CF8 和CF8M不锈钢精铸件酸洗钝化工艺的探讨与应用.doc

CF8 和CF8M不锈钢精铸件酸洗钝化工艺的探讨与应用1 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CMnPSSiCrNiMoCF80.1081.1500.1040.1042.10018.1021.108.1011.10CF8M0.1081.1500.1040.1041.15018.1021.109.1012.102.103.10211 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0.11 %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Ni 是优良的耐腐蚀材料。在钢中是形成奥氏体元素, 在CF8 、CF8M 不锈钢中, 其质量分数分别为9 %和12 % , 从而使CF8 和CF8M 铸件固溶处理后得到单一奥氏体组织,提高其耐腐蚀性能及工艺性能(图2) 。图2 Ni 对钢的耐腐蚀性能的影响213 Mo 元素Mo 可以增加不锈钢的钝化作用, 提高耐蚀性能, 特别是阻止点腐蚀的倾向(图3) 。虽然有资料显示加Mo 的不锈钢不宜在硝酸中应用, 但是相对于盐酸来说, 其腐蚀率还是较小的(CF8M 在浓度60 %的硝酸中腐蚀率0.15mm/ a , 而在60 %的盐酸中其腐蚀率1.15mm/ a) 。1 - 11001150 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/ a钢号不同的酸液50：20 %：H2SO450 ：30 %：HNO350：1.150.1051.151.15CF8M0.151.150.151.150.1050.153 酸液组分对酸洗质量的影响3.1.1、 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1700 。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。3.1.2、 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, 以促进氧化皮层的溶解。3.1.3、 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1.151g/ h , 在15 %的硫酸中溶解速率为0.1056g/ 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1.131mm/ a , 在10 %的硫酸中腐蚀速率为4.315mm/ a) , 所以不用硫酸作为酸洗液组分, 以防酸洗过度。3.1.4、 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1HCl=30% HNO3=15% 缓蚀剂：适量12常温银白色、无光泽,CF8M发乌、有黑斑；银白色、稍具光泽,不褪色；2H2SO4=18% HNO3=7% HF=3%30常温暗灰色、有黑斑；灰色、无光泽；3HNO3=50% HF=25% 缓蚀剂:适量10常温银灰色、无光泽,CF8M有少许黑斑；银白色、有光泽、不褪色；4HNO3=30% HF=15% HCl：少量 缓蚀剂:适量2常温银灰色、无光泽；银白色、有光泽、不褪色；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5.1.1、 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。5.1.2、 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的去除氧化皮能力, 加入一定量的氢氟酸除去铸件表面的硅酸盐类残砂, 并增加铸件光亮度。5.1.3、 酸洗工艺过程预处理酸洗冲洗抛丸(不锈钢丸,粒度0.15mm) 冲洗钝化热水洗( 90100 ) 热风吹干。6 、精铸件的钝化6.1.1、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