的水,并且消防罐體裝置通常為奧氏體不銹鋼焊接而成,如果不嚴格控制其生產工藝,會出現晶間腐蝕和點腐蝕等不銹鋼腐蝕現象。

1 消防車罐體裝置腐蝕的原因分析

1.1 晶間腐蝕

不銹鋼中的主要合金元素是Cr(鉻),只有當Cr含量達到一定值時,不銹鋼才有耐蝕性。因此,一般不銹鋼Cr(鉻)含量至少為10.5%。而由于消防車罐體裝置通常為奧氏體不銹鋼板材焊接而成,在焊接過程中焊縫及其周邊會產生較大的熱量,焊接區域會從高溫區到低溫區發生分解與形成呂鐵素體和馬氏體,以及碳化物氮化物與中間相的析出,會使不銹鋼中的碳與鉻形成高鉻的Cr23C6型碳化物,導致Cr含量降低,從而導致在晶界(焊縫)兩側形成貧鉻區,造成局部鉻的貧化,使焊縫處的耐蝕性能下降,所以晶間腐蝕是消防車罐體裝置焊縫區域發生腐蝕現象的主要原因。

1.2 點腐蝕

點腐蝕又稱小孔腐蝕,是一種腐蝕集中在奧氏體不銹鋼表面很小范圍內并深入到金屬內部甚至穿孔的腐蝕形態。如不銹鋼、鋁和鋁合金等具有自鈍化特性的金屬,在含氯離子的環境中,經常發生點腐蝕。許多碳鋼在含氯離子的介質中依然會出現點腐蝕現象。點腐蝕的孔直徑一般只有數十微米,但深度等于或遠大于孔徑。由于點腐蝕的腐蝕點孔徑較小,點腐蝕的發生和分布具有隨機性,所以給排查腐蝕點帶來很大困難。由于消防車罐體裝置長期存放大容量的水,而罐體裝置里面的水通常從地下水源而來,目前我國地下水中的氯離子含量一般大于250mg/L,而奧氏體不銹鋼在含有氯離子的環境中容易出現點腐蝕,所以點腐蝕也是消防車罐體裝置金屬內表面經常出現的一種腐蝕現象。在消防車罐體裝置金屬內表面真正出現點腐蝕前,不銹鋼內表面的保護性氧化層中先形成直徑幾個微米的微型凹陷,之后微型凹陷的數量會迅猛增加,因此點腐蝕是造成消防車罐體裝置底部大規模腐蝕的主要原因。

1.3 磨損腐蝕

磨損腐蝕由磨損和腐蝕聯合作用而產生的材料破壞過程。由于消防車罐體裝置通常為奧氏體不銹鋼板材焊接而成,為了保證罐體的平面度和美觀性,通常在板材焊接時,會通過點焊的方式將一些型材搭接在不銹鋼板材之間,以起到支撐作用,在完成消防車罐體裝置的加工后,會將之前起到支撐作用的型材去掉,由于在此過程中,工人在空間狹小的罐體裝置里作業,難免會造成不銹鋼內表面鈍化膜被破壞等劃傷金屬表面的情況發生,并且在去掉型材的搭接處還會留下未經過防腐處理的焊點,這樣使不銹鋼內表面的鈍化膜因受到過分的外部破壞而不易恢復,腐蝕率會明顯加劇,如果消防車罐體裝置所存放的水中存在著固相顆粒,會加劇磨損腐蝕。因此磨損腐蝕是造成消防罐體裝置側面不銹鋼板材腐蝕的主要原因。

2 消防車罐體裝置關于奧氏體不銹鋼的選材介紹

由于0Cr18Ni9的性價比較高,其Ni含量在8.0-11.0之間,Cr含量在18.0-20.0之間,具有良好的耐蝕性、耐熱性,低溫強度和機械特性。沖壓、彎曲等熱加工性好,無熱處理硬化現象(無磁性,使用溫度-196℃～800℃),所以是一種通用性的不銹鋼,它廣泛地用于制作要求良好綜合性能(耐腐蝕和成型性)的設備和機件。目前國內主流消防車生產廠商的消防車罐體裝置通常選用0Cr18Ni9(304)不銹鋼制作而成。

0Cr18Ni9Ti(321)含有抵抗晶間腐蝕的鈦,有較好的抗晶間腐蝕性能及冷加工沖壓性能,對氧化性酸(如硝酸)有很強的抗腐蝕性,對堿溶液及大部分有機酸和無機酸也有一定的抗腐蝕性能。0Cr18Ni9Ti是落后的不銹鋼生產工藝的產品代表,0Cr18Ni9Ti早年曾是是用量最大,范圍最廣的不銹鋼牌號,其產量約占不銹鋼產量的30%以上,由于其具有較好的抗晶間腐蝕性能及冷加工沖壓性能,所以很多廠商會選擇0Cr18Ni9Ti板材制作消防車罐體裝置。

1Cr18Ni9Ti因碳含量較高,焊接時會產生嚴重的晶間腐蝕傾向,可用于不會產生晶間腐蝕的高溫耐蝕工況,一般會采用在不需要焊接的零部件上,如法蘭盤等零部件,目前其已逐漸被00Cr18 Ni10及0Cr18Ni9Ti所代替。

3 消防車罐體裝置的防腐處理方法

消防車罐體裝置通常采用的焊接方式為手弧焊,但是手弧焊不適宜長焊縫,因為手弧焊的隨意性較強,對焊縫質量和成形都不如自動埋弧焊,埋弧焊適用于長直、環形或垂直位置的橫焊縫,最適用于中厚板,埋弧焊也是最適宜不銹鋼焊接的一種方法,所以,建議采用自動埋弧焊機。焊條焊絲應選用較多鐵素體的焊條,如H0Cr18Ni9、H0Cr21Ni10和H1Cr19Ni10Nb,焊劑可選擇SJ601、SJ605、SJ608、SJ701、HJ107、HJ151、HJ172、HJ260任意一種,還可以應采用超低碳的焊絲作填充金屬。焊接完成后了進行固溶處理和穩定化處理,可提高抗晶間腐蝕性能。

消防車罐體裝置金屬內表面非常活化,容易遭受腐蝕,所以必須進行鈍化處理,首先對其內表面進行全面酸洗鈍化處理,清除殘留在上面的油污、氧化皮等污垢,對焊斑進行打磨拋光,降低磨損腐蝕現象的發生,以提高不銹鋼抗腐蝕性能,之后向消防車罐體裝置金屬內表面涂抹不銹鋼鈍化膏,使金屬表面生成保護膜,減緩腐蝕。此工藝方法操作簡單,使用方便、經濟實用,同時添加高效緩蝕劑、抑霧劑,防止金屬出現過腐蝕和氫脆現象、抑制酸霧的產生。

4 結語

通過對消防車用不銹鋼罐體選材及防腐研究和分析,能夠在消防車罐體裝置設計階段的選材和工藝設計方面起到一定的指導意義,能夠較好地解決消防車用不銹鋼罐體的防腐問題,并且與其他防腐方法相比具有工作方法簡單、資料分析較簡便、工作效率較高和成果直觀等優勢。

[1]余存燁.不銹鋼焊區腐蝕與防護[J].石油化工腐蝕與防護,2008.25(5):37.

[2]陳睿,劉靜,龐于思.1Cr18Ni9Ti不銹鋼晶間腐蝕試驗研究[J].河南冶金,2006,14(4).