水上樂園中不銹鋼產(chǎn)品的防腐工藝研究

陳 穎

（廣州潮流水上樂園設(shè)備有限公司，廣州 511400）

0 引言

水上樂園中有過濾罐、毛發(fā)收集器、格柵、防護(hù)欄、隔離網(wǎng)、指示牌、兒童滑梯、小品立柱等不銹鋼產(chǎn)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(dāng)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(chǎn)品的腐蝕性很強，嚴(yán)重影響產(chǎn)品的使用壽命及水上樂園的安全運行，因此研究不銹鋼產(chǎn)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(jié)出一種工藝，能夠大幅提高水上樂園中不銹鋼產(chǎn)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(biāo)準(zhǔn)牌號：06Cr19Ni10）。

1 腐蝕情況

圖1所示為多個水上樂園不銹鋼產(chǎn)品腐蝕情況，從圖片及現(xiàn)場了解到，整個罐體都有一部分腐蝕痕跡，但焊縫處最為嚴(yán)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(chǎn)品腐蝕情況

304不銹鋼在存在氯離子Cl-的環(huán)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(yīng)力腐蝕及腐蝕疲勞性能降低，容易發(fā)生晶間腐蝕和點蝕，進(jìn)而發(fā)生應(yīng)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(wěn)定性能就越差；鈍化膜變得更疏松、均勻性更差，導(dǎo)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(dǎo)致不銹鋼產(chǎn)生晶間腐蝕（焊接侵蝕）。這是不銹鋼在腐蝕介質(zhì)作用下，在晶粒之間產(chǎn)生的一種腐蝕現(xiàn)象。

晶間腐蝕主要包含了焊縫區(qū)、HAZ敏化區(qū)、熔合區(qū)晶間腐蝕等。出現(xiàn)的原因為：（1）晶界貧鉻（Cr≤12%），這類鋼加熱到400～850℃溫度區(qū)間會發(fā)生敏化，過飽和固溶的碳與晶界附近的Cr結(jié)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(dāng)冷卻速率較慢時，碳化物在晶界處形成，Cr%降低。P、Si等雜質(zhì)沿晶間偏析［4］。

產(chǎn)生晶間腐蝕的不銹鋼，當(dāng)受到應(yīng)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(xué)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(fā)電化學(xué)反應(yīng)，保護(hù)膜受到破壞［5］。

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

3 腐蝕的預(yù)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(yù)防晶間腐蝕發(fā)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(qū)范圍內(nèi)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(wěn)定性。

但對水上樂園的不銹鋼產(chǎn)品來說，產(chǎn)品普遍較大（有些直徑達(dá)φ3 200 mm），因處理設(shè)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(chǎn)品基本上不采用固溶處理方法。

3.2 從減少電化學(xué)反應(yīng)角度的處理方法：電化學(xué)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(yīng)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(xué)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(chǎn)品來說，因產(chǎn)品類型較多、安裝場所分散、使用環(huán)境不同，電化學(xué)處理不容易實現(xiàn)。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(zhì)隔離于基體的處理方法：隔離處理

用隔離物將產(chǎn)品與腐蝕介質(zhì)隔離。對水上樂園的不銹鋼產(chǎn)品來說，從應(yīng)用及性價比方面考慮，此方法最可行。但因隔離介質(zhì)可選范圍多，方法各式各樣，如何通過科學(xué)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(huán)氧富鋅油漆、氟碳漆、金屬防護(hù)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(xué)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(dá)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(hù)作用主要有屏蔽作用、鈍化緩蝕作用和陰極保護(hù)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(jìn)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(jìn)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(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，用約50倍標(biāo)準(zhǔn)濃度的高濃度處理劑為試驗水質(zhì)，經(jīng)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(zhì)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(yán)重且速度快。02#試樣已開始腐蝕；03#試樣腐蝕已很嚴(yán)重，銹水已從焊縫中出來；而01#試樣焊縫除材料雜質(zhì)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(xù)試驗6天，03#試樣已出現(xiàn)2個穿孔。

（4）繼續(xù)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(yán)重銹蝕，穿孔比較嚴(yán)重；02#試樣的焊縫處也出現(xiàn)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(zhì)發(fā)生了部分腐蝕。

圖3 再試驗2天后試樣情況

經(jīng)過23天不同條件的試驗，得出如下結(jié)論：不銹鋼表面附著物及雜質(zhì)首先腐蝕；焊接質(zhì)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(chǎn)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(zhì)及溫度是不銹鋼產(chǎn)品腐蝕的主要因素，防腐涂料可以預(yù)防不銹鋼產(chǎn)品的腐蝕［7］。

4 防腐新工藝

通過各種分析與試驗，結(jié)合不銹鋼防腐理論，為同時預(yù)防氯離子腐蝕、晶間腐蝕及電化學(xué)腐蝕的發(fā)生，總結(jié)出水上樂園中不銹鋼產(chǎn)品的防腐蝕工藝如下。

（1）嚴(yán)格選用標(biāo)準(zhǔn)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(hù)焊等）。

（2）焊接前無需預(yù)熱，小電流快速施焊，對要求高的焊縫，結(jié)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(jìn)行，不得出現(xiàn)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(nèi)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(nèi)表面及隱秘部位焊縫使用不銹鋼酸洗鈍化膏進(jìn)行處理并清洗干凈。

（7）對酸洗鈍化處理并干燥后的內(nèi)表面噴涂二層耐強氧化防腐涂料，總厚度150～230μm（如果內(nèi)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(chǎn)品而異）。

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

（9）待內(nèi)外表面的涂料干燥后，進(jìn)行整體試壓。按不同產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行壓力試驗（非容器類產(chǎn)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(yán)格執(zhí)行此工藝，經(jīng)過大量產(chǎn)品的生產(chǎn)實踐，證明此工藝可行且性價比高，效果很好。產(chǎn)品均未再出現(xiàn)嚴(yán)重腐蝕現(xiàn)象，防腐時間延長3倍以上。包括以海水為介質(zhì)的連云港某水上樂園（此前的產(chǎn)品半年左右就會出現(xiàn)嚴(yán)重腐蝕）。因此，減少了大量的維修、維護(hù)費用，降低了維護(hù)成本，獲得了更好的經(jīng)濟效益和客戶的好評。

5 結(jié)束語

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