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不锈钢及其复合板如何正确用于水工钢结构
2012-10-01 00:00:00 作者:张志修 乔裕民 吴尚明 毕士君 来源:《腐蚀防护之友》


  设计造成的显性电偶腐蚀


  某一水利工程中的弧形闸门,闸门的中心线以下为不锈钢复合板,以上为碳钢,碳钢表面采用喷锌与涂料复合保护体系。投入使用两年,每年的洪水期有一个月的时间,水位超过中缝,中缝处的腐蚀情况如图2所示。
 


  从图2中可以清楚地看出,不锈钢与碳钢接触处碳钢侧的本应有15年以上防护寿命的保护层已经失效,有明显的锈迹,其宽度在50mm左右,符合淡水中电偶腐蚀的平均有效距离。这是显性电偶腐蚀。如果设计人员更多一点考虑腐蚀与防护学的知识,此种错误是可以避免的。


  边棱部位难以施加保护措施


  不锈钢复合板是不锈钢与碳钢经爆炸挤压而成的复合材料。一般不锈钢的厚度为3~6mm,碳钢的厚度为12~20mm,如图3所示。
 


  在水工钢结构的设计中,把不锈钢复合板用作闸门的面板时,则边棱部位的碳钢是电偶中的阳极,腐蚀速度高于碳钢正常速度,极需防护;但现有的防护技术很难在如此窄小的部位实施,即使做了,质量很差,不能正常发挥作用,属于防护薄弱区。况且,复合并非冶金结合,在加工过程中有可能使本来就复合不完全的缝隙进一步扩大,那么,此处不仅有电偶腐蚀,还有缝隙腐蚀叠加上去,以致于边棱处的碳钢出现块状脱落;脱落现象已在工程中出现过。


  埋件外露面轨道面部不锈钢板焊接


  近年来,有轨道面的埋件在外露表面会焊接一块不锈钢,如图4所示。
 


  从图4中可以看出,整个埋件由碳钢和不锈钢复合组成,如果所用不锈钢的宽度合理且在设计范围之内。虽然不锈钢和碳钢之间能形成一定的电偶对,产生电偶腐蚀,但是其类型属于典型的大阳极小阴极类型,从而导致碳钢腐蚀相对变慢。


  随着冶金技术的进步和经济的发展,有的设计出现了埋件的整个外露面全用不锈钢。


  这样做,在埋入面与外露面的交界处,即不锈钢与碳钢的焊接处,不仅发生缝隙腐蚀和电偶腐蚀,且此处无保护层,又处于大阴极小阳极状态,其腐蚀的速度会很快。后果是外露面会过早的脱落,这种设计是错误的。


  不锈钢用于水封压板、水封螺栓


  水封压板使用不锈钢材料也是不正确的;不锈钢通过螺栓与闸门面板连接,在水中形成电回路,碳钢为电偶腐蚀的阳极;此处也有缝隙腐蚀(水封胶皮下面)。正确的做法:水封压板使用镀锌钢板,锌层的厚度应大些,可以不涂装;水封压板作为牺牲阳极使用,能够保护水封胶皮下面的闸门面板。


  水封螺栓使用不锈钢材质时,它虽然也有电偶腐蚀,但处于小阴极大阳极状态,不会促进螺栓周围闸门面板的过度腐蚀;在更换水封时,不锈钢的螺栓容易拆卸。这一做法不会引起更严重的后果,因此是可行的。


在水工金属结构中的正确使用


  全部材料都采取不锈钢


  在旅游景区,用量不大,且有经济实力,可尝试全部使用不锈钢;其中有下列几点在选择不锈钢品种时必须注意:一是有较好的耐腐蚀性;二是该品种对焊接、对应力不敏感或通过热处理可使其匀质;三是埋件(埋入面及外露面)也应为同一品种。


  使用不锈钢复合板


  使用不锈钢复合板比不锈钢省钱;但选用原则是边棱部位一定不能暴露在电介质中;边棱应当用同种不锈钢封闭,且碳钢不得处于电介质中。这样只有钢管可以使用复合板。但千万注意不得选用马氏体的复合板。复合板用于闸门是不可取的。因边棱无法封闭且碳钢处于电介质中。


  不锈钢不得与碳钢连接成显性电偶


  如图3所示的结构形式是错误的。在水介质中,不锈钢与碳钢连接会构成电偶腐蚀。当必须连接时,如埋件外露面焊接轨道板,也只能采取图4的形式,保证阳极面积大于阴极面积;而且基础板(碳钢)的厚度应加厚,建议加厚一倍。


结束语


  文中所叙述的事例,是实际中经常发生的事情,其损失也的确令人触目惊心。究其原因,设计人员考虑更多的是结构的力学性能与功能,少了腐蚀与防护知识。因此建议,在重大工程的总体设计中应有专业的防腐蚀工程师参加(在先进国家的项目设计中,防腐专业工程师是必须审核的一道程序)。


  在设计过程中,首先是选材,应依据实况试验结果,不可仅依据实验室数据;当然也要考虑到材料的来源、加工性能、价格。其次是结构形式,应选用耐腐蚀结构;材料连接时,其电位应尽量接近;若形成电偶腐蚀,也一定要做到大阳极小阴极。还要考虑到防腐蚀施工工艺性要求,即保证可接触性。当然选用最先进、最可靠的防腐蚀技术是无须多言的。防腐蚀应从设计开始,但还是不够的。它是个系统工程,应包括设计、制造、防腐施工、运输、安装、一直到运行管理,都应有各自相应的工作与责任。只有各个环节都做到位,才能保证工程的预期寿命,促使投资效益最大化的发挥。

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