不銹鋼表面處理的酸洗和鈍化
不銹鋼表面處理通用信息:
鉻、鎳和鉬含量較高的不銹鋼通常表現(xiàn)出更好的耐腐蝕性,盡管這些級(jí)別的不銹鋼可能更貴。
某些食品(如含鹽或酸性食品)和一些清潔程序甚至可能損壞鈍化表面。因此,設(shè)計(jì)的先決條件是仔細(xì)考慮預(yù)期的使用條件,并選擇具有足夠固有耐腐蝕性的適當(dāng)?shù)燃?jí)的不銹鋼。例如,在含鹽環(huán)境中,含鉬量約為2.25%的材料EN 1.4401(AISI316)比EN 1.4301(AISI 304)具有更強(qiáng)的抗點(diǎn)蝕能力。
在任何不銹鋼上形成有效的鈍化層取決于表面沒(méi)有物理和化學(xué)污染物。必須清除軋屑(一種厚而可見(jiàn)的氧化皮)――必須在材料交付給設(shè)備制造商之前,這通常在信譽(yù)良好的鋼廠進(jìn)行。
油脂、油、粘合劑、腳印、指紋和油漆等土壤必須用適當(dāng)?shù)臒o(wú)氯脫脂劑或溶劑清洗掉。使用液體和蒸汽脫脂劑。液體清洗通常由苛性洗滌劑(例如非磷酸鹽洗滌劑、緩沖劑和表面活性劑的混合物)或熱堿性溶液(也包括各種添加劑(例如氫氧化鈉、氫氧化鉀和表面活性劑的混合物)完成。有機(jī)溶劑(如異丙醇)可通過(guò)噴灑或擦洗的方式使用。
必須通過(guò)酸處理(如檸檬酸或硝酸)去除與污染程度相適應(yīng)的嵌入鐵顆粒(因車(chē)間操作不當(dāng)而產(chǎn)生的常見(jiàn)污染物,其中碳鋼已加工過(guò),例如:機(jī)加工、研磨、鋼絲刷、噴砂或焊接,靠近不銹鋼料)。每次處理后,必須徹底清洗表面。
如果有一個(gè)干凈的表面和充足的氧氣(來(lái)自空氣或含氧水),不銹鋼將自然地和自發(fā)地在所有暴露的表面上形成一個(gè)堅(jiān)韌的鈍化層。
如果被動(dòng)層在設(shè)備制造期間或之后受到物理?yè)p壞,則必須為其提供自我修復(fù)的機(jī)會(huì),一旦表面清潔并再次暴露于氧氣中,被動(dòng)層將自動(dòng)修復(fù)。焊接也會(huì)損壞鈍化層,因此可能需要焊后酸洗。
如果特殊應(yīng)用需要,鈍化層的強(qiáng)度和耐腐蝕性可以通過(guò)化學(xué)鈍化處理和/或電解拋光來(lái)提高。
酸洗、化學(xué)鈍化和電解拋光應(yīng)視為單獨(dú)的處理,而不是替代。每項(xiàng)工作只能由合格的承包商小心進(jìn)行。必須記住,集成系統(tǒng)的化學(xué)表面處理可能會(huì)對(duì)彈性體、塑料和玻璃材料產(chǎn)生不利影響。因此,重要的是僅適用于組裝設(shè)備表面處理,這些表面處理適用于它們可能接觸的所有材料。
酸 洗
酸洗是一種酸處理,旨在去除一層薄的(通常為1至3μm)易腐蝕材料,這是由于不銹鋼表面在氧氣存在下暴露在高溫下(例如,使用含有40 ppm以上氧氣的保護(hù)氣體焊接)。適度使用時(shí),酸洗不會(huì)對(duì)表面形貌和清潔性產(chǎn)生不利影響。
如果使用更積極和嚴(yán)格的控制,酸洗可以影響多達(dá)8微米的表面去除。但是,過(guò)度的酸洗會(huì)損壞表面并降低其耐腐蝕性。
酸洗原則
在對(duì)焊接區(qū)域進(jìn)行酸洗之前,應(yīng)進(jìn)行去除氧化產(chǎn)物所必需的任何機(jī)械處理,如研磨或研磨,并且在進(jìn)行此類(lèi)處理之后,應(yīng)對(duì)受影響區(qū)域進(jìn)行脫脂。但是,在進(jìn)行任何化學(xué)鈍化處理之前,應(yīng)進(jìn)行酸洗。
酸洗不應(yīng)與除垢混淆,除垢是從表面去除厚的片狀氧化皮。這種氧化物通常是深灰色的,通常在鋼材交付前在制造鋼廠清除。
酸洗不適合去除游離鐵顆粒。如果車(chē)間操作不當(dāng)導(dǎo)致游離鐵顆粒嵌入太深,無(wú)法通過(guò)酸洗去除,則可以使用更具侵蝕性的化學(xué)品,從而能夠完全去除嵌入的鐵。但重要的是,所有的游離鐵都要去除,而不是擴(kuò)散到不銹鋼制造表面的其他區(qū)域。
酸洗不應(yīng)與化學(xué)鈍化(見(jiàn)第6節(jié))混淆,化學(xué)鈍化是一種有助于增稠的工藝,因此可以加強(qiáng)保護(hù)性鈍化層,這是不銹鋼耐腐蝕性的來(lái)源。
酸洗不是為了光滑不銹鋼表面或粗糙的焊縫。也不打算糾正表面變化,如晶粒變形或由不銹鋼部件冷成形引起的修改;對(duì)于這些,表面磨削可能更合適。
為什么需要酸洗?
在焊接過(guò)程中,不銹鋼的局部加熱導(dǎo)致原本透明的鈍化層厚度增加。焊接后,其影響將清晰可見(jiàn),在焊縫上和焊縫兩側(cè)的“熱影響區(qū)”(HAZ)中形成色帶,稱(chēng)為“熱色調(diào)”(見(jiàn)圖1)。熱也會(huì)導(dǎo)致鉻被拉到表面,因?yàn)殂t比鋼中的鐵更容易與大氣中的氧結(jié)合。這種向外擴(kuò)散的鉻在熱著色表面及其下方留下一層鉻含量低于大塊鋼的鉻含量。這將表現(xiàn)出對(duì)縫隙或點(diǎn)蝕的抵抗力降低。因此,去除所有可見(jiàn)的熱色調(diào)是良好的車(chē)間做法。
酸洗不僅在焊接后使用。它還可用于清潔表面,以清除制造殘留物,如氧化鐵。需要酸洗時(shí), 顯示熱色調(diào)超過(guò)EHEDG Doc中所述“稻草黃色”限制的所有表面, 必須酸洗。即使是那些不易看到的焊縫(如管道內(nèi)部),也應(yīng)在使用前進(jìn)行酸洗和化學(xué)鈍化(如有必要)。理想情況下,設(shè)備的設(shè)計(jì)應(yīng)確保單個(gè)部件(例如:管道長(zhǎng)度)在組裝前可以單獨(dú)酸洗。如果熱色調(diào)的顏色比稻草黃色淺(見(jiàn)圖2),則認(rèn)為不需要酸洗,特別是如果焊縫位于難以處理的區(qū)域(如管道內(nèi)部)。
Fig. 1:Heat tint inside a tube at the location of the weld
Fig. 2: Only minimal heat-tint inside the tube at thelocation of the weld (Pickling notessential)
(Source:HENKEL)
酸洗程序
硝酸和氫氟酸(HNO3和HF)的混合物通常用于不銹鋼酸洗(見(jiàn)表2)。酸洗酸可以通過(guò)浸泡槽、在管道中循環(huán)或噴霧的方式使用,也可以作為刷涂糊料或凝膠的方式使用,用于對(duì)無(wú)法浸泡的過(guò)大部件進(jìn)行局部處理。
Grade of stainless steel | HNO3 * | + | HF * | Temp | Time | ||
Volume % | Volume % | °C | minutes | ||||
300 series with > 16% Cr | 15 - 25 | + | 1.0 – 8.0 | at | 21 - 60 | for | 5 - 30 |
400 series with < 16% Cr | 10 - 15 | + | 0.5 – 1.5 | at | 21 - 60 | for | 5 - 30 |
*Solutions prepared fromreagents of the following weight %: HNO367; HF 70.
Table 2: Typical compositions of pickling solutions (Source: [3] Table A1.1)
Fig. 3: Weld showing heat tint a) without anypickling treatment (left) and correctly pickled
(right), b) and c) excessively pickledweld (Source: HENKEL)
有些酸洗程序會(huì)導(dǎo)致光亮表面不可接受的劣化,因此,在適當(dāng)?shù)那闆r下,應(yīng)商定并規(guī)定酸洗后的最終表面光潔度。通過(guò)測(cè)量反射率和光澤度參數(shù),可以量化酸洗過(guò)程的影響。
硝酸/氫氟酸也會(huì)損壞彈性體和塑料部件的表面(見(jiàn)正文第8章)。
鈍 化
良好的鈍化層 被損壞的鈍化層 自動(dòng)修復(fù)的鈍化層
Fig. 4: Stainless steel builds up on itssurface an invisible, protective,
self-repairing oxide film, known as 'the passive layer' (Source:Euro Inox).
在制造半成品或組裝/制造設(shè)備(例如:軋制、銑削、研磨、機(jī)械損傷、焊接和焊接修復(fù))過(guò)程中,由于化學(xué)和環(huán)境條件(例如:食品成分、使用研磨劑或含氯清潔物質(zhì)或氧氣供應(yīng)不足,無(wú)法修復(fù)損壞)或在儲(chǔ)存期間受到污染(例如:接觸生銹的碳鋼)。
為什么需要化學(xué)鈍化
如果自然鈍化明顯不足,則必須進(jìn)行化學(xué)鈍化。它根據(jù)層的組成和厚度優(yōu)化層。需要化學(xué)鈍化時(shí),如果對(duì)建筑材料、食品、清潔制度或環(huán)境條件的危害分析表明,對(duì)鈍化層的信心不足,則應(yīng)考慮化學(xué)鈍化。
化學(xué)鈍化或再鈍化程序的最終選擇取決于材料規(guī)范(不銹鋼的類(lèi)型/等級(jí))、制造規(guī)范(例如:焊接和安裝,以及調(diào)試后的規(guī)定程序),最終用戶的操作程序(例如:產(chǎn)品和清潔化學(xué)品的濃度和溫度)、工作安全和環(huán)境安全管理?xiàng)l例,可使用適當(dāng)?shù)脑囼?yàn)([3]第7.2節(jié))提供無(wú)鐵素體污染和有效鈍化的證據(jù)。
化學(xué)鈍化程序
制造商設(shè)備化學(xué)鈍化的典型程序包括以下步驟:
1.用飲用水清洗,
2.用堿性和/或酸性無(wú)氯清潔劑清潔/脫脂(見(jiàn)正文第4節(jié))
3.用飲用水沖洗(如果可能,使用高壓)
4.表面清潔(如無(wú)氯化學(xué)酸洗、電拋光)
5.用飲用水沖洗(如有可能,使用高壓)
6.化學(xué)鈍化;鈍化層的優(yōu)化(溶液示例表3)
7.用飲用水沖洗(如有可能,使用高壓)
8.光學(xué)特性試驗(yàn)、pH值測(cè)量、游離鐵試驗(yàn)(如需要)(第7.2.5節(jié)[3])
9.用飲用水或(如果需要)純化水進(jìn)行最終沖洗。
如果表面被打磨或噴砂是令人滿意的,步驟1-3實(shí)現(xiàn)自然鈍化的要求,可以省略第4和第5步。
在組裝和初始操作之前的清潔和化學(xué)鈍化檢查程序?qū)⒃诘?和第7步中完成。
在操作過(guò)程中,被動(dòng)層可能會(huì)被擠壓(.E.g.:沉積、生物膜)或被硬操作條件(.E.g.:高溫度與聚集化學(xué)物相結(jié)合).硬操作條件的原因需要分析,并在可能的情況下予以消除。表面功能的恢復(fù)和/或再鈍化是必要的。在確定何種化學(xué)鈍化程序需要用于恢復(fù)被動(dòng)層的質(zhì)量,以適合于應(yīng)用(“假定自然被動(dòng)是指不適當(dāng)?shù)摹保┑那闆r分析。
Grade of stainless steel | Nitric acid | Citric acid | Temp | Time | ||
Volume % | Weight % | °C | minutes | |||
300 series | 20 - 45 | at | 21 - 32 | for | > 30 | |
or | 4 - 10 | at | 21 - 49 | for | > 20 | |
400 series | 45 - 55 | at | 49 - 54 | for | > 30 | |
or | 4 - 10 | at | 21 - 49 | for | > 20 |
Table 3: Typical compositions and application parameters of chemical
solutions (Source: [2] par.6.1.1 and 7.1.1)
以硝酸(HNO3)作為氧化介質(zhì)的經(jīng)典鈍化處理(示例見(jiàn)表3)導(dǎo)致氧化鉻的形成。用硝酸對(duì)高碳不銹鋼和一些可硬化不銹鋼進(jìn)行化學(xué)鈍化是不可取的。A2.2和A2.4)。檸檬酸成分(示例見(jiàn)表3)用作螯合物。這些化學(xué)物質(zhì)與某些金屬離子形成可溶的復(fù)雜分子,使離子失活,使它們不能與其他元素或離子正常反應(yīng)而產(chǎn)生沉淀或結(jié)垢。6.2.7條)。鐵離子被檸檬酸結(jié)合,形成鐵絡(luò)合物,擴(kuò)散到金屬表面。氧(從成分中)與游離鉻反應(yīng)生成氧化鉻。因此,可以改進(jìn)被動(dòng)層[7]。檸檬酸作為一種非氧化性酸本身不會(huì)形成氧化鉻。與硝酸相比,檸檬酸是一種低危害的廢物。