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核級不銹鋼截止閥密封面分析了核級不銹鋼截止閥密封面產(chǎn)生銹蝕的原因，論述了模擬工況下試樣的銹蝕機理，介紹了改進工藝避免密封面銹蝕的方法。

1、核級不銹鋼截止閥密封面概述
截止閥以其密封面機械磨損小，方便維護等特性，廣泛應(yīng)用在核電站管線系統(tǒng)中。但某核電站的核級不銹鋼截止閥在堆焊的密封面部位出現(xiàn)了明顯銹蝕( 其他核電站也相繼出現(xiàn)同類銹蝕問題) ，認為影響了閥門的質(zhì)量。

2、產(chǎn)生銹蝕的原因分析
針對核級不銹鋼截止閥堆焊密封面銹蝕問題，主要從3 個方面進行原因分析。①分析閥體和密封面部位的化學成分，確定其是否發(fā)生了不利轉(zhuǎn)變。②分析打磨用鋼刷的化學成分，確定打磨用鋼刷是否對不銹鋼密封面造成了污染。③分析過程工藝( 焊接工藝、打磨工藝等) 對閥門的影響。

2.1、閥體和密封面材料

選用DN15 不銹鋼截止閥( Z2CND18 - 12NS) ，采用光譜儀和取末化驗的方法對閥體和密封面材料化學成分進行檢測( 表1) 。測試結(jié)果表明，閥體和密封面部位的化學成分滿足RCC - M M3301 的要求，化學成分未發(fā)生不利轉(zhuǎn)變。表1 閥體和密封面部位化學成分 Wt%閥體和密封面部位化學成分

2.2、打磨用鋼刷

采用光譜儀和取末化驗的方法對打磨用鋼刷的化學成分進行分析( 表2) ，分析結(jié)果表明，鋼刷材料為Fe-Cr-Mn 系奧氏體和馬氏體雙相不銹鋼。采用不銹鋼刷打磨不銹鋼閥門，符合RCC - M 標準的要求，且在同類閥門的生產(chǎn)中也采用了同種材質(zhì)的不銹鋼刷手工打磨，未出現(xiàn)密封面部位銹蝕問題。化學成分分析顯示不銹鋼刷Mn 含量高，Mn 元素能夠提高材料的耐磨性。表2 鋼刷化學成分 Wt%鋼刷化學成分

2.3、工藝過程

(1) 焊接工藝

部位的堆焊經(jīng)過了焊接工藝評定，且焊接工藝評定報告符合RCC - M 標準的要求。密封面部位金相檢驗結(jié)果( 圖1) 表明，熔焊區(qū)金相組織良好，熱影響區(qū)基本為奧氏體，熔焊區(qū)為冷卻形成的典型的柱狀晶，表明密封面的熔焊工藝正常，焊接后的金相合格，因此認為排除了焊接工藝對密封面質(zhì)量的影響。密封面部位熔焊區(qū)金相組織圖1 密封面部位熔焊區(qū)金相組織× 100

(2) 打磨工藝

①對閥門微觀形貌和化學成分的影響選擇閥體基體分別經(jīng)過手動刷打磨、電動刷打磨、砂輪打磨后的試樣進行掃描電鏡分析和化學成分分析(圖2，表3) 。分析結(jié)果表明手動打磨的表面較平整，電動刷打磨的表面次之，砂輪打磨的表面zui粗糙。不同打磨工藝處理過的閥門基體表面微觀形貌(a) 電動刷打磨(b) 砂輪打磨(c) 手動刷打磨注: 字母標注的位置和白線區(qū)為檢測化學成分區(qū)。圖2 不同打磨工藝處理過的閥門基體表面微觀形貌

通過與表1 中閥體的化學成分對比分析，砂輪打磨和手動打磨后的試樣表面化學成分與基體材料化學成分基本相同，而電動刷打磨后的試樣表面Mn含量明顯增高。通過與表2 中鋼刷的化學成分對比分析，電動刷打磨后的試樣表面浮凸物的Mn 含量與電動鋼刷的化學成分接近。表明高速運轉(zhuǎn)的電刷打磨破壞了材料表面的鈍化膜，并使鋼刷的微小碎屑部分嵌鑲粘合在打磨表面。表3 不同打磨工藝處理的閥門基體化學成分 Wt%不同打磨工藝處理的閥門基體化學成分

②對閥門基體腐蝕的影響

根據(jù)核電現(xiàn)場核級不銹鋼截止閥的實際工作環(huán)境，選擇Na2S04 + NaCl 腐蝕液模擬大氣腐蝕工況。選擇經(jīng)過手動刷打磨、電動刷打磨、砂輪打磨和電動刷打磨后噴丸4 種打磨工藝處理后的試樣模擬閥門基體。在Na2S04 + NaCl 溶液中浸泡72h，模擬大氣腐蝕試驗( 圖3) 。腐蝕結(jié)果表明，電刷打磨的閥門基體試樣出現(xiàn)了銹蝕斑，其余打磨工藝處理的試樣均無銹蝕斑。可見電刷打磨工藝是不銹鋼截止閥密封密封面銹蝕產(chǎn)生的主要原因之一。不同打磨工藝處理的閥體試樣經(jīng)模擬大氣腐蝕后的宏觀形貌(a) 手動刷打磨(b) 電刷打磨(c) 砂輪打磨(d) 電刷噴丸圖3 不同打磨工藝處理的閥體試樣經(jīng)模擬大氣腐蝕后的宏觀形貌

③對密封面區(qū)域的影響

密封面的原始表面、手動刷打磨、電動刷打磨和砂輪打磨3 種打磨工藝處理后的試樣，在Na2S04 +NaCl 溶液中浸泡72h，模擬大氣腐蝕試驗(圖4) 。腐蝕結(jié)果表明，電刷打磨的試樣出現(xiàn)了銹蝕斑，其余打磨工藝處理的試樣均無銹蝕斑，可見電刷打磨工藝是不銹鋼截止閥密封面銹蝕產(chǎn)生的主要原因之一。不同打磨工藝處理的密封面部位模擬大氣腐蝕后的宏觀形貌(a) 原始表面(b) 手動刷打磨(c) 電刷打磨(d) 砂輪打磨圖4 不同打磨工藝處理的密封面部位模擬大氣腐蝕后的宏觀形貌

2.4、分析

通過對閥體和密封面的化學成分分析，可知閥體和密封面部位的化學成分未發(fā)生不利轉(zhuǎn)變。通過對打磨用鋼刷的化學成分分析，可知鋼刷為Fe-Cr-Mn 系奧氏體和馬氏體雙相不銹鋼，該鋼刷未對不銹鋼截止閥造成污染。通過對工藝過程的分析，排除了焊接工藝對密封面質(zhì)量的影響。電刷打磨的試樣出現(xiàn)了銹蝕斑，而其他打磨工藝處理的試樣，包括電刷打磨后噴丸的試樣均未出現(xiàn)銹蝕斑，可見電刷打磨工藝是不銹鋼截止閥密封面銹蝕產(chǎn)生的主要原因。電刷打磨破壞了鈍化膜，并使鋼刷的微小碎屑部分轉(zhuǎn)移，嵌鑲粘合在打磨表面，影響了閥門基體的再鈍化，在沿海核電站潮濕的環(huán)境下，鋼刷碎屑與閥門基體相互作用產(chǎn)生銹蝕。
其選用原則是： 
 
1、火電廠、核電站，石油化工系統(tǒng)的高溫、高壓管路或裝置上宜選用截止閥。
 
2、管路上對流阻要求不嚴的管路上。即對壓力損失考慮不大的地方。
 
3、小型閥門可選用針閥、儀表閥、取樣閥、壓力計閥等。
 
4、適合需要流量調(diào)節(jié)以及壓力調(diào)節(jié)的,且對其調(diào)節(jié)精度要求不嚴的,管路直徑較小的。
 
5、在合成工業(yè)生產(chǎn)中,大小化肥適用PN160 公稱壓力16MPa的高壓角式截止閥以及或是PN320 公稱壓力32MPa 的高壓角式節(jié)流閥。
 
6、閥體分開式、閥座可去除、硬質(zhì)合金密封副的直流式截止閥以及直流式節(jié)流閥適用于氧化鋁拜耳法生產(chǎn)中的脫硅車間、易結(jié)焦的管路上。
 
7、截止閥、平衡閥以及柱塞閥，用于城市建設(shè)中的供水、供熱工程上，公稱通經(jīng)較小的管路，公稱通經(jīng)小于150毫米的管路上。
3、核級不銹鋼截止閥工藝改進及試驗驗證
針對銹蝕問題改進了打磨工藝，密封面收弧處及焊縫表面用120#砂紙或60#布輪打磨。打磨時注意表面的平滑過渡，不允許出現(xiàn)較明顯的磨削痕跡，同時打磨使用過的砂紙、軟布( 同一塊可使用不同部位) 不可重復使用。砂紙打磨必須戴手套，避免手與產(chǎn)品直接接觸，防止對產(chǎn)品造成污染。打磨后經(jīng)過酸洗鈍化、清洗，目視檢查密封面表面是否仍存有殘留的焊接氧化變色層和缺陷，如果發(fā)現(xiàn)表面存在這兩種情況，須采用60#砂布對其進行打磨清理直至去除，目視檢驗合格。采用新打磨工藝處理的閥門經(jīng)過在Na2S04 + NaCl 溶液中浸泡72h 的模擬大氣腐蝕試驗，未出現(xiàn)銹蝕，且采取新工藝后，核電站用核級不銹鋼截止閥未發(fā)現(xiàn)銹蝕現(xiàn)象。

4、結(jié)語
隨著核電工業(yè)的迅速發(fā)展，各閥門制造企業(yè)也在積極探索如何改進工藝，提高工作效率，但在積極探索改進工藝的同時，也應(yīng)該加強工藝試驗與評定，避免所使用的工藝對核電現(xiàn)場設(shè)備質(zhì)量產(chǎn)生影響。