浅谈不锈钢管晶间腐蚀产生的原因及其对城轨车辆的影响吕会宾

浅谈不锈钢管晶间腐蚀产生的原因及其对城轨车辆的影响吕会宾

吕会宾

中车青岛四方机车车辆股份有限公司山东青岛266111

摘要：不锈钢管广泛应用于城轨车辆制动系统，通过对不锈钢管晶间腐蚀产生的原因及对城轨车辆制动系统影响分析，制定整改措施，保证城轨车辆运营安全。

关键词：不锈钢管；晶间腐蚀；制动系统

前言：随着我国城轨车辆的制造水平不断提高，不锈钢管的应用越来越广泛。由于城轨车辆制动系统清洁度要求非常高，制动系统管路几乎全部采用不锈钢管。但车辆在实际运营过程中因不锈钢管存在晶间腐蚀经常发生制动系统故障，影响了车辆安全运行。

一、不锈钢管晶间腐蚀产生的原因

不锈钢管冷加工中最重要的特点之一就是材料的加工硬化率很高，冷加工一定形变量后，钢材发生强烈的硬化并且塑性降低，难以进一步加工。为了克服这一困难，在生产流程中要求进行多次高温退火，使已经发生加工硬化的材料软化，恢复良好的塑性，以便进一步进行后续冷加工。这样过程要反复进行多次，如果采用常规的加热炉在大气压下加热，每次高温退火后，一个不可避免的副产品是：钢材表面会形成氧化皮（黑色），后者不仅影响不锈钢管的外观形貌，而且这些氧化皮也对后续加工（包括磨具磨损）有重要影响。

不锈钢管中主要的合金元素为Cr和NI，其氧化膜的主要成份包括Cr2O3和FeO.Cr2O3尖晶石等致密型氧化物；这层致密的氧化膜本身耐蚀性很高，并且它们与基体金属材料牢固的连接，阻止腐蚀介质与金属基体接触，从而达到钢材本身不锈的效果。然而，正是由于不锈钢的这一特点，与普通碳钢相比，高温退火后，不锈钢表面用酸洗法去除氧化膜比较困难。特别是这种奥氏体不锈钢，要求采用侵蚀性较强的酸洗液（一般为两种或三种强酸的混合），例如：硫酸+硝酸+氧氟酸；硝酸+氧氟酸；或硫酸+氢氟酸溶液等，并在较高的温度（40℃以上）进行。

由于钢材表面的Cr2O3和FeO.Cr2O3等致密型氧化膜在酸洗过程中并非完全溶解，而是从基体表面脱离，因此经过酸洗工序后，通常有一层所谓“挂灰”粘附于不锈钢钢材表面，它们是未溶解的氧化膜残余。这层“挂灰”不但影响不锈钢管表面形貌，也影响下一道加工工序。为了去除这一层残留的“挂灰”，酸洗后必须有后续的除挂灰工艺。目前主要有两种即：电化学阳极处理或气、水枪强力冲洗。不过两种工艺对于小直径的长不锈钢管均有一定难度。特别是管道中间部分，很难彻底除去这层粘附的挂灰，在此情况下采用钢丝刷等进行人工辅助清理等特别措施是十分必要的。

由于采用强酸和高温侵蚀条件，因此不锈钢酸洗过程中对工艺条件（包括酸洗液的浓度，更新时间，酸洗温度和浸泡时间等）十分敏感，必须严格控制每一个工艺参数，以保证酸洗的效果。否则很容易发生酸洗不足、过酸洗、晶间腐蚀乃至工件由于酸洗而导致的报废问题。

晶间腐蚀的原因很多，主要包括：酸洗温度偏高；酸洗时间过长；酸洗液使用时间太长，造成酸洗液酸度降低，铁离子浓度增加等，使表面饨化膜破坏，以及酸洗后管道中部清洗不良，管壁有残余的酸液，在后来的放置过程中造成附加的晶间腐蚀现象（如下图）。

二、不锈钢管晶间腐蚀对城轨车辆制动系统的影响

2.1、制动系统结构

车辆制动系统包括：风源装置、制动控制装置（包括制动微机控制单元）、基础制动装置、防滑装置、空气簧装置、汽笛装置、连挂装置及管路组成。

主要部件空气走向见下图：

2.2制动管路安装

制动管路安装分为管路下料和加工---管路清洗---管路安装---管路保压。。

管路下料完成后采用清洗剂进行清洗，但是一般这种清洗只能洗掉金属管材上附着的残余杂质、净化金属表面，不能消除晶间腐蚀。

现车配管时，用经过过滤器的压力不小于550kPa的压缩空气吹扫管子内腔、管端、管螺纹，吹扫至少3次，但仍不能消除晶间腐蚀。

2.3晶间腐蚀的影响

车辆在运营过程中随着管路中风压的变化，管路内壁的晶间腐蚀脱落，随着高压风的流动在用风部件处（防滑阀等）大量的堆积造成防滑阀内部导杆卡滞，从而造成防滑阀不动作或排风不止的现象（见下图），引起制动系统失灵。

三、避免晶间腐蚀产生措施

为了避免由于不锈钢酸洗引起的一系列问题，对于这种比较难以酸洗和清洗的小尺寸不锈钢管，在有条件的情况下，建议最好采用光亮热处理（相应的热处理设备如连续式氢气炉，或保护性气氛加热炉等），由于在保护性气氛下加热，从根本上避免了钢管表面氧化膜的产生，因此可以达到热处理后不酸洗的目的，也大大简化了复杂的生产工艺，以及由酸洗引起的环境污染问题。

四、结束语

制动系统是保证城轨车辆安全运行的关键系统，不锈钢管又是制动系统非常重要的组成部分，必须对不锈钢管的制造工艺、清洗工艺进行严格的排查和控制，做到每一步都符合要求；同时，加强不锈钢管安装前的检查，通过纵向剖开钢管检查内壁或增加内窥镜检查的方式，确保不锈钢管内清洁度满足要求。

参考文献：

1.GB/T14976《流体输送用不锈钢无缝钢管》

2.TB/T1901-1999车辆制动装置组装技术条件