海南地区铁路扣件系统防腐技术选型分析

黄小华，周　帅（.中国中铁二院工程集团有限责任公司，四川 成都　6003；.西南交通大学 机械工程学院，四川 成都　6003）

海南地区铁路扣件系统防腐技术选型分析

黄小华1，周帅2
（1.中国中铁二院工程集团有限责任公司，四川 成都610031；2.西南交通大学 机械工程学院，四川 成都610031）

国内城市轨道交通和国有铁路工程实践经验表明，扣件系统采用恰当的防腐技术措施能够延长其使用寿命，提高轨道系统耐久性，增加综合经济效益。针对海南地区环境特点，结合海南西环铁路建设工程，在分析几种常用的扣件系统防腐技术特点、总结我国城市轨道交通及国有铁路扣件系统防腐技术应用概况的基础上，研究了海南地区扣件系统防腐技术的选型原则，并结合这些原则对我国常用防腐技术措施进行对比分析，提出了适合海南地区环境特点的防腐技术措施，为我国海南地区铁路建设中扣件系统防腐技术体系的完善提供借鉴。

海南地区；西环铁路；轨道结构；扣件系统；防腐技术

我国针对城市轨道交通和国有铁路建设工程，并结合当地环境特点，在不影响扣件系统物理性能的前提下，对扣件系统采取了热镀锌、喷涂、达克罗等防腐技术措施，以延长扣件系统使用寿命，提高轨道系统的耐久性。近年来，我国铁路在海南地区迅速发展，有2010年开通的海南东环铁路、在建的海南西环铁路、规划的榆林港支线铁路等。海南地区属沿海环境，与内陆地区环境有很大区别，扣件系统以往采用的防腐技术措施可能不适合海南潮湿、碱性的特点。因此，针对海南地区环境特点，结合海南西环铁路线路长、建设工期短的工程背景，开展海南地区铁路扣件系统防腐技术措施选型研究，对我国海南地区铁路建设的发展及扣件系统防腐技术体系的完善具有重要的学术与工程意义。

1　国内铁路扣件系统防腐技术概述

1.1扣件系统防腐技术类型及特点

1）发黑处理

发黑是化学表面处理的一种常用手段，是使金属表面产生一层氧化膜以隔绝空气，达到防腐的目的。发黑分碱性高温发黑和常温发黑2种。发黑处理施工安全、无毒害、工效高、成本低，但防腐效果太差。

2）热镀锌（热浸锌）

热镀锌是一种有效的金属防腐方式，是将除锈后的工件侵入500℃左右融化的锌液中，使工件表面附着一层大约35 μm厚的锌层，起到防腐的目的。

该技术使镀锌层与工件结合成工件表面的一部分，镀层持久可靠性较好，一般可保持20年，且不受工件外形尺寸的影响，能够全面保护工件。但工件必须用盐酸酸洗后才能镀锌，而酸洗对工件外形尺寸势必产生一定的损耗。

3）静电喷塑

静电喷塑是用静电粉末喷涂设备把粉末涂料喷涂到工件表面，形成粉状的涂层，该涂层经过高温烘烤流平固化，变成效果各异的最终涂层。

主要优点：粉末涂料不含溶剂，对环境无污染，对人体无毒害；涂层附着力强，机械强度高；一次涂装可以得到较厚的涂层，例如涂覆100～300 μm的涂层，用一般普通的溶剂涂料，约需涂覆4～6次，而用粉末涂料则一次就可以达到该厚度；采用粉末静电喷涂等新工艺，效率高，适用于自动流水线涂装，粉末利用率高，可回收使用。

主要缺点：改变了工件外形尺寸，对工件的配合要求高；表面光滑，降低了产品的摩擦系数；对形状复杂的工件，由于尖角、死角不容易达到喷涂厚度要求，防腐效果不佳，必须人工修补。

4）达克罗

达克罗技术诞生于 20世纪70年代，是美国Diamond Shamrock公司研制的一种新型金属防腐技术，国内也叫锌铬涂层。

主要优点：高耐热性，耐热温度≥300℃；耐腐蚀性能力强，是热镀锌防腐技术的7～10倍以上，经耐盐雾试验1 200 h以上未出现红锈；达克罗以浸涂、喷涂、刷涂等方式进行，不受工件形状影响，渗透性和涂覆性能好；无氢脆性，适合受力工件的涂覆；再涂性能也较好。

主要缺点：烧结温度较高、时间较长，能耗大；导电性能不好；涂液含 Cr6+、Cr3+、锌、有机物等对环境存在一定的污染，含对人体有害的铬离子；涂层颜色单一，只有白色和银灰色；硬度不高、涂层附着力差、耐磨性不佳，在施工后必须增加封闭层。

5）多元共渗

多元共渗是工件加热至一定温度，同时或分2道工序将3种及3种以上合金元素渗入工件表层的化学热处理工艺。主要有低温气体多元共渗、高温合金多元共渗及低中温锌镍共渗3种。

①低温气体多元共渗

有硫氮碳共渗、氮碳共渗加氧化2种。其中硫氮碳共渗主要采用熔盐法，温度一般为520～590℃，保温时间10 min～5 h。该技术在工件表面形成 40～80 μm厚的复合层，使零部件在经过180～220 h的中性盐雾试验后，保护等级不低于9级。

主要优点：可根据零件不同性能要求，控制渗入元素种类、数量，从而控制渗层的性能；耐磨性高，硬度高；抗疲劳性能高、耐蚀性能强；对元素配合无影响。

主要缺点：工艺温度较高，可能影响部分零件力学性能及外形尺寸；防腐（耐蚀）性能不及达克罗技术。

②合金多元共渗

合金多元共渗有铝与稀土元素（铈、镧、镨等）共渗、铝铬硅共渗、钴铬铝钇共渗等。该技术已广泛用于室外钢铁结构、紧固件、高速公路、航空航天、护栏、桥梁、水暖器材及建筑五金、汽车、工程机械和海洋化工、冶金、发电等工程中的耐高温、耐冲击、耐腐蚀部件。

该技术在工件表面形成约60～120 μm厚复合层，使中性盐雾试验时间可以达到200～2 000 h左右，抗腐性能大大优于热镀锌、电镀锌和普通粉末渗锌，且对大气、海水、肥皂水、石油、苯及高温硫化氢气体均有优良抗蚀能力。

主要缺点：可能导致部分零件机械性能受影响，外形产生一定变形；生产效率较低。

③低（中）温锌镍共渗

低（中）温锌镍共渗是将锌镍渗层和工件置于密封的金属容器中一起加热，在工件表面形成一层锌镍渗层以抵御环境对金属本体的腐蚀。其中低温渗锌镍的工艺温度在320～360℃，中温渗锌镍的工艺温度在400℃左右。

主要优点：锌镍层附着结合能力强，在受到一定程度的摩擦、激烈的碰撞和敲击下不脱落，不影响抗蚀性能；中性盐雾试验可达1 000 h以上未锈蚀，防腐性能优良；该技术采用的是粉末渗层，加热渗层过程是在密封金属容器中完成，渗层厚度均匀可控；整个处理过程不用水，无废水排放，对环境无污染；可大批量自动化生产，节省劳动力，生产效率较高；低温锌镍共渗技术由于温度较低，不影响扣件机械性能和形状。

主要缺点：中温渗锌镍工艺温度较高，影响产品的机械性能，不适用于弹条的防腐。

1.2国有铁路扣件系统防腐技术应用概况

国有铁路含有砟轨道和无砟轨道2种类型，其中有砟轨道铁路一般采用弹条Ⅱ型或弹条Ⅰ型扣件，无砟轨道铁路一般采用WJ-8或WJ-7扣件。弹条Ⅱ型、WJ-8扣件基本组成详见图1、图2。

图2　WJ-8有挡肩扣件系统组成

根据《弹条Ⅱ型扣件》（TB/T 3065.1-3065.2—2002）相关要求，弹条Ⅱ型或弹条Ⅰ型扣件系统中弹条要进行防锈处理，检测标准为Ⅰ级；根据 WJ-7和WJ-8扣件暂行技术条件中相关要求，WJ-7和WJ-8扣件系统中 T形螺栓、锚固螺栓应进行防锈处理，处理层在正常运输和安装中不应出现脱落现象，防锈处理后的T形螺栓经120 h盐雾试验（NSS试验）保护级不得低于9级。因此，在国有铁路建设计中，扣件系统必须进行防腐处理。在成灌客运专线、大西高铁、合福高铁采用达克罗技术，在广州高铁桥梁地段轨道扣件系统中弹条及道钉采用低温锌镍共渗技术。

2　海南地区铁路扣件系统防腐技术原则

2.1海南地区环境特点及既有海东线轨道扣件系统现状

海南岛地处热带北缘，属热带季风气候。这里长夏无冬，年平均气温22～26℃，最冷的一、二月份温度仍达16～21℃。海南岛入春早，升温快，日温差大，雨量充沛，年平均降雨量为1 639 mm，有着丰富的水资源。由此可见，海南省气温高，大气湿度大，大气及雨水中含Cl-离子高，轨道扣件系统长期处于潮湿的碱性环境中，容易发生锈蚀现象，这点从2010年开通的海南东环铁路即可看出。

海南东环铁路是200 km/h的客运专线铁路，全线采用弹条Ⅱ型扣件，从既有线调查情况可知，在施工时间（一年以上）较长或开通时间较晚（半年以上）的地段，扣件系统中螺栓、盖板、间隔铁、垫板焊接铁座等均出现不同程度的锈蚀，且锈蚀情况相当严重。螺栓、螺帽锈蚀情况见图3。

图3　螺栓、螺帽锈蚀

2.2海南地区铁路扣件防腐技术原则

为研究海南地区铁路扣件系统防腐技术，借鉴既有城市轨道交通和国有铁路扣件防腐技术的应用成果，并结合海南地区环境特点，提出海南地区铁路扣件系统防腐技术原则。

1）抗碱、抗腐蚀能力强。海南地区大气中含有大量Cl-离子，扣件长期处于碱性环境中，防腐技术必须能够长期抵抗潮湿和碱性大气环境。

2）附着力和结合能力强。扣件在运输、搬运及安装过程中，不可避免存在磕碰、摩擦等现象，防腐层必须在运输与安装过程中与扣件系统部件结合牢固，不易脱离。

3）不影响扣件系统机械性能。扣件系统中各个组成部分均有严格的尺寸及机械性能要求，一旦尺寸及物理性能发生变化，有可能影响整个轨道系统运营安全。其中弹条是弹条Ⅱ型扣件的重要组成部分，钢轨主要通过弹条的扣压力以保持轨道稳定性，因此，弹条性能的稳定显得更加重要，防腐技术不能影响弹条的耐久性与疲劳性能。

4）无污染无毒害。在如今提倡环境保护的大前提下，防腐技术必须对环境无污染，对人体无毒害。

5）渗透性好。扣件系统由弹条、螺栓、螺帽等多个部件组成，每个部件形状各异，防腐技术需有良好的渗透性，不受工件外形尺寸的影响，能够全面性保护扣件系统。

6）生产效率高。海南西环铁路线路较长，全长646 km（单线），施工工期紧张（由原计划的4年工期缩短为2.5年），必须保证生产效率及产量，才能保证扣件安装需求。

7）合理经济性。在保证扣件系统防腐性能的前提下，应尽可能降低防腐措施成本，提高综合效益。

3　海南地区扣件防腐技术选型分析

通过研究与分析扣件系统防腐技术的特点，结合海南地区铁路扣件系统防腐技术原则，对比分析了扣件系统防腐技术如表1所示。

表1　扣件系统防腐技术对比分析

从表1中对比分析可知：

1）发黑处理、热镀锌、静电喷塑、气体多元共渗技术抗腐蚀能力不强，不满足海南地区铁路扣件系统防腐性能要求。

2）达克罗、合金多元共渗、中温锌镍共渗、低温锌镍共渗技术防腐性能较好，能够满足海南地区铁路扣件系统防腐性能要求。

3）达克罗防腐技术结合剂附着能力较差，如需提高结合与附着能力，需做封闭层处理，增加投资，且该防腐技术含有对人体有害的铬离子，不适合环境保护的要求。

4）合金多元共渗和中温锌镍共渗技术影响扣件系统机械性能，可能对轨道系统运营安全造成影响；合金多元共渗生产效率低，不能够满足海南地区线路长、施工工期短的工程建设要求。

综合以上分析，低温锌镍共渗防腐技术能满足海南地区扣件系统防腐需求。考虑到海西线的工程背景，最终选用了这种防腐技术措施。处理后的外观见图4。

图4　低温锌镍共渗处理后弹条Ⅱ型扣件系统

4　结论

1）系统地概括了扣件系统常用的发黑处理、热镀锌、达克罗、静电喷塑、锌镍渗透等8种防腐技术措施的特点。

2）针对海南环境特点，结合海南西环铁路建设工程背景，提出了海南地区轨道扣件系统的7项防腐技术原则：抗腐蚀能力强、附着力和结合能力强、不影响扣件系统机械性能、无污染无毒害、渗透性好、生产效率高、经济性好。

3）根据提出的海南地区扣件系统防腐技术原则，对比分析各种防腐技术特点，得出低温锌镍渗透防腐技术最符合海南地区大气潮湿的碱性环境，最终作为海西铁路扣件系统防腐技术措施。

［1］王其昌.无碴轨道钢轨扣件［M］.成都：西南交通大学出版社.2006.

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［6］中华人民共和国铁道部.科技基［2007］207号WJ-8型扣件暂行技术条件［Z］.北京：中国铁道出版社，2007.

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［8］易思蓉.铁道工程［M］.北京：中国铁道出版社，2012.

（责任审编孟庆伶）

Analysis on Selection of Anti-corrosion Technologies for Rail Fastening System in Hainan Province

HUANG Xiaohua1，ZHOU Shuai2
（1.China Railway Eryuan Engineering Group Co.，Ltd.，Chengdu Sichuan 610031，China；2.Mechanical Engineering College，Southwest Jiaotong University，Chengdu Sichuan 610031，China）

Engineering experience of domestic urban rail transit and state-owned railway showed that suitable anticorrosion technologies for fastening systems could prolong their service life，improve the durability of the railway systems and increase overall economic efficiency.Combining with the environmental characteristics of Hainan province and construction engineering of Hainan western ring railway，the selection principle of anti-corrosion technologies for fastening systems inHainanprovince was studied，basedonthe anti-corrosiontechnology characteristics analysis of several common fastening systems and the anti-corrosion technology application survey of fastening systems in domestic urban rail transit and state-owned railway，the common anti-corrosion technologies and measures were compared and analyzed by considering these principles，and the anti-corrosion technology suitable for environmental characteristics in Hainan province was put forward，which could provide a reference for anti-corrosion technology improvement of fastener system during the railway construction in Hainan province.

Hainan province；W esternringrailway；T rackstructure；Fasteningsystem；T heanti-corrosion technology

U213.5+3

A

10.3969/j.issn.1003-1995.2016.08.34

1003-1995（2016）08-0137-04

2016-01-06；

2016-05-20

黄小华（1984— ），女，工程师，硕士。