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。
核電廠(chang)不(bu)銹鋼管道多使用(yong)奧氏(shi)體不(bu)銹鋼，工(gong)廠(chang)階段未(wei)進行鈍(dun)化(hua)(hua)處理(li)(li)，工(gong)程階段現場的化(hua)(hua)學處理(li)(li)未(wei)能保證管道的耐(nai)蝕(shi)性(xing)能。在特(te)殊的環境中(zhong)會發生(sheng)多種腐(fu)蝕(shi)，主要(yao)包(bao)含點腐(fu)蝕(shi)、縫隙腐(fu)蝕(shi)、晶間腐(fu)蝕(shi)、電偶(ou)腐(fu)蝕(shi)和應力腐(fu)蝕(shi)，各類腐(fu)蝕(shi)均影響管道服役性(xing)能，危害機組安全。采用(yong)表面(mian)鈍(dun)化(hua)(hua)處理(li)(li)技術(shu)，可在不(bu)銹鋼表面(mian)形(xing)成致密的鈍(dun)化(hua)(hua)膜，形(xing)成有效的腐(fu)蝕(shi)防護屏障。至(zhi)德鋼業對(dui)比316L奧氏(shi)體不(bu)銹鋼管道電化(hua)(hua)學鈍(dun)化(hua)(hua)技術(shu)與自然、酸洗鈍(dun)化(hua)(hua)技術(shu)處理(li)(li)后對(dui)不(bu)銹鋼耐(nai)蝕(shi)性(xing)差異，探究處理(li)(li)后服役性(xing)能。
一(yi)、試驗(yan)
本文采用某(mou)核電管(guan)道用316L不(bu)(bu)銹鋼零件做(zuo)鈍(dun)化(hua)(hua)試樣，尺寸為(wei)50×30×12mm，其表(biao)面狀態(tai)為(wei)自然鈍(dun)化(hua)(hua)條(tiao)件，酸洗鈍(dun)化(hua)(hua)條(tiao)件，電化(hua)(hua)學鈍(dun)化(hua)(hua)條(tiao)件。鈍(dun)化(hua)(hua)后分別加工成(cheng)不(bu)(bu)同尺寸試樣進行研究(jiu)。
1. 不銹(xiu)鋼表(biao)面處理
不銹(xiu)鋼(gang)表面(mian)(mian)粗糙度(du)影響(xiang)鈍化膜(mo)耐(nai)蝕性能(neng)，不同(tong)不銹(xiu)鋼(gang)臨界點(dian)蝕溫(wen)度(du)與表面(mian)(mian)粗糙度(du)有(you)相關性。為保證加(jia)工表面(mian)(mian)一致，本文中將采用(yong)機械(xie)加(jia)工處理不銹(xiu)鋼(gang)表面(mian)(mian)，水洗除(chu)油后(hou)，并用(yong)砂紙(zhi)拋光打磨，表面(mian)(mian)呈光亮狀態待(dai)用(yong)。
a. 自然鈍化(hua)
放置于不含氯離(li)子的空(kong)氣中若干(gan)小時，待表面(mian)變成銀白色(se)時取出(chu)。
b. 酸洗(xi)鈍化(hua)
酸(suan)(suan)洗(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)鈍化(hua)(hua)(hua)(hua)主要包括如下步驟：水洗(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)—酸(suan)(suan)洗(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)—水洗(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)—除(chu)掛(gua)灰(hui)(hui)—水洗(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)—鈍化(hua)(hua)(hua)(hua)—水洗(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)—中(zhong)和—水洗(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)—干燥—除(chu)氫(qing)。（1）試樣(yang)采用(yong)浸洗(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)的(de)方法(fa)浸洗(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)酸(suan)(suan)洗(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)鈍化(hua)(hua)(hua)(hua)；（2）為了去除(chu)不銹(xiu)鋼酸(suan)(suan)洗(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)后殘留的(de)一層掛(gua)灰(hui)(hui)，采用(yong)電化(hua)(hua)(hua)(hua)學除(chu)掛(gua)灰(hui)(hui)法(fa)。即用(yong)電化(hua)(hua)(hua)(hua)學除(chu)油槽，進(jin)(jin)行陽極(ji)處(chu)理。陽極(ji)電流密(mi)度3～5A/dm2，時間(jian)5～10min；（3）用(yong)熱(re)的(de)蒸餾水清(qing)洗(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)2～3次，再用(yong)熱(re)的(de)20%～50%硫酸(suan)(suan)鈉(na)溶(rong)液浸洗(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)；（4）所有316L不銹(xiu)鋼在(zai)酸(suan)(suan)洗(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)(xi)后應在(zai)空(kong)氣循環爐內(nei)于180～200℃進(jin)(jin)行除(chu)氫(qing)處(chu)理2～3h，防止氫(qing)脆。
c. 電化學鈍化
電(dian)(dian)化學(xue)(xue)鈍(dun)化處(chu)理(li)(li)的試(shi)驗過程為：水洗→電(dian)(dian)化學(xue)(xue)鈍(dun)化→水洗→堿液中(zhong)和→水洗。不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)表(biao)面(mian)電(dian)(dian)化學(xue)(xue)鈍(dun)化處(chu)理(li)(li)系統由參比(bi)電(dian)(dian)極、輔(fu)助電(dian)(dian)極、工作電(dian)(dian)極構成(cheng)三電(dian)(dian)極體系。其(qi)中(zhong)溶液選擇0.1M硝(xiao)酸，設置不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)表(biao)面(mian)處(chu)理(li)(li)儀鈍(dun)化電(dian)(dian)位為0.3V，鈍(dun)化處(chu)理(li)(li)時間(jian)為10分鐘，并(bing)以待處(chu)理(li)(li)的不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)工件為工作電(dian)(dian)極自動(dong)施加適當電(dian)(dian)流，完成(cheng)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)表(biao)面(mian)的鈍(dun)化處(chu)理(li)(li)。
2. 性能(neng)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. 鹽霧試驗
將氯(lv)化鈉(na)(na)(na)溶于電導率不超過20μS/cm的去(qu)離子水(shui)中(zhong)，濃(nong)度(du)為50g/L±5g/L，相當(dang)于5%的氯(lv)化鈉(na)(na)(na)溶液，用酸度(du)計測量氯(lv)化鈉(na)(na)(na)溶液的pH值，pH值在6.5～7.2之間；將實驗(yan)(yan)放入鹽霧箱(xiang)內，試驗(yan)(yan)面(mian)與垂直方向(xiang)一般成20°，試驗(yan)(yan)周期(qi)為720小時(shi)，持續(xu)噴(pen)霧。試驗(yan)(yan)中(zhong)將腐蝕后(hou)的試樣先用棉簽清(qing)洗表面(mian)的腐蝕產物(wu)，再用超聲(sheng)波清(qing)洗10分鐘，以及去(qu)離子水(shui)清(qing)洗。
c. 不銹鋼點蝕(shi)電位試驗
點(dian)蝕電(dian)(dian)(dian)位(wei)(wei)是鈍化膜開始發生擊穿破(po)壞的(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)位(wei)(wei)，是不(bu)銹(xiu)鋼(gang)重要的(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)化學性能(neng)指標。陽極(ji)極(ji)化曲(qu)線的(de)(de)(de)測(ce)量使用動電(dian)(dian)(dian)位(wei)(wei)測(ce)量方(fang)法，采用三電(dian)(dian)(dian)極(ji)兩回路(lu)體系(xi)，試(shi)(shi)驗介(jie)質根(gen)據(ju)需要使用3.5%氯(lv)化鈉溶液，參比(bi)電(dian)(dian)(dian)極(ji)為(wei)飽和甘汞電(dian)(dian)(dian)極(ji)（SCE），輔助電(dian)(dian)(dian)極(ji)為(wei)表(biao)面積(ji)4cm2的(de)(de)(de)貴金屬鉑片，研究(jiu)電(dian)(dian)(dian)極(ji)為(wei)環氧樹脂封裝的(de)(de)(de)圓形316L不(bu)銹(xiu)鋼(gang)試(shi)(shi)片，試(shi)(shi)片直徑為(wei)11.3mm（表(biao)面積(ji)為(wei)1cm2），用環氧樹脂封裝。掃(sao)描(miao)速率為(wei)20mV/min，當電(dian)(dian)(dian)流密度(du)達到0.4mA/cm2時停止試(shi)(shi)驗，以(yi)陽極(ji)極(ji)化曲(qu)線上對應(ying)電(dian)(dian)(dian)流密度(du)10μA/cm2的(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)位(wei)(wei)中最正的(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)位(wei)(wei)值(zhi)為(wei)點(dian)蝕電(dian)(dian)(dian)位(wei)(wei)。試(shi)(shi)驗溫(wen)(wen)度(du)30±1℃，通過恒溫(wen)(wen)水浴鍋(guo)控制[2]。
d. 三氯化(hua)鐵(tie)點(dian)腐(fu)蝕與縫隙腐(fu)蝕試驗(yan)
參(can)考(kao)GB/T 17897-2016《金(jin)屬和合金(jin)的(de)腐(fu)蝕(shi)(shi)不銹(xiu)鋼(gang)三(san)氯(lv)(lv)化(hua)(hua)鐵點腐(fu)蝕(shi)(shi)試(shi)驗(yan)方法》，通過(guo)浸(jin)(jin)泡試(shi)驗(yan)測(ce)試(shi)316L不銹(xiu)鋼(gang)在三(san)種(zhong)不同鈍化(hua)(hua)條件的(de)腐(fu)蝕(shi)(shi)情(qing)況。參(can)考(kao)GB/T 10127-2002《不銹(xiu)鋼(gang)三(san)氯(lv)(lv)化(hua)(hua)鐵縫隙試(shi)驗(yan)方法》。試(shi)驗(yan)采用(yong)6%FeCl3溶(rong)液(ye)(ye)，試(shi)驗(yan)溫度為35±1℃，將試(shi)樣放(fang)到溶(rong)液(ye)(ye)中的(de)支架上，連續浸(jin)(jin)泡24h取(qu)出，試(shi)驗(yan)過(guo)程中容器要蓋嚴，防止溶(rong)液(ye)(ye)蒸發。試(shi)驗(yan)結束后，清除試(shi)樣上的(de)腐(fu)蝕(shi)(shi)產(chan)物，清洗烘干，晾置1天(tian)后，用(yong)分析天(tian)平稱量失(shi)重后的(de)試(shi)樣質(zhi)量。
二、實驗(yan)結果以及(ji)分析
1. 藍點法檢測(ce)成膜致密度
三組(zu)不(bu)銹鋼(gang)表面呈(cheng)均勻的(de)(de)銀白(bai)色，沒有明顯(xian)的(de)(de)腐蝕痕跡，無顏色不(bu)均勻的(de)(de)斑痕。用酚酞試紙檢(jian)查(cha)殘液的(de)(de)pH值，呈(cheng)中性(xing)。用3mL 65%硝酸+1g鐵氰化(hua)鉀配(pei)置成100mL檢(jian)驗(yan)試劑(ji)，將浸過試劑(ji)的(de)(de)濾紙貼附在(zai)鈍(dun)化(hua)區，30秒內(nei)未出現藍點，鈍(dun)化(hua)合格。
2. 鹽霧試驗
圖(tu)中(zhong)a、b、c分別為化(hua)、酸洗鈍(dun)化(hua)、電(dian)化(hua)學(xue)鈍(dun)化(hua)處(chu)理后進行鹽(yan)霧(wu)(wu)試驗(yan)后的照(zhao)片(pian)。從(cong)照(zhao)片(pian)可(ke)看出，三組樣品完(wan)成鹽(yan)霧(wu)(wu)試驗(yan)后，均發(fa)生不同程度的腐蝕(shi)，其中(zhong)耐(nai)鹽(yan)霧(wu)(wu)腐蝕(shi)性能最(zui)佳(jia)的處(chu)理工藝是電(dian)化(hua)學(xue)處(chu)理，可(ke)有效地提高耐(nai)腐蝕(shi)性能。
3. 不銹鋼點蝕(shi)試驗
通過比較316L不銹鋼(gang)(gang)在三(san)種不同鈍化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)條件(jian)的點(dian)蝕(shi)(shi)電(dian)(dian)位與點(dian)腐蝕(shi)(shi)質量損失，分析不銹鋼(gang)(gang)的耐腐蝕(shi)(shi)性能。從表中(zhong)可看出，電(dian)(dian)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)學鈍化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)工(gong)藝(yi)(yi)的點(dian)蝕(shi)(shi)電(dian)(dian)位Ed酸洗鈍化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)工(gong)藝(yi)(yi)的點(dian)蝕(shi)(shi)電(dian)(dian)位Es自然鈍化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)的點(dian)蝕(shi)(shi)電(dian)(dian)位Ez，說明電(dian)(dian)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)學鈍化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)工(gong)藝(yi)(yi)的耐點(dian)蝕(shi)(shi)能力最(zui)優。不銹鋼(gang)(gang)三(san)氯化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)鐵(tie)點(dian)腐蝕(shi)(shi)，浸(jin)泡(pao)試驗測試316L電(dian)(dian)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)學鈍化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)處理后表面(mian)腐蝕(shi)(shi)量最(zui)少，耐點(dian)蝕(shi)(shi)性能最(zui)強。
4. 縫(feng)隙腐蝕試(shi)驗
表為自(zi)然鈍(dun)(dun)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)、酸(suan)洗鈍(dun)(dun)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)、電(dian)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)學鈍(dun)(dun)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)處理后的縫(feng)隙(xi)腐(fu)蝕試驗(yan)后質量對比。從表中可看(kan)出，電(dian)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)學鈍(dun)(dun)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)耐縫(feng)隙(xi)腐(fu)蝕性、酸(suan)洗鈍(dun)(dun)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)耐縫(feng)隙(xi)腐(fu)蝕性、自(zi)然鈍(dun)(dun)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)耐縫(feng)隙(xi)腐(fu)蝕性，說明(ming)電(dian)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)學鈍(dun)(dun)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)工(gong)藝(yi)的耐縫(feng)隙(xi)腐(fu)蝕能力(li)最優。
三、結語
浙江至德(de)鋼業(ye)有限(xian)公司通(tong)過對(dui)316L不銹(xiu)鋼表面(mian)處(chu)(chu)理(li)工藝的進行(xing)研(yan)究，并比(bi)較(jiao)分(fen)析了自然鈍(dun)化(hua)、酸(suan)性鈍(dun)化(hua)和電化(hua)學鈍(dun)化(hua)后(hou)(hou)不銹(xiu)鋼的表面(mian)的耐腐(fu)蝕(shi)性等性能(neng)(neng)，模擬(ni)不銹(xiu)鋼表面(mian)處(chu)(chu)理(li)后(hou)(hou)的長期服役性能(neng)(neng)；通(tong)過藍點試(shi)驗(yan)、鹽霧試(shi)驗(yan)、點蝕(shi)電位(wei)、縫隙腐(fu)蝕(shi)試(shi)驗(yan)，模擬(ni)進行(xing)長期服役性能(neng)(neng)測試(shi)，最終可明確工藝參數為溶液0.1M硝(xiao)酸(suan)，鈍(dun)化(hua)電位(wei)為0.3V，處(chu)(chu)理(li)時間為10分(fen)鐘的電化(hua)學處(chu)(chu)理(li)的不銹(xiu)鋼管道各項性能(neng)(neng)優(you)異(yi)。
