高腐蚀性矿井水环境下综采设备的防腐处理

2018-09-11梁开东刘祥彬

山东煤炭科技 2018年8期

梁开东刘祥彬石虎

（山东能源重装集团鲁南装备制造有限公司，山东枣庄 277521）

1 概述

煤矿综采设备的安全直接决定着煤炭开采效率，至2017年，全国大、中型煤矿机械化程度已分别达到95%和80%以上。煤炭主要是地下开采，开采环境阴暗、潮湿，且矿井水质成分复杂，井下采煤机械设备的腐蚀现象十分严重。根据原煤炭部对部分矿井腐蚀情况的调查，钢铁在井下的年平均腐蚀深度为0.2～1.2mm，在腐蚀严重的矿井中，钢铁的腐蚀速度为海洋环境的2～3倍。由于设备零部件高速腐蚀，导致设备功能失效，严重地威胁了煤矿的安全生产。

目前，尽管各种防腐措施很多，但针对煤矿井下综采设备环境的腐蚀及防护研究还较为少见，因此对综采设备液压支架上不同的零部件，选择耐腐蚀材料和综合的表面防腐蚀技术是非常必要的，鲁南装备公司作为专业液压支架生产厂家，根据田陈煤矿复杂地质条件开展防腐研究。

2 立柱、千斤顶耐腐蚀性能处理

比较图1田陈煤矿井下使用10个月后的激光熔覆立柱与图2镀铬立柱，激光熔覆表面经10个月使用后几乎没有任何锈蚀，立柱端面由于没有做任何防护措施而被严重锈蚀。由于电位较正的激光熔覆层与钢基体材料构成了电偶腐蚀，从而导致了电位较负的钢基体加速腐蚀。镀铬表面则出现了点蚀或镀层大面积剥落后腐蚀的现象。

镀硬铬是一种传统的表面电镀技术，已经应用长达70多年。由于镀铬层硬度高、耐磨、耐蚀并能长期保持表面光亮且工艺相对比较简单、成本较低而得到广泛应用。但是镀铬工艺如果控制不好，极易产生镀铬缺陷，如镀铬槽液污染严重，槽液比例失调等会产生严重的针孔，而镀前处理不好（主要是钢基表面油污或氧化膜没有去除干净）及镀铬过程中断电则会严重影响镀层的结合力，造成镀层在使用过程中剥落。

图2 镀铬立柱

3 结构件常用材料的耐腐蚀性能处理

（1）结构钢的耐腐蚀性能处理

一般情况下，钢的腐蚀速率都会随着碳含量的增加而增加。合金元素对钢铁材料的耐腐蚀性能的影响较为复杂，尤其是合金元素的加入有利于提高钢的耐腐蚀性能。

部分结构件在使用过程中外表面基本不受力的作用，基本上可以看作是一个单纯的腐蚀过程，因此可以考虑涂料防腐。考虑到煤矿井下湿度、矿化度及水温高的特点，在涂料选择上一定要选择耐热、耐水、耐化学性好的涂料。根据这一性能要求，结构件在涂刷涂料前对基材进行喷砂处理，除锈等级不低于Sa2.5级。涂层采用涂刷的方式，其中无机硅酸锌底漆两遍涂刷，配套防锈面漆直接两遍涂刷，经实践证明在田陈煤矿综采环境下具有良好的防腐蚀性能，防腐效果较之原有工艺有明显提高。这取决于板材材质和喷涂材料的选择、板材表面处理工艺。

（2）不锈钢的耐腐蚀性能处理

田陈煤矿液压支架的阀件原用中碳钢材质，但由于腐蚀严重不能满足使用要求，因而选用2Cr17不锈钢替代。按不锈钢正火状态来分，2Cr17相较于中碳钢属于含碳量相对低的铁素体不锈钢，其高含铬量（≥16%）而具有良好的耐腐蚀性能，同时还有8%～11%的镍，Ni还可以有效提高钢的热力学稳定性，使钢无论是在氢去极化还是氧去极化过程中都有效提高钢的耐腐蚀性能。通常情况下，Ni和Cr同时作为主要的合金元素加入不锈钢中，可以使不锈钢既耐氧化性介质腐蚀，也对不太强的还原性介质具有一定的耐蚀性。

经证明，2Cr17不锈钢阀件在田陈煤矿矿井水环境中的耐腐蚀性能要明显优于中碳钢阀件。

4 销轴的QPQ工艺耐腐蚀性能处理

销轴作为液压支架的主要铰接件，不仅要求具有优异的耐腐蚀性能，同时还有强度、硬度、耐磨性等要求。目前销轴处理工艺是调质+表面淬火+镀锌方式，不仅成本高，还对环境造成污染。QPQ处理工艺是将工件在渗氮盐和氧化盐中处理，在金属表层生成厚度约为20μm的硬化层，实现渗氮与氧化的复合，工件表面会生成一层致密的四氧化三铁膜，以及一定厚度的渗氮层，极大地提高了零件的耐磨性能和抗腐蚀性能，且处理后的工件几乎不发生畸变，在不增加零件外形尺寸的条件下提高强度。

QPQ处理工艺完全可以取代目前销轴热处理工艺，且处理后的效果明显优于后者。