铁路客车车体腐蚀与防护

张国栋马志会陈煜

中车唐山机车车辆有限公司产品研发中心河北唐山063035

摘要：铁路客车车辆腐蚀严重，影响着车辆的使用性能。本文对国内铁路客车的防腐蚀方法和技术做了简要介绍，阐述了铁路客车腐蚀的机理及影响因素，介绍了两种可能用作车体的两种新型材料和一项设计标准。

关键词：铁路客车；车体；腐蚀；防护

1铁路客车车体用材

铁路客车车体主要采用耐候钢。车体是整车的主要承载部件，要求车体材料具有高的抗拉强度和大量的焊接，因此所用材料必须有较好的强度和焊接性能，同时车辆在国内全路运行，要求具备零下45℃环境中运行的能力，因此材料还得具备良好的耐低温性能。耐候钢具有强度高，易于加工，塑韧性能好，有较好的低温冲击韧性，钢中含有微量的Cu、P等能提高钢材抗大气腐蚀的合金元素，使金属基体表面形成保护层，显著降低钢在大气环境下的腐蚀速度，而且对钢的淬硬性影响不大，其形成的焊接接头有良好的机械性能，常温下焊接无需预热与焊后热处理。耐候钢热轧和冷轧钢板是车体的主要原材料。

2铁路客车车体腐蚀及影响因素

2.1铁路客车车体腐蚀类型及机理

铁路客车所处环境复杂，一般湿度较高并常含有各种污染物，车体作为整车的主要承载结构承受车辆静载及动载的作用，其腐蚀类型有应力腐蚀、化学腐蚀及电化学腐蚀。

（1）应力腐蚀在腐蚀性介质中，金属构件受静拉应力作用而产生延迟破坏的现象称为应力腐蚀破坏。其特征为：几乎所有合金在特定的环境中都有某种应力腐蚀敏感性，拉应力越大腐蚀越快。对于特定的金属其腐蚀介质是特定的，如低碳钢为Ca（NO3）2、NH4N03、NaOH，低合金钢为NaOH，高强度钢为NaCl、H2S等；应力腐蚀断裂是一种低应力脆性断裂，断裂时不产生宏观塑性变形。车体是采用高强钢材，其应力腐蚀敏感性较高，易发生应力腐蚀断裂。

（2）化学腐蚀，铁路客车车体的化学腐蚀是指广义的金属氧化。车体发生化学腐蚀时，其腐蚀产物膜不稳定，从而使腐蚀过程不断发生，车体钢结构不断遭到破坏。

（3）电化学腐蚀，金属在电解质中的腐蚀为电化学腐蚀过程。在沿海地区，大气中含有大量氯化物微粒，吸湿后能增加液膜的导电性，并且氯离子具有较强的侵蚀性，这些都促使车体发生电化学腐蚀。车体在腐蚀环境下并受应力的作用，各种腐蚀行为相互促进，车体腐蚀是由以上几种腐蚀行为综合作用的结果。

2.2铁路客车车体腐蚀的影响因素

铁路客车车体腐蚀的主要影响因素有材料本身性质、车体所处的腐蚀环境和车体的运用维护状态等。

（1）车体材料，车体主要材料采用Q345NQR2、Q310NQL2耐候钢板，这种耐候钢虽然有一定的耐腐蚀性能，但是在无防护条件下的抗腐蚀性能是远远无法满足车辆寿命的要求。硫和磷是不利于碳钢抗腐蚀的元素，在酸性介质中磷和硫会促使放氢腐蚀加剧，劣化钢的韧性。车体一旦发生腐蚀，其表面腐蚀产物不能完全阻止腐蚀进一步发展，腐蚀会不断进行，其腐蚀质量呈线性增加。

（2）腐蚀环境，车辆所处的的腐蚀环境是大气环境，按温湿度高低，我国地处四个地带的五个区，即热带湿热区、亚热带湿热区、亚热带干燥区、温带湿和区和寒带干燥区。大气环境按所含污染物不同可分为乡村性大气、城市和工业性大气、海洋性大气。化学腐蚀和电化学腐蚀在温度越高、水份越丰富时发展越快。

铁路客车运行环境比较恶劣。沿海地区受氯离子污染，其大气含有较多NaCL和MgCL颗粒；城市及工业区含有较多的燃烧废气SO2、CO、CO2和H2S，这些都使车辆容易发生化学腐蚀和电化学腐蚀。

车体完成后外层进行涂装，保证车体为密封系统，但车内的冷凝水，生活用水以及外部的雨水等在车辆运行期间会在外部尤其破损的的缺口与金属接触，水分使车体钢结构表面具有较高的相对湿度，造就了车体表面的腐蚀环境，加速了车体的腐蚀。

（3）结构设计缺陷，车辆外部的底架边梁下沿，端角柱下端等位置，棱边尖锐，外层涂装材料难以附着，尖角处防护层的厚度不足，受到外界轻微磕碰，表皮油漆便发生破损，导致内侧金属裸露在大气环境下，得不到有效的防护。

3铁路客车车体防腐技术

铁路客车车体设计寿命为30年，且15年内车体结构不发生挖补截换。因此，采用耐候钢制造的车体外表必须进行防腐处理。我国客车的防护体系为：原材料及零件的表面预处理、车体组装后表面处理然后涂装复合涂层体系。

（1）材料及零部件表面预处理工艺，车体钢结构所使用的较厚板材和型材，在剪切投料之前进行喷射处理，使表面清洁度达到Sa21/2级，表面粗糙度—平均最大峰谷高度达到Ry5。处理后表面立即喷涂可焊性预涂底漆，涂层干膜厚度10-20μm。对不适于喷射处理的薄板进行化学处理，形成次轻量级或轻量级磷化膜。磷化完成并干燥后喷涂预涂底漆。对组成后不易涂装的零部件需提前采取涂装防腐底漆、喷（浸）漆、喷（灌）防腐蜡或预先磷化加钝化等措施。

（2）车体表面处理，车体在涂装防锈底漆前需要对车辆表面进行处理，可采用两种处理方式：第一种是通过喷射或打磨方式全面清理车体表面（包含）制造对表面产生的影响及预涂底漆。第二种是保留焊接良好的预涂底漆涂层，仅对在焊接过程中和车体钢结构在进行调平等对预涂底漆损伤的部位进行处理。

（3）车体涂装，车体各部位配套涂层体系如下：车体侧、端墙板钢结构外侧，底漆+腻子+中涂漆+底色漆+清漆；车顶外侧，底漆+（中涂漆）+底色漆+清漆或底漆+（中涂漆）+实色面漆；底架外侧表面，底漆+重防腐涂料+阻尼涂料（+面漆）；车体内侧底漆+重防腐涂料+阻尼涂料。

4新材料和新技术在铁路客车上的应用

（1）铁素体不锈钢材料，铁素体不锈钢作为一种不含镍的铬系不锈钢，具有含镍不锈钢所具有的成形性、经济性、耐蚀性、抗氧化性等性能，具有成本低、耐应力腐蚀性能优异等显著特点，被称为经济型不锈钢。已应用于轨道车辆的有德国的4003mod、日本的JFE410RW以及我国开发的TCS345、T4003等产品，按照化学成分统称00Cr12铁素体不锈钢。其抗腐蚀性能比普通的耐候钢高2倍以上，力学性能也优于现有耐候钢。其缺点是焊接性能较差，焊接后焊缝区域力学性能会下降，但是通过对焊缝结构的全新设计和采用CMT焊接或者激光等新焊接手段焊接，会有效提升焊缝处的力学性能。铁素体不锈钢适合路客车车体的制造，成为耐候钢的取代材料。

（2）新型耐候钢材料，宝钢和鞍钢分别开发了S350AW和S350EW两种新型耐候钢，其在国内货车上已开展应用。两种新型耐候钢的耐腐蚀性能与现有耐候钢相比均有提高，而其机械性能、焊接性能与现有耐候钢一致，制造体系及结构设计可沿用现有铁路客车结构，同时价格较铁素体不锈钢有更大的竞争力，因此新型耐候钢也是车辆设计制造时可以采用的新型材料。

（3）铁路客车车体结构设计规范《国际标准ISO12944<色漆和清漆防护涂料体系对钢结构的腐蚀防护>第3部分：设计内容》主要介绍钢结构的设计和构造，以改善结构腐蚀防护能力，同时给出了合适和不合适的设计案例，以及在运输和组装中的记录。该标准经过多年的实践，证明是有效实用的，受到世界各地的业主、涂料商和防腐蚀设计人员等的良好赞誉。铁路客车车体是钢结构设计中的一种，在结构设计时应该严格依此标准设计。

5结语

中低速铁路客车作为我国铁路的主力车型在我国已运行多年。随着国家经济不断发展及铁路机构的改革的深入，对现有铁路客车的防腐能力提出了更高的要求。了解车辆腐蚀机理及结构设计改进方法，能够为进一步提高车辆的耐腐蚀能力提供参考和借鉴。

参考文献：

[1]25G型铁路客车（DC600V供电）采购项目招标文件.

[2]运辆客车函[2015]73号中国铁路总公司运输局关于印发《25型客车防腐涂装工艺规范》和《25型客车用涂料技术条件》的通知，附件：1-1.25型客车（新造）防腐涂装工艺规范（试行）.

[3]铁素体不锈钢在车辆上应用的技术交流机械科学研究总院.