CF8和CF8M不锈钢精铸件酸洗钝化工艺的探讨与应用.docx

2003 年第 3 期阀门 19 文章编号 : 100225855 (2003) 0320019203CF8 和 CF8M 不锈钢精铸件酸洗钝化工艺的探讨与应用赖海瑜 , 关书明 , 冯 旭(广东明珠球阀集团股份有限公司 , 广东 兴宁 514500)摘要探讨了 CF8 和 CF8M 不锈钢精铸件的酸洗液配比对铸件表面质量的影响以 及酸洗和钝化的操作工艺 。关键词 CF8 、CF8M 不锈钢 ; 精铸件 ; 酸洗 ; 钝化中图分类号 : TG1561617文献标识码 : AThe study and application of work process of acidic picklingand inactivation for CF8 and CF8M stainless steel precision castingsLA I Hai2yu , GUAN Shu2ming , FEN G Xu( Guang Dong Mingzhu Ball Valve Group Co. , Ltd , XingNing 514500 , China)Abstract : Study on the affection of the acidic pickling solution composition to the surface quality of stainless steel precision Castings and the work process for acidic pickling and inacti2 vationKey words : CF8 、CF8M stainless steel ; precision castings ; acidic pickling inactivation1概述在市场经济的条件下 , 用户需求是不断变 化提高的 , 对现在的阀门行业来说 , 用户对阀 门的要求 , 不但要有好的内部质量 , 而且还要 求有光洁美观的外表 , 特别对不锈钢铸造的阀 门 , 越来越多的用户要求阀门外表面不喷漆 , 而改为进行表面酸洗钝化处理 。针对用户提出 的新要求 , 我们公司采取了积极的对策予以响 应 , 经过近两年的摸索 、实践和改进 , 对不锈 钢阀体等铸件的酸洗工艺取得了比较成熟的操 作经验 。一般不锈钢阀门铸件进行热处理时 , 均在氧化气氛中进行 , 使表面层贫铬 , 降低了其耐 蚀性 , 所以要进行酸洗去掉这种贫铬层 。CF8 和 CF8M 精铸件酸洗质量的好坏与合金元素 的耐腐蚀性有关 , 另外还取决于酸洗液对铸件 氧化皮的腐蚀清除能力 。Cr2Ni 不锈钢具有较 好的耐硫酸和硝酸性 , 不耐盐酸腐蚀 , 如何利 用盐酸的去氧化皮能力强及硝酸使铸件外观银 白光亮这一特点 , 选用合适的酸液配比 , 成为 我们探讨的课题 。2 耐蚀性分析CF8 和 CF8M 中的 Cr 、Ni 、Mo 含量 (表 1) 对材料的耐蚀性有直接影响 。表 1 CF8 和 CF8M 不锈钢铸件的化学成分(质量分数 , %)钢号CMnPSSiCrNiMoCF2801081150010401042100181021108101110CF28M01081150010401041150181021109101210210310作者简介 : 赖海瑜 (1962 - ) , 男 , 广东兴宁人 , 工程师 , 从事阀门设计 、制造工艺技术工作 。 20 阀门2003 年第 3 期211 Cr 元素Cr 是不锈钢中主要的耐腐蚀元素 , 加入 铁基因溶体后 , 其电极电位升高 , 同时 Cr 还 吸收 Fe 电子使 Fe 钝化1, 从而达到减轻酸的 电化学腐蚀作用 (图 1) 。图 1 Cr 对 011 %碳钢在沸腾的 65 %硝酸中 耐蚀性能的影响 (48h 35 周期时间)2212 Ni 元素1 - 1 1001 150 空气冷却 2 - 1 + 650 4h 空气冷却图 3 Mo 对 1828 钢在 70 的 10 %硫酸中的 耐腐蚀性能的影响3综合分析 , CF8 和 CF8M 不锈钢在不同 酸性介质中的耐腐蚀性能见表 2 。从表 2 对比 可知 , 硝酸对 CF8 和 CF8M 的腐蚀率远比硫 酸和盐酸要低 , 所以只要控制酸洗液适当的浓 度和操作时间 , 用硝酸为主的酸液对 CF8 和 CF8M 进行表面处理是可行的 。表 2 CF8 和 CF8M 在不同腐蚀条件下的耐蚀率 mm/ aNi 是优良的耐腐蚀材料 。在钢中是形成50 20 %50 30 % 50 115mm/ a) 。CF8 1150105 115 115 CF8M015115015 11501050153 酸液组分对酸洗质量的影响311 精铸件酸洗的特殊性精铸件型壳由石英 、铝矾士和刚玉等耐火 材料组成 , 经过高温焙烧形成 520mm 厚的 陶瓷型壳 , 耐火度可达 1 700 。铸件在高温 下凝固和冷却 , 进行热处理后 , 形成很厚的氧 化皮层 。用单一的酸很难清除此氧化层 , 因此 精铸件的酸洗工艺需采用混合酸液 。312盐酸 盐酸在常温下有很强的溶解氧化皮的能力 , 并且随着浓度增加浸蚀速度也加快 。但当 盐酸浓度达到 20 %以上时 , 基体金属的浸蚀 速度比氧化物的浸蚀速度要快得多4。同时 在酸洗过程中 , 盐酸与基体金属反应易挥发出 黄色有毒烟气 , 且液体体积迅速膨胀 , 操作极 不安全 , 易于导致酸洗过度 。因此不宜采用盐 酸为主的酸液酸洗 , 而只加入少量的盐酸 , 利 用盐酸对氧化皮溶解快的特性 , 以促进氧化皮 2003 年第 3 期阀门 21 层的溶解 。313硫酸 硫酸对氧化皮的溶解能力比盐酸低 ( FeO在 15 % 的 盐 酸 中 溶 解 速 率 达 1151g/ h , 在 15 %的硫酸中溶解速率为 01056g/ h) , 而对基 体金属的腐蚀却要快得多 ( CF8 在 10 %盐酸 中腐蚀速率为 1131mm/ a , 在 10 %的硫酸中腐 蚀速率为 4315mm/ a) , 所以不用硫酸作为酸 洗液组分 , 以防酸洗过度 。314 硝酸和氢氟酸硝酸属于强氧化剂 , 而硝酸对基体的腐蚀又小得多 (见表 2) 。当以硝酸为主要酸洗液 组分时 , 使铬氧化物由低价变为高价 , 从而加 快了铬氧化物的去除 , 而高价铁氧化物较难去 除 。因此加入少量氢氟酸和盐酸 , 这样 F - 和 Cl - 可以置换氧化物中的氧 , 明显的提高酸洗 液的溶解能力 , 同时氢氟酸对精铸件表面硅酸 盐类残留物有较强的溶解能力 , 增加金属基体 的光亮度 。所以 , 以硝酸为主 , 氢氟酸和盐酸 为辅的酸洗液为首选方案 。4 酸洗质量对比表 3 CF8 和 CF8M 钢精铸件酸洗质量对比序号酸洗液配比酸洗时间/ min酸洗温度/ 酸洗后铸件表面质量钝化后铸件表面质量( HCl) = 30 % ,( HNO3) = 15 %1缓蚀剂 :适量12常温( H2SO4 ) = 18 % , ( HNO3 ) =银白色 ,无光泽 ,CF8M发乌 ,有黑斑银白色 , 稍具光泽 , 不 褪色27 % ,( HF) = 3 %30常温暗灰色 ,有黑斑灰色 ,无光泽( HNO3) = 50 % , ( HF) = 25 %3缓蚀剂 :适量10常温( HNO3) = 30 % , ( HF) = 15 %银灰色 ,无光泽 ,CF8M有少许黑斑银白色 , 有光泽 , 不褪 色银白色 , 有光泽 , 不褪4HCl 和缓蚀剂 :适量2常温银灰色 ,无光泽色酸洗质量见表 3 。试验结果表明 , 配方 3 和 4 的硝酸型酸洗液质量最好 , 且所需时间最 短 , 生产效率高 , 操作安全 。5酸洗工艺方案511预处理CF8 和 CF8M 精铸件酸洗前应采用抛丸 处理去除铸件表面的热处理氧化皮及残砂 。应 保证抛丸质量 , 抛丸后应用清水冲洗 , 将铸件 表面的浮砂和尘污除净 。512酸洗液的组成采用表 3 中的配方 3 和 4 , 即硝酸型酸洗 液 。以硝酸为主 , 添加少量的盐酸增加酸洗液100 ) 热风吹干 。6 精铸件的钝化611 钝化处理是指在特定的化学处理溶液中 成膜 、沉淀或局部吸附 , 使铸件表面的局部活 性点失去化学活性而呈钝态的过程 。经钝化处 理的铸件能保持金属光泽 , 提高耐蚀性 , 使铸 件外表呈均匀银白光亮色泽 。但需要特别指出 的是 钝 化 前 精 铸 件 要 用 不 锈 钢 丸 ( 015mm) 进行抛丸处理 。612 钝化液配方及工艺参数钝化溶液配方及有关工艺参数见表 4 。表 4 钝化液配方及工艺参数5的去除氧化皮能力 , 加入一定量的氢氟酸除去配 成分(质量分数 , %)使用温度 处理时间应用范围铸件表面的硅酸盐类残砂 , 并增加铸件光亮度。酸洗工艺过程1402040常温3060 奥氏体不锈钢预处理 酸洗 冲洗 抛丸 (不锈钢丸 ,2301555常温3060 奥氏体不锈钢513方 硝酸 氢氟酸 水/ / s015mm)冲 洗 钝 化 热 水洗 ( 90 (下转第 28 页) 28 阀门2003 年第 3 期吸收稳定塔塔顶管道等 。通常低温湿 H2 S 腐 蚀环境的介质有酸性水 、酸性气 、富胺液和贫 胺液等 。一般来说 , 用于低温湿 H2 S 环境的阀门 , 阀体选材对气相介质并可预见有少量凝结水出 现的低温湿 H2 S 环境 , 若采取保温伴热等防凝 措施 , 选用普通碳钢 。对易发生 SSCC 的环境 , 应选 用 抗 SSCC 的 镇 静 碳 钢 , 碳 当 量 CE 0142 % , CE = C + Mn/ 6 + ( Cr + Mo + V) / 5 ,材质的硬度不超过 22HRC , 还必须进行焊后热处理 , 且焊缝的硬度不超过 200HB 。并应符合 NACE MR0175 的规定 。对液相或气液混相介 质的低温湿 H2 S 环境 , 当介质中的 H2 S 含量小 于 01005wt %时 , 选用一般碳钢 。当介质中的 H2 S 含量介于 010051wt %时 , 若 p H 值为 515715 , 选用普通碳钢 , 若 p H 715 , 宜选用抗 HIC 碳钢 。对阀门来说 , 抗 HIC 碳钢除了要满足抗 SSCC 的要求之外 , 材质中 的磷含量 P 01015wt % , 硫含量 S 0101wt % , 若经过钙化处理 , 硫含量可放宽到 01015wt %。 当介质中的 H2 S 含量大于 1wt %时 , 无论p H 值多少 , 均宜选用抗 HIC 碳钢 。但是 , 在 一些苛刻的情况下 , 如介质流速较快或 H2 S浓度很高时 , 根据现场的应用经验 , 应限制介 质的流速 , 甚至选用 316L , 因为此时均匀腐 蚀的速度很快 , 抗 SSCC 和抗 HIC 的要求对抗 均匀腐蚀不起作用 。目前有些现场通过管道扩 径的方法来降低介质流速 , 还有些现场则选用 了 316L 。碳钢阀的阀内件宜用 316 , 也可用 stellite 合金 。不锈钢阀的阀内件宜用 316L , 也可用 stellite 合金 。阀杆除用 316L 外 , 还可 选用沉淀硬化不锈钢 , 如 17 - 4 PH。3结语用于高含硫原油加工装置中的阀门 , 因不 同腐蚀工况引起的事故明显增多 , 为延长阀门 使用寿命 , 减少安全隐患 , 应根据实际工况选 择阀体和阀内件材料 。参考文献1 岳进才. 压力管道技术 M. 北京 : 中国石化出版 社 , 2000 .2 SH/ T 309622001 , 加工高硫原油重点装置主要设备设计选材导则 S.3 API 581 - 2000 , Risk2Based Inspection Base Resource Document S.4 NACE MR017522001 , Sulfide Stress Cracking Resistant Metallic Materials for oilfield equipment S.(收稿日期 : 2003102112)(上接第 21 页)7结语影响 CF8 和 CF8M 不锈钢精铸件酸洗 质量的因素和铸件合金的耐蚀性有关 , 更主要 还取决于酸液清除氧化皮的能力 , 而又不能对 铸件基体浸蚀严重 。表 3 中第 1 种盐酸型酸洗 液对铸件基体浸蚀很快 , 若时间稍长 , 则铸件 表面显示出结晶花纹 。而硫酸型酸洗液酸洗时 间太长 , 且铸件发灰 。因此对 CF8 和 CF8M 精铸件以硝酸为主的混合液酸洗为最佳方案 。钝化前增加不锈钢抛丸处理 , 有利于提 高铸件光亮度 。钝化清洗后 , 铸件用布擦干或用热风吹 干 , 不宜进炉烘干 , 否则光亮度下降 。以上工艺方案的研究和