304L不銹鋼在硼酸水溶液中的腐蝕行為
時間：2019-06-13
作者：無錫不銹鋼板
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無錫不銹鋼因具有強度高、耐晶間腐蝕、應力腐蝕、點腐蝕以及焊接、加工性能優異等優點，而在核電工業中被廣泛應用。壓水堆核電站一回路主管道和堆內構件、驅動機構等關鍵設備的主要材料都采用304L和316L不銹鋼。在壓水堆核電站主回路中，無錫不銹鋼在高溫高壓輻照的苛刻水化學環境中服役，不僅要保證結構完整性，還須具有較低的腐蝕速率，以減少氧化腐蝕產物在堆芯活化與堆芯外輻射場的活化。304L和316L不銹鋼都具有良好的耐腐蝕性能，兩者主要的差別是316L含有鉬元素，使其具有良好的抗氯化物侵蝕性能。不銹鋼點蝕和應力腐蝕開裂等研究表明局部腐蝕的發生與氧化形成鈍化膜有密切關系。
影響無錫不銹鋼鈍化因素的復雜性不僅體現在微觀組織上，亦體現在環境效應上。以往對不銹鋼腐蝕行為的研究，研究者多關注含Cl-環境對鈍化行為的破壞作用，簡單地將點蝕電位作為特征參量來考核鈍化膜穩定性。有研究者利用Mott-Schottky曲線、拉曼光譜測試和輝光放電發射光譜研究了316L不銹鋼鈍化膜結構，指出表面鈍化膜的多層結構及其特征；外層主要為疏松的鐵氧化物，內層主要為致密的鉻氧化物。儲存燃料組件的乏燃料鉻架用304L不銹鋼，運行環境為硼酸水環境，所以研究304L不銹鋼在硼酸水溶液中的腐蝕性能對燃料組件的完整性具有十分重要的意義。
中廣核工程有限公司的研究者采用動電位極化曲線、電化學阻抗譜、掃描電鏡和能譜分析方法研究了304L不銹鋼在硼酸水溶液中的腐蝕行為，試驗材料為304L奧氏體無錫不銹鋼，化學成分見表1：
表1 304L不銹鋼的化學成分 %
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元素
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C
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S
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Si
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Mn
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P
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含量
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0.025
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0.002
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0.27
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1.38
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0.017
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元素
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Ni
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Cr
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Mo
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Cu
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Fe
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含量
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8.08
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18.04
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0.053
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0.074
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余量
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試驗結果表明：
（1）304L不銹鋼在25℃的較低溫度硼酸水溶液中的自腐蝕電位和電流較小，并存在一定的鈍化區，304L不銹鋼的自腐蝕電位和腐蝕電流密度隨著硼酸水溶液溫度的升高而增大。
（2）不同溫度下的電化學阻抗譜呈單容抗弧，表現為一個時間常數，80℃硼酸水溶液中的阻抗模值較小。
（3）開路電位條件下304L不銹鋼在25℃溫度硼酸水溶液中形成的鈍化膜較為致密，電荷在鈍化膜內轉移時所遇的阻力也就更大，對基體的保護性更好。
（4）304L不銹鋼經過不同時間的浸泡腐蝕試驗后，表面形貌基本未發生變化，但在局部位置腐蝕稍顯嚴重，腐蝕速率逐漸降低，并保持在較低的腐蝕速率。