水上樂園中不銹鋼產品的防腐工藝研究

陳 穎

（廣州潮流水上樂園設備有限公司，廣州 511400）

0 引言

水上樂園中有過濾罐、毛發收集器、格柵、防護欄、隔離網、指示牌、兒童滑梯、小品立柱等不銹鋼產品，因水上樂園的水中添加了氯氣丸（氯化消毒片，三氯異氰尿酸片劑），游離性余氯含量0.3～0.5 mg/L；還有滅藻劑、沉淀劑等水處理劑。當水處理劑剛投放到水中時，其濃度特別大。這些水處理劑對不銹鋼產品的腐蝕性很強，嚴重影響產品的使用壽命及水上樂園的安全運行，因此研究不銹鋼產品的防腐工藝、解決防腐問題顯得非常重要。本文通過分析及試驗，總結出一種工藝，能夠大幅提高水上樂園中不銹鋼產品的防腐蝕性能（本文所述不銹鋼沒有特別說明時一般指304不銹鋼，標準牌號：06Cr19Ni10）。

1 腐蝕情況

圖1所示為多個水上樂園不銹鋼產品腐蝕情況，從圖片及現場了解到，整個罐體都有一部分腐蝕痕跡，但焊縫處最為嚴重，滲漏也主要在焊縫處。

2 主要的腐蝕形式及原因

2.1 氯離子引起的腐蝕

圖1 水上樂園中不銹鋼產品腐蝕情況

304不銹鋼在存在氯離子Cl-的環境中被腐蝕得比較快，甚至超過普通的碳鋼。Cl-含量較高的條件下，不銹鋼的抗點蝕、縫隙腐蝕、應力腐蝕及腐蝕疲勞性能降低，容易發生晶間腐蝕和點蝕，進而發生應力腐蝕開裂［1］。Cl-對鈍化膜有腐蝕作用，Cl-濃度越大，鈍化膜腐蝕溶解速率就越大，鈍化膜的穩定性能就越差；鈍化膜變得更疏松、均勻性更差，導致鈍化膜被破壞，因此不銹鋼被腐蝕［2］。

2.2 晶間腐蝕

304這種不含（或很少）鈦和鈮的不銹鋼材料都有晶間腐蝕的傾向。焊接時碳化物的析出導致不銹鋼產生晶間腐蝕（焊接侵蝕）。這是不銹鋼在腐蝕介質作用下，在晶粒之間產生的一種腐蝕現象。

晶間腐蝕主要包含了焊縫區、HAZ敏化區、熔合區晶間腐蝕等。出現的原因為：（1）晶界貧鉻（Cr≤12%），這類鋼加熱到400～850℃溫度區間會發生敏化，過飽和固溶的碳與晶界附近的Cr結合形成化合物，使得晶粒邊界層中Cr含量不超過12%［3］；（2）焊接過程中，如果溫度過大，當冷卻速率較慢時，碳化物在晶界處形成，Cr%降低。P、Si等雜質沿晶間偏析［4］。

產生晶間腐蝕的不銹鋼，當受到應力作用時，即會沿晶界斷裂、強度幾乎完全消失，這是不銹鋼的一種最危險的破壞形式［4］。

2.3 電化學腐蝕

不銹鋼表面含有異類金屬的粉塵或其他附著物，在潮濕空氣中，附著物與不銹鋼間的冷凝水，二者連成一個微電池，引發電化學反應，保護膜受到破壞［5］。

焊接飛濺物、外來雜質、碳鋼粉塵、起弧點和咬邊，在水環境中具有不同于不銹鋼表面的電位，因此可能發生電化學反應。

3 腐蝕的預防及處理方法

3.1 從熱處理角度的處理方法：固溶處理

其目的主要是預防晶間腐蝕發生。為了減少晶界沉淀相，將工件加熱到約1 100℃然后急冷，盡量減少在400～850℃敏化區范圍內的停留時間，以此減少Cr%降低［3］。固溶處理可以明顯改善焊后不銹鋼抗晶間腐蝕以及耐點蝕的性能，并增加鈍化膜的穩定性。

但對水上樂園的不銹鋼產品來說，產品普遍較大（有些直徑達φ3 200 mm），因處理設備不夠大或要求高、處理成本高、處理時間長等原因，水上樂園的不銹鋼產品基本上不采用固溶處理方法。

3.2 從減少電化學反應角度的處理方法：電化學處理

通過從外部向水中的不銹鋼通電的方法防止金屬的腐蝕，安裝比所應用的不銹鋼電位更低的合金陽極并通過電源提供防腐蝕電流，從而防止或減輕金屬的腐蝕。電化學防腐蝕法能在一定程度上減緩腐蝕速率［2］。

對水上樂園的不銹鋼產品來說，因產品類型較多、安裝場所分散、使用環境不同，電化學處理不容易實現。且水上樂園是人們游玩的場所，為保證安全，水中一般不通電，從目前的實踐來看，這種方法極少使用。

3.3 將腐蝕介質隔離于基體的處理方法：隔離處理

用隔離物將產品與腐蝕介質隔離。對水上樂園的不銹鋼產品來說，從應用及性價比方面考慮，此方法最可行。但因隔離介質可選范圍多，方法各式各樣，如何通過科學的方法找到一種施工方便、性價比高的方案，就是研究的重點。為此，本文專門做了一系列的分析與試驗。

3.3.1 隔離材料的選擇

通過對玻璃鋼、無機防腐涂料、環氧富鋅油漆、氟碳漆、金屬防護漆、耐強氧化防腐涂料等分析及平時的試驗情況，選擇了耐強氧化防腐涂料作為隔離材料。這種材料既可防止氯離子腐蝕，又可減少晶間腐蝕及電化學腐蝕。它在海水或含氯離子水中防腐性能較好，具有高強度、高韌性、耐沖磨、耐老化、耐強酸堿腐蝕、附著力強等特點，且性價比高，操作方便［6］。該防腐涂料的防腐時間可達10～15年。

防腐蝕涂料在被涂物底材表面干燥固化后形成涂層，它的保護作用主要有屏蔽作用、鈍化緩蝕作用和陰極保護作用這3種［6］。

3.3.2 單邊焊接與雙邊焊接的對比試驗及防腐涂料的試驗

在2019年1月9—31日分別進行了多項試驗。制作試樣3件，分別編號01#試樣、02#試樣、03#試樣。01#試樣是將兩件不銹鋼板雙面對接焊接，焊縫酸洗鈍化，焊縫周圍單面涂涮2層防腐涂料；02#試樣是將兩件不銹鋼板單面對接焊接，焊縫酸洗鈍化，焊縫周圍涂涮2層防腐涂料；03#試樣是將兩件不銹鋼板單面對接焊接，焊縫不進行酸洗鈍化，焊縫周圍涂涮2層防腐涂料。

試驗過程如下。

（1）常溫試驗：參考水上樂園水質標準，用約50倍標準濃度的高濃度處理劑為試驗水質，經過2周的常溫試驗可知，常溫時處理劑的濃度對304不銹鋼影響不大，但材料上附著的雜質會引起腐蝕。

（2）加溫試驗：用恒溫水浴箱將溫度保持在65℃來試驗。圖2所示為試驗1天后的圖片。由圖可知，溫度升高，腐蝕明顯嚴重且速度快。02#試樣已開始腐蝕；03#試樣腐蝕已很嚴重，銹水已從焊縫中出來；而01#試樣焊縫除材料雜質引起的銹蝕外，變化不大。

圖2 加溫試驗1天后試樣情況

（3）保持65℃，繼續試驗6天，03#試樣已出現2個穿孔。

（4）繼續再試驗2天后（2019-01-31），情況如圖3所示。由圖可知，03#試樣的焊縫已嚴重銹蝕，穿孔比較嚴重；02#試樣的焊縫處也出現大量銹跡，但還未穿孔；01#試樣的焊縫幾乎沒有變化，只是表面雜質發生了部分腐蝕。

圖3 再試驗2天后試樣情況

經過23天不同條件的試驗，得出如下結論：不銹鋼表面附著物及雜質首先腐蝕；焊接質量及焊縫處理（酸洗鈍化）對腐蝕影響較大；溫度對腐蝕影響比較明顯，夏天的高溫會加速水上樂園不銹鋼產品的腐蝕；雙邊焊接比單邊焊接的防腐性能好；水上樂園的水質及溫度是不銹鋼產品腐蝕的主要因素，防腐涂料可以預防不銹鋼產品的腐蝕［7］。

4 防腐新工藝

通過各種分析與試驗，結合不銹鋼防腐理論，為同時預防氯離子腐蝕、晶間腐蝕及電化學腐蝕的發生，總結出水上樂園中不銹鋼產品的防腐蝕工藝如下。

（1）嚴格選用標準的304不銹鋼原材料及焊接材料，采用合適的焊接方法（手工焊、氬弧焊、混合氣體保護焊等）。

（2）焊接前無需預熱，小電流快速施焊，對要求高的焊縫，結合采用水冷的方式加速冷卻［5］。

（3）所有焊縫須雙面焊接，雙面同時進行，不得出現氣孔、夾渣、裂紋、未焊透、咬邊、焊瘤等缺陷。用無損檢測MT、UT方法來檢測焊縫。

（4）將內表面焊縫及周圍打磨圓滑（無須磨平），將飛濺物清理干凈。

（5）將外表面焊縫打磨平整，精磨后拉絲（或拋光）處理。

（6）對打磨后的內表面及隱秘部位焊縫使用不銹鋼酸洗鈍化膏進行處理并清洗干凈。

（7）對酸洗鈍化處理并干燥后的內表面噴涂二層耐強氧化防腐涂料，總厚度150～230μm（如果內表面處理得較好，也可只在焊縫處噴涂一條約100 mm寬的防腐涂料帶，以降低防腐涂料的成本，這方面因不同產品而異）。

（8）外表面清洗、干燥后，整體噴涂一層清漆作為保護膜，厚度約為70～100μm。

（9）待內外表面的涂料干燥后，進行整體試壓。按不同產品的標準進行壓力試驗（非容器類產品無須試壓）。

（10）檢查合格，整體清潔、干燥后包裝入庫。

從2019年2月起，嚴格執行此工藝，經過大量產品的生產實踐，證明此工藝可行且性價比高，效果很好。產品均未再出現嚴重腐蝕現象，防腐時間延長3倍以上。包括以海水為介質的連云港某水上樂園（此前的產品半年左右就會出現嚴重腐蝕）。因此，減少了大量的維修、維護費用，降低了維護成本，獲得了更好的經濟效益和客戶的好評。

5 結束語

本文主要介紹了水上樂園中不銹鋼產品的腐蝕現狀，分析了腐蝕產生的原因，對不銹鋼產品在水上樂園中的腐蝕與防護做了較深入的分析及試驗，提出了具體并可實際執行的防腐新工藝；此法通過實踐檢驗，在實際應用中取得了很好的效果。通過對不銹鋼產品在水上樂園中防腐工藝的研究，能夠更好地指導不銹鋼產品的生產，避免質量問題及事故的發生。能大幅減少不銹鋼產品在水上樂園中的維護費用，取得更好的經濟效益。