蒸汽發生器是壓水堆核電廠的核心設備之一，其在進行熱量交換、產生蒸汽的同時，還具有防止一回路放射性冷卻劑泄漏的功能。管板是蒸汽發生器的關鍵部件，管板材料通常為SA508-3鋼，主要起支撐脹接在管板孔內傳熱管的作用，管板孔的數量達上萬個，且管板孔徑精度及表面粗糙度要求較高。

目前蒸汽發生器在制造過程中，管板在廠房中的貯存時間常大于6個月，對于低合金鋼材料而言，貯存期間如未采取適當的防銹措施，管板孔極易發生腐蝕，導致管板孔表面質量下降，這不僅不利于傳熱管的脹接，還會對后續的安裝及運行產生負面影響。因此，需額外增加清潔管板孔銹跡工序，這無疑會增加工作量、延長制造周期、增加制造成本。目前在用防銹方法的效果不理想，所以，尋找能減緩甚至防止管板孔在貯存期間發生腐蝕的更簡便適宜、效果更好的方法，是目前核電設備制造廠面臨的一個重要問題。

為尋找一種適用于蒸汽發生器管板孔的防銹效果優異且操作簡便的長效防銹技術，上海核工程研究設計院有限公司聯合復旦大學材料科學系、上海電氣核電設備有限公司和上海儀器儀表自控系統檢驗測試所有限公司的研究人員通過中性鹽霧及交變濕熱試驗，對比了目前在用以及設計擬推薦使用的防銹方法的防銹效果，且針對防銹效果優異的方法，分析了其所用材料會否釋放有害離子并殘留在管板孔表面。根據現場防銹要求、效果及防銹操作便捷性，同時結合核電設計要求，提出擬推薦的蒸汽發生器管板孔防銹技術。

防銹方法設計及效果對比

Part 01 試樣

為篩選出一種效果優異且適合工程應用的防銹方法，設計了一種氣相防銹包加氣相防銹膜聯合防護的氣相防銹技術。將制備的管板孔試樣充分清洗干燥后，分別采用以下5種方法進行防銹處理，再通過中性鹽霧試驗和交變濕熱試驗，以對比研究各種方法的防護效果。

方法1 空白參照

光孔，加工清潔后不防護

方法2 工程在用

用羊毛塞封堵管板孔兩端

方法3 工程在用

將切削油均勻涂敷在管板孔內表面

方法4 工程在用

將水基防銹劑均勻涂敷在管板孔內表面

方法5 設計擬推薦使用

用氣相防銹膜包裹管板孔試樣，同時在包裝內部放入氣相防銹包

將管板孔試樣按下圖進行加工制備，每個試樣含3個管板孔，孔深200mm。試驗期間，若3個管板孔中有2個或2個以上的孔出現腐蝕，則判定該管板孔試樣發生腐蝕，并終止試驗。

（a）主視圖 

（b）左視圖

圖1 管板孔試樣示意圖

Part 02 試驗方法

中性鹽霧試驗

按照GB/T 10125-2012《人造氣氛腐蝕試驗鹽霧試驗》對上述管板孔試樣進行中性鹽霧試驗。試驗過程中通過定期目視檢查每個孔的腐蝕情況，試驗期間管板孔試樣若發生腐蝕則終止試驗，若持續未發生腐蝕，則試驗至1000小時停止。

交變濕熱試驗

按照GB/T 2423.4-2008《電工電子產品環境試驗 第2部分：試驗方法 試驗Db：交變濕熱（12h+12h循環）》進行交變濕熱試驗。試驗過程中通過目視法定期檢查每個孔的腐蝕情況，試驗期間管板孔試樣如發生腐蝕則終止試驗，如持續未發生腐蝕，則試驗至1000小時終止試驗。

Part 03 試驗結果對比

中性鹽霧試驗結果

對用第1~4種（不防護、羊毛塞法、切削油法、水基防銹劑法）防銹方法處理的試樣，在前24小時內每4小時檢查一次，后續每24小時檢查一次。對用第5種（氣相防銹包+氣相防銹膜）防銹方法處理的試樣，前4次檢查頻率是每6天檢查一次，后續每4天檢查一次，可根據實際檢查情況調整。

與未經防銹處理直接暴露在中性鹽霧環境中的管板孔試樣相比，在管板孔內表面涂覆切削油和涂覆水基防銹劑均沒有明顯的防鹽霧腐蝕作用（均在4小時后試樣的3孔內表面發現腐蝕）。

用羊毛塞封堵管板孔兩端具有稍好的防鹽霧腐蝕作用（在8小時后試樣的3孔內表面發現腐蝕），而采用氣相防銹包+氣相防銹膜技術防護的管板孔試樣經1000小時鹽霧試驗后，未發生腐蝕，防銹效果顯著。

交變濕熱試驗結果

對用第1~4種防銹方法處理的試樣，在前24小時內每12小時檢查一次，后續每24小時檢查一次。對用第5種防銹方法處理的試樣，前4次每6天檢查一次，后續每4天檢查一次。

交變濕熱試驗中引起管板孔腐蝕的主要因素是水蒸氣的侵蝕，未經防銹處理的試樣在濕熱環境中很快發生腐蝕（在12小時后試樣的3孔內表面發現腐蝕）。

用羊毛塞封堵管板孔兩端的方法沒有明顯的防濕熱腐蝕作用（同樣在12小時后試樣的3孔內表面發現腐蝕），而在管板孔內表面涂覆切削油（在24小時后無明顯腐蝕，48小時后試樣的3孔內表面發現腐蝕）和涂覆水基防銹劑（在12小時后無明顯腐蝕，24小時后試樣的1個孔內表面發現腐蝕，48小時后3孔內表面發現腐蝕）具有較好的防濕熱腐蝕效果，氣相防銹技術防護效果優異，試樣經1000小時濕熱試驗后，未發生腐蝕。

管板孔腐蝕原因

通常采用不同方法防護，管板孔內的腐蝕產物基本相同，故下文中的腐蝕產物是未經防銹處理管板孔在中性鹽霧試驗和交變濕熱試驗中形成的腐蝕產物。

采用X射線光電子能譜（XPS）和X射線衍射（XRD）分析腐蝕產物，結果顯示中性鹽霧試驗和交變濕熱試驗后管板孔試樣腐蝕產物成分相同，主要為羥基氧化鐵如α-FeOOH和β-FeOOH，以及鐵的氧化物如Fe2O3、Fe3O4等。

管板孔試樣在中性鹽霧和交變濕熱試驗環境中不斷受到腐蝕性介質的侵蝕，未防護的光孔試樣會很快發生電化學腐蝕。

切削油對管板孔內表面的緩蝕原理主要是幾何覆蓋效應，切削油被均勻涂覆在管板孔內表面，阻礙了氧、水等腐蝕性介質與管板孔的直接接觸。但由于其濕附著力較差，水分子逐漸透過油膜到達管板孔表面形成水膜，建立了連續的電解質薄膜，進而發生電化學腐蝕。

涂覆水基防銹劑同樣能夠在管板孔表面形成一層保護膜，隨著防護時間的延長，腐蝕性介質會逐漸滲透進入保護膜孔隙，從而接觸到管板孔基材，引起腐蝕。

但切削油和水基防銹劑兩種防護方法的涂覆過程中，若涂抹不均勻，會造成暴露區域較快發生腐蝕，而且涂覆和防護后的表面清理工作均較費時。

采用羊毛塞封堵管板孔兩端，羊毛塞會在一定程度上阻擋腐蝕性介質進入管板孔內，但延遲腐蝕發生的作用有限。

而氣相防銹技術所用氣相防銹膜和氣相防銹包中均含有氣相緩蝕劑，它在常溫常壓下揮發出氣相緩蝕分子，長期存在于防銹膜包裹的空間內，并逐漸在管板孔內表面形成均勻致密的鈍化膜，故對管板孔起到有效的保護作用。

有害離子殘留檢測

為研究氣相防銹包+氣相防銹膜聯合防護的防銹包裝技術所用材料是否會釋放氟離子及氯離子等有害離子而污染管板孔試樣表面，利用離子色譜儀對試驗前后的管板孔試樣表面進行有害離子（氯和氟）含量檢測，結果表明包裝材料未對被保護面造成有害離子污染，滿足核電設備設計要求。

結  論

不同防銹方法阻止腐蝕性介質接觸及侵蝕管板孔試樣的方式不同，延緩管板孔發生電化學腐蝕的時間也不同。與采用羊毛塞封堵管板孔兩端、管板孔內表面涂覆切削油及涂覆水基防銹劑的方法相比，設計的氣相防銹包+氣相防銹膜聯合防護的防銹包裝方法防護效果優異，經其防護的管板孔試樣分別在中性鹽霧環境和交變濕熱環境中試驗1000小時后均未發生腐蝕，且在防護期間所用防銹材料不會釋放有害離子而污染被保護面。同時，氣相防銹技術的防護操作便捷，能夠節省工時、縮短工期。因此，氣相防銹技術適用于蒸汽發生器管板孔在貯存期間的保護。