不銹鋼表面的酸洗鈍化和檢驗

1、不銹鋼表面的酸洗鈍化和檢驗不銹鋼表面的酸洗鈍化2007-12-07 23:331不銹鋼酸洗鈍化的必要性 : 奧氏體不銹鋼具有良好的耐蝕性能，抗高溫氧化性能，較好的低溫性能及 優(yōu)良的機械與加工性能。因此廣泛用于化工、石油、動力、核工程、航天 航空、海洋、醫(yī)藥、輕工、紡織等部門。其要緊目的在于防腐防銹。不銹 鋼的耐腐蝕要緊依靠表面鈍化膜，如果膜不完整或有缺陷，不銹鋼仍會被 腐蝕。工程上通常進行酸洗鈍化處理，使不銹鋼的耐蝕潛力發(fā)揮得更大。 在不銹鋼設(shè)備與部件在成形、組裝、焊接、焊縫檢查（如探傷、耐壓試驗 ）及施工標記等過程中帶來表面油污、鐵銹、非金屬臟物、低熔點金屬污染 物、油漆、焊渣與飛濺物等，這

2、些物質(zhì)阻礙了不銹鋼設(shè)備與部件表面質(zhì)量， 破壞了其表面的氧化膜，降低了鋼的抗全面腐蝕性能和抗局部腐蝕性能（包括點蝕、縫隙腐蝕 ），甚至會導致應(yīng)力腐蝕破裂。不銹鋼表面清洗、酸洗與鈍化，除最大限度提升耐蝕性外，還有防止產(chǎn)品 污染與獲得美觀的作用。在 GBl50 一 1998鋼制壓力容器規(guī)定， “有防 腐要求的不銹鋼及復合鋼板制造的容器的表面應(yīng)進行酸洗鈍化” 。這一規(guī)定 是針對石油化工中使用的壓力容器而言的，因為這些設(shè)備用于直截了當與 腐蝕介質(zhì)相接觸的場合，從保證耐蝕耐蝕性動身，提出酸洗鈍化是必要的。 對其他工業(yè)部門，如并非出于防腐目的，僅基于清潔與美觀要求，而采納 不銹鋼材料的則無需酸洗鈍化。但對不

3、銹鋼設(shè)備的焊縫還需要進行酸洗鈍 化。對核工程、某些化工裝置及其它使用要求嚴格的，除酸洗鈍化外，還 要采納高純度介質(zhì)進行最終精細清洗或進行機械、化學與電解拋光等精整 處理。2不銹鋼酸洗鈍化原理不銹鋼的抗腐蝕性能要緊是由于表面覆蓋著一層極薄的（約1nm）致密的鈍化膜，這層膜 1n 腐蝕介質(zhì)隔離，是不銹鋼防護的差不多屏障。不銹鋼鈍化 具有動態(tài)特點，不應(yīng)看作腐蝕完全停止，而是形成擴散的阻擋層，使陽極 反應(yīng)速度大大降低。 通常在有還原劑 （如氯離子 ）情形下傾向于破壞膜， 而在 氧化劑 （如空氣 ）存在時能保持或修復膜。不銹鋼工件放置于空氣中會形成氧化膜，但這種膜的愛護性不夠完善。通 常先要進行完全清洗

4、，包括堿洗與酸洗，再用氧化劑鈍化，才能保證鈍化 膜的完整性與穩(wěn)固性。酸洗的目的之一是為鈍化處理制造有利條件，保證 形成優(yōu)質(zhì)的鈍化膜。因為通過酸洗使不銹鋼表面平均有10 a m厚一層表面被腐蝕掉，酸液的化學活性使得缺陷部位的溶解率比表面上其它部位高， 因此酸洗可使整個表面趨于平均平穩(wěn)，一些原先容易造成腐蝕的隱患被清 除掉了。但更重要的是，通過酸洗鈍化，使鐵與鐵的氧化物比鉻與鉻的氧 化物優(yōu)先溶解，去掉了貧鉻層，造成鉻在不銹鋼表面富集，這種富鉻鈍化 膜的電位可達+1.0V（SCE），接近貴金屬的電位，提升了抗腐蝕的穩(wěn)固性。 不同的鈍化處理也會阻礙膜的成分與結(jié)構(gòu)，從而阻礙不銹性，如通過電化 學改性處理

5、，可使鈍化膜具有多層結(jié)構(gòu)，在阻擋層形成 CrO3 或 Cr2O3， 或形成玻璃態(tài)的氧化膜，使不銹鋼能發(fā)揮最大的耐蝕性。國內(nèi)外學者對不銹鋼鈍化膜的生成進行了大量研究。 以近幾年北京科大對 3 16L鋼鈍化膜光電子能譜（xps）研究為例作簡述1。不銹鋼鈍化是表面層由 于某種緣故溶解與水分子的吸附，在氧化劑的催化作用下，形成氧化物與 氫氧化物，并與組成不銹鋼的 cr、 Ni 、Mo 元素發(fā)生轉(zhuǎn)換反應(yīng)，最終形成 穩(wěn)固的成相膜，阻止了膜的破壞與腐蝕的發(fā)生。其反應(yīng)歷程為：Fe? H20+O* FeOH? O*ad+H+eFeOH? O*ad FeO? O*ad+H+eFeO? O*ad+H2O FeOOH

6、+O*十 H+eFeO? O*ad FeO+O*FeOOH+Cr+H2OCrOOH+Fe? H202FeOOH Fe203+H202CrOOH Cr203+H20MO+3FeO+3H2O MOO3+3Fe? H20Ni+FeO+2H20NiO+Fe? H20（其中Os表示鈍化過程中的催化劑，且在鈍化迪隉中濃度不變，ad表示吸附中間體。 ）可見，316L鈍化膜最表層存在 Fe2O3 Fe（OH）3、或丫 -FeOOH、Cr203、 CrOOH或Cr（OH）3、MO以MOO形式存在，鈍化膜要緊成分為 CrO3、Fe O 與 NiO。3不銹鋼酸洗鈍化的方法與工藝3 1 酸洗鈍化處理方法比較不銹鋼設(shè)備

7、與零部件酸洗鈍化處理按照操作不同育多種方法，其適用范疇 與特點見表 1.32酸洗鈍化處理配方舉例321 一樣處理 2按照ASTMA380 1999，僅以300系列不銹鋼為例，（1）酸洗藥劑HNO36%25% +HF0. 5%8%（體積分數(shù)）；溫度2160C;時刻按需要； 或藥劑檸檬酸銨 5%10%（質(zhì)量分數(shù)）；溫度4971C ；時刻1060min。（2）鈍化藥劑HNO320%50%（體積分數(shù)）; 溫度4971C ；時刻1030min;或溫度2l38C ；時刻3060min ；或藥劑 HNO320%50%+Na2Cr207H2022% 6%（質(zhì)量分數(shù)）； 溫度4954C； 時刻1530min;或

8、溫度2138C ；時刻3060min。（3）除鱗酸洗藥劑H2SO48%11%（體積分數(shù)）;溫度6682C； 6寸間545min;及藥劑 HNO36%25%+HF 05%8%（體積分數(shù) ）；溫度2160C；或 HNO315%25% +HFI % 8%（體積分數(shù)）。322 膏劑法處理（1）以廣州石化尿素不銹鋼新設(shè)備內(nèi)表面焊縫及母材鈍化和修理表面打磨焊 縫的局部鈍化為例 3酸洗膏：25% HNO+4 % HF+7I %冷凝 水（體積分數(shù)）與BaSO,調(diào)至糊狀。鈍化膏：30% HNO3 或 25% HNO3+1 % （質(zhì)量分數(shù)）K2Cr207 與 BaSO7調(diào)至糊狀。 涂覆表面530min,用冷凝水沖

9、洗至pH=7,對單臺設(shè)備也可采納噴灑雙氧 水的化學鈍化法。（2）以上海大明鐵工廠專利 m 為例。酸洗鈍化膏：HN038 %14% （作鈍化劑）;HFl0 %15% （作腐蝕劑）;硬月S酸鎂2. 2%2. 7% （作增稠劑）硝酸鎂 60%70%（作填料,提升粘附力與滲透性 ）； page多聚磷酸鈉 2. 3%2. 8%（作緩蝕劑 ）；水（調(diào)劑粘度 ）。3. 2. 3 電化學法處理以廈門大學專利 5 為例,其處理方法是：將待處理的不銹鋼工件作陽極, 操縱恒電位進行陽極化處理,或者將不銹鋼工件先作陰極,操縱恒電位進 行陰極化處理,再將不銹鋼工件作陽極,操縱恒電位進行陽極化處理,并 連續(xù)改變其恒電位進

10、行鈍化處理, 電解質(zhì)溶液均采納 HN03 。經(jīng)如此處理后, 不銹鋼鈍化膜性質(zhì)得到改善，耐蝕性能大大提升。點蝕臨界電位 (Eb)提升 約1000mV(在3% NaCI中)，抗平均腐蝕性能提升三個數(shù)量級(在45C的2 0% 30% H2S04 中)。4不銹鋼酸洗鈍化的應(yīng)用范疇41 不銹鋼設(shè)備制造過程中的酸洗鈍化處理411 切削加工后的清洗及酸洗鈍化 6 不銹鋼工件經(jīng)切削加工后表面上通常會殘留鐵屑、鋼末及冷卻乳液等污物， 會使不銹鋼表面顯現(xiàn)污斑與生銹，因此應(yīng)進行脫脂除油，再用硝酸清洗， 既去除了鐵屑鋼末，又進行了鈍化。412 焊接前后的清洗及酸洗鈍化 7由于油脂是氫的來源，在沒有清除油脂的焊縫中會形

11、成氣孑 L ,而低熔點金 屬污染(如富鋅漆 )焊接后會造成開裂，因此不銹鋼焊前必須將坡口及兩側(cè)20mm 內(nèi)的表面清理潔凈，油污可用丙酮擦洗，油漆銹跡應(yīng)先用砂布或不銹 鋼絲刷清除，再用丙酮擦凈。不銹鋼設(shè)備制造不管采納何種焊接技術(shù)，焊后均要清洗，所有焊渣、飛濺 物、污點與氧化色等均要除掉，清除方法包括機械清洗與化學清洗。機械 清洗有打磨、拋光與噴砂噴丸等，應(yīng)幸免使用碳鋼刷子，以防表面生銹。為取得最好的抗腐蝕性能，可將其浸泡在 HNO3和HF的混液中，或采納 酸洗鈍化膏。實際上常 4 锎 1 械清洗與化學清洗結(jié)合起來應(yīng)用。413 鍛鑄件的清洗 6 經(jīng)鍛鑄等熱加工后的不銹鋼工件，表面往往有一層氧化皮、

12、潤滑劑或氧化 物污染，污染物包括石墨、二硫化鉬與二氧化碳等。應(yīng)通過噴丸處理、鹽 浴處理以及多道酸洗處理。如美國不銹鋼渦輪機葉片處理工藝為：鹽浴(10min)水淬(2.5min)硫酸洗(2min)冷水洗(2min)堿性高錳酸鹽 浴(10min)冷水洗(2min)硫酸洗(1rain)冷水洗(1min)硝酸洗(1. 5min) 冷水洗(1min)熱水洗(1min)空氣干燥。4 2新裝置投產(chǎn)前的酸洗鈍化處理 許多大型化工、化纖、化肥等裝置的不銹鋼設(shè)備與管道在投產(chǎn)開工前要求進行酸洗鈍化。盡管設(shè)備在制造廠已進行過酸洗，去除了焊渣與氧化皮， 但在存放、運輸、安裝過程中又難免造成油脂、泥砂、鐵銹等的污染，為

13、確保裝置與設(shè)備試車產(chǎn)品 （專門是化工中間體及精制品 ）的質(zhì)量能夠達到要 求，保證一次試車成功，必須進行酸洗鈍化。如 H2O2 生產(chǎn)裝置不銹鋼設(shè) 備與管道，投產(chǎn)前必須進行清洗，否則若有污物重金屬離子會使催化劑中 毒。另外，如金屬表面有油脂與游離鐵離子等會造成H2O2 的分解，劇烈放出大量熱，引發(fā)著火，甚至爆炸。同樣對氧氣管道來講存在微量油污與 金屬微粒也可能產(chǎn)生火花而發(fā)生嚴峻后果。43 現(xiàn)場檢修中的酸洗鈍化處理在精制對苯二甲酸（PTA），聚乙烯醇（PVA），腈綸，醋酸等生產(chǎn)裝置的設(shè)備 材料中，大量使用奧氏體不銹鋼 316L、317、304L,由于物料都含有 Cl-、 Br-、 SCN-、甲酸等有

14、害離子，或由于污垢、物料結(jié)聚，會對設(shè)備產(chǎn)生點 蝕、縫隙腐蝕與焊縫腐蝕。在停車檢修時能夠?qū)υO(shè)備或部件進行全面或局 部酸洗鈍化處理，修復其鈍化膜，以防局部腐蝕擴展。如上海石化PTA裝置干燥機的不銹鋼管子更新檢修及腈綸裝置的不銹鋼換熱器檢修等均進行 過酸洗鈍化。44在役設(shè)備除垢清洗 石油化工裝置中的不銹鋼設(shè)備，專門是換熱器，經(jīng)一定時刻運行后，內(nèi)壁 會沉積各種污垢，如碳酸鹽垢、硫酸鹽垢、硅酸鹽垢、氧化鐵垢、有機物 垢、催化劑垢等，阻礙了換熱成效，同時會造成垢下腐蝕。需要選擇合適 的清洗劑進行除垢，可采納硝酸、硝酸 +氫氟酸、硫酸、檸檬page酸、ED TA、水基清洗劑等，并添加適量的緩蝕劑。除垢清洗后

15、，如需要可再進行 鈍。化處理。如上海石化 PTA、醋酸、腈綸等裝置的不銹鋼換熱器均進行 過除垢清洗。5不銹鋼酸洗鈍化的注意事項51 酸洗鈍化的前處理 不銹鋼工件酸洗鈍化前如有表面污物等，應(yīng)通過機械清洗，然后除油脫脂。 如果酸洗液與鈍化液不能去除油脂，表面存在油脂會阻礙酸洗鈍化的質(zhì)量，為此除油脫脂不能省略，能夠采納堿液、乳化劑、有機溶劑與蒸汽等進行。5. 2酸洗液及沖洗水中Cl-的操縱某些不銹鋼酸洗液或酸洗膏采納加入鹽酸、高氯酸，三氯化鐵與氯化鈉等 含氯離子的腐蝕介質(zhì)作為主劑或助劑去除表面氧化層，除油脂用三氯乙烯 等含氯有機溶劑，從防止應(yīng)力腐蝕破裂來講是不太適宜的。此外，對初步 沖洗用水可采納工

16、業(yè)水，但對最終清洗用水要求嚴格操縱鹵化物含量。通 常采納去離子水。 如石化奧氏體不銹鋼壓力容器進行水壓試驗用水， 操縱 C1-含量不超過25mg/L,如無法達到這一要求，在水中可加入硝酸鈉處理， 使其達到要求，C1-含量超標，會破壞不銹鋼的鈍化膜，是點蝕、縫隙腐蝕、 應(yīng)力腐蝕破裂等的根源。5. 3酸洗鈍化操作中的工藝操縱 硝酸溶液單獨用于清除游離鐵和其它金屬污物是有效的，但對清除氧化鐵 皮，厚的腐蝕產(chǎn)物，回火膜等無效，一樣應(yīng)采納 HNO3+HF 溶液，為了方 便與操作安全， 可用氟化物代替 HF2 。單獨 HNO3 溶液可不加緩蝕劑， 但HN03+HF酸洗時，需要加Lan-826。使用HN03

17、+HF酸洗，為防止腐蝕， 濃度應(yīng)保持5: 1的比例。溫度應(yīng)低于49C，如過高，HF會揮發(fā)。 對鈍化液， HNO3 應(yīng)操縱在 20 50之間，按照電化學測試， HNO3 濃 度小于20%處理的鈍化膜質(zhì)量不穩(wěn)固，易產(chǎn)生點蝕8，但HNO3濃度也不 宜大于 50，要防止過鈍化。用一步法處理除油酸洗鈍化， 盡管操作簡便，節(jié)約工時，但該酸洗鈍化液 （膏） 中會有腐蝕性HF，因此其最終愛護膜質(zhì)量不如多步法。 酸洗過程中承諾在一定范疇內(nèi)調(diào)整酸的濃度、溫度與接觸時刻。隨著酸洗 液使用時刻的增長，必須注意酸濃度和金屬離子濃度的變化，應(yīng)注意幸免 過酸洗，鈦離子濃度應(yīng)小于 2%，否則會導致嚴峻的點蝕。一樣來講，提升

18、酸洗溫度會加速與改善清洗作用，但也可能增加表面污染或損壞的危險。5. 4不銹鋼敏化條件下酸洗的操縱 2 某些不銹鋼由于不良熱處理或焊接造成敏化， 采納 HNO&HF 酸洗可能會產(chǎn) 生晶間腐蝕，由晶間腐蝕引起的裂縫在運行時，或清洗時，或隨后加工中， 能夠濃縮鹵化物，而引起應(yīng)力腐蝕。這些敏化不銹鋼一樣不宜用 HNO3+HF 溶液除鱗或酸洗。 在焊后如必須進行這種酸洗， 應(yīng)采納超低碳或穩(wěn)固化的 不銹鋼。55 不銹鋼與碳鋼組合件的酸洗對不銹鋼與碳鋼組合件 （如換熱器中不銹鋼管子、 管板與碳鋼殼體 ），酸洗鈍 化若采納 HNO3 或 HNO3+HF 會嚴峻腐蝕碳鋼，這時應(yīng)添加合適的緩蝕劑 如Lan-826。當不銹鋼與碳鋼組合件在敏化狀態(tài)下， 不能用HN03+HF酸洗 時，可采納羥基乙酸（2%）+甲酸（2%）+緩蝕劑，溫度93C，時刻6