浙江至德鋼業有限公司探究電化學鈍化、酸洗鈍化與自然鈍化處理工藝對核電廠不銹鋼管道耐蝕性能的影響，通過藍點試驗、鹽霧試驗、點蝕電位、縫隙腐蝕試驗模擬驗證不銹鋼表面處理后服役性能。其中以電化學鈍化工藝-溶液為0.1M硝酸，鈍化電位為0.3V，處理時間為10分鐘處理后的不銹鋼服役性能最佳。
核電(dian)廠(chang)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼管道多使用奧氏體不(bu)(bu)銹(xiu)鋼，工(gong)廠(chang)階段未(wei)進行(xing)鈍(dun)(dun)化處(chu)理(li)，工(gong)程(cheng)階段現場的(de)化學處(chu)理(li)未(wei)能(neng)(neng)(neng)保(bao)證管道的(de)耐(nai)(nai)蝕(shi)性(xing)能(neng)(neng)(neng)。在(zai)特殊的(de)環(huan)境中會發生多種腐(fu)(fu)蝕(shi)，主要包含點腐(fu)(fu)蝕(shi)、縫隙腐(fu)(fu)蝕(shi)、晶(jing)間(jian)腐(fu)(fu)蝕(shi)、電(dian)偶腐(fu)(fu)蝕(shi)和應力腐(fu)(fu)蝕(shi)，各類(lei)腐(fu)(fu)蝕(shi)均影響管道服役性(xing)能(neng)(neng)(neng)，危(wei)害機(ji)組(zu)安全。采用表面鈍(dun)(dun)化處(chu)理(li)技(ji)(ji)術，可在(zai)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼表面形(xing)成致(zhi)密的(de)鈍(dun)(dun)化膜，形(xing)成有效的(de)腐(fu)(fu)蝕(shi)防護(hu)屏障。至德鋼業(ye)對比316L奧氏體不(bu)(bu)銹(xiu)鋼管道電(dian)化學鈍(dun)(dun)化技(ji)(ji)術與(yu)自然、酸洗鈍(dun)(dun)化技(ji)(ji)術處(chu)理(li)后(hou)對不(bu)(bu)銹(xiu)鋼耐(nai)(nai)蝕(shi)性(xing)差異，探(tan)究處(chu)理(li)后(hou)服役性(xing)能(neng)(neng)(neng)。
一(yi)、試驗(yan)
本文采用某核電管道用316L不(bu)銹鋼零(ling)件(jian)做鈍(dun)化(hua)試樣，尺(chi)寸(cun)為(wei)50×30×12mm，其表面狀態為(wei)自然鈍(dun)化(hua)條(tiao)件(jian)，酸洗鈍(dun)化(hua)條(tiao)件(jian)，電化(hua)學鈍(dun)化(hua)條(tiao)件(jian)。鈍(dun)化(hua)后分別加工(gong)成不(bu)同尺(chi)寸(cun)試樣進行研究。
1. 不銹(xiu)鋼表面處理(li)
不銹(xiu)鋼(gang)表(biao)(biao)(biao)面(mian)粗糙度(du)(du)影響鈍化膜(mo)耐蝕性能(neng)，不同不銹(xiu)鋼(gang)臨界(jie)點蝕溫度(du)(du)與表(biao)(biao)(biao)面(mian)粗糙度(du)(du)有相關性。為保證加(jia)工表(biao)(biao)(biao)面(mian)一(yi)致，本文(wen)中(zhong)將采用(yong)機械加(jia)工處理不銹(xiu)鋼(gang)表(biao)(biao)(biao)面(mian)，水洗(xi)除油后，并用(yong)砂紙拋(pao)光(guang)(guang)打磨，表(biao)(biao)(biao)面(mian)呈光(guang)(guang)亮狀態待用(yong)。
a. 自然鈍化
放置于不(bu)含氯離子的(de)空氣中若干小時，待表面變成銀白色時取出。
b. 酸洗(xi)鈍(dun)化
酸洗(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)鈍(dun)化(hua)主要包(bao)括如(ru)下步驟：水(shui)(shui)洗(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)—酸洗(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)—水(shui)(shui)洗(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)—除(chu)掛灰(hui)—水(shui)(shui)洗(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)—鈍(dun)化(hua)—水(shui)(shui)洗(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)—中和—水(shui)(shui)洗(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)—干燥—除(chu)氫(qing)。（1）試樣采用浸洗(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)的(de)方(fang)法(fa)浸洗(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)酸洗(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)鈍(dun)化(hua)；（2）為了(le)去(qu)除(chu)不銹(xiu)鋼酸洗(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)后殘留的(de)一層掛灰(hui)，采用電(dian)化(hua)學除(chu)掛灰(hui)法(fa)。即用電(dian)化(hua)學除(chu)油槽，進行陽極(ji)(ji)處(chu)理(li)。陽極(ji)(ji)電(dian)流密度3～5A/dm2，時間5～10min；（3）用熱(re)的(de)蒸餾水(shui)(shui)清洗(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)2～3次，再用熱(re)的(de)20%～50%硫酸鈉溶(rong)液浸洗(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)；（4）所(suo)有316L不銹(xiu)鋼在酸洗(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)后應(ying)在空氣循環爐內于180～200℃進行除(chu)氫(qing)處(chu)理(li)2～3h，防止(zhi)氫(qing)脆。
c. 電化(hua)學(xue)鈍化(hua)
電化(hua)學(xue)鈍化(hua)處(chu)(chu)理(li)的試驗(yan)過程(cheng)為(wei)：水洗→電化(hua)學(xue)鈍化(hua)→水洗→堿液中和→水洗。不銹(xiu)鋼表(biao)(biao)面(mian)電化(hua)學(xue)鈍化(hua)處(chu)(chu)理(li)系統由參比電極(ji)(ji)(ji)、輔助電極(ji)(ji)(ji)、工(gong)作電極(ji)(ji)(ji)構成三電極(ji)(ji)(ji)體系。其中溶(rong)液選擇0.1M硝酸，設置不銹(xiu)鋼表(biao)(biao)面(mian)處(chu)(chu)理(li)儀(yi)鈍化(hua)電位為(wei)0.3V，鈍化(hua)處(chu)(chu)理(li)時間為(wei)10分鐘，并以待處(chu)(chu)理(li)的不銹(xiu)鋼工(gong)件(jian)為(wei)工(gong)作電極(ji)(ji)(ji)自動施(shi)加(jia)適當電流，完(wan)成不銹(xiu)鋼表(biao)(biao)面(mian)的鈍化(hua)處(chu)(chu)理(li)。
2. 性能檢測
a. 藍點測試
使用鐵氰化鉀-硝酸法測試三組鈍化方式鈍化膜質量，檢測原理是Fe2+與實驗中化學成分反應生成藍色配合物{Fe3[Fe(CN)6]2}。表面未鈍化鐵原子與檢測液生成藍色配合物。參照文獻檢測方法，30秒后，觀察不銹鋼濾紙顏色變化。
b. 鹽霧試(shi)驗(yan)
將氯化鈉溶于電導率不(bu)超(chao)過20μS/cm的(de)去離子水中，濃度為(wei)50g/L±5g/L，相當于5%的(de)氯化鈉溶液(ye)(ye)，用酸度計測量(liang)氯化鈉溶液(ye)(ye)的(de)pH值(zhi)，pH值(zhi)在6.5～7.2之(zhi)間；將實驗放入鹽霧箱內，試驗面(mian)與垂(chui)直(zhi)方向一般成20°，試驗周期為(wei)720小時，持續噴(pen)霧。試驗中將腐蝕后(hou)的(de)試樣先(xian)用棉簽清(qing)洗(xi)表面(mian)的(de)腐蝕產物，再用超(chao)聲波清(qing)洗(xi)10分鐘(zhong)，以及去離子水清(qing)洗(xi)。
c. 不銹(xiu)鋼點蝕(shi)電位試驗
點蝕電(dian)(dian)位是鈍化膜開始發生擊(ji)穿破壞的(de)(de)電(dian)(dian)位，是不銹鋼重要的(de)(de)電(dian)(dian)化學性能指(zhi)標(biao)。陽極(ji)(ji)(ji)極(ji)(ji)(ji)化曲線的(de)(de)測(ce)量(liang)(liang)使用動(dong)電(dian)(dian)位測(ce)量(liang)(liang)方法(fa)，采用三電(dian)(dian)極(ji)(ji)(ji)兩回路體(ti)系，試(shi)(shi)驗介質根據需要使用3.5%氯化鈉(na)溶液，參比電(dian)(dian)極(ji)(ji)(ji)為(wei)飽(bao)和甘汞電(dian)(dian)極(ji)(ji)(ji)（SCE），輔助電(dian)(dian)極(ji)(ji)(ji)為(wei)表面積(ji)4cm2的(de)(de)貴金屬鉑片，研究電(dian)(dian)極(ji)(ji)(ji)為(wei)環氧樹脂(zhi)封裝的(de)(de)圓(yuan)形316L不銹鋼試(shi)(shi)片，試(shi)(shi)片直(zhi)徑為(wei)11.3mm（表面積(ji)為(wei)1cm2），用環氧樹脂(zhi)封裝。掃描(miao)速率為(wei)20mV/min，當電(dian)(dian)流密度(du)達到0.4mA/cm2時停止試(shi)(shi)驗，以陽極(ji)(ji)(ji)極(ji)(ji)(ji)化曲線上對應電(dian)(dian)流密度(du)10μA/cm2的(de)(de)電(dian)(dian)位中最正的(de)(de)電(dian)(dian)位值為(wei)點蝕電(dian)(dian)位。試(shi)(shi)驗溫度(du)30±1℃，通過恒溫水浴鍋控制[2]。
d. 三(san)氯化鐵點腐(fu)蝕(shi)與縫(feng)隙腐(fu)蝕(shi)試驗
參考(kao)(kao)GB/T 17897-2016《金屬和合金的腐蝕(shi)不(bu)銹鋼三氯(lv)(lv)化鐵(tie)點(dian)腐蝕(shi)試(shi)驗(yan)方法》，通(tong)過(guo)(guo)浸泡試(shi)驗(yan)測試(shi)316L不(bu)銹鋼在三種(zhong)不(bu)同鈍化條件的腐蝕(shi)情況。參考(kao)(kao)GB/T 10127-2002《不(bu)銹鋼三氯(lv)(lv)化鐵(tie)縫隙試(shi)驗(yan)方法》。試(shi)驗(yan)采(cai)用(yong)6%FeCl3溶液(ye)，試(shi)驗(yan)溫(wen)度為35±1℃，將試(shi)樣放(fang)到溶液(ye)中的支架上(shang)，連續浸泡24h取出，試(shi)驗(yan)過(guo)(guo)程中容器要蓋嚴，防止溶液(ye)蒸發(fa)。試(shi)驗(yan)結束(shu)后，清(qing)除試(shi)樣上(shang)的腐蝕(shi)產(chan)物，清(qing)洗烘(hong)干，晾置1天后，用(yong)分析天平稱量失(shi)重后的試(shi)樣質量。
二、實(shi)驗結果以及分析
1. 藍點法檢(jian)測成膜致密(mi)度
三組不(bu)銹鋼(gang)表面呈均勻的(de)(de)銀(yin)白(bai)色，沒有明顯的(de)(de)腐蝕痕跡，無(wu)顏(yan)色不(bu)均勻的(de)(de)斑痕。用酚酞(tai)試紙(zhi)檢查殘液的(de)(de)pH值(zhi)，呈中性。用3mL 65%硝酸+1g鐵(tie)氰化(hua)(hua)鉀配置成100mL檢驗試劑，將浸過(guo)試劑的(de)(de)濾紙(zhi)貼附在(zai)鈍(dun)化(hua)(hua)區，30秒內未(wei)出現(xian)藍點，鈍(dun)化(hua)(hua)合格(ge)。
2. 鹽霧(wu)試(shi)驗(yan)
圖(tu)中a、b、c分別為化(hua)、酸洗鈍化(hua)、電化(hua)學(xue)鈍化(hua)處(chu)(chu)理后(hou)進行鹽霧試驗(yan)后(hou)的照片。從照片可(ke)看出，三組樣品完成鹽霧試驗(yan)后(hou)，均發(fa)生不(bu)同程度的腐(fu)蝕，其中耐鹽霧腐(fu)蝕性能最佳的處(chu)(chu)理工藝是電化(hua)學(xue)處(chu)(chu)理，可(ke)有效地提高(gao)耐腐(fu)蝕性能。
3. 不銹鋼點蝕試驗
通過比較316L不銹鋼在三種不同鈍化(hua)(hua)(hua)(hua)條件的點蝕(shi)(shi)電(dian)位(wei)與(yu)點腐蝕(shi)(shi)質量損(sun)失，分析不銹鋼的耐腐蝕(shi)(shi)性能。從表中可看出，電(dian)化(hua)(hua)(hua)(hua)學鈍化(hua)(hua)(hua)(hua)工(gong)藝(yi)(yi)的點蝕(shi)(shi)電(dian)位(wei)Ed酸(suan)洗鈍化(hua)(hua)(hua)(hua)工(gong)藝(yi)(yi)的點蝕(shi)(shi)電(dian)位(wei)Es自然鈍化(hua)(hua)(hua)(hua)的點蝕(shi)(shi)電(dian)位(wei)Ez，說明電(dian)化(hua)(hua)(hua)(hua)學鈍化(hua)(hua)(hua)(hua)工(gong)藝(yi)(yi)的耐點蝕(shi)(shi)能力最(zui)(zui)優。不銹鋼三氯化(hua)(hua)(hua)(hua)鐵點腐蝕(shi)(shi)，浸泡試驗測試316L電(dian)化(hua)(hua)(hua)(hua)學鈍化(hua)(hua)(hua)(hua)處理后(hou)表面腐蝕(shi)(shi)量最(zui)(zui)少，耐點蝕(shi)(shi)性能最(zui)(zui)強。
4. 縫隙腐蝕試(shi)驗
表(biao)為自然(ran)鈍(dun)(dun)化(hua)(hua)(hua)、酸洗鈍(dun)(dun)化(hua)(hua)(hua)、電(dian)化(hua)(hua)(hua)學(xue)(xue)鈍(dun)(dun)化(hua)(hua)(hua)處理后的縫(feng)隙(xi)(xi)腐蝕(shi)(shi)試驗后質量(liang)對比。從表(biao)中可看出，電(dian)化(hua)(hua)(hua)學(xue)(xue)鈍(dun)(dun)化(hua)(hua)(hua)耐縫(feng)隙(xi)(xi)腐蝕(shi)(shi)性、酸洗鈍(dun)(dun)化(hua)(hua)(hua)耐縫(feng)隙(xi)(xi)腐蝕(shi)(shi)性、自然(ran)鈍(dun)(dun)化(hua)(hua)(hua)耐縫(feng)隙(xi)(xi)腐蝕(shi)(shi)性，說明電(dian)化(hua)(hua)(hua)學(xue)(xue)鈍(dun)(dun)化(hua)(hua)(hua)工(gong)藝(yi)的耐縫(feng)隙(xi)(xi)腐蝕(shi)(shi)能力最優(you)。
三、結語(yu)
浙江至德鋼(gang)(gang)業(ye)有限公(gong)司通(tong)過對316L不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)表(biao)面處(chu)(chu)理工(gong)(gong)藝(yi)的(de)進行研究，并比(bi)較分析了自然鈍(dun)化(hua)、酸(suan)性鈍(dun)化(hua)和電(dian)化(hua)學(xue)鈍(dun)化(hua)后(hou)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)的(de)表(biao)面的(de)耐腐(fu)蝕(shi)性等性能(neng)，模擬不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)表(biao)面處(chu)(chu)理后(hou)的(de)長期服(fu)役性能(neng)；通(tong)過藍點試(shi)驗、鹽霧試(shi)驗、點蝕(shi)電(dian)位、縫隙腐(fu)蝕(shi)試(shi)驗，模擬進行長期服(fu)役性能(neng)測試(shi)，最(zui)終可明(ming)確工(gong)(gong)藝(yi)參數為(wei)溶(rong)液0.1M硝(xiao)酸(suan)，鈍(dun)化(hua)電(dian)位為(wei)0.3V，處(chu)(chu)理時間為(wei)10分鐘的(de)電(dian)化(hua)學(xue)處(chu)(chu)理的(de)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)管道各項(xiang)性能(neng)優異。
