压力钢管腐蚀形态及涂层失效机理探讨

张松林

（新疆汇通风电设备股份有限公司，新疆 乌鲁木齐 830023）

1 引言

输水压力钢管是水电站的重要组成部分，水电站的运行、生产直接受到输水压力钢管可靠性和安全性的影响，因此，提高输水压力钢管的可靠性和安全性就显得尤为重要，压力钢管的腐蚀防控也就日益重要。俄罗斯明格查乌尔水利枢纽压力钢管的平均锈蚀速度为0.26 毫米/年，日本水电站压力钢管的平均锈蚀速度为0.1 毫米/年，而我国水电站的平均锈蚀速度大概为 0.23 毫米/年。压力钢管一旦发生锈蚀，那么其安全运行与耐久性都会受到严重的影响，甚至还有可能会导致水电站发电量受到大幅度影响。

2 压力钢管腐蚀形态

2.1 磨损腐蚀

磨损腐蚀是指压力钢管金属表面同时受到流体造成的腐蚀和磨损双重破坏。压力钢管金属表面在高速流体的冲击下会导致保护膜出现破损，破口处的金属也会使得腐蚀速度加快。

2.2 气泡腐蚀

气泡腐蚀是一种特殊形态的磨损腐蚀，又称空蚀或者气蚀，它主要发生在有压力变化环境，且有高速流体运转的设备。在涡流情况，常有空气泡卷入高速水流中，夹杂气泡的快速流动的水流冲击金属表面时，保护膜可能被破坏，气泡破灭产生的冲击波压力一般可以高达4000MPa，破坏了压力钢管金属保护膜破坏，甚至还会撕裂金属粒子，金属便可能产生局部腐蚀。

2.3 缝隙腐蚀

在电解质溶液中， 金属与非金属之间或者金属与金属之间由于存在着缝隙，且缝隙宽度能够让腐蚀流体加入到缝隙中但又不能流动，只能处于停滞状态，这样就导致缝隙内部腐蚀现象加剧，从而形成腐蚀，这种腐蚀就被称为缝隙腐蚀。缝隙腐蚀通常在飞溅区或者全浸区的部位最为严重，缝隙下面会出现快速腐蚀，在海水中都有对缝隙腐蚀敏感的倾向。一旦形成缝隙腐蚀，那么就很难再加以抑制。

3 有机涂层下的压力钢管金属腐蚀失效机理

将有机涂层涂装工艺应用到压力钢管防腐蚀中，是一种较为重要，也是较为基本的防护方法。涂层下的压力钢管金属腐蚀主要是电化学腐蚀。有机涂层是一种高聚物薄膜，对于 O2、H2O 的渗透能够在不同程度上进行一定的阻缓，但是目前的技术和工艺还不能做到完全隔绝。涂层/金属界面中渗透O2、H2O，就会形成腐蚀介质；而基体金属表面的不均匀性和有机涂层的微观缺陷就导致涂层/金属界面出现严重的不均匀性，从而发生电化学腐蚀。

对于水电站的压力钢管而言，引起其涂层失效的最为主要的原因就在于涂层下的金属腐蚀和暴露引起的老化现象。

3.1 涂层下金属腐蚀引起的失效

在涂层金属发生电化学腐蚀的时候，基体金属与涂层之间的键合就会受到阴极反应产物或者阴极反应的严重影响，致使基体金属中的有机涂层出现分离，产生阴极剥离。

对阴极剥离过程，可归纳为3 种机理：第一，有机涂层由于受到界面高pH 水溶液的影响而出现位移，造成剥离；第二，界面金属氧化物由于受到碱性物质侵害，而碱性物质由阴极反应产生，从而使之溶解导致剥离。第三，涂层有机分子受到碱性物质进攻，造成其与基体金属的粘合力降解而出现剥离。

3.2 老化失效

涂层老化通常是指压力钢管金属表面表现出开裂、变脆、失去光泽、粉化、变色等。国内外已经有大量的专家学者就老化失效机理进行了深入的研究和探讨，认为紫外线照射、昼夜温差变化引起的张力变化导致有机涂层出现老化。开裂的现象。

4 有机涂层在压力钢管上的涂装

影响涂装的因素很多，如修补涂装水平、预涂施工水平、喷涂施工水平、表面处理质量、气候条件、施工规范等，所以，为了充分地保障压力钢管涂料涂装质量，应该采取严格的质量控制和科学的施工工艺。涂装的过程中应该遵守下列一些基本原则：①在喷涂过程中或者喷涂前，应该将灰尘采取各种预防措施来排除，在喷涂作业后和喷涂作业期间，应该充分地保护好涂上的涂料，一旦发现涂料没有正确涂敷，那么应该在第一时间内清除并重涂。②涂料涂装工艺应该严格遵守说明书来进行作业，且所有的涂层都可以兼容。③压力钢管的所有表面都应该保持干燥状态，不能在潮湿的天气下进行喷涂作业，且作业之间应该保障表面无凝结的风化物和水珠。④表面处理应该尽可能地采用喷砂来完成，某些部位为避免毁坏设备，或者空间有限，不利于喷砂作业，则可采用动力工具清理。⑤所有涂料颜色和型号的确定都应该由资格审核的供应商提供，且通过相应管理部门批准。

4.1 表面处理

涂料涂装的关键步骤之一就是表面处理，应严格遵守涂层系统和各种涂料的规定，动力工具处理依照SIS-05-5-900-St3 的目视标准，喷砂处理依照标准SIS05-5-900，Sa 2.5，用砂轮机打磨平整边缘，同时清除掉焊接的潜在氧化皮、分层、碎片、飞溅，尤其要注意磨平或者整圆焊缝、角落、填充物、锋利边，清除掉缝隙焊渣；如果空气的相对湿度大于80%或者表面温度低于露点3℃，那么就不可以对其表面进行处理。

4.2 涂料的涂装

涂料现场施工要求：①刷涂时，要刷掉下垂和流挂，尽可能使膜厚均匀，最好刷成平滑的涂层，只有在特殊情况下涂装作业才可以采用辊筒；②首选工艺应该是喷涂， 现场主要涂装方法是无气喷涂，在整个表面均匀地涂敷每道涂层，在喷涂作业之前，应该用毛刷蘸涂料对空隙、螺母、角落、螺丝、小支架、焊缝、边缘这些部位进行预涂；③在对第一道底漆进行涂装之前，要保障所有表面都是清洁、无灰尘的，尤其是要用真空吸尘器来清理容器和罐。④要遵守涂料商推荐的复涂时间、涂层干燥时间、混合比、选用设备、作业方法、稀释剂用量等施工参数。⑤涂装质量检验是涂层的最终控制环节，对涂装质量要及时进行检验，主要控制涂层开裂、流挂、起泡、外观、针孔、固化情况、溶剂残留、表面污染物等缺陷。

5 结语

总之，压力钢管的腐蚀往往是多种因素综合作用的结果，其形态也不尽相同。建议根据不同的腐蚀形态，有针对性地采取防护措施，并加强监督检验。

[1]陈群尧.涂层及其腐蚀失效机理的研究方法和方向[J].中国腐蚀与防护学报.1997，（04）：112-114.