對核電用不銹鋼腐蝕的研究和分析

李昌林 曲艷陽

（河南核凈潔凈技術(shù)有限公司 河南 鄭州 450001）

0 引言

核電站的通風(fēng)凈化設(shè)備主要用于送、排風(fēng)系統(tǒng)中，可根據(jù)不同使用工況安裝不同類型的空氣過濾單元。 用于實現(xiàn)空氣凈化，特別適用于受污染或有害氣體的送、排風(fēng)系統(tǒng)，能有效地保護(hù)系統(tǒng)工作人員安全和周圍環(huán)境的衛(wèi)生。

我國核電廠的通風(fēng)凈化裝置多數(shù)是用奧氏體不銹鋼制造的。 奧氏體不銹鋼具有優(yōu)良的耐腐蝕性能、較好的抗輻照性能。 但核電站大多建在沿海地區(qū)，海水空氣濕度大，鹽分含量高，而氯離子是不銹鋼腐蝕的主要誘因之一。 為了保證核電廠通風(fēng)凈化系統(tǒng)的安全，提高奧氏體不銹鋼的耐腐蝕性尤為重要。

1 海洋環(huán)境對核電用奧氏體不銹鋼腐蝕的影響

1.1 海洋環(huán)境的腐蝕特點(diǎn)

不銹鋼在一般的空氣或淡水環(huán)境中發(fā)生腐蝕，表面會形成一層致密的氧化膜，使鋼鐵腐蝕過程受到抑制。 海洋環(huán)境的空氣氯離子含量較高，而氯離子很容易置換氧化膜中的氧破壞氧化膜，這就使在一定濃度的氯離子環(huán)境下很難建立穩(wěn)定的鈍態(tài)。 而不銹鋼中的鉬，可降低氯離子對鈍化膜的破壞。隨著氯離子在設(shè)備上的積累， 氯離子的濃度會越來越高，對不銹鋼的腐蝕性會原來越大。

1.2 點(diǎn)腐蝕

點(diǎn)蝕是金屬表面相對集中在一個很小部位的局部腐蝕。在真正的點(diǎn)蝕前，不銹鋼表面的保護(hù)性氧化層中先形成直徑幾個微米的微型凹陷，這種微型凹陷的迅猛增加是造成不銹鋼大規(guī)模腐蝕的原因。 不銹鋼經(jīng)過表面的酸洗鈍化后，形成CrO3或Cr2O3氧化膜，使得不銹鋼發(fā)揮最大的耐腐蝕性，有效阻擋了腐蝕性介質(zhì)的侵蝕和破壞。 核電廠不銹鋼設(shè)備發(fā)生腐蝕的情況一般是點(diǎn)蝕， 發(fā)生點(diǎn)蝕的部位一般出現(xiàn)在縫隙、劃傷表面等鈍化膜被破壞的表面。 若不銹鋼表面潮濕且含有氯離子，則可以在局部形成強(qiáng)酸溶解鈍化膜，破壞穩(wěn)定的鈍化狀態(tài)，導(dǎo)致大面積的腐蝕。

1.3 晶間腐蝕

晶間腐蝕是金屬腐蝕的一種常見的局部腐蝕，腐蝕從金屬表面開始， 沿著金屬晶粒間的分界面向晶粒內(nèi)部擴(kuò)展，使晶粒間的結(jié)合力大大減弱。 它是一種選擇性腐蝕，沿晶界深入金屬內(nèi)部，這種腐蝕使金屬在外表面上看不出任何跡象的情況下，卻能使材料喪失其力學(xué)性能，甚至使材料完全失去強(qiáng)度，它是危害性很大的局部腐蝕形式之一。 核電站通風(fēng)凈化設(shè)備在長時間運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，氯離子積累到一定程度就會導(dǎo)致不銹鋼殼體的晶間腐蝕。 受到這種腐蝕的不銹鋼，表面上不出任何腐蝕或是損壞， 但不銹鋼內(nèi)部的晶界區(qū)已遭受破壞。 腐蝕達(dá)到一定程度就會造成構(gòu)件或設(shè)備的破壞，嚴(yán)重時會影響整個核電站的安全運(yùn)轉(zhuǎn)。

2 奧氏體不銹鋼材料的對比

奧氏體不銹鋼常溫和低溫下有良好韌性、塑性、焊接性和抗腐蝕性，具有抵抗化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕能力。 核電站常用的不銹鋼有304（0Cr18Ni9）、304L（00Cr19Ni10）、和316L（00Cr17Ni14Mo2）。

304 不銹鋼是一種通用性的不銹鋼， 它廣泛用于制作要求良好綜合性能（耐腐蝕和成型性）的設(shè)備和機(jī)件。 304 不銹鋼具有優(yōu)良的耐腐蝕性能和較好的抗晶間腐蝕性能。

304L 不銹鋼是含碳量比較低的304 不銹鋼的變種，用于需要焊接的場合。 較低的含碳量使得在靠近焊縫的熱影響區(qū)中所析出的碳化物減至最少，而碳化物的析出可能導(dǎo)致不銹鋼在某些環(huán)境產(chǎn)生晶間腐蝕。 因此304L 不銹鋼的抗晶間腐蝕的能力優(yōu)于304 不銹鋼。

316L 不銹鋼又稱鈦鋼，添加Mo（2～3%），可以提高鈍化膜的穩(wěn)定性。316L 不銹鋼具有優(yōu)秀的耐點(diǎn)蝕性和耐晶間腐蝕性，還具有良好的耐氯化物侵蝕的性能，在海洋環(huán)境或侵蝕性工業(yè)大氣中的抗腐蝕能力大大地優(yōu)于304 不銹鋼和304L不銹鋼。

從抗腐蝕性能上來說316L 不銹鋼＞304L 不銹鋼＞304 不銹鋼， 超低碳不銹鋼又優(yōu)于同鋼號的普通不銹鋼。 加Ti、Mo或固溶處理是預(yù)防不銹鋼點(diǎn)蝕的主要方法。

3 耐腐蝕防護(hù)方法

在海洋環(huán)境下，海水空氣濕度大，鹽分含量高。 空氣中游離狀態(tài)的氯離子成為不銹鋼腐蝕的主要誘因之一。 通過研究海洋環(huán)境對核電用奧氏體不銹鋼腐蝕的影響，并對比奧氏體不銹鋼材料性能，提出以下6種方法來提高所用不銹鋼材料的抗腐蝕性。

3.1 對不銹鋼表面進(jìn)行酸洗鈍化。通過酸洗鈍化使其表面覆蓋極薄且致密的鈍化膜，通過鈍化膜把腐蝕介質(zhì)隔離，形成奧氏體不銹鋼的基本且主要的保護(hù)屏障。

3.2 避免鹵素離子集中。在通風(fēng)系統(tǒng)的入風(fēng)口設(shè)置干燥器或除霧器，盡可能地減少進(jìn)入通風(fēng)系統(tǒng)的氯離子的含量，從而降低附著在通風(fēng)設(shè)備不銹鋼表面氯離子的濃度，以減輕奧氏體不銹鋼的腐蝕程度。

3.3 在通風(fēng)系統(tǒng)中入口處設(shè)置鈍化劑添加接口，向通風(fēng)系統(tǒng)中添加低濃度的硝酸鹽或鉻酸鹽，以抑制氯離子吸附在金屬表面，防止氯化物離子吸附而早造成點(diǎn)蝕或晶間腐蝕。

3.4 盡量選用316L 不銹鋼。含鉬2%～4%的奧氏體型不銹鋼具有良好的耐點(diǎn)蝕性能。 使用含鉬奧氏體型不銹鋼可顯著減少點(diǎn)蝕或晶間腐蝕。

3.5 光亮退火處理。 提高鈍化膜在氯離子環(huán)境下的穩(wěn)定性，提高耐腐蝕性。