不锈钢车体生锈原因及解决方案

不锈钢车体生锈原因及解决方案

许保磊，王顺

(唐山机车车辆有限公司 产品研发中心，河北 唐山 063035)

摘 要：某干线客车项目车体大量采用奥氏体不锈钢，出厂前发现不锈钢局部生锈，引起业主关注。通常人们认为“不锈钢是不生锈的，生锈就不是不锈钢了，可能是钢质出现了问题”，其实，不锈钢在一定的条件下也会生锈。经过分析，找到了生锈原因，给出了解决方案。

关键词：奥氏体；不锈钢；车体；生锈

中图分类号：U270.1+2；U270.2 文献标志码：B

第一作者：许保磊（1984-），男，硕士，高级工程师。

一 引言

某干线客车项目车体除了端底架外，大量采用奥氏体不锈钢，且选用了在车辆领域广泛应用的奥氏体不锈钢牌号。

车辆出厂前，发现门角位置不锈钢出现浮锈（图1），且出现磁性，引起业主驻厂监造重视。

图1 门角不锈钢生锈

门角是一个模压件，如图2所示。

图2 门角三维模型

门角厚2mm，材质为S30103-1/4Hard/ASTM A666，屈服强度为515MPa，最小延伸率为25%。

S30103-1/4Hard为亚稳态奥氏体不锈钢，在冷轧过程中由于变形会产生少量马氏体。

S30103-1/4Hard在焊接时，随温升会出现马氏体向奥氏体的逆转变。冷却时，部分奥氏体转变成铁素体，提高了不锈钢焊缝的抗热裂性。但焊缝金属冷却后受应力影响，会产生马氏体，焊缝金属多为奥氏体+铁素体+马氏体三相组织。

奥氏体无磁性，铁素体、马氏体有磁性，故图1所示门角有弱磁性。

二不锈钢生锈的可能原因

不锈钢抗锈蚀能力源自表面一层致密富铬氧化膜。若氧化膜遭到不断破坏，氧原子不断渗入形成疏松的氧化铁，不锈钢表面就会生锈。

不锈钢生锈的可能原因有：

1、化学成分问题，铬、镍含量不达标。

2、车辆生产过程中的“生锈”隐患：

(1)车间空气中游离的细微铁颗粒生锈，并附着在不锈钢表面，特殊情况下，生锈铁颗粒会嵌入不锈钢表面，引起不锈钢腐蚀。

(2)焊接过程产生的飞溅。

(3)油污、碱、汗液、酸等物质附着到不锈钢表面。

3、当不锈钢焊接时，在敏化温度区间(450～850℃)，碳和铬会反应生成Cr23C6，导致铬含量迅速降低，降低其防腐能力。

4、奥氏体不锈钢不耐氯离子腐蚀，若遇到氯离子含量较高的淋雨试验用水，易发生腐蚀。

5、含硫化物、氧化氮的空气，遇冷凝水，形成硫酸、硝酸液滴，引起腐蚀。

三门角生锈具体原因排查

1、原材料

对不锈钢原材料进行了复验，未发现问题。原材料不是导致腐蚀的原因。

2、车辆生产过程中的“生锈”隐患

(1)确认不锈钢表面沾染了游离的细微铁颗粒

(2)确认有焊接飞溅

(3)确认车体表面附着有机物质、酸、碱、油和盐类物质

3、高温焊接对奥氏体不锈钢材质的影响

焊缝金属多为奥氏体+铁素体+马氏体三相组织。焊缝是不可避免的。

4、氯离子含量较高时，钢的抗腐蚀性能降低

淋雨试验水箱使用的是循环水，从车顶淋下的水带着车辆表面污物进入水箱后，再次利用，净化过滤装置是否能过滤氯离子、金属粉末存疑。若氯离子、金属粉末不能去除，浮锈问题会一直存在。

5、空气中硫化物、氧化氮遇水引起化学腐蚀

可以排除，其它项目在相同厂房生产，无此问题。

四浮锈影响分析

万方数据库仅找到一篇奥氏体不锈钢盐雾试验的论文，中国航发湖南动力机械研究所《两种奥氏体不锈钢酸性盐雾腐蚀行为研究》数据显示，0Cr18Ni9不锈钢在酸性盐雾条件下的年腐蚀深度为0.041毫米。

注意这个年腐蚀深度是在酸性盐雾试验环境下的年腐蚀深度，不是大气环境下的年腐蚀深度。其计算方法见图3。

图3 腐蚀速率计算公式

图3中v是盐雾试验下的质量损失速率，单位是g/(m2*h)，vt为年腐蚀深度，单位是mm/年，v/ρ是腐蚀深度和小时的比值，8.76是进行毫米、米、小时、年单位转换后的系数，公式1就是盐雾试验条件的年腐蚀深度。

以0Cr18Ni9酸性盐雾试验环境下的年腐蚀深度0.041毫米计算，30年酸性盐雾试验的腐蚀厚度为1.23mm。根据惯例，中性盐雾试验72小时相当于自然环境3年，酸性烟雾试验72小时相当于自然环境9年。30年自然环境相当于酸性盐雾试验10天，腐蚀深度是0.0011mm，对结构的影响可忽略不计。

0Cr18Ni9不锈钢碳含量（0.08）远高于车体采用的S30103-1/4Hard不锈钢（0.03），其余化学元素含量基本相同，其腐蚀速率比S30103-1/4Hard高。S30103-1/4Hard不锈钢广泛应用在轨道车辆领域，未出现问题。

综上所述，车体采用的S30103-1/4Hard不锈钢即使出现腐蚀，也微乎其微，可忽略不计。但需注意零件表面不能有异质金属颗粒附着。

五浮锈解决方案

1、车体做好清洁工作

车体车间各工序在完工后，做好保洁工作。配置吸尘器，清理工件表面粉尘；去除有机物质、酸、碱、油和盐类物质；去除焊接飞溅；对焊缝表面、背面做好除黑、钝化工作；

车体车间在交出车体前，进行保洁，注意清洁所有外露部位，不得有粉尘、有机物质、酸、碱、油、盐类。

2、优化水质

检查淋雨试验水箱内是否有污物；检测循环水水质，是否有氯离子、金属颗粒。若水质存在问题，需增加过滤净化装置。

3、组装车间做好清洁工作

组装工序车体外部施工时，工人佩戴好干净手套，不得将有机物质、酸、碱、油和盐类物质涂抹到车体上。

参考文献

[1]石瑶，黄子琳，袁珂.两种奥氏体不锈钢酸性盐雾腐蚀行为研究[J].装备环境工程，2020，17(6)：51-57.