不銹鋼及其復(fù)合板如何正確用于水工鋼結(jié)構(gòu)

　　文/  張志修·水利部水工金屬結(jié)構(gòu)質(zhì)量檢驗(yàn)測(cè)試中心

　　　　喬裕民·河北省水利水電第二勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院

　　　　吳尚明·河北省保定水利局

　　　　畢士君·中國(guó)腐蝕與防護(hù)學(xué)會(huì)企業(yè)理事會(huì)

　　本文分析了水工鋼結(jié)構(gòu)中越來(lái)越多地使用不銹鋼及其復(fù)合板的盲目目性及其危害，并根據(jù)不銹鋼各類別的品質(zhì)，指出可采用的類型及選用原則。

　　隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)實(shí)力的增強(qiáng)，水利工程投資的加大，在水工鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)圖紙中越來(lái)越多的出現(xiàn)了不銹鋼及不銹鋼復(fù)合板的材料，被用作閘門的面板、鋼管的內(nèi)表面、水封壓板、埋件外露面等。然而，從腐蝕與防護(hù)學(xué)的角度看，這種改變石油盲目性的。其盲點(diǎn)有三：一是認(rèn)為不銹鋼是不會(huì)腐蝕的；二是把不銹鋼看作一個(gè)品種的剛；三是沒有注意到在介質(zhì)中不銹鋼與碳鋼（包括低合金鋼）接觸產(chǎn)生電偶腐蝕時(shí)，其陰陽(yáng)極面積比的影響。下面就以上三點(diǎn)先行分析，并根據(jù)不適當(dāng)?shù)氖褂檬吕斐傻奈：Γ偨Y(jié)出不銹鋼及其復(fù)合板應(yīng)用與水工鋼結(jié)構(gòu)的正確方法。

正確認(rèn)識(shí)不銹鋼

　　不銹鋼就是碳鋼中加入了以鉻為主的合金元素，當(dāng)鉻含量超過(guò)12%時(shí)，其表面具有鈍化性能，即暴露在氧化性的環(huán)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(zhǔn)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(wú)氧的環(huán)境中，或者說(shuō)氧的濃度低于臨界濃度時(shí)，不銹鋼有可能成為可銹鋼。而氧的臨界濃度又依附于環(huán)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(tǒng)一的，其分散性很大。但是在一些特定的條件下，如果不恰當(dāng)?shù)氖褂貌讳P鋼，效果往往適得其反。

不銹鋼的分類

　　從化學(xué)成分上劃分，不銹鋼的品種不止百種，各有特點(diǎn)。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(guò)熱處理被淬硬；硬化狀態(tài)下的耐腐蝕性較退火或軟化狀態(tài)下的耐腐蝕性好，但比奧氏體不銹鋼鋼看作一個(gè)品種的鋼；三是沒有注意到在電介質(zhì)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(guò)熱處理被硬化。含鉻量可高達(dá)25%,有少量鎳；其耐腐蝕性與大多數(shù)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(yīng)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(zhì)上是非磁性的，而且不能通過(guò)熱處理使其硬化，只能通過(guò)冷加工硬化。一般稱為18-8,即含有18%的鉻和8%的鎳，當(dāng)然還可能有其他的元素如鉬、鈦、鈮等。代表型號(hào)有304、316等，它們是工業(yè)上用途最廣泛的不銹鋼。但含碳量高的品種易產(chǎn)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(dá)到30%。雙相不銹鋼在低應(yīng)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(guò)奧氏體比不銹鋼，可用于中性氯化物環(huán)境。

　　沉淀硬化不銹鋼

　　沉淀硬化不銹鋼是通過(guò)熱處理可以被硬化和強(qiáng)化的鋼。沉淀硬化剛廣泛用于航空、軍械工業(yè)，一般說(shuō)，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(fù)合板的腐蝕

　　不銹鋼因其表面有一層鈍化膜，其在淡水環(huán)境中實(shí)際電位比碳鋼的實(shí)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(yáng)極，碳鋼被腐蝕的速度加快。在三門峽黃河水中的掛片實(shí)驗(yàn)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(zhǎng)，焊成試片，碳鋼的腐蝕速度會(huì)更大一些。因?yàn)榈碾娮杪瘦^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(dāng)不銹鋼與碳鋼的表面積為1:1時(shí)，碳鋼腐蝕速率暫定為自然數(shù)為底的陰陽(yáng)極面積比的指數(shù)e^s陰/_s陽(yáng)。當(dāng)陽(yáng)極的有效面積小于陰極面積時(shí)，陽(yáng)極的腐蝕速度更快。

不銹鋼及其復(fù)合扳的腐蝕分析

　　品種選擇不當(dāng)造成的腐蝕

　　國(guó)內(nèi)某一水利工程，排砂底孔的材料注明為不銹鋼與碳鋼的復(fù)合板，但并沒有明確為何種不銹鋼。在制作時(shí)選用了硬度大、耐磨性能好的馬氏體不銹鋼；設(shè)計(jì)代表與監(jiān)理也予以認(rèn)可。注水一年后，在排水查看時(shí)，看到的情況如圖1所示。
 

　　圖1很驚人地展現(xiàn)出，馬氏體不銹鋼復(fù)合板形成了穿孔，簡(jiǎn)直令人難以相信。經(jīng)過(guò)分析，發(fā)現(xiàn)原因是選錯(cuò)了不銹鋼品種。再稍微重復(fù)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(guò)熱處理被淬硬，硬化狀態(tài)比軟件狀態(tài)的耐腐蝕性好；換言之，軟化狀態(tài)的電位低，為陽(yáng)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(nèi)，水處于靜止封閉狀態(tài)，可能含氧量低于臨界值（可惜當(dāng)時(shí)沒有測(cè)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(yáng)極面積的5倍，計(jì)算腐蝕速率為166；若設(shè)計(jì)壽命為100年，則100/166=0.6（年）。實(shí)際情況不到一年就出現(xiàn)了穿孔。

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