不锈钢地铁车体的腐蚀原因及其防腐蚀措施

宁海石

中车青岛四方机车车辆股份有限公司 山东青岛 266111

不锈钢地铁车辆具有环保、免涂装、耐腐蚀等优点，带给人们“无锈、清洁、高级质感” 美好印象。不锈钢的金属质感符合现代审美，在国外城市轨道交通中得到了大量应用，也越来越多地用于国内城市地铁中。但是，在车体制造过程中经历了下料成型、零部件组装焊接等工序后，不锈钢车体容易发生腐蚀，出现 “不锈钢生锈” 的现象。本文基于某无涂装不锈钢地铁车体项目的执行经验，总结了不锈钢车体产生腐蚀生锈的原因，对各个环节应该注意的控制要点及解决措施进行了归纳，为避免或减轻不锈钢车体腐蚀生锈提供参考。

1 不锈钢的组织结构、性能特点和应用领域

不锈钢一般含有铬（Cr），镍（Ni），钼（Mo），钛（TI）等优质金属元素。常见不锈钢有铬不锈钢，即含Cr ≥12% 以上。镍铬不锈钢含Cr ≥18%，含Ni ≥12%。从不锈钢金相组织结构分类：有奥氏体不锈钢，例如：1Cr18Ni9Ti，1Cr18Ni11NB，Cr18Mn8Ni5。马氏体不锈钢，例如：Cr17，Cr28 等。一般称为非磁性不锈钢和带有磁性不锈钢。不锈钢由于其特殊的金相组织和表面钝化膜，使得它在一般情况下较难与介质发生化学反应而被腐蚀，但并不是在任何条件下都不能被腐蚀。在腐蚀介质和诱因（如划伤、飞溅、割渣等）存在的条件下，不锈钢也能与腐蚀介质发生缓慢的化学和电化学反应被腐蚀，而且在一定条件下的腐蚀速度相当快而产生锈蚀现象，尤其是点蚀和缝隙腐蚀。不锈钢件的腐蚀机理主要为电化学腐蚀。因此，在不锈钢产品在加工作业过程中应采取一切有效措施，尽量避免锈蚀条件和诱因的产生。实际上，许多锈蚀条件和诱因（如划伤、飞溅、割渣等）对于产品的外观质量也有显著的不利的影响，也应该和必须加以克服[1]。

2 不锈钢车体腐蚀原因

2.1 大气环境因素

基于国家材料环境腐蚀平台长期数据积累和观测，青岛地区的氯离子浓度和二氧化硫浓度均处于较高水平，腐蚀等级为最高级5级，腐蚀性很高，其中，氯离子是对不锈钢危害最大的因素。另外，在空气湿度较高的情况下，二氧化硫会转变成亚硫酸，显酸性，与氯离子共同作用，对不锈钢的腐蚀风险进一步加重。

2.2 原材料下料、成型

卷钢板材料需要经过开平、裁剪、折弯或棍弯等方式才能加工成使用的零件。在上述加工过程中，因切割、夹持、受热、磨具挤压、冷加工硬化等导致不锈钢表面富铬氧化物钝化膜遭到破坏，引起电化学腐蚀。且压痕较深，粗糙度大，不利于钝化膜的形成。根据极化曲线测试结果，粗糙度越大，耐腐蚀性越差，越易生锈[2]。

2.3 打磨破坏不锈钢表面钝化膜

不锈钢零部件表面经过不锈钢丝刷和砂轮片等工具打磨后，破坏了不锈钢原有的钝化膜，使不锈钢表面进入活态，在潮湿空气中产生电化学腐蚀。

2.4 存放、运输及吊运不当

在存放、运输及吊运中，遇到硬物划伤，异种钢接触，灰尘、油污、铁锈等污染时，不锈钢件（包括原材料）会发生腐蚀。不锈钢与其他材料混合存放、存放使用的工装不当，容易对不锈钢表面造成污染，引起化学腐蚀。运输工装、夹具使用不当会造成不锈钢表面磕碰、划痕，从而导致不锈钢表面钝化膜破坏，形成电化学腐蚀。吊具、夹头使用不当，过程操作不当也会导致不锈钢表面钝化膜破坏，引起电化学腐蚀。

2.5 设计结构因素

在实际生产过程中，很多设计结构不合理同样会导致车体腐蚀。比如窄空间半封闭焊接结构容易腐蚀，因为零件焊接完成后焊缝、氧化色不易打磨清理，焊渣不易剔除，易生锈物质的附着与腐蚀介质形成电化学腐蚀。单面焊、断续焊、多层板叠用存在缝隙结构，会导致缝隙腐蚀。设计结构不合理导致排水不畅，最终车体结构积水潮湿，导致化学、电化学腐蚀[3]。

3 防腐蚀改进措施

3.1 原材料下料、成型工艺优化

优化下料底胎支撑板夹角、切割速度、焦点高度、气压等激光切割参数，实现钢板表面无飞溅、切割边缘毛刺细小，开发新型去毛刺工具进行毛刺去除，避免下料阶段对板材表面的打磨。

根据折弯件尺寸，裁取折弯保护膜，折弯前置于折弯底胎。折弯保护膜在工件和底胎拐角之间起到缓冲保护作用，从而防止工件在折弯时产生压痕，从而避免夹持、磨具挤压等导致不锈钢表面富铬氧化物钝化膜遭到破坏，引起电化学腐蚀。

3.2 表面处理工艺优化

针对焊缝黑灰清理、火焰矫形区消色，采用环保型电解清洗及钝化工艺进行处理，替代钢丝刷和砂轮片等工具打磨，在去除黑灰变色的同时，进行钝化保护，与打磨表面相比，钝化后耐腐蚀性显著提高。针对焊接飞溅及焊缝余高等去除多余金属的打磨作业，采用非金属类打磨工具，如碳化硅碗刷替代钢丝刷和砂轮片，不锈钢表面破坏程度降低，不锈钢表面自形成钝化膜能力提高。

3.3 车体运输、存放防护

不锈钢车体运输及存放前，对不锈钢车体表面采用防护膜、防护板、牛皮纸等方式进行表面防护，然后穿车衣，避免车体在运输及存放过程中发生磕碰、划伤、灰尘、油污污染，从而确保不锈钢表面钝化膜不被破坏。

3.4 设计结构优化

车体在结构中存在封闭、半封闭及搭接（侧墙板与底架边梁）等结构，在车内防腐涂装时往往很难施工，防腐效果较差。在车辆长期运营中此类结构容易积水、积灰，且后期难以清理，腐蚀介质可渗透到金属表面，最终发生电化学腐蚀。针对设计结构不完全封闭情况，通过涂打密封胶进行密封，隔离腐蚀介质，从而提高车体耐腐蚀性。

4 结语

不锈钢地铁车体制造过程中，经过下料、成型、零部件组装、焊接、打磨、调修等工序后，不锈钢表面钝化膜遭到破坏，不锈钢车体容易发生腐蚀。通过优化不锈钢下料、成型工艺、表面处理工艺，优化设计结构，不锈钢车体运输、存放时做好表面防护，不锈钢表面钝化膜能够得到最大程度的保护，不锈钢车体的耐蚀性得到提高，使不锈钢不生锈成为一种可能，不锈钢地铁以 “无锈、绿色、环保” 的形象更广泛的应用于国内外地铁车辆。