BAIN DECAPANT POUR PIECES EN ACIER ET PROCEDE DE DECAPAGE STRIPPING BATH FOR STEEL PARTS AND STRIPPING METHOD
UTILISANT CE BAIN DESCRIPTION La présente invention a pour objet un bain décapant utilisable en particulier pour la décontamination par décapage de pièces en acier utilisées comme composants de réacteurs nucléaires.USING THIS BATH DESCRIPTION The present invention relates to a pickling bath which can be used in particular for the decontamination by pickling of steel parts used as components of nuclear reactors.
La présente invention s'applique surtout pour la décontamination de pièces de grandes dimensions, comme par exemple certains composants en acier inoxydable utilisés dans des réacteurs à neutrons rapides, et qui ont été en contact avec du sodium liquide à des températures de l'ordre de 300 à 50C*C environ, éventuellement supérieures, pendant une durée importanteThe present invention is especially applicable for the decontamination of large parts, such as for example certain stainless steel components used in fast neutron reactors, and which have been in contact with liquid sodium at temperatures of the order of 300 to 50C * C approximately, possibly higher, for a significant period
(quelques centaines ou quelques milliers d'heures). En effet, le sodium dépose dans certaines zones des radionucléides (notamment le chrome 51, le manganèse 54, le cobalt 58, le cobalt 60 et le fer 59) dont une partie diffuse dans le métal. Il est donc nécessaire, après lavage, d'effectuer un décapage pour obtenir une décontamination suffisante : on estime généralement qu'il suffit d'enlever une épaisseur de matériau d'environ 10 micromètres pour retirer toute la contamination.(a few hundred or a few thousand hours). In fact, sodium deposits radionuclides in certain areas (notably chromium 51, manganese 54, cobalt 58, cobalt 60 and iron 59), part of which diffuses into the metal. It is therefore necessary, after washing, to carry out a pickling to obtain sufficient decontamination: it is generally considered that it is sufficient to remove a thickness of material of approximately 10 micrometers to remove all the contamination.
Il est connu, pour décontaminer de telles pièces, de les décaper avec un bain à base d'acide sulfamique additionné d'un inhibiteur, par exemple le 2-mercaptobenzimidazole. Cependant, si l'on arrive à décaper et décontaminer les pièces en acier inoxydable, l'utilisation de ce bain présente l'inconvénient de donner lieu à une corrosion intergranulaire non négligeable dans les produits traités. Cette corrosion intergranulaire peut s'expliquer par l'hydrolyse de l'acide sulfamique, laquelle entraîne la formation de sulfates, ce qui est lié à l'apparition de corrosion intergranulaire.It is known, to decontaminate such parts, to pickle them with a bath based on sulfamic acid added with an inhibitor, for example 2-mercaptobenzimidazole. However, if it is possible to pickle and decontaminate the stainless steel parts, the use of this bath has the drawback of giving rise to non-negligible intergranular corrosion in the treated products. This intergranular corrosion can be explained by the hydrolysis of sulfamic acid, which leads to the formation of sulfates, which is linked to the appearance of intergranular corrosion.
La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients en proposant un bain décapant efficace qui évite toute attaque localisée du matériau, en particulier la corrosion
intergranulaire.The object of the present invention is to remedy these drawbacks by proposing an effective pickling bath which avoids any localized attack on the material, in particular corrosion. intergranular.
Selon la principale caractéristique du bain décapant objet de la présente invention, celui-ci contient :According to the main characteristic of the pickling bath object of the present invention, it contains:
- de 0 1 M à 0,3 M d'acide citrique, - de 0,2 M à 0,5 M d'acide maléique,- from 0 1 M to 0.3 M citric acid, - from 0.2 M to 0.5 M maleic acid,
- de 0 à 0,1 W d'acide fluorhyd ique, et des impuretés accidentelles.- from 0 to 0.1 W of hydrofluoric acid, and accidental impurities.
Dans le mélange ci-dessus, l'acide citrique joue le rôle d'un réducteur et l'acide maléique le rδle d'un acidifiant. Quant à l' acide fluorhydrique, il joue le rδle de dépassivant.In the above mixture, citric acid plays the role of a reducing agent and maleic acid plays the role of an acidifier. As for hydrofluoric acid, it plays the role of overpowering.
L'invention a également pour objet un procédé de décapage d'une pièce en acier dans lequel on trempe la pièce dans un bain décapant, caractérisé en ce que ce bain décapant est le bain décrit ci-dessus» D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre de quelques exemples de mise en oeuvre, cette description étant donnée à titre illustratif et non limitatif.The subject of the invention is also a method of pickling a steel part in which the part is dipped in a pickling bath, characterized in that this pickling bath is the bath described above »Other characteristics and advantages of the invention will emerge from the description which follows of some examples of implementation, this description being given by way of illustration and not limitation.
Des essais ont été réalisés sur un acier inoxydable de type Z6 CND 18-12 provenant d'une virole de tête d'échangeur d'un réacteur nucléai e. La pièce en question était restée 35000 heures à 525°C en contact avec du sodium liquide, ce qui l'avait nettement sensibilisée à la corrosion intergranulaire. Les échantillons ont tous été prélevés dans un même morceau de tôle de 460x160x15 mm. La composition de cet acier était la suivante (en pourcentage pondéral) :Tests were carried out on a stainless steel type Z6 CND 18-12 coming from an exchanger head shell of a nuclear reactor. The part in question had remained 35,000 hours at 525 ° C in contact with liquid sodium, which had clearly sensitized it to intergranular corrosion. The samples were all taken from the same piece of sheet metal 460x160x15 mm. The composition of this steel was as follows (in percentage by weight):
- chrome : 16,2 X- chrome: 16.2 X
Les échantillons traités étaient des cylindres à extrémités arrondies, de diamètre 8 mm et de longueur 15 ou 19 mm, prélevés au coeur de la tδle. The treated samples were cylinders with rounded ends, 8 mm in diameter and 15 or 19 mm in length, taken from the core of the sheet.
Les essais ont été conduits dans un réacteur en pyrex de 1 litre de volume (diamètre intérieur 110 mm), thermostaté par un chauffe-réacteur à +2°C près. Le couvercle de ce réacteur comportait plusieurs passages utilisés pour les fonctions suivantes :The tests were carried out in a pyrex reactor of 1 liter in volume (internal diameter 110 mm), thermostatically controlled by a reactor heater to within + 2 ° C. The cover of this reactor had several passages used for the following functions:
- passage pour un réfrigérant à reflux, - passage pour un tube plongeur servant au barbotage et au balayage d'argon,- passage for a reflux condenser, - passage for a dip tube used for bubbling and argon sweeping,
- passage pour un pont électrolytique servant à relier les échantillons à une électrode de référence externe (électrode au calomel en solution saturée de chlorure de potassium, dite E.C.S.),- passage for an electrolytic bridge used to connect the samples to an external reference electrode (calomel electrode in saturated potassium chloride solution, called ECS ) ,
- passage pour les porte-échantillons, et- passage for the sample holders, and
- passage pour une électrode auxiliaire de platine.- passage for an auxiliary platinum electrode.
Le rapport surface de métal/volume de ce récipient -1 était d'environ 0,2 dm . On a utilisé plusieurs échantillons à chaque essai (de trois à six). Ceux-ci ont été reliés tour à tour à un illivoltmètre à haute impédance d'entrée permettant de connaître leur potentiel par rapport à l'électrode de référence externe.The metal surface / volume ratio of this container -1 was about 0.2 dm. Several samples were used in each test (three to six). These were connected in turn to a high input impedance illivoltmeter allowing to know their potential compared to the external reference electrode.
Ces valeurs étaient reportées sur un diagramme par un enregistreur analogique.These values were plotted on a diagram by an analog recorder.
D'autre part, un appareil de mesure de la résistance de polarisation a permis de déterminer et enregistrer une grandeur proportionnelle à 1/Rp, Rp étant la résistance de polarisation : cette grandeur est donc proportionnelle à la vitesse instantanée de corrosion. Les pesées ont été effectuées sur une balance au 1/10 de mg et des coupes micrographiques ont été réalisées et observées à l'aide d'un microscope optique.On the other hand, a device for measuring the polarization resistance made it possible to determine and record a quantity proportional to 1 / Rp, Rp being the polarization resistance: this quantity is therefore proportional to the instantaneous corrosion rate. The weighings were carried out on a 1/10 mg balance and micrographic sections were taken and observed using an optical microscope.
Le déroulement de chaque essai a été le suivant : les solutions ont d'abord été désaérées par barbotage d'argon ou d'azote, ensuite additionnées d'hydrazine, et enfin chauffées à
la température voulue* Le rδle de t'hydrazine est d'éliminer les dernières traces d'oxygène. Les échantillons ont été préalablement dégraissés et pesés, puis immergés dans le bain décapant lorsque celui-ci avait atteint la température désirée. Le suivi de la résistance de polarisation Rp pendant l'essai a permis de déterminer approximativement la vitesse de eerresion à chaque instant et, par conséquent, l'épaisseur de métal perdue par l'échant llon. Pour chaque essai, on a prolongé l'expérience jusqu'à, ce que le décapage atteigne environ 10 micromètres. Les 0 échantillons ont été ensuite rincés, séchés et pesés, ce qui a permis de déterminer l'épaisseur exacte de métal éliminée par le décapage. On a ainsi pu en déduire pour chaque bain le cofficient exact qu'il convenait d'appliquer aux mesures de 1/Rp pour les traduire en épaisseur de métal perdue par unité de temps. Pour chaque lot, un des échantillons a été ensuite tronçonné, enrobé et poli pour l'observation micrographique sur coupe longitudinale.The progress of each test was as follows: the solutions were first deaerated by bubbling argon or nitrogen, then added with hydrazine, and finally heated to the desired temperature * The role of hydrazine is to remove the last traces of oxygen. The samples were previously degreased and weighed, then immersed in the pickling bath when it had reached the desired temperature. By monitoring the polarization resistance Rp during the test, it was possible to determine approximately the rate of erosion at each instant and, consequently, the thickness of metal lost by the sample III. For each test, the experiment was extended until the pickling reached about 10 micrometers. The 0 samples were then rinsed, dried and weighed, which made it possible to determine the exact thickness of metal removed by pickling. It was thus possible to deduce therefrom for each bath the exact cofficient which it was appropriate to apply to the measurements of 1 / Rp to translate them into thickness of metal lost per unit of time. For each batch, one of the samples was then cut, coated and polished for micrographic observation on a longitudinal section.
Une seconde observation a été effectuée après attaque métallographique (attaque électrolytique dans l'acide oxalique à Q 10%)»A second observation was made after metallographic attack (electrolytic attack in oxalic acid at Q 10% ) ”
Les exemples ci-dessous se rapportent à des essais qui ont été faits avec des bains décapants conformes à l'invention r EXEWPLE,1The examples below relate to tests which have been carried out with pickling baths in accordance with the invention r EXEWPLE , 1
Le mélange utilisé contenait 0,3 tt d'acide citrique et 0,5 ft d'acide maléique.The mixture used contained 0.3 tt of citric acid and 0.5 ft of maleic acid.
On a constaté une vitesse de corrosion d'environ 1 micromètre par jour et une absence de corrosion intergranulaire. EXEMPLE 2A corrosion rate of about 1 micrometer per day was observed and an absence of intergranular corrosion. EXAMPLE 2
On a utilisé pour cet essai un produit contenant 0,3 M Q d'acide citrique, 0,5 M d'acide maléique, et 0,1 W d'acide fluorhydrique. On a constaté une vitesse de décapage constante de l'ordre de 5 micromètres par jour. D'autre part, après un décapage de 2 jours, ce qui a permis d'enlever une épaisseur de l'ordre de 10 micromètres, on n'a pas observé de corrosion 5 intergranulaire, ce qui signifie qu'il n'y a pas d'attaques de ce
type ou que, s'il y en a, elles sont limitées et inférieures à 10 micromètres.A product containing 0.3 MQ of citric acid, 0.5 M of maleic acid, and 0.1 W of hydrofluoric acid was used for this test. There has been a constant pickling speed of the order of 5 micrometers per day. On the other hand, after a pickling of 2 days, which made it possible to remove a thickness of the order of 10 micrometers, no intergranular corrosion was observed, which means that there is no no attacks of this type or, if there are any, they are limited and less than 10 micrometers.
EXEMPLE 3EXAMPLE 3
Dans cet exemple, des essais ont été réalisés sur des échantillons en acier Z15 CN 22-12 contenant moins de 1500 ppm de carbone ayant été en contact avec le sodium liquide pendant 350 heures à 450°C. Le bain de décapage utilisé était un mélange contenant 0,3 M d'acide citrique, 0,5 M d'acide maléique et 0,05 M; d'acide fluorhydrique. Sur cet acier également, l'utilisation d'un bain décapant .conforme à l'invention n'a pas donné de corrosion intergranulaire.In this example, tests were carried out on Z15 CN 22-12 steel samples containing less than 1500 ppm of carbon having been in contact with liquid sodium for 350 hours at 450 ° C. The pickling bath used was a mixture containing 0.3 M citric acid, 0.5 M maleic acid and 0.05 M; hydrofluoric acid. Also on this steel, the use of a pickling bath . according to the invention did not give intergranular corrosion.
Il est à noter que, dans le bain décapant objet de l'invention, l'acide citrique joue le rδle d'un réducteur (il a un p.k. de 3,08 à 20°C) et que l'acide maléique joue le rδle d'un acidifiant (il a un p.k. de 1,83 à 25°C) . Quant à l'acide fluorhydrique, il joue le rδle d'un dépassivant de la surface des aciers traités. En effet, on préfère travailler dans le domaine d'activité de l'acier plutôt que dans son domaine de passivité. La raison est la suivante : si, partant du domaine d'activité, les conditions changent, on passe dans le domaine de passivité et l'attaque est beaucoup plus lente, voire totalement arrêtée, ce qui n'est pas dangereux. Si, au contraire, on travaille dans le domaine de passivité, un changement des conditions de travail risque de faire passer le métal dans son domaine d'activité et on risque un emballement de la réaction et une corrosion intergranulaire importante.It should be noted that, in the pickling bath object of the invention, citric acid plays the role of a reducing agent (it has a mp of 3.08 at 20 ° C) and that maleic acid plays the role an acidifier (it has a mp of 1.83 at 25 ° C). As for hydrofluoric acid, it plays the role of a protractor of the surface of the treated steels. Indeed, we prefer to work in the field of steel activity rather than in its area of passivity. The reason is the following: if, starting from the field of activity, the conditions change, one passes into the field of passivity and the attack is much slower, even completely stopped, which is not dangerous. If, on the contrary, one works in the area of passivity, a change in the working conditions risks passing the metal into its area of activity and there is a risk of runaway reaction and significant intergranular corrosion.
Ainsi, dans le cas d'aciers fortement sensibilisés, c'est-à-dire qui ont été irradiés pendant 50.000 à 80.000 heures ou même davantage, un bain décapant contenant uniquement de l'acide maléique et de l'acide citrique est suffisant pour donner des résultats de décapage satisfaisants. C'est dans le cas où la sensibilisation est moins importante que la présence d'acide fluorhydrique devient nécessaire. La température de traitement des aciers avec le bain décapant objet de l'invention est généralement comprise entre 70 et 80°C, et de préférence voisine
de 75°C.Thus, in the case of highly sensitized steels, that is to say which have been irradiated for 50,000 to 80,000 hours or even more, a pickling bath containing only maleic acid and citric acid is sufficient to give satisfactory pickling results. It is in the case where sensitization is less important that the presence of hydrofluoric acid becomes necessary. The temperature of treatment of the steels with the pickling bath object of the invention is generally between 70 and 80 ° C, and preferably close to 75 ° C.
D'autre part, on préfère travailler en milieu réducteur, d'où l'utilisation de l'acide citrique car, si l'on travaillait en milieu oxydant, le matériau à traiter serait passive et on aurait un décapage trop lent. EXEMPLE_4On the other hand, it is preferred to work in a reducing medium, hence the use of citric acid because, if one worked in an oxidizing medium, the material to be treated would be passive and there would be too slow pickling. EXAMPLE_4
Dans cet exemple, on a traité une série d'échantillons provenant tous d'une même pièce en acier Z6-CND 17-11 à 6,55 p.p.m. de carbone restée 53000 heures à 510°C dans le sodium. Les échantillons î à 4 ont été décapés avec un bain contenant 0,3 KIn this example, we treated a series of samples all coming from the same piece of Z6-CND 17-11 steel with 6.55 p.p.m. of carbon remained 53000 hours at 510 ° C in sodium. Samples 1 to 4 were pickled with a bath containing 0.3 K
2M d'acide citrique et 0,5 M d'acide maléique auquel on a ajouté 10 d'hydrazine. Les échantillons 5 et 6 ont été décapés avec un bain contenant 0,3 M d'acide citrique, 0,5 M d'acide maléique et2M citric acid and 0.5M maleic acid to which 10 hydrazine was added. Samples 5 and 6 were pickled with a bath containing 0.3 M citric acid, 0.5 M maleic acid and
*°2 0,1 M d'acide fluorhydrique auquel on a ajouté 10 M d'hydrazine. Le décapage a été effectué en milieu désaéré à 75°C pendant une durée de 24 heures. Les résultats sont rassemblés dans le tableau ci-dessous.* 2 0.1 M hydrofluoric acid to which 10 M hydrazine has been added. The pickling was carried out in a deaerated medium at 75 ° C. for a period of 24 hours. The results are collated in the table below.
On a pu constater que la décontamination est plus rapide avec un bain contenant de l'acide fluorhydrique (échantillons 5 et 6) mais, comme, dans cet exemple, le matériau est très sensibilisé, il y a corrosion intergranulaire. Avec les
bains ne contenant pas d'acide fluorhydrique (échant llons 1 à 4), il n'y a pas eu de corrosion intergranulaire.It has been observed that decontamination is faster with a bath containing hydrofluoric acid ( samples 5 and 6) but, as, in this example, the material is very sensitized, there is intergranular corrosion. With the baths not containing hydrofluoric acid (samples 1 to 4), there was no intergranular corrosion.
On va maintenant donner quelques exemples d'essais qui ont été réalisés avec des bains décapants différents du bain 5 décapant objet de la présente invention. Dans cette série d'exemples, les échantillons utilisés étaient ceux utilisés dans les exemples 1 et 2 ci-dessus. EXEMPLE^We will now give some examples of tests which have been carried out with pickling baths different from the pickling bath which is the subject of the present invention. In this series of examples, the samples used were those used in Examples 1 and 2 above. EXAMPLE ^
Dans cet exemple, on a réalisé une série d'essais avec 10 de l'acide sulfamique conformément à l'art antérieur, l'acide sulfamique étant ou non additionné d'un inhibiteur.In this example, a series of tests was carried out with sulfamic acid in accordance with the prior art, the sulfamic acid being or not containing an inhibitor.
Avec de l'acide sulfamique seul à 0,32 M, on a constaté une vitesse de décapage irrégulière et élevée, et une corrosion intergranulaire importante (environ 200 micromètres pour un 1 décapage de 10 micromètres).With sulfamic acid alone at 0.32 M, an irregular and high pickling speed was observed, and significant intergranular corrosion (approximately 200 micrometers for a pickling of 10 micrometers).
Si on ajoute à l'acide sulfamique du 2-mercaptobenzimi- dazole, la vitesse de corrosion est pratiquement constante et on n'a pratiquement pas d'attaque intergranulaire. Cependant, une importante attaque localisée par piqûres apparaît. 2Q J.XJÏ.P_SE_6If 2-mercaptobenzimidazole is added to the sulfamic acid, the corrosion rate is practically constant and there is practically no intergranular attack. However, a major localized bite attack appeared. 2Q J.XJÏ.P_ S E_6
Dans cet essai, on a utilisé un mélange contenant 0,5 M d'acide maléique et 0,32 M d'acide sulfamique. On a observé une vitesse de corrosion stable d'environ 5 micromètres par jour, mais une corrosion intergranulaire importante pouvant atteindre 5 environ 100 micromètres pour un décapage de l'ordre de 10 micromètres. EXEMPLE_7In this test, a mixture containing 0.5 M maleic acid and 0.32 M sulfamic acid was used. A stable corrosion rate of about 5 micrometers per day has been observed, but significant intergranular corrosion of up to about 100 micrometers for pickling on the order of 10 micrometers. EXAMPLE_7
Dans cet exemple, on a utilisé un bain décapant contenant 0,5 M d'acide citrique et 0,5 M d'acide oxalique. Les 30 essais ont été effectués à une température de 85°C au lieu de 75°C. Malgré une température plus élevée que dans les exemples précédents, on a observé une très faible vitesse de décapage qui,In this example, a pickling bath containing 0.5 M citric acid and 0.5 M oxalic acid was used. The tests were carried out at a temperature of 85 ° C instead of 75 ° C. Despite a higher temperature than in the previous examples, a very low pickling speed was observed which,
Q de plus, décroît au cours du temps, ce qui interdit pratiquement d'utiliser ce produit pour le décapage.
EXEMPLE_8Q moreover, decreases over time, which practically prohibits the use of this product for pickling. EXAMPLE_8
Les mêmes échantillons qu'à l'exemple précédent ont été traités à 85°C dans un bain contenant 0,5 M d'acide citrique, 0,2M d'acide oxalique, et 1 g par litre d'acide diamine tétracétique (E.D.T.A.). Ce produit est capable de complexer des ions ferreux et il donne une vitesse de corrosion de t'erdre d'un micromètre par jour. Cependant, les observations mîcrographiques révèlent une corrosion intergranulaire importante dont la profondeur peut atteindre 60 micromètres pour un décapage de 7 micromètres.The same samples as in the previous example were treated at 85 ° C. in a bath containing 0.5 M of citric acid, 0.2 M of oxalic acid, and 1 g per liter of diamine tetracetic acid (EDTA ). This product is capable of complexing ferrous ions and gives a corrosion rate of one micrometer per day. However, micrographic observations reveal significant intergranular corrosion, the depth of which can reach 60 micrometers for a pickling of 7 micrometers.
Ainsi le bain décapant objet de L'invention présente des avantages particulièrement intéressants puisque c'est le seul qui permet d'avoir une vitesse de décapage constante et suffisamment élevée pour pouvoir être utilisé à l'échelle industrielle et qui, d'autre part, ne donne pas de corrosion intergranulaire, ni d'attaque par piqûres ou autres. De plus, ce procédé est adaptable, par la souplesse des fourchettes de concentrations des produits utilisés, à une gamme très étendue de nuances d'acier et de degrés de sensibilisations.Thus the pickling bath object of the invention has particularly interesting advantages since it is the only one which allows to have a constant pickling speed and sufficiently high to be able to be used on an industrial scale and which, on the other hand, does not give intergranular corrosion, or pitting or other attack. In addition, this process is adaptable, by the flexibility of the concentration ranges of the products used, to a very wide range of steel grades and degrees of sensitization.
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