[00113187]钢轨轻防腐涂料研制与喷涂工艺装备集成研究

1.课题来源与背景 国内外均采用万能轧制工艺生产热轧或热处理钢轨,成品钢轨表面都有一层10～60μm的氧化铁皮覆盖。在矫直工序中特别是踏面与水平矫直辊环、轨腰与垂直矫直辊环接触部位的氧化铁皮脱落严重。超声波探伤工序时采用工业水耦合探头与钢轨表面,导致钢轨还未出厂即出现表面锈蚀。无论是25m定尺钢轨,还是100m长尺钢轨在出厂铁路运输到用户的过程中,无篷布遮盖,若遇到雨淋后钢轨表面出现“黄金色”锈蚀。当钢轨到达焊轨基地或港口短暂露天堆放过程中,钢轨表面锈蚀日益严重,甚至出现大块片状的氧化铁皮脱落。 无论是日本NIPPON或JFE、欧洲TATA、MITTAL等钢轨,还是国内攀钢、包钢等钢轨表面在出厂到焊轨基地堆放过程中均出现了表面锈蚀现象,虽不影响钢轨内部力学和组织等性能,但严重影响外观质量。国内外钢轨用户意见较大,希望攀钢开展相关研究,提高钢轨耐锈蚀性能。 攀钢在2008年立项《提高钢轨表面光洁度工艺技术研究》（攀钢钒公司项目编号08Y0503）,研究钢轨表面锈蚀原因及采取的措施,主要研究适合攀钢钢轨在线涂装的涂料、成套设备研制以及涂装工艺。 2.研究目的与意义 项目研究的目的是批量生产耐锈蚀钢轨,提高钢轨表面耐蚀性能,达到在大气或海洋环境条件下耐锈蚀时间达到半年以上,锈蚀面积小于5%的技术指标,解决钢轨在出厂、铁路或海洋运输、港口堆放构成中的表面锈蚀问题,推动我国钢轨在“一带一路”战略中的应用。 3.主要论点与论据 （1） 在钢轨成分已经按各国技术标准规定的条件下,不可能在高碳钢轨钢中添加大量的Cr、Ni、Cu等耐蚀元素,既增加生产成本,又恶化钢轨的焊接性。只有改变钢轨表面结构形成致密的Fe3O4氧化铁膜,或在钢轨表面涂装致密耐蚀涂层材料的两条技术路线达到提高钢轨耐腐蚀的目标。钢轨涂装是解决钢轨表面锈蚀的一种经济和简易方法。 （2） 钢轨简单的雾化涂装液态防锈油存在高燃爆风险和严格的环保政策的限制,以及不干的液态防锈油在新钢轨表面容易进入表面微裂纹内,在轮轨接触时出现“油楔”作用原理,引起钢轨踏面或轨距角过早的发生裂纹和剥离掉块伤损,该防锈油涂装方法不适应于钢轨后期的上道使用。 （3） 项目组通过钢轨表面微观形貌的研究,提出了涂层厚度必须大于轮廓最大高度Rz,并适当增加涂层膜厚达到30～40μm以上,才能保证钢轨涂装的耐蚀效果。 （4） 水性涂料在涂装过程中无燃爆风险,可最大限度地减少对环境污染和作业人员健康的损害。当钢轨表面涂层膜厚达到30～40μm以上时,能满足了钢轨运输、堆放的轻防腐的技术要求。 （5） 项目组选择了水性涂料轻防腐工艺技术,提出了涂层透明、环保、涂层表干≤20min、耐盐雾腐蚀效果≥72h、无气味和清洁环保的涂料研发目标。 4.创见与创新 项目在满足生产节奏的工艺条件要求,研制了具有透明、快干、无味和环保水性涂料的核心专有技术,设计和开发了在线高效涂装设备和涂装工艺集成关键技术,形成了多项专有技术,成功地解决了钢轨在运输和港口堆放过程中的表面腐蚀现象,实现了产业化应用,具有创新性。 研究开发了涂装设备,开展了涂装工艺的研究,涂装后的钢轨满足大气和海洋环境条件的耐蚀要求,形成了钢轨轻防腐涂料研制和喷涂工艺装备集成技术,其技术达到了国际先进水平。 （1） 项目组在满足攀钢轨梁厂现有钢轨生产节奏的基础上,独家研制和集成了满足环保排放的在线钢轨高效涂装设备,包括采用4支高压无气喷涂机匹配的4支混气式喷枪实现钢轨全表面涂装,红外光栅自动开启和关闭控制涂装,自动涂料加料系统和供料循环系统,喷嘴和管路清洗系统避免堵塞,过喷漆雾抽风排放及废水集中沉淀排放等子系统。 （2） 合作研发了涂层透明、快干和环保要求的钢轨专用水性涂料。透明涂层不影响钢轨表面后续质量检查;涂层20min内快干,避免锯切工序、人工台架检查、翻钢合钢及电磁吊装等对涂层的破坏;涂装及涂层表干过程环保无气味,不影响到作业人员的身体健康。涂层满足欧盟ROHS指令2002/95/EC的重订指令2011/65/EU附录Ⅱ的限值要求,可以涂装后出口国外。 （3） 在中性盐雾试验条件下,涂层厚度30μm以上的钢轨耐锈蚀性能≥72h。涂装后的钢轨满足在大气和海洋环境条件下半年时间内,钢轨踏面锈蚀面积率小于5%的技术要求。 （4） 研究成果形成了成套的钢轨涂装设备、涂料和涂装工艺自主知识产权,获3项发明和1项实用新型专利授权。 5.社会经济效益,存在的问题 在项目研究阶段先后三次完成出口阿根廷、马来西亚和香港地铁涂装钢轨共计达到2.56万吨,创直接经济效益227.415万元。涂装钢轨的耐蚀效果满足了海外用户的要求,推动了我国钢轨在“一带一路”战略中的应用,经济效益和社会效益显著。 需要进一步优化完善涂料的长效耐蚀性能和涂装生产工艺,加大推广应用力度。 6.历年获奖情况 2018年4月19日项目通过四川省金属学会评价,未获任何奖励。