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不锈钢酸洗钝化原理和钝化的方法与工艺

发布时间:2022-06-03 09:20:58点击:400

奥氏体不锈钢具有良好的耐腐蚀性、耐高温氧化性、良好的低温性能和优异的机械加工性能。因此,广泛应用于化工、石油、动力、核工程、航空航天、海洋、医药、轻工、纺织等部门。其主要目的是防腐和防锈。不锈钢的耐腐蚀性主要依赖于表面钝化膜。如果薄膜不完整或有缺陷,不锈钢仍会被腐蚀。酸洗钝化通常用于工程中,使不锈钢具有更大的耐腐蚀性。

在成型、组装、焊接、焊缝检查(如探伤、耐压试验)、施工标志等过程中,表面油污、锈蚀、非金属污垢、低熔点金属污染物、油漆、焊渣、飞溅物等影响不锈钢设备和部件的表面质量,破坏其表面氧化膜,降低钢的综合耐腐蚀性和局部耐腐蚀性(包括点腐蚀、间隙腐蚀),甚至导致应力腐蚀破裂。

不锈钢表面清洗、酸洗和钝化,除了限度地提高耐腐蚀性外,还可以防止产品污染,获得美观的效果。根据GB150的压力容器,不锈钢和复合钢板制造的容器的表面应进行酸洗和钝化。该规定是针对石油化工中使用的压力容器,因为这些设备用于直接接触腐蚀介质,有必要提出酸洗和钝化,以确保耐腐蚀性。对于其他工业部门,如果不是为了防腐,只是基于清洁和美观的要求,而不锈钢材料不需要酸洗和钝化。但不锈钢设备的焊缝也需要酸洗和钝化。对于核工程,部分化工设备等使用要求严格,除酸洗和钝化外,还采用高纯度介质进行终精细清洗或机械、化学、电解抛光等精细处理。

不锈钢的耐腐蚀性主要是由于表面覆盖了一层非常薄(约1nm)致密的钝化膜,这是不锈钢保护的基本屏障。不锈钢钝化具有动态特性,不应被视为完全停止腐蚀,而是形成扩散的屏障层,大大降低了阳极反应速度。通常,当有还原剂(如氯离子)时,倾向于损坏,当氧化剂(如空气)存在时,膜可以保持或修复。

不锈钢工件放置在空气中会形成氧化膜,但这种膜的保护性不完善。通常需要彻底清洗,包括碱洗和酸洗,然后用氧化剂钝化,以确保钝化膜的完整性和稳定性。酸洗的目的之一是为钝化处理创造良好的条件,以确保高质量的钝化膜的形成。由于不锈钢表面平均腐蚀10μm厚,酸液的化学活性使缺陷部位的溶解率高于表面其他部位,因此酸洗可使整个表面均匀平衡,去除一些容易引起腐蚀的隐患。但更重要的是,通过酸洗钝化,铁和铁的氧化物优先溶解铬和铬氧化物,去除贫铬层,导致铬在不锈钢表面丰富。该富铬钝化膜的电位可达到+(SCE),接近贵金属的电位,提高了耐腐蚀性的稳定性。不同的钝化处理也会影响膜的成分和结构,从而影响不锈钢。例如,通过电化学改性处理,钝化膜可以具有多层结构,形成Cro3或Cr2o3,或形成玻璃氧化膜,使不锈钢发挥的耐腐蚀性。

国内外学者对不锈钢钝化膜的生成进行了大量的研究。以北京科技大学近年来对316L钢钝化膜光电子能谱(xps)的研究为例[1]。不锈钢钝化是由于某种原因溶解和水分子吸附,在氧化剂催化作用下形成氧化物和氢氧化物,并与不锈钢cr、Ni、Mo元素发生转换反应,终形成稳定的膜,防止膜的损坏和腐蚀。

方法与工艺

3.1酸洗钝化处理方法比较。

根据不同的操作,对不锈钢设备和零件进行酸洗钝化处理的方法有很多,如下:

浸渍法:用于可放入酸洗罐或钝化罐的零件,但不适用于大型设备。酸洗液可长期使用,生产效率高,成本低;大容量设备充满酸浸渍液。

涂刷法适用于大型设备的内表面和局部处理,物工操作,劳动条件差,酸液无法回收。

膏法:用于安装或维修现场,特别是焊接部处理手工操作,劳动条件差,生产成本高。

喷雾法:用于安装现场,大容器内壁用液量低,成本低,速度快,但需配备喷枪和循环系统。

循环方式:用于换热器等大型设备,管壳处理施工方便,酸液可回用,但需配管与泵连接。

电化学法:既可用于零件,也可用于现场设备表面处理技术复杂,需要直流电源或恒电位计。

3.2.1根据ASTMA380-1999,一般处理仅以300系列不锈钢为例,

(1)酸洗剂HNO36%~25%+HF0.5%~8%(体积分数);温度21~60℃;时间按需;或者柠檬酸铵5%~10%(质量分数);温度49~71℃;时间10~60min。

(2)钝化剂HNO320%~50%(体积分数);温度49~71℃;时间10~30min;或者温度2l~38℃;时间30~60min;或者HNO320%~50%+Na2Cr207H2022%~6%(质量分数);温度49~54℃;时间15~30min;或者温度21~38℃;时间30~60min。

(3)除鳞酸洗剂H2SO48%~11%(体积分数);66~82℃;6时5~45min;以及HNO36%~25%+HF0.5%~8%(体积分数);21~60℃;或者HNO315%~25%+HFl%-8%(体积分数)。

3.2.2膏剂处理。

(1)以广州石化尿素不锈钢新设备内表面焊缝、母材钝化、表面抛光焊缝局部钝化维护为例,酸洗膏:

25%HNO~+4%HF+7l%冷凝水(体积分数)和Baso,调至糊状。钝化膏:

30%HNO3或25%HNO3+1%(质量分数)K2Cr207和BaSO7调至糊状。涂层表面5~30min,用冷凝水冲洗至pH=7,喷洒过氧化氢的化学钝化法也可用于单台设备。

(2)以上海大明铁厂专利为例。酸洗钝化膏:

HN038%~14%(作为钝化剂);

HFl0%~15%(作为腐蚀剂);硬脂酸镁2.2%~2.7%(作为增稠剂)

硝酸镁60%~70%(作为填料,提高附着力和渗透性);多聚磷酸钠2.3%~2.8%(作为缓蚀剂);水(调节粘度)。

3.2.3电化学处理。

以厦门大学专利为例,其处理方法是将待处理的不锈钢工件作为阳极,控制恒电位进行阳极化处理,或将不锈钢工件作为阴极,控制恒电位进行阴极化处理,然后将不锈钢工件作为阳极,控制恒电位进行阳极化处理,并继续改变其恒电位进行钝化处理,电解质溶液均采用HN03。经过这种处理,不锈钢钝化膜的性能得到了提高,耐腐蚀性大大提高。点蚀临界电位(Eb)提高约1000mV(3%Nacl),抗均匀腐蚀性提高3个数量级(45℃20%~30%H2S04)。

应用范围

4.1不锈钢设备制造过程中的酸洗钝化处理。

4.1.1切削后的清洗和酸洗钝化。

切割加工后,不锈钢工件表面通常会残留铁屑、钢屑、冷却乳液等污垢,导致不锈钢表面出现污渍和锈蚀。因此,应进行脱脂和除油,然后用硝酸清洗,不仅去除铁屑,而且钝化。

4.1.2焊接前后的清洗和酸洗钝化。

由于油是氢的来源,在不清除油的焊缝中会形成气孔,低熔点金属污染(如富锌涂料)焊接后会开裂,因此不锈钢焊接前必须清洁坡口和两侧20mm内的表面,油可用丙酮擦洗,油漆锈应用砂布或不锈钢丝刷清除,然后用丙酮清洗。无论采用什么焊接技术,焊接后都应清洗不锈钢设备,所有焊渣、飞溅、污渍和氧化物都应去除,包括机械清洗和化学清洗。机械清洗包括抛光、抛光和喷砂喷丸,应避免使用碳钢刷,以防止表面锈蚀。为了获得的耐腐蚀性,浸泡在HNO3和HF中。


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