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(gang)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。
核電廠不銹(xiu)鋼(gang)管道多(duo)使用奧氏體不銹(xiu)鋼(gang)，工(gong)廠階(jie)段未進行(xing)鈍(dun)化(hua)處理，工(gong)程(cheng)階(jie)段現(xian)場的(de)化(hua)學處理未能(neng)保證(zheng)管道的(de)耐蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)(xing)能(neng)。在特殊的(de)環境中會發生多(duo)種腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)，主要包含點腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)、縫(feng)隙腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)、晶(jing)間腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)、電偶腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)和應力腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)，各類腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)均影響管道服(fu)(fu)役(yi)性(xing)(xing)能(neng)，危害(hai)機組安(an)全。采用表面(mian)鈍(dun)化(hua)處理技(ji)術(shu)，可在不銹(xiu)鋼(gang)表面(mian)形成(cheng)致密(mi)的(de)鈍(dun)化(hua)膜，形成(cheng)有效的(de)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)防護(hu)屏障。至德鋼(gang)業對(dui)(dui)比316L奧氏體不銹(xiu)鋼(gang)管道電化(hua)學鈍(dun)化(hua)技(ji)術(shu)與自然、酸(suan)洗(xi)鈍(dun)化(hua)技(ji)術(shu)處理后(hou)對(dui)(dui)不銹(xiu)鋼(gang)耐蝕(shi)(shi)(shi)性(xing)(xing)差異，探究處理后(hou)服(fu)(fu)役(yi)性(xing)(xing)能(neng)。
一、試驗(yan)
本文(wen)采用某核(he)電(dian)(dian)管道(dao)用316L不銹鋼零件(jian)做鈍(dun)化(hua)(hua)(hua)試樣，尺(chi)寸(cun)(cun)為50×30×12mm，其表(biao)面狀態為自然鈍(dun)化(hua)(hua)(hua)條件(jian)，酸洗(xi)鈍(dun)化(hua)(hua)(hua)條件(jian)，電(dian)(dian)化(hua)(hua)(hua)學鈍(dun)化(hua)(hua)(hua)條件(jian)。鈍(dun)化(hua)(hua)(hua)后分(fen)別加工(gong)成不同尺(chi)寸(cun)(cun)試樣進行研究。
1. 不銹鋼表面處理
不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼表面(mian)(mian)粗糙(cao)度(du)(du)影響鈍化膜耐蝕(shi)性能，不(bu)同不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼臨界點蝕(shi)溫度(du)(du)與表面(mian)(mian)粗糙(cao)度(du)(du)有相(xiang)關性。為保證(zheng)加工表面(mian)(mian)一致，本文中將采用機械加工處理(li)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼表面(mian)(mian)，水洗除(chu)油后，并(bing)用砂紙拋(pao)光打磨(mo)，表面(mian)(mian)呈(cheng)光亮狀態待用。
a. 自然鈍化
放置(zhi)于不含(han)氯離子(zi)的空氣中(zhong)若干小時，待表面(mian)變(bian)成銀白(bai)色時取出。
b. 酸(suan)洗鈍化
酸(suan)洗(xi)(xi)鈍化(hua)主要包括如(ru)下步(bu)驟(zou)：水洗(xi)(xi)—酸(suan)洗(xi)(xi)—水洗(xi)(xi)—除掛(gua)灰(hui)(hui)—水洗(xi)(xi)—鈍化(hua)—水洗(xi)(xi)—中(zhong)和—水洗(xi)(xi)—干燥(zao)—除氫。（1）試樣采用浸洗(xi)(xi)的方(fang)法(fa)浸洗(xi)(xi)酸(suan)洗(xi)(xi)鈍化(hua)；（2）為了去除不銹鋼(gang)酸(suan)洗(xi)(xi)后殘(can)留的一層掛(gua)灰(hui)(hui)，采用電化(hua)學除掛(gua)灰(hui)(hui)法(fa)。即用電化(hua)學除油槽，進(jin)(jin)行(xing)陽極處理。陽極電流(liu)密度3～5A/dm2，時(shi)間5～10min；（3）用熱(re)的蒸(zheng)餾水清洗(xi)(xi)2～3次，再用熱(re)的20%～50%硫(liu)酸(suan)鈉溶(rong)液浸洗(xi)(xi)；（4）所(suo)有316L不銹鋼(gang)在酸(suan)洗(xi)(xi)后應(ying)在空氣循環(huan)爐(lu)內于180～200℃進(jin)(jin)行(xing)除氫處理2～3h，防止(zhi)氫脆。
c. 電化學鈍化
電(dian)化(hua)(hua)學(xue)鈍(dun)(dun)化(hua)(hua)處(chu)(chu)(chu)(chu)理(li)的(de)試驗過程為：水洗→電(dian)化(hua)(hua)學(xue)鈍(dun)(dun)化(hua)(hua)→水洗→堿液中和→水洗。不(bu)(bu)銹鋼表面(mian)電(dian)化(hua)(hua)學(xue)鈍(dun)(dun)化(hua)(hua)處(chu)(chu)(chu)(chu)理(li)系統由參比電(dian)極(ji)、輔助電(dian)極(ji)、工作電(dian)極(ji)構成(cheng)三電(dian)極(ji)體系。其中溶液選擇0.1M硝酸，設置不(bu)(bu)銹鋼表面(mian)處(chu)(chu)(chu)(chu)理(li)儀鈍(dun)(dun)化(hua)(hua)電(dian)位為0.3V，鈍(dun)(dun)化(hua)(hua)處(chu)(chu)(chu)(chu)理(li)時間為10分(fen)鐘，并以待(dai)處(chu)(chu)(chu)(chu)理(li)的(de)不(bu)(bu)銹鋼工件為工作電(dian)極(ji)自動施加適(shi)當電(dian)流，完成(cheng)不(bu)(bu)銹鋼表面(mian)的(de)鈍(dun)(dun)化(hua)(hua)處(chu)(chu)(chu)(chu)理(li)。
2. 性能(neng)檢測
a. 藍點測(ce)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. 鹽霧試驗
將(jiang)氯化鈉溶于電導率不超過20μS/cm的(de)(de)去離子(zi)水(shui)中，濃度(du)為(wei)50g/L±5g/L，相當于5%的(de)(de)氯化鈉溶液，用(yong)酸度(du)計測量氯化鈉溶液的(de)(de)pH值，pH值在6.5～7.2之間；將(jiang)實驗(yan)(yan)放(fang)入鹽霧(wu)箱(xiang)內，試驗(yan)(yan)面(mian)與垂(chui)直(zhi)方(fang)向一般(ban)成20°，試驗(yan)(yan)周期(qi)為(wei)720小時，持續噴霧(wu)。試驗(yan)(yan)中將(jiang)腐蝕(shi)后的(de)(de)試樣(yang)先(xian)用(yong)棉簽清洗(xi)(xi)表(biao)面(mian)的(de)(de)腐蝕(shi)產(chan)物，再用(yong)超聲波(bo)清洗(xi)(xi)10分鐘(zhong)，以及去離子(zi)水(shui)清洗(xi)(xi)。
c. 不銹鋼點蝕電位試驗
點蝕電(dian)位(wei)是鈍(dun)化(hua)(hua)膜(mo)開始(shi)發(fa)生(sheng)擊穿破壞的(de)電(dian)位(wei)，是不(bu)(bu)銹鋼(gang)重要的(de)電(dian)化(hua)(hua)學(xue)性能指標。陽極(ji)極(ji)化(hua)(hua)曲(qu)線(xian)的(de)測量使(shi)用(yong)動電(dian)位(wei)測量方法，采用(yong)三電(dian)極(ji)兩回路(lu)體(ti)系，試驗(yan)介質根據需要使(shi)用(yong)3.5%氯化(hua)(hua)鈉溶(rong)液，參比(bi)電(dian)極(ji)為(wei)飽和甘(gan)汞電(dian)極(ji)（SCE），輔助電(dian)極(ji)為(wei)表(biao)面(mian)積4cm2的(de)貴金屬鉑片(pian)，研究電(dian)極(ji)為(wei)環氧樹脂(zhi)封(feng)裝的(de)圓形(xing)316L不(bu)(bu)銹鋼(gang)試片(pian)，試片(pian)直徑(jing)為(wei)11.3mm（表(biao)面(mian)積為(wei)1cm2），用(yong)環氧樹脂(zhi)封(feng)裝。掃描速率(lv)為(wei)20mV/min，當電(dian)流密度達到0.4mA/cm2時(shi)停(ting)止試驗(yan)，以陽極(ji)極(ji)化(hua)(hua)曲(qu)線(xian)上對應(ying)電(dian)流密度10μA/cm2的(de)電(dian)位(wei)中最(zui)正(zheng)的(de)電(dian)位(wei)值(zhi)為(wei)點蝕電(dian)位(wei)。試驗(yan)溫(wen)度30±1℃，通(tong)過(guo)恒溫(wen)水浴鍋控制(zhi)[2]。
d. 三氯化鐵點腐蝕與縫隙腐蝕試(shi)驗
參考GB/T 17897-2016《金(jin)屬(shu)和合(he)金(jin)的(de)腐(fu)蝕(shi)(shi)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼三(san)(san)氯(lv)化(hua)鐵(tie)點腐(fu)蝕(shi)(shi)試(shi)驗方(fang)法(fa)》，通過(guo)浸泡試(shi)驗測試(shi)316L不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼在三(san)(san)種不(bu)(bu)(bu)同鈍化(hua)條件的(de)腐(fu)蝕(shi)(shi)情況(kuang)。參考GB/T 10127-2002《不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)鋼三(san)(san)氯(lv)化(hua)鐵(tie)縫(feng)隙試(shi)驗方(fang)法(fa)》。試(shi)驗采用(yong)6%FeCl3溶(rong)(rong)液，試(shi)驗溫度為35±1℃，將試(shi)樣(yang)放(fang)到溶(rong)(rong)液中的(de)支架上，連續浸泡24h取出，試(shi)驗過(guo)程中容器(qi)要蓋嚴，防止(zhi)溶(rong)(rong)液蒸發。試(shi)驗結束后(hou)，清除試(shi)樣(yang)上的(de)腐(fu)蝕(shi)(shi)產物，清洗烘干，晾置1天(tian)后(hou)，用(yong)分(fen)析天(tian)平稱(cheng)量(liang)(liang)失重后(hou)的(de)試(shi)樣(yang)質(zhi)量(liang)(liang)。
二、實驗結(jie)果以及分(fen)析(xi)
1. 藍(lan)點(dian)法檢測成膜(mo)致密度
三組不銹鋼表面(mian)呈均勻的(de)銀(yin)白色(se)，沒有明顯的(de)腐蝕痕(hen)跡(ji)，無顏(yan)色(se)不均勻的(de)斑痕(hen)。用酚酞試紙檢查殘液的(de)pH值，呈中性。用3mL 65%硝酸(suan)+1g鐵氰化鉀(jia)配置成100mL檢驗試劑，將浸過(guo)試劑的(de)濾紙貼(tie)附在鈍化區(qu)，30秒內未(wei)出現藍(lan)點，鈍化合(he)格。
2. 鹽霧試驗
圖中a、b、c分別為化(hua)、酸洗鈍(dun)化(hua)、電化(hua)學鈍(dun)化(hua)處(chu)(chu)理后(hou)進行(xing)鹽霧(wu)試(shi)驗后(hou)的(de)照(zhao)片。從照(zhao)片可看出，三組樣品完成鹽霧(wu)試(shi)驗后(hou)，均發(fa)生不同(tong)程度的(de)腐(fu)蝕(shi)，其中耐鹽霧(wu)腐(fu)蝕(shi)性能(neng)最佳(jia)的(de)處(chu)(chu)理工(gong)藝(yi)是(shi)電化(hua)學處(chu)(chu)理，可有效地提高耐腐(fu)蝕(shi)性能(neng)。
3. 不(bu)銹(xiu)鋼點(dian)蝕試驗
通(tong)過比較(jiao)316L不銹鋼在三種(zhong)不同(tong)鈍(dun)化(hua)(hua)(hua)(hua)條件(jian)的(de)點蝕(shi)(shi)(shi)電(dian)位(wei)與點腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)質量損失，分析(xi)不銹鋼的(de)耐腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)性能。從表中(zhong)可看出，電(dian)化(hua)(hua)(hua)(hua)學(xue)(xue)(xue)鈍(dun)化(hua)(hua)(hua)(hua)工藝的(de)點蝕(shi)(shi)(shi)電(dian)位(wei)Ed酸洗鈍(dun)化(hua)(hua)(hua)(hua)工藝的(de)點蝕(shi)(shi)(shi)電(dian)位(wei)Es自然鈍(dun)化(hua)(hua)(hua)(hua)的(de)點蝕(shi)(shi)(shi)電(dian)位(wei)Ez，說明電(dian)化(hua)(hua)(hua)(hua)學(xue)(xue)(xue)鈍(dun)化(hua)(hua)(hua)(hua)工藝的(de)耐點蝕(shi)(shi)(shi)能力最優(you)。不銹鋼三氯化(hua)(hua)(hua)(hua)鐵點腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)，浸泡試驗(yan)測(ce)試316L電(dian)化(hua)(hua)(hua)(hua)學(xue)(xue)(xue)鈍(dun)化(hua)(hua)(hua)(hua)處理后(hou)表面腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)量最少，耐點蝕(shi)(shi)(shi)性能最強。
4. 縫隙腐(fu)蝕試驗
表為自(zi)然鈍(dun)化(hua)(hua)(hua)(hua)、酸(suan)洗鈍(dun)化(hua)(hua)(hua)(hua)、電化(hua)(hua)(hua)(hua)學鈍(dun)化(hua)(hua)(hua)(hua)處理后的(de)縫隙(xi)(xi)腐蝕試驗后質量對(dui)比。從表中可看出，電化(hua)(hua)(hua)(hua)學鈍(dun)化(hua)(hua)(hua)(hua)耐(nai)縫隙(xi)(xi)腐蝕性(xing)、酸(suan)洗鈍(dun)化(hua)(hua)(hua)(hua)耐(nai)縫隙(xi)(xi)腐蝕性(xing)、自(zi)然鈍(dun)化(hua)(hua)(hua)(hua)耐(nai)縫隙(xi)(xi)腐蝕性(xing)，說(shuo)明電化(hua)(hua)(hua)(hua)學鈍(dun)化(hua)(hua)(hua)(hua)工藝的(de)耐(nai)縫隙(xi)(xi)腐蝕能力(li)最優。
三、結語(yu)
浙江至德(de)鋼業(ye)有限公司(si)通過(guo)對316L不銹(xiu)(xiu)鋼表面(mian)處(chu)理(li)工(gong)藝(yi)的(de)進行研(yan)究(jiu)，并比較(jiao)分(fen)析了自(zi)然鈍化(hua)(hua)、酸性(xing)(xing)(xing)鈍化(hua)(hua)和(he)電化(hua)(hua)學鈍化(hua)(hua)后不銹(xiu)(xiu)鋼的(de)表面(mian)的(de)耐(nai)腐蝕性(xing)(xing)(xing)等性(xing)(xing)(xing)能(neng)，模擬(ni)不銹(xiu)(xiu)鋼表面(mian)處(chu)理(li)后的(de)長期服(fu)役性(xing)(xing)(xing)能(neng)；通過(guo)藍點試驗、鹽霧(wu)試驗、點蝕電位(wei)、縫隙腐蝕試驗，模擬(ni)進行長期服(fu)役性(xing)(xing)(xing)能(neng)測試，最終可明確工(gong)藝(yi)參(can)數為溶(rong)液0.1M硝酸，鈍化(hua)(hua)電位(wei)為0.3V，處(chu)理(li)時間為10分(fen)鐘(zhong)的(de)電化(hua)(hua)學處(chu)理(li)的(de)不銹(xiu)(xiu)鋼管道各(ge)項性(xing)(xing)(xing)能(neng)優(you)異。
