暖气片失效分析

鲁飞彪

西安国联质量检测技术股份有限公司 陕西省 西安市 710000

摘要：暖气片在日常使用过程中发生腐蚀，严重损坏暖气片的使用性能。本文从宏观形貌、化学成分、显微组织等方面对暖气片的腐蚀进行分析，提出补水除氧、系统密闭、控制PH值及满水养护等方法，以防止暖气片的氧腐蚀，进而提高暖气片的使用寿命。

关键词：暖气片；腐蚀；防护措施

前言

家用暖气片在我国已有几十年的历史，北方的冬天暖气片为家家户户带来了温暖。暖气片质量的好坏，直接关系到采暖的效果。然而，在暖气片的使用过程中，暖气片出现了腐蚀现象，严重影响采暖效果和美观，同时因为暖气片的损坏而产生较大的经济损失^[1]。本次实验从材料角度分析暖气片腐蚀失效，并由此提出暖气片的维护建议，进而提高暖气片的使用寿命。

图1 暖气片

1. 材料及方法

本次实验所用失效件为安装在室内的家用暖气片，材质为SPCC钢，暖气片在使用了5个月后出现了局部腐蚀穿孔。对腐蚀后的暖气片进行解剖取样，采用金相显微镜对失效的暖气片进行微观组织分析，腐蚀剂为4%硝酸酒精溶液。

2 失效材料分析

2.1 外观检查

从图2的宏观照片中可以看出两片暖气片中间上部区域出现了局部腐蚀。由于腐蚀穿孔区有锈迹，因此从暖气片外表面不可见腐蚀穿孔的具体位置。

a

b

图2 暖气片腐蚀后的宏观形貌

从暖气片解剖后的图中可以看出，每片暖气片是由两端及中间的四根焊管焊接而成，整个暖气包则是由多个暖气片焊接而成。来样暖气片上的两处穿孔均在暖气片上部焊接区附近的圆弧型位置处，且穿孔处有大量的腐蚀产物将穿孔覆盖。

b

a

管子

焊缝

端部

穿孔

焊缝

图3 暖气片解剖后的宏观形貌

2.2 化学成分分析

在暖气片端部及中间管子上分别取样，采用SPECTRO M12直读光谱仪分析暖气片材质成分，结果见表1。与Q/BG 804-2014《冷轧碳素钢板及钢带》^[2]中SPCC进行成分对照，从表1可以看出暖气片的化学成分基本符合标准要求，中间钢管的碳元素含量偏高。

表1 暖气片成分分析结果(质量分数，%)

2.3 金相组织分析

解剖后可见暖气片内部整体已严重腐蚀，分别在腐蚀渗漏区域附近（图3b）及焊管处（图3a管子）取样，观察该处钢板金相组织、晶粒度、焊缝组织等。暖气片两端为钢板冲压成型，钢板的组织为铁素体基体上分散着细小的颗粒状三次渗碳体，晶粒沿加工方向发生变形（图4a）。腐蚀渗漏区附近焊缝见图4b，可见焊缝及热影响区；图4c为热影响重结晶区及热影响不完全重结晶区交界，重结晶区为晶粒细小的铁素体，不完全重结晶区为晶粒较粗的铁素体。焊缝区组织呈柱状晶分布，晶界处为铁素体，晶内为索氏体和针状铁素体，呈魏氏组织分布。

a

b

d

c

图4 腐蚀渗漏附近显微组织

1. 两端钢板组织200X; (b) 焊缝区域组织50X; (c) 热影响区组织200X; (d) 焊缝组织200X

中间焊管基体组织为铁素体+珠光体，铁素体晶粒度9.5级^[3]。图5b为焊管焊缝区金相组织，焊缝突出管子内壁，说明管子内壁已被腐蚀掉一层。图5c为焊接热影响区，图5d为焊缝区组织：铁素体+珠光体，铁素体呈魏氏组织。

a

c

b

d

图 5 焊管显微组织

1. 管子基体组织200X; (b) 焊缝区组织50X; (c) 热影响区组织200X; (d) 焊缝组织200X

3 分析与讨论

GB/T29044-2012《采暖空调系统水质》^[4]中要求暖气片中水PH=9.5~12.0，O₂≤0.1mg/L，这也正是钢的钝化区，应视为钢制暖气片的适用区，PH=7.5~9.5的区域，钢的年腐蚀率较大。

对来样暖气片中的循环水水质进行检测，PH=8.6，氯离子浓度为122.08mg/L，PH值低于国标要求。所以需要采取补水除氧、系统密闭、控制PH值及满水养护等措施。

停暖后的钢制暖气片未进行满水保养，暖气片内部氧含量超过标准，暖气片被氧化腐蚀，尤其在潮湿状态下，腐蚀更为严重^[5]。氧气是钢制暖气片最大的克星，这是由钢制暖气片的原材料—钢材的属性决定的。在化学元素周期表内，钢是由比较活跃的几种元素组成的，暴露在空气中的钢材很容易和空气中的氧气发生化学反应，生成氧化碳。氧化碳很容易脱落，因此钢管被腐蚀的越来越薄，最后直到漏水。

低碳钢材质暖气片在热水介质中出现的腐蚀现象，有均匀腐蚀和局部穿孔腐蚀两种形态。由于暖气片中水的PH值较低，停暖后暖气片曝露在空气中，暖气片内部整体发生均匀腐蚀。暖气片中水的流向固定，同时受暖气片结构的影响，在腐蚀渗漏区易沉积腐蚀产物，造成该区域产生局部穿孔腐蚀。

4 结论

1. 暖气片两端钢板符合Q/BG 804-2014《冷轧碳素钢板及钢带》中SPCC的成分要求，中间焊管的碳元素含量偏高不符合Q/BG 804-2014《冷轧碳素钢板及钢带》中SPCC的成分要求，暖气片的化学成分基本符合标准要求。

2. 暖气片两端钢板显微组织为铁素体；焊缝组织为呈魏氏组织分布铁素体+索氏体和针状铁素体。

3. 焊管的基体组织为铁素体+珠光体，铁素体晶粒度9.5级。焊管焊缝区金相组织为铁素体+珠光体，铁素体呈魏氏组织。

（4）暖气片同时发生均匀腐蚀和局部穿孔腐蚀。

（5）暖气片为钢制，易氧化腐蚀，建议采取补水除氧、系统密闭、控制PH值及满水养护等措施，可延长暖气片使用寿命。

参考文献：

[1] 王乐法. 解决热水系统氧腐蚀问题的研究[J]. 节能, 2001, 10: 28-29.

[2] Q/BG 804-2014《冷轧碳素钢板及钢带》[S].

[3] 蔡宏伟, 巴海发, 陆慧等. 金相检验[M]. 北京, 机械工业出版社, 2007.

[4] GB/T29044-2012 《采暖空调系统水质》[S].

[5] 腐蚀环境对暖气片性能的影响[J]. 材料保护, 2021, 54(10): 101.

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