随着游乐设施行业的快速发展,水上乐园越来越普及。水上乐园中大量使用304不锈钢产品,这些产品会因水中清洁药剂而产生严重腐蚀,特别是水上乐园的水质为海水时,此问题尤为突出。水上乐园中304不锈钢产品的防腐就成为一个重要问题,从应用角度研究出一种解决此问题的工艺。通过此工艺的应用,使304不锈钢产品在水上乐园中的防腐性能提高3倍以上。

水上乐园中有过滤罐、毛发收集器、格栅、防护栏、隔离网、指示牌、儿童滑梯、小品立柱等304不锈钢产品,因水上乐园的水中添加了氯气丸(氯化消毒片,三氯异氰尿酸片剂),游离性余氯含量0.30.5 mg/L;还有灭藻剂、沉淀剂等水处理剂。当水处理剂刚投放到水中时,其浓度特别大。这些水处理剂对304不锈钢产品的腐蚀性很强,严重影响产品的使用寿命及水上乐园的安全运行,因此研究304不锈钢产品的防腐工艺、解决防腐问题显得非常重要。本文通过分析及试验,总结出一种工艺,能够大幅提高水上乐园中304不锈钢产品的防腐蚀性能(本文所述304不锈钢没有特别说明时一般指304304不锈钢,标准牌号:06Cr19Ni10)。

1腐蚀情况

1所示为多个水上乐园304不锈钢产品腐蚀情况,从图片及现场了解到,整个罐体都有一部分腐蚀痕迹,但焊缝处最为严重,渗漏也主要在焊缝处。

2主要的腐蚀形式及原因

2.1氯离子引起的腐蚀

304304不锈钢在存在氯离子Cl-的环境中被腐蚀得比较快,甚至超过普通的碳钢。Cl-含量较高的条件下,304不锈钢的抗点蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀及腐蚀疲劳性能降低,容易发生晶间腐蚀和点蚀,进而发生应力腐蚀开裂。

Cl-对钝化膜有腐蚀作用,Cl-浓度越大,钝化膜腐蚀溶解速率就越大,钝化膜的稳定性能就越差;钝化膜变得更疏松、均匀性更差,导致钝化膜被破坏,因此304不锈钢被腐蚀。

2.2晶间腐蚀

304这种不含(或很少)钛和铌的304不锈钢材料都有晶间腐蚀的倾向。焊接时碳化物的析出导致304不锈钢产生晶间腐蚀(焊接侵蚀)。这是304不锈钢在腐蚀介质作用下,在晶粒之间产生的一种腐蚀现象。

晶间腐蚀主要包含了焊缝区、HAZ敏化区、熔合区晶间腐蚀等。出现的原因为:(1)晶界贫铬(Cr12%),这类钢加热到400~850℃温度区间会发生敏化,过饱和固溶的碳与晶界附近的Cr结合形成化合物,使得晶粒边界层中Cr含量不超过12%;(2)焊接过程中,如果温度过大,当冷却速率较慢时,碳化物在晶界处形成,Cr%降低。PSi等杂质沿晶间偏析。

产生晶间腐蚀的304不锈钢,当受到应力作用时,即会沿晶界断裂、强度几乎完全消失,这是304不锈钢的一种最危险的破坏形式。

2.3电化学腐蚀

304不锈钢表面含有异类金属的粉尘或其他附着物,在潮湿空气中,附着物与304不锈钢间的冷凝水,二者连成一个微电池,引发电化学反应,保护膜受到破坏。

焊接飞溅物、外来杂质、碳钢粉尘、起弧点和咬边,在水环境中具有不同于304不锈钢表面的电位,因此可能发生电化学反应。

3腐蚀的预防及处理方法

3.1从热处理角度的处理方法:固溶处理其目的主要是预防晶间腐蚀发生。为了减少晶界沉淀相,将工件加热到约1 100℃然后急冷,尽量减少在400~850℃敏化区范围内的停留时间,以此减少Cr%降低。固溶处理可以明显改善焊后304不锈钢抗晶间腐蚀以及耐点蚀的性能,并增加钝化膜的稳定性。

但对水上乐园的304不锈钢产品来说,产品普遍较大(有些直径达ϕ3 200 mm),因处理设备不够大或要求高、处理成本高、处理时间长等原因,水上乐园的304不锈钢产品基本上不采用固溶处理方法。

3.2从减少电化学反应角度的处理方法:电化学处理通过从外部向水中的304不锈钢通电的方法防止金属的腐蚀,安装比所应用的304不锈钢电位更低的合金阳极并通过电源提供防腐蚀电流,从而防止或减轻金属的腐蚀。电化学防腐蚀法能在一定程度上减缓腐蚀速率。

对水上乐园的304不锈钢产品来说,因产品类型较多、安装场所分散、使用环境不同,电化学处理不容易实现。且水上乐园是人们游玩的场所,为保证安全,水中一般不通电,从目前的实践来看,这种方法极少使用。

3.3将腐蚀介质隔离于基体的处理方法:隔离处理用隔离物将产品与腐蚀介质隔离。对水上乐园的304不锈钢产品来说,从应用及性价比方面考虑,此方法最可行。但因隔离介质可选范围多,方法各式各样,如何通过科学的方法找到一种施工方便、性价比高的方案,就是研究的重点。为此,本文专门做了一系列的分析与试验。

3.3.1隔离材料的选择

通过对玻璃钢、无机防腐涂料、环氧富锌油漆、氟碳漆、金属防护漆、耐强氧化防腐涂料等分析及平时的试验情况,选择了耐强氧化防腐涂料作为隔离材料。这种材料既可防止氯离子腐蚀,又可减少晶间腐蚀及电化学腐蚀。它在海水或含氯离子水中防腐性能较好,具有高强度、高韧性、耐冲磨、耐老化、耐强酸碱腐蚀、附着力强等特点,且性价比高,操作方便。该防腐涂料的防腐时间可达10~15年。防腐蚀涂料在被涂物底材表面干燥固化后形成涂层,它的保护作用主要有屏蔽作用、钝化缓蚀作用和阴极保护作用这3种。

3.3.2单边焊接与双边焊接的对比试验及防腐涂料的试验

20191931日分别进行了多项试验。制作试样3件,分别编号01#试样、02#试样、03#试样。01#试样是将两件304不锈钢板双面对接焊接,焊缝酸洗钝化,焊缝周围单面涂涮2层防腐涂料;02#试样是将两件304不锈钢板单面对接焊接,焊缝酸洗钝化,焊缝周围涂涮2层防腐涂料;03#试样是将两件304不锈钢板单面对接焊接,焊缝不进行酸洗钝化,焊缝周围涂涮2层防腐涂料。试验过程如下。

1)常温试验:参考水上乐园水质标准,用约50倍标准浓度的高浓度处理剂为试验水质,经过2周的常温试验可知,常温时处理剂的浓度对304304不锈钢影响不大,但材料上附着的杂质会引起腐蚀。

2)加温试验:用恒温水浴箱将温度保持在65℃来试验。图2所示为试验1天后的图片。由图可知,温度升高,腐蚀明显严重且速度快。02#试样已开始腐蚀;03#试样腐蚀已很严重,锈水已从焊缝中出来;而01#试样焊缝除材料杂质引起的锈蚀外,变化不大。

3)保持65℃,继续试验6天,03#试样已出现2个穿孔。

4)继续再试验2天后(2019-01-31),情况如图3所示。由图可知,03#试样的焊缝已严重锈蚀,穿孔比较严重;02#试样的焊缝处也出现大量锈迹,但还未穿孔;01#试样的焊缝几乎没有变化,只是表面杂质发生了部分腐蚀。

经过23天不同条件的试验,得出如下结论:304不锈钢表面附着物及杂质首先腐蚀;焊接质量及焊缝处理(酸洗钝化)对腐蚀影响较大;温度对腐蚀影响比较明显,夏天的高温会加速水上乐园304不锈钢产品的腐蚀;双边焊接比单边焊接的防腐性能好;水上乐园的水质及温度是304不锈钢产品腐蚀的主要因素,防腐涂料可以预防304不锈钢产品的腐蚀。

4防腐新工艺

通过各种分析与试验,结合304不锈钢防腐理论,为同时预防氯离子腐蚀、晶间腐蚀及电化学腐蚀的发生,总结出水上乐园中304不锈钢产品的防腐蚀工艺如下。

1)严格选用标准的304304不锈钢原材料及焊接材料,采用合适的焊接方法(手工焊、氩弧焊、混合气体保护焊等)。

2)焊接前无需预热,小电流快速施焊,对要求高的焊缝,结合采用水冷的方式加速冷却。

3)所有焊缝须双面焊接,双面同时进行,不得出现气孔、夹渣、裂纹、未焊透、咬边、焊瘤等缺陷。用无损检测MTUT方法来检测焊缝。

4)将内表面焊缝及周围打磨圆滑(无须磨平),将飞溅物清理干净。

5)将外表面焊缝打磨平整,精磨后拉丝(或抛光)处理。

6)对打磨后的内表面及隐秘部位焊缝使用304不锈钢酸洗钝化膏进行处理并清洗干净。

7)对酸洗钝化处理并干燥后的内表面喷涂二层耐强氧化防腐涂料,总厚度150~230μm(如果内表面处理得较好,也可只在焊缝处喷涂一条约100 mm宽的防腐涂料带,以降低防腐涂料的成本,这方面因不同产品而异)。

8)外表面清洗、干燥后,整体喷涂一层清漆作为保护膜,厚度约为70~100μm

9)待内外表面的涂料干燥后,进行整体试压。按不同产品的标准进行压力试验(非容器类产品无须试压)。

10)检查合格,整体清洁、干燥后包装入库。从20192月起,严格执行此工艺,经过大量产品的生产实践,证明此工艺可行且性价比高,效果很好。产品均未再出现严重腐蚀现象,防腐时间延长3倍以上。包括以海水为介质的连云港某水上乐园(此前的产品半年左右就会出现严重腐蚀)。因此,减少了大量的维修、维护费用,降低了维护成本,获得了更好的经济效益和客户的好评。

5结束语

本文主要介绍了水上乐园中304不锈钢产品的腐蚀现状,分析了腐蚀产生的原因,对304不锈钢产品在水上乐园中的腐蚀与防护做了较深入的分析及试验,提出了具体并可实际执行的防腐新工艺;此法通过实践检验,在实际应用中取得了很好的效果。通过对304不锈钢产品在水上乐园中防腐工艺的研究,能够更好地指导304不锈钢产品的生产,避免质量问题及事故的发生。能大幅减少304不锈钢产品在水上乐园中的维护费用,取得更好的经济效益。