不銹鋼及其復合板如何正確用于水工鋼結構

　　文/  張志修·水利部水工金屬結構質量檢驗測試中心

　　　　喬裕民·河北省水利水電第二勘測設計研究院

　　　　吳尚明·河北省保定水利局

　　　　畢士君·中國腐蝕與防護學會企業理事會

　　本文分析了水工鋼結構中越來越多地使用不銹鋼及其復合板的盲目目性及其危害，并根據不銹鋼各類別的品質，指出可采用的類型及選用原則。

　　隨著我國經濟實力的增強，水利工程投資的加大，在水工鋼結構的設計圖紙中越來越多的出現了不銹鋼及不銹鋼復合板的材料，被用作閘門的面板、鋼管的內表面、水封壓板、埋件外露面等。然而，從腐蝕與防護學的角度看，這種改變石油盲目性的。其盲點有三：一是認為不銹鋼是不會腐蝕的；二是把不銹鋼看作一個品種的剛；三是沒有注意到在介質中不銹鋼與碳鋼（包括低合金鋼）接觸產生電偶腐蝕時，其陰陽極面積比的影響。下面就以上三點先行分析，并根據不適當的使用事例所造成的危害，總結出不銹鋼及其復合板應用與水工鋼結構的正確方法。

正確認識不銹鋼

　　不銹鋼就是碳鋼中加入了以鉻為主的合金元素，當鉻含量超過12%時，其表面具有鈍化性能，即暴露在氧化性的環境中，可形成附著性、致密性良好的Cr₂0₃薄膜，該膜可以防止下面金屬的腐蝕；因此不銹鋼更準確的稱謂是可鈍化鋼，不銹鋼只是俗稱。如果它的鈍化膜被破壞了，只要有氧存在就可以重新成膜；但在無氧的環境中，或者說氧的濃度低于臨界濃度時，不銹鋼有可能成為可銹鋼。而氧的臨界濃度又依附于環境的PH值、氯離子的濃度、溫度、壓力及不銹鋼的品種等，它不是統一的，其分散性很大。但是在一些特定的條件下，如果不恰當的使用不銹鋼，效果往往適得其反。

不銹鋼的分類

　　從化學成分上劃分，不銹鋼的品種不止百種，各有特點。但從金相組織劃分可大致分為馬氏體不銹鋼、鐵素體不銹鋼、奧氏體不銹鋼、雙相不銹鋼、沉淀硬化不銹鋼。

　　馬氏體不銹鋼

　　馬氏體不銹鋼中只添加鉻元素，含鉻量12~18%.此類鋼可通過熱處理被淬硬；硬化狀態下的耐腐蝕性較退火或軟化狀態下的耐腐蝕性好，但比奧氏體不銹鋼鋼看作一個品種的鋼；三是沒有注意到在電介質中不差。此類鋼的代表品種有410、420、440等；它們受焊接熱影響很大，適用于制作閥、泵、刀具、軸類，一般不作焊接件使用。

　　鐵素體不銹鋼

　　鐵素體不銹鋼不能通過熱處理被硬化。含鉻量可高達25%,有少量鎳；其耐腐蝕性與大多數奧氏體不銹鋼基本相同：由于延展性好，可用于承壓、或深拉物件。代表品種有442、446等。令人感興趣的是一些鐵素體不銹鋼耐應力腐蝕，在氯化物的水中，比18-8奧氏體不銹鋼防腐效果使用得更好。

　　奧氏體不銹鋼

　　奧氏體不銹鋼本質上是非磁性的，而且不能通過熱處理使其硬化，只能通過冷加工硬化。一般稱為18-8,即含有18%的鉻和8%的鎳，當然還可能有其他的元素如鉬、鈦、鈮等。代表型號有304、316等，它們是工業上用途最廣泛的不銹鋼。但含碳量高的品種易產生“焊縫腐蝕”;降低碳含量可使焊縫腐蝕的敏感性降低。

　　雙相不銹鋼

　　雙相不銹鋼的固溶組織中鐵素體和奧氏體約各占50%,一般較少相的含量至少達到30%。雙相不銹鋼在低應力下有良好的耐氯化物腐蝕性能，可焊性良好，焊后不需要熱處理，焊接接頭有良好的耐腐蝕性能。雙相不銹鋼中的一些品種不僅可替代，而且超過奧氏體比不銹鋼，可用于中性氯化物環境。

　　沉淀硬化不銹鋼

　　沉淀硬化不銹鋼是通過熱處理可以被硬化和強化的鋼。沉淀硬化剛廣泛用于航空、軍械工業，一般說，這些鋼的耐腐蝕性能較18-8不銹鋼差，但也有例外。

　　銹鋼與碳鋼復合板的腐蝕

　　不銹鋼因其表面有一層鈍化膜，其在淡水環境中實際電位比碳鋼的實際電位正；這樣，不銹鋼與碳鋼有電連接的情況下，則形成電偶腐蝕；不銹鋼為陰極，碳鋼為陽極，碳鋼被腐蝕的速度加快。在三門峽黃河水中的掛片實驗中，試片為100mm的不銹鋼與100mm的碳鋼焊接而成；試片中碳鋼的腐蝕速度快了2.5倍。如果碳鋼和不銹鋼各為50mm長，焊成試片，碳鋼的腐蝕速度會更大一些。因為淡水的電阻率較大，不銹鋼與碳鋼的電位差不太大，只能影響到20~80mm，平均為50mm的距離。當不銹鋼與碳鋼的表面積為1:1時，碳鋼腐蝕速率暫定為自然數為底的陰陽極面積比的指數e^s陰/_s陽。當陽極的有效面積小于陰極面積時，陽極的腐蝕速度更快。

不銹鋼及其復合扳的腐蝕分析

　　品種選擇不當造成的腐蝕

　　國內某一水利工程，排砂底孔的材料注明為不銹鋼與碳鋼的復合板，但并沒有明確為何種不銹鋼。在制作時選用了硬度大、耐磨性能好的馬氏體不銹鋼；設計代表與監理也予以認可。注水一年后，在排水查看時，看到的情況如圖1所示。
 

　　圖1很驚人地展現出，馬氏體不銹鋼復合板形成了穿孔，簡直令人難以相信。經過分析，發現原因是選錯了不銹鋼品種。再稍微重復一下，馬氏體不銹鋼不適宜作焊接件使用，馬氏體不銹鋼可通過熱處理被淬硬，硬化狀態比軟件狀態的耐腐蝕性好；換言之，軟化狀態的電位低，為陽極。穿孔部位肯定受焊接熱影響而軟化，周圍部位為陰極。加之，充水的一年之內，水處于靜止封閉狀態，可能含氧量低于臨界值（可惜當時沒有測定），表面鈍化膜失效；這樣就成為隱性的電偶腐蝕。按有效陰極面積是陽極面積的5倍，計算腐蝕速率為166；若設計壽命為100年，則100/166=0.6（年）。實際情況不到一年就出現了穿孔。

 1/2    1 2 下一頁 尾頁