氧化还原去污对敏化304L不锈钢腐蚀性能的影响
采用失重试验、扫描电子显微镜观察、晶间腐蚀试验研究了敏化304L不锈钢经过碱性高锰酸钾氧化-抗坏血酸还原、酸性高锰酸钾氧化-抗坏血酸还原、酸性高锰酸钾氧化-抗坏血酸和乙二胺四乙酸还原和酸性高锰酸钾氧化-草酸还原等4种去污工艺清洗后的耐蚀性。结果表明:敏化304L不锈钢经去污工艺清洗后单位面积质量损失较多,其次是工艺清洗后试样单位面积质量损失最少。去污清洗工艺清洗后试样表面的微孔更多。碱性高锰酸钾清洗液对304L不锈钢的腐蚀作用弱于酸性高锰酸钾清洗液对304L不锈钢的。草酸和抗坏血酸还原剂对不锈钢的腐蚀相当。敏化304L不锈钢经过4种去污工艺清洗后都未发生晶间腐蚀。
核电站一回路裂变产物和活化腐蚀产物随冷却剂在主回路及核辅助系统金属氧化膜上吸附沉积形成了固定放射性污染物。大亚湾与秦山等压水堆核电站一回路主管道以及核辅助管道上的沉积核素主要为58Co和60Co,两者对核电站集体剂量贡献所占比例达到80%~90%。由于核素主要分布在金属材料表面氧化物内,为了有效去除这些放射性核素获得较高的去污因子,首先需要去除氧化物。目前已应用于核电站的化学去污技术有等以及它们的衍生工艺。压水堆核电站一回路管道、堆内构件、泵结构材料等采用不锈钢,不锈钢表面氧化膜主要由内层致密氧化物和外层疏松沉积氧化物构成,其结构组成是一种类似Fe304的物质。基于压水堆核电站设备材料表面氧化膜中的铬含量高,采用氧化还原多步骤去污技术能够得到较高的去污因子。通常采用高锰酸钾、高锰酸、臭氧、低价态金属离子等作氧化剂使三价态难溶铬氧化物转变成六价态铬氧化物,然后采用不同还原剂、络合剂、缓蚀剂等溶解并去除金属离子。然而,某些化学去污剂可能会诱发敏化不锈钢产生晶间腐蚀和晶间应力腐蚀开裂。
在核电站中应用最为广泛的氧化剂是高锰酸钾(高锰酸),还原剂有草酸、抗坏血酸等,络合剂有柠檬酸、乙二胺四乙酸等。对于在运核电机组,化学去污要求具有较高的去污因子,同时对基材损伤最小。因此,本工作研究了敏化304L不锈钢在不同氧化条件、还原条件去污工艺中的腐蚀性能,分析了氧化剂的酸碱性、还原剂的还原性对金属材料质量损失及晶间腐蚀的作用。 经过去污工艺清洗后,试样表面的氧化物最少且质量损失最小,表面微缺陷也较少。这表明酸性高锰酸钾溶液比碱性高锰酸钾溶液的氧化性更强,对金属材料的腐蚀更剧烈。经不同化学污工艺清洗后,敏化304L不锈钢均未发现晶间腐蚀。敏化304L不锈钢采用四种化学去污工艺清洗后的腐蚀程度不同,随着清洗次数的增加,试样单位面积质量损失增加。敏化304L不锈钢采用去污工艺清洗后的单位面积质量损失最少,经过5次清洗后的腐蚀深度仅19nm,采用去污工艺清洗(5次)后的腐蚀深度分别是34,27,32nm。采用去污工艺清洗后,试样表面的缺陷较多,有一些较大的微孔;而采用其他去污工艺清洗后,试样表面未发现较大的微孔。碱性高锰酸钾氧化清洗液对金属材料的腐蚀作用弱于酸性高锰酸钾清洗液的。在进行还原清洗时,降低抗坏血酸浓度的同时添加适量络合剂能减少不锈钢的腐蚀,草酸与抗坏血酸对不锈钢的腐蚀相当。敏化304L不锈钢经过四种去污工艺清洗5次后都未发生晶间腐蚀。
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