壓力鋼管腐蝕形態(tài)及涂層失效機(jī)理探討

張松林

（新疆匯通風(fēng)電設(shè)備股份有限公司，新疆 烏魯木齊 830023）

1 引言

輸水壓力鋼管是水電站的重要組成部分，水電站的運(yùn)行、生產(chǎn)直接受到輸水壓力鋼管可靠性和安全性的影響，因此，提高輸水壓力鋼管的可靠性和安全性就顯得尤為重要，壓力鋼管的腐蝕防控也就日益重要。俄羅斯明格查烏爾水利樞紐壓力鋼管的平均銹蝕速度為0.26 毫米/年，日本水電站壓力鋼管的平均銹蝕速度為0.1 毫米/年，而我國(guó)水電站的平均銹蝕速度大概為 0.23 毫米/年。壓力鋼管一旦發(fā)生銹蝕，那么其安全運(yùn)行與耐久性都會(huì)受到嚴(yán)重的影響，甚至還有可能會(huì)導(dǎo)致水電站發(fā)電量受到大幅度影響。

2 壓力鋼管腐蝕形態(tài)

2.1 磨損腐蝕

磨損腐蝕是指壓力鋼管金屬表面同時(shí)受到流體造成的腐蝕和磨損雙重破壞。壓力鋼管金屬表面在高速流體的沖擊下會(huì)導(dǎo)致保護(hù)膜出現(xiàn)破損，破口處的金屬也會(huì)使得腐蝕速度加快。

2.2 氣泡腐蝕

氣泡腐蝕是一種特殊形態(tài)的磨損腐蝕，又稱空蝕或者氣蝕，它主要發(fā)生在有壓力變化環(huán)境，且有高速流體運(yùn)轉(zhuǎn)的設(shè)備。在渦流情況，常有空氣泡卷入高速水流中，夾雜氣泡的快速流動(dòng)的水流沖擊金屬表面時(shí)，保護(hù)膜可能被破壞，氣泡破滅產(chǎn)生的沖擊波壓力一般可以高達(dá)4000MPa，破壞了壓力鋼管金屬保護(hù)膜破壞，甚至還會(huì)撕裂金屬粒子，金屬便可能產(chǎn)生局部腐蝕。

2.3 縫隙腐蝕

在電解質(zhì)溶液中， 金屬與非金屬之間或者金屬與金屬之間由于存在著縫隙，且縫隙寬度能夠讓腐蝕流體加入到縫隙中但又不能流動(dòng)，只能處于停滯狀態(tài)，這樣就導(dǎo)致縫隙內(nèi)部腐蝕現(xiàn)象加劇，從而形成腐蝕，這種腐蝕就被稱為縫隙腐蝕。縫隙腐蝕通常在飛濺區(qū)或者全浸區(qū)的部位最為嚴(yán)重，縫隙下面會(huì)出現(xiàn)快速腐蝕，在海水中都有對(duì)縫隙腐蝕敏感的傾向。一旦形成縫隙腐蝕，那么就很難再加以抑制。

3 有機(jī)涂層下的壓力鋼管金屬腐蝕失效機(jī)理

將有機(jī)涂層涂裝工藝應(yīng)用到壓力鋼管防腐蝕中，是一種較為重要，也是較為基本的防護(hù)方法。涂層下的壓力鋼管金屬腐蝕主要是電化學(xué)腐蝕。有機(jī)涂層是一種高聚物薄膜，對(duì)于 O2、H2O 的滲透能夠在不同程度上進(jìn)行一定的阻緩，但是目前的技術(shù)和工藝還不能做到完全隔絕。涂層/金屬界面中滲透O2、H2O，就會(huì)形成腐蝕介質(zhì)；而基體金屬表面的不均勻性和有機(jī)涂層的微觀缺陷就導(dǎo)致涂層/金屬界面出現(xiàn)嚴(yán)重的不均勻性，從而發(fā)生電化學(xué)腐蝕。

對(duì)于水電站的壓力鋼管而言，引起其涂層失效的最為主要的原因就在于涂層下的金屬腐蝕和暴露引起的老化現(xiàn)象。

3.1 涂層下金屬腐蝕引起的失效

在涂層金屬發(fā)生電化學(xué)腐蝕的時(shí)候，基體金屬與涂層之間的鍵合就會(huì)受到陰極反應(yīng)產(chǎn)物或者陰極反應(yīng)的嚴(yán)重影響，致使基體金屬中的有機(jī)涂層出現(xiàn)分離，產(chǎn)生陰極剝離。

對(duì)陰極剝離過(guò)程，可歸納為3 種機(jī)理：第一，有機(jī)涂層由于受到界面高pH 水溶液的影響而出現(xiàn)位移，造成剝離；第二，界面金屬氧化物由于受到堿性物質(zhì)侵害，而堿性物質(zhì)由陰極反應(yīng)產(chǎn)生，從而使之溶解導(dǎo)致剝離。第三，涂層有機(jī)分子受到堿性物質(zhì)進(jìn)攻，造成其與基體金屬的粘合力降解而出現(xiàn)剝離。

3.2 老化失效

涂層老化通常是指壓力鋼管金屬表面表現(xiàn)出開(kāi)裂、變脆、失去光澤、粉化、變色等。國(guó)內(nèi)外已經(jīng)有大量的專家學(xué)者就老化失效機(jī)理進(jìn)行了深入的研究和探討，認(rèn)為紫外線照射、晝夜溫差變化引起的張力變化導(dǎo)致有機(jī)涂層出現(xiàn)老化。開(kāi)裂的現(xiàn)象。

4 有機(jī)涂層在壓力鋼管上的涂裝

影響涂裝的因素很多，如修補(bǔ)涂裝水平、預(yù)涂施工水平、噴涂施工水平、表面處理質(zhì)量、氣候條件、施工規(guī)范等，所以，為了充分地保障壓力鋼管涂料涂裝質(zhì)量，應(yīng)該采取嚴(yán)格的質(zhì)量控制和科學(xué)的施工工藝。涂裝的過(guò)程中應(yīng)該遵守下列一些基本原則：①在噴涂過(guò)程中或者噴涂前，應(yīng)該將灰塵采取各種預(yù)防措施來(lái)排除，在噴涂作業(yè)后和噴涂作業(yè)期間，應(yīng)該充分地保護(hù)好涂上的涂料，一旦發(fā)現(xiàn)涂料沒(méi)有正確涂敷，那么應(yīng)該在第一時(shí)間內(nèi)清除并重涂。②涂料涂裝工藝應(yīng)該嚴(yán)格遵守說(shuō)明書(shū)來(lái)進(jìn)行作業(yè)，且所有的涂層都可以兼容。③壓力鋼管的所有表面都應(yīng)該保持干燥狀態(tài)，不能在潮濕的天氣下進(jìn)行噴涂作業(yè)，且作業(yè)之間應(yīng)該保障表面無(wú)凝結(jié)的風(fēng)化物和水珠。④表面處理應(yīng)該盡可能地采用噴砂來(lái)完成，某些部位為避免毀壞設(shè)備，或者空間有限，不利于噴砂作業(yè)，則可采用動(dòng)力工具清理。⑤所有涂料顏色和型號(hào)的確定都應(yīng)該由資格審核的供應(yīng)商提供，且通過(guò)相應(yīng)管理部門(mén)批準(zhǔn)。

4.1 表面處理

涂料涂裝的關(guān)鍵步驟之一就是表面處理，應(yīng)嚴(yán)格遵守涂層系統(tǒng)和各種涂料的規(guī)定，動(dòng)力工具處理依照SIS-05-5-900-St3 的目視標(biāo)準(zhǔn)，噴砂處理依照標(biāo)準(zhǔn)SIS05-5-900，Sa 2.5，用砂輪機(jī)打磨平整邊緣，同時(shí)清除掉焊接的潛在氧化皮、分層、碎片、飛濺，尤其要注意磨平或者整圓焊縫、角落、填充物、鋒利邊，清除掉縫隙焊渣；如果空氣的相對(duì)濕度大于80%或者表面溫度低于露點(diǎn)3℃，那么就不可以對(duì)其表面進(jìn)行處理。

4.2 涂料的涂裝

涂料現(xiàn)場(chǎng)施工要求：①刷涂時(shí)，要刷掉下垂和流掛，盡可能使膜厚均勻，最好刷成平滑的涂層，只有在特殊情況下涂裝作業(yè)才可以采用輥筒；②首選工藝應(yīng)該是噴涂， 現(xiàn)場(chǎng)主要涂裝方法是無(wú)氣噴涂，在整個(gè)表面均勻地涂敷每道涂層，在噴涂作業(yè)之前，應(yīng)該用毛刷蘸涂料對(duì)空隙、螺母、角落、螺絲、小支架、焊縫、邊緣這些部位進(jìn)行預(yù)涂；③在對(duì)第一道底漆進(jìn)行涂裝之前，要保障所有表面都是清潔、無(wú)灰塵的，尤其是要用真空吸塵器來(lái)清理容器和罐。④要遵守涂料商推薦的復(fù)涂時(shí)間、涂層干燥時(shí)間、混合比、選用設(shè)備、作業(yè)方法、稀釋劑用量等施工參數(shù)。⑤涂裝質(zhì)量檢驗(yàn)是涂層的最終控制環(huán)節(jié)，對(duì)涂裝質(zhì)量要及時(shí)進(jìn)行檢驗(yàn)，主要控制涂層開(kāi)裂、流掛、起泡、外觀、針孔、固化情況、溶劑殘留、表面污染物等缺陷。

5 結(jié)語(yǔ)

總之，壓力鋼管的腐蝕往往是多種因素綜合作用的結(jié)果，其形態(tài)也不盡相同。建議根據(jù)不同的腐蝕形態(tài)，有針對(duì)性地采取防護(hù)措施，并加強(qiáng)監(jiān)督檢驗(yàn)。

[1]陳群堯.涂層及其腐蝕失效機(jī)理的研究方法和方向[J].中國(guó)腐蝕與防護(hù)學(xué)報(bào).1997，（04）：112-114.