不锈钢酸洗钝化原理和钝化的方法与工艺

不锈钢酸洗钝化原理及钝化方法和工艺1.不锈钢酸洗钝化的必要性：奥氏体不锈钢具有良好的耐蚀性、高温抗氧化性、良好的低温性能以及优异的机械和电阻能量。因此，它广泛应用于化工、石油、电力、核工程、航空航天、海洋、医药、轻工、纺织等行业。它的主要目的是防止腐蚀和生锈。不锈钢的耐蚀性主要取决于表面钝化膜。如果薄膜不完整或有缺陷，不锈钢仍会被腐蚀。酸洗和钝化通常在工程中进行，以使不锈钢具有更大的抗腐蚀性。在不锈钢设备和部件的成型、装配、焊接、焊缝检验(如探伤、试压)和施工标记过程中，表面油污、铁锈、非金属污垢、低熔点金属污染物、油漆、焊渣和飞溅物等。会影响不锈钢设备和部件的表面质量，破坏表面氧化膜，降低钢的整体耐蚀性和局部耐蚀性(包括点蚀和缝隙腐蚀)，甚至导致应力腐蚀开裂。不锈钢表面的清洗、酸洗和钝化不仅能最大限度地提高耐蚀性，还能防止产品污染，获得美观的外观。根据GB 150-1998 钢制压力容器，“不锈钢和有防腐要求的复合钢板制成的容器表面应进行酸洗和钝化”。本法规针对石油化工行业中使用的压力容器，因为这些设备在与腐蚀性介质直接接触的情况下使用。为了确保耐腐蚀性和耐腐蚀性，酸洗钝化是必要的。对于其他工业部门，如果不是为了防腐蚀，则仅基于清洁和美观的要求，而对于使用不锈钢的部门，则不需要酸洗和钝化。然而，不锈钢设备的焊缝仍然需要酸洗和钝化。对于核工程、某些化学装置和其他要求严格的应用，除酸洗和钝化外，还应使用高纯度介质进行最终的精细清洗或精加工处理，如机械、化学和电解抛光。2.不锈钢酸洗钝化原理不锈钢的耐腐蚀性主要是由于表面覆盖着一层非常薄(约1毫米)的致密钝化膜，该膜被1n腐蚀介质隔离，是不锈钢保护的基本屏障。不锈钢钝化具有动态特性。不应将其视为腐蚀的完全停止，而是形成了扩散阻挡层，这大大降低了阳极反应速度。通常，在存在还原剂(例如氯离子)的情况下，膜易于损坏，而在存在氧化剂(例如空气)的情况下，膜可以被维护或修复。不锈钢工件放置在空气中会形成氧化膜，但这种膜的保护并不完善。一般来说，钝化膜的完整性和稳定性只有在彻底清洗后才能保证，包括碱清洗和酸清洗，然后用氧化剂钝化。酸洗的目的之一是为钝化处理创造有利条件，确保形成高质量的钝化膜。由于平均厚度为10m的一层不锈钢表面被酸洗腐蚀，酸液的化学活性使表面缺陷部位的溶解速率高于其他部位，因此酸洗可以使整个表面趋于均匀平衡，并消除一些容易引起腐蚀的隐患。但更重要的是，通过酸洗钝化，与铬和铬的氧化物相比，铁和铁的氧化物优先溶解，贫铬层被去除，从而使铬富集在不锈钢表面。富铬钝化膜的电位可达1.0V (SCE)，接近贵金属电位，提高了耐蚀稳定性。不同的钝化处理也会影响膜的组成和结构，从而影响耐腐蚀性。例如，电化学改性处理可以使钝化膜具有多层结构，在阻挡层上形成CrO3或Cr2O3，或者形成玻璃态氧化物费奥*ad H2O费奥* 10h eFeOO *adFeO *氢氧化铁铬H2O氢氧化铁2feohFe203 H202CrOOHCr203 H20钼3FeO 3H2OMOO3 3FeH2O镍铁氧2H20镍铁氧2h2o(其中，Os代表钝化过程中的催化剂，钝化溶液中的浓度不变，ad代表吸附中间体。)页可以看出，在316L钝化膜的表层，Fe2O3、Fe(OH)3或 -FeOOH、Cr203、CrOOH或Cr3(OH)3、MO以MOO的形式存在，钝化膜的主要成分是CrO3、FeO和NiO。3.不锈钢酸洗钝化的方法和过程3.1酸洗和钝化处理方法的比较不锈钢设备和零件的酸洗和钝化处理可以根据不同的操作采用不同的方法进行。适用范围和特性如表1所示。表1不锈钢酸洗钝化方法比较方法适用范围的利弊浸泡法：用于可放入酸洗槽或钝化槽的零件，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。大容量设备充满酸液，浸泡和消耗太多。涂刷法适用于大型设备内表面和局部加工作业作业，作业条件差，酸无法回收粘贴法用于安装或维修现场，特别是焊接件的手工操作，工作条件差，生产成本高。安装现场采用喷涂方法。大型容器内壁液体消耗低、成本低、速度快，但需要配备喷枪和粘环系统。循环方式：用于大型设备，如换热器、管壳等，便于处理和施工，酸液可以重复使用，需要将管道和泵连接到循环系统。电化学方法不仅可用于零件，还可用于现场设备的刷式表面处理，这需要DC电源或恒电位仪。3.2酸洗和钝化处理配方示例3.2.1一般治疗2根据美国材料试验标准A3801999，仅300系列不锈钢为例。(1)酸洗HNO 36% 25%氟化氢0.5% 8%(体积分数)；温度为21-60；所需时间；或5-10%(质量分数)的药物柠檬酸铵；温度为49-71；时间为10 60分钟。(2)钝化HNO 3 20% 50%(体积分数)；温度为49-71；时间为10 30分钟。或者温度为2L-38；时间为30 60分钟。或HNO 320% 50% na 2cr 207h 20 22% 6%(质量分数)；温度为49-54；时间为15 30分钟。或者温度为21-38；时间为30 60分钟。(3)除垢和酸洗试剂H2SO4 8% 11%(体积分数)；温度为66-82；6英寸之间5 45分钟；HNO 36% 25%氟化氢0.5% 8%(体积分数)；温度为21-60；或HNO 3 15%-25% HFL%-8%(体积分数)。3.2.2浆糊处理(1)以广州石化新尿素不锈钢设备的内表面焊缝和母材的钝化和表面抛光焊缝的局部钝化为例，如3腌制奶油：25% HNO 34%氟化氢7L%冷凝水(体积分数)和巴索，调整成糊状。钝化膏：将30%硝酸或25%硝酸31%(质量分数)K2Cr207和BaSO7混合成膏。涂层表面用冷凝水冲洗至pH7，时间为5 30分钟，喷涂过氧化氢的化学钝化也可用于单台设备。(2)以上海大明钢铁厂专利管理为例。酸洗钝化膏：HN03 8% 14%(钝化剂)；氟化氢10% 15%(腐蚀性)；硬脂酸镁2.2% 2.7%(增稠剂)硝酸镁60% 70%(作为填料提高附着力和渗透性)；佩奇聚磷酸钠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5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氧化，或者先将不锈钢工件作为阴极，控制恒电位进行阴极处理，然后将不锈钢工件作为阳极，控制恒电位进行阳极氧化，并不断改变恒电位进行钝化处理。HN03用于电解液。经过这种处理后，不锈钢钝化膜的性能得到改善，耐腐蚀性大大提高。点蚀临界电位(Eb切割后的不锈钢工件表面通常会留下铁屑、钢粉和冷却乳液等污垢，导致不锈钢表面出现污渍和锈蚀。因此，应先进行脱脂和脱脂，然后用硝酸清洗以去除铁屑、钢铁粉末和钝化。4.1.2焊接前后的清洗和酸洗钝化7由于油脂是氢的来源，在没有去除油脂的情况下，气体摆动器L将在焊缝中形成，并且低熔点金属污染(例如富锌涂料)将导致焊接后开裂。因此，在焊接不锈钢之前，必须清洁两侧20毫米范围内的坡口和表面。油污可以用丙酮擦洗。油漆中的铁锈应先用砂布或不锈钢钢丝刷清除，然后用丙酮清除。无论不锈钢设备的制造采用何种焊接技术，都应在焊接后进行清洗。应清除所有焊渣、飞溅物、污渍和氧化色。清洗方法包括机械清洗和化学清洗。机械清洗包括研磨、抛光、喷砂和喷丸。应避免碳素钢刷，以防止表面生锈。为了获得最佳的耐腐蚀性，可以将其浸泡在硝酸和氢氟酸的混合物中，或者可以使用酸洗钝化膏。事实上，4锎1机械清洗经常与化学清洗结合在一起。4.1.3清洁锻造铸件6锻造、铸造等热处理后的不锈钢工件表面经常被一层氧化皮、润滑剂或氧化物污染，污染物包括石墨、二硫化钼、二氧化碳等。应采用喷丸处理、盐浴处理和多次酸洗处理。例如，美国不锈钢涡轮叶片的处理过程如下：盐浴(10分钟)水淬(2.5分钟)硫酸洗涤(2分钟)冷水洗涤(2分钟)碱性高锰酸盐浴(10分钟)冷水洗涤(2分钟)硫酸洗涤(1分钟)冷水洗涤(1分钟)硝酸洗涤(1.5分钟)冷水洗涤(1分钟)热水洗涤(1分钟)风干。4.2新机组投产前的酸洗和钝化处理许多大型化学、化学纤维和化肥厂的不锈钢设备和管道在投入运行前需要酸洗和钝化。虽然设备已在制造厂进行了酸洗，以去除焊渣和氧化皮，但在储存、运输和安装过程中，不可避免地会造成油脂、泥浆、沙子和铁锈等污染。为了保证试验产品(特别是化学中间体和精制产品)的质量，设备和器材能够满足要求，并保证一次试运行的成功，必须进行酸洗钝化。例如，双氧水生产装置的不锈钢设备和管道在生产前必须清洗干净，否则如果污垢中含有重金属离子，催化剂就会中毒。此外，如果金属表面有油脂和游离铁离子，会引起H2O2分解，剧烈释放大量热量，引起火灾甚至爆炸。同样，氧气管道中存在的微量油渍和金属颗粒也可能产生火花并导致严重后果。4.3现场维护中的酸洗和钝化处理奥氏体不锈钢316L、317和304L广泛用于生产设备的设备材料，如精对苯二甲酸、聚乙烯醇、腈纶、醋酸等。氯、溴、氯化萘、甲酸等有害离子会对设备造成点蚀、缝隙腐蚀和焊缝腐蚀。或者由于材料的结垢和聚集。停机检修时，可对设备或部件进行完全或部分酸洗和钝化，以修复钝化膜，防止局部腐蚀扩散。例如，上海石化公司精对苯二甲酸装置干燥器的不锈钢管和丙烯酸装置的不锈钢热交换器已经清洗和钝化。4.4在用设备的除垢和清洗石化装置中的不锈钢设备，尤其是换热器，在运行一段时间后会在内壁上沉积各种污垢，如碳酸盐污垢、硫酸盐污垢、硅酸盐污垢、氧化铁污垢、有机物污垢、催化剂污垢等。影响热交换效果并导致污垢下的腐蚀。需要选择合适的清洗剂进行除垢。硝酸、硝酸氢氟酸、硫酸、柠檬酸、乙二胺四乙酸、水不锈钢工件酸洗钝化前，是否有表面污垢等。应进行机械清洗，然后脱脂。如果酸洗液和钝化液不能去除油脂，表面油脂的存在会影响酸洗钝化的质量。因此，脱脂和脱脂不能省略。可以使用碱液、乳化剂、有机溶剂和蒸汽。5.2酸洗液和冲洗水中氯离子的控制一些不锈钢酸洗液或酸洗膏使用含氯化物的腐蚀介质，如盐酸、高氯酸、氯化铁和氯化钠作为主要试剂或辅助试剂来去除表面氧化层。含氯的有机溶剂，如三氯乙烯，不适合去除油脂，以防止应力腐蚀开裂。此外，工业用水可用作初步洗涤用水，但最终洗涤用水的卤化物含量必须严格控制。通常使用去离子水。如石油化工奥氏体不锈钢压力容器用水进行水压试验，控制C1-含量不超过25毫克/升，如果不能满足这一要求，可以在水处理中加入硝酸钠，使其满足要求，C1-含量超标，会破坏不锈钢钝化膜，是点蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀开裂等的根源。5.3酸洗和钝化操作中的过程控制硝酸溶液本身对去除游离铁和其他金属污染物有效，但对去除水垢、厚腐蚀产物、回火膜等无效。通常应使用硝酸铪溶液。为了方便和安全操作，可以用氟化物代替氟化氢2。硝酸溶液中不能单独添加缓蚀剂，但硝酸氢氟酸酸洗需要使用兰-826。采用硝酸氢氟酸酸洗。为了防止腐蚀，浓度应保持在5: 1的比例。温度应低于49，如果温度过高，氟化氢会挥发。对于钝化液，硝酸应控制在20%至50%之间。根据电化学测试，用硝酸浓度小于20%处理的钝化膜质量不稳定，容易产生点蚀8，但硝酸浓度不应大于50%以防止过度钝化。脱脂、酸洗和钝化的一步处理操作简单方便，节省工时，但酸洗钝化液(膏)中会存在腐蚀性的氟化氢，最终保护膜的质量不如多步方法。酸洗过程中，允许在一定范围内调节酸浓度、温度和接触时间。随着酸洗液使用时间的增加，必须注意酸浓度和金属离子浓度的变化，避免过度酸洗。钛离子浓度应小于2%，否则会造成严重的点蚀。一般来说，提高酸洗温度会加速和改善清洗效果，但也会增加表面污染或损坏的风险。5.4不锈钢2敏化条件下的酸洗控制一些不锈钢由于热处理或焊接不良而变得敏感。HNOHF酸洗可能导致晶间腐蚀。由晶间腐蚀引起的裂纹会在操作、清洗或后续加工过程中浓缩