1. ステンレス鋼の酸洗不動態化の必要性
オーステナイト系ステンレス鋼は、優れた耐食性、高温酸化耐性、優れた低温性能、優れた機械的特性および加工特性を備えています。 したがって、化学、石油、電力、原子力工学、航空宇宙、海洋、製薬、軽工業、繊維などの分野で広く使用されています。 その主な目的は腐食や錆を防ぐことです。 ステンレス鋼の耐食性は主に表面の不動態皮膜に依存しており、皮膜が不完全または欠陥がある場合、ステンレス鋼は依然として腐食されます。 エンジニアリングは通常、ステンレス鋼の耐食性の可能性を大幅に高めるために酸洗い不動態化処理を実行します。 成形、組立、溶接、溶接検査（探傷、耐圧試験など）および建設マーキングおよびその他のプロセスにおけるステンレス製の装置およびコンポーネントには、表面の油、錆、非金属汚れ、低融点金属汚染物質、塗料、溶接スラグやスパッタなど、これらの物質はステンレス鋼の機器や部品の表面品質に影響を与え、表面の酸化皮膜を損傷し、鋼の全体的な腐食性能や局部的な腐食性能（孔食、隙間腐食を含む）に対する耐性を低下させます。応力腐食破壊につながる可能性もあります。
ステンレス鋼の表面の洗浄、酸洗い、不動態化は、耐食性を最大化することに加えて、製品の汚染を防ぎ、美観を損なう役割もあります。 GB50-1998 の「鋼製圧力容器」では、「耐食性要件を備えた容器で製造されたステンレス鋼および複合鋼板の表面は酸洗および不動態化されるべきである」と規定されています。 この規定は石油化学圧力容器を対象としたもので、これらの機器は腐食性媒体と直接接触して使用されるため、耐食性・耐食性の確保から酸洗不動態化処理が必要となります。 他の産業分野では、防食目的ではなく、清浄度と美的要件のみに基づいて、ステンレス鋼材料の使用は酸洗不動態化ではありません。 ただし、ステンレス鋼製機器の溶接部も酸洗不動態化する必要があります。 原子力工学、一部の化学装置、その他の厳しい要件の使用には、酸洗不動態化に加えて、最終的な精密洗浄や機械的、化学的、電解研磨、その他の仕上げ処理に高純度媒体の使用も含まれます。
2. ステンレス鋼の酸洗不動態化原理
ステンレス鋼の耐食性は主に、非常に薄い (約 1nm) の緻密な不動態膜で覆われた表面によるもので、この膜は 1nm の腐食性媒体から隔離されており、ステンレス鋼の保護に対する基本的な障壁となります。 ステンレス鋼の不動態化には動的特性があり、腐食を完全に止めるものではなく、拡散の障壁層を形成するため、陽極反応速度が大幅に低下します。 通常、還元剤（塩化物イオンなど）の存在下ではフィルムが破壊される傾向がありますが、酸化剤（空気など）の存在下ではフィルムを維持または修復できます。
ステンレス鋼のワークを空気中に置くと酸化皮膜が形成されますが、この皮膜の保護は完全ではありません。 通常、不動態化膜の完全性と安定性を確保するには、アルカリや酸洗いを含む徹底的な洗浄と、それに続く酸化剤による不動態化が必要です。 酸洗の目的の一つは、不動態処理に適した条件を整え、高品質な不動態皮膜を形成することです。 酸洗によりステンレス鋼の表面は平均10μmの厚さの層が腐食され、酸の化学的活性により表面の他の部分に比べて溶解速度が低下し、酸洗により全体が腐食する可能性があります。表面は均一にバランスが保たれる傾向があり、元々の腐食に対する感受性の一部が隠れた危険性から取り除かれます。 しかし、より重要なことは、酸洗不動態化により、クロムおよび酸化クロムよりも鉄および酸化鉄が優先的に溶解し、クロムの乏しい層を除去し、結果としてステンレス鋼の表面にクロムが濃化することで、このクロムに富んだ不動態膜の可能性が最大まで向上することです。 +1.0V(SCE)と貴金属電位に近く、耐食性の安定性が向上します。 さまざまな不動態化処理も膜の組成と構造に影響を与えるため、電気化学的改質プロセス、不動態化膜の多層構造化、バリア層での CrO または CrO の形成など、ステンレス鋼に影響を与えます。またはガラス状酸化皮膜の形成により、ステンレス鋼の耐食性が最大限に発揮されます。
国内外の学者はステンレス鋼の不動態皮膜の生成について多くの研究を行ってきました。 近年、北京科学大学の 316L 鋼不動態膜光電子分光法 (xps) の研究を例として簡単に説明します。 ステンレス鋼の不動態化は、何らかの理由で水分子の吸着、酸化剤の触媒効果、酸化物と水酸化物の形成、およびステンレス鋼の組成のCr、Ni、Mo元素の変換反応によって表面層が溶解し、最終的に反応します。安定した相形成膜を形成し、膜の破壊や腐食を防ぎます。
3. ステンレス鋼の酸洗い不動態化の方法とプロセス
3.1 酸洗不動態化処理方法の比較
さまざまな方法の操作に応じたステンレス鋼の機器および部品の酸洗不動態化処理、その適用範囲および特性を表1に示します。
表1 ステンレス鋼の酸洗不動態化法の比較
| シリアルナンバー | 方法 | アプリケーションの範囲 | 長所と短所 |
|---|---|---|---|
| 1 | 含浸法 | 酸洗槽や不動態化槽に入れることはできるが、大型の装置には入れられない部品の場合、酸洗液を長期間使用できます。 | 高い生産効率と低コスト。 酸含浸で満たされた大容量の装置は液体を過剰に消費します |
| 2 | 塗装方法 | 大型装置の内面や局所的な処理材料の操作に最適 | 劣悪な労働条件と回収不能な酸 |
| 3 | 貼り付け方法 | 設置またはメンテナンス現場、特に溶接部分の手作業での取り扱いに最適 | 劣悪な労働条件と高い生産コスト |
| 4 | スプレー法 | 設置場所、大型船舶内部用 | 液消費量が少なく、低コスト、高速ですが、ガンとカッターリングシステムを構成する必要があります |
| 5 | 循環方式 | 熱交換器、シェルアンドチューブなどの大型機器用 | 取り扱いが容易な構造で、酸は再利用可能ですが、パイプやポンプなどの循環システムに接続する必要があります。 |
| 6 | 電気化学的方法 | 電動ブラシ方式によりフィールド機器の部品・表面処理にも使用可能 | より複雑な技術、DC 電源または定電位計が必要 |
4. ステンレス鋼酸洗不動態化の適用範囲
4.1 ステンレス製機器の製造工程における酸洗不動態化処理
4.1.1 切削加工後の洗浄・酸洗不動態化
切削加工によるステンレス鋼ワークの表面には通常、鉄片、鋼材および冷却エマルジョンおよびその他の汚れが残留し、ステンレス鋼表面の汚れや錆の原因となるため、除去するだけでなく、脱脂および脱脂後、硝酸で洗浄する必要があります。鉄は鋼を切り出しますが、不動態化も行います。
4.1.2 溶接前後の洗浄と酸洗不動態化
グリースは水素の供給源であるため、グリースを除去しないと溶接部に気孔が形成され、低融点金属汚染（ジンクリッチペイントなど）により溶接後に亀裂が発生するため、ベベルと両方を溶接する前にステンレス鋼を洗浄する必要があります。表面の側面から20mm以内にある場合は、アセトンで油をこすってください。塗装の錆は最初にサンドクロスまたはステンレス鋼のワイヤーブラシで除去してから、アセトンできれいに拭きます。
ステンレス鋼製機器の製造では、溶接技術に関係なく、溶接後に洗浄し、すべての溶接スラグ、スパッタ、汚れ、酸化色を除去する必要があります。除去方法には機械的洗浄と化学的洗浄が含まれます。 研削、研磨、サンドブラストショットなどによる機械的洗浄では、表面の錆を防ぐために炭素鋼ブラシの使用を避けてください。 最高の耐食性を得るには、HNO3 と HF の混合物に浸漬するか、酸洗不動態化ペーストを使用します。 実際、機械的洗浄は化学的洗浄と組み合わせて使用されるのが一般的です。
4.1.3 鍛造部品および鋳造部品の洗浄
ステンレス鋼のワークピースの鍛造や鋳造などの熱間加工後、表面には酸化物、潤滑剤、または酸化汚染、グラファイト、二硫化モリブデン、二酸化炭素などの汚染物質の層が形成されることがよくあります。ショットブラスト、塩浴処理、およびその他の方法で処理する必要があります。マルチパス酸洗処理。 米国のステンレス鋼タービンブレードの処理プロセスなど
塩浴（10分）→水冷（2.5分）→硫酸洗浄（2分）→冷水洗浄（2分）→アルカリ性過マンガン酸塩浴（10分）→冷水洗浄（2分）→硫酸洗浄（1分間）→冷水洗浄（1分）→硝酸洗浄（1.5分）→冷水洗浄（1分）→熱水洗浄（1分）→自然乾燥。
4.2 新しいデバイスの試運転前の酸洗不動態化処理
酸洗い不動態化の要件が始まる前に、生産中の多くの大型化学物質、化学繊維、肥料、その他のステンレス鋼設備やパイプラインが製造されています。 機器は製造工場で酸洗されていますが、溶接スラグや酸化皮膜に加えて、保管、輸送、設置の過程で油脂、泥、砂、錆、その他の汚染が避けられず、機器の安全性を確保します。および機器のテスト製品（特に化学中間体および精製製品）の品質は、試運転の成功を保証するための要件を満たすことができ、酸洗い不動態化を行う必要があります。 H2O2製造装置のステンレス製の設備や配管などは製造前に洗浄する必要があり、汚れがあると重金属イオンにより触媒が被毒してしまいます。 さらに、グリースや遊離鉄イオンが付着した金属表面などは、H2O2 の分解を引き起こし、大量の熱を激しく放出し、火災、さらには爆発を引き起こす可能性があります。 酸素パイプラインの場合も同様に、微量の油や金属粒子の存在によって火花が発生し、重大な結果が生じる可能性があります。
4.3 現場メンテナンスにおける酸洗と不動態化処理
精製テレフタル酸（PTA）、ポリビニルアルコール（PVA）、アクリル、酢酸などの製造装置材料には、オーステナイト系ステンレス鋼316L、317、304Lが多く、材料中にCl-、Br-、SCN-が含まれています。 、ギ酸やその他の有害なイオン、または汚れ、材料の凝集により、機器に孔食、隙間腐食、溶接腐食が発生します。 駐車場メンテナンスでは、局所的な腐食の拡大を防ぐために、機器やコンポーネントの不動態皮膜を修復するために、包括的または局所的な酸洗不動態化処理を行うことができます。 上海石化PTA装置乾燥機ステンレス鋼管更新オーバーホールやアクリル装置ステンレス熱交換器オーバーホールなど酸洗不動態化を行っております。
4.4 稼働中の機器のスケール除去洗浄
石油化学プラントのステンレス設備、特に熱交換器は一定期間使用すると内壁に炭酸塩スケール、硫酸塩スケール、珪酸塩スケール、酸化鉄スケール、有機スケール、触媒スケールなどの様々な汚れが付着します。 、熱伝達効果に影響を及ぼし、スケールの下に腐食を引き起こします。 スケール除去には適切な洗浄剤を選択する必要があり、硝酸、硝酸 + フッ化水素酸、硫酸、クエン酸、EDTA、水系洗浄剤などを使用でき、適切な量の腐食防止剤を追加できます。 スケール除去および洗浄後、必要に応じて不動態化を行います。 化学処理。 上海石油化学のPTA、酢酸、アクリルなどのステンレス鋼製熱交換器のスケールを除去し、洗浄しました。
5. ステンレス鋼の酸洗い不動態化の注意事項
5.1 酸洗い不動態化の前処理
ステンレス鋼ワークは酸洗い不動態化処理を行う前に、表面の汚れ等を機械洗浄し、脱脂洗浄を行ってください。 酸洗液と不動態化液でグリースを除去できない場合、表面にグリースが存在すると酸洗い不動態化の品質に影響を及ぼします。このため、油分除去と脱脂を省略することはできません。アルカリ、乳化剤、有機溶剤などを使用できます。蒸気など
5.2 酸洗液と洗浄水のCl-コントロール
トリクロロエチレンおよびトリクロロエチレンを含むグリースに加えて、塩酸、過塩素酸、塩化第二鉄、塩化ナトリウム、および表面酸化層を除去するための主剤または添加剤として塩化物イオンを含むその他の攻撃的な媒体を添加した一部のステンレス鋼の酸洗い溶液または酸洗ペースト。その他塩素を含む有機溶剤は応力腐食破断防止の観点からあまり適しません。 また、最初のすすぎ水は工業用水として使用できますが、最終洗浄水はハロゲン化物含有量を厳密に管理する必要があります。 通常は脱イオン水を使用します。 石油化学オーステナイト系ステンレス鋼の水圧試験水用圧力容器など、C1含有量が25mg / Lを超えないように制御し、この要件を満たすことができない場合、水を硝酸ナトリウム処理に追加して要件を満たすことができます。 , C1含有量が基準を超えると、ステンレス鋼の不動態皮膜を破壊し、孔食、隙間腐食、応力腐食破断などの根本原因となります。
5.3 プロセス制御における酸洗不動態化操作
遊離鉄やその他の金属汚れの除去には硝酸溶液のみが効果的ですが、酸化鉄、厚い腐食生成物、焼き戻し皮膜などの除去には効果がありません。利便性と作業の安全性を考慮して、通常は HNO3 + HF 溶液を使用する必要があります。 、HFの代わりにフッ化物を利用できます。 HNO3 溶液だけでは腐食防止剤を添加できませんが、HNO3 + HF 酸洗の場合は Lan-826 を添加する必要があります。 HNO3 + HF 酸洗を使用する場合、腐食を防ぐために、濃度を 5:1 の比率に保つ必要があります。 温度は49℃以下にしてください。高すぎるとHFが揮発します。
不動態化溶液の場合、HNO3 は 20% ～ 50% の間に制御する必要があります。 電気化学試験によると、HNO3 濃度が 20% 未満で処理された不動態化膜の品質は不安定で、孔食が発生しやすくなりますが、過剰な不動態化を防ぐために HNO3 濃度は 50% を超えてはなりません。
脱脂酸洗不動態化のワンステッププロセスは、操作が簡単で工数を節約できますが、酸洗不動態化溶液（ペースト）には攻撃的なHFが含まれるため、最終的な保護膜の品質はマルチステップ法ほど良くありません。
酸洗い工程において、酸の濃度、温度、接触時間を一定の範囲内で調整することができます。 酸洗液の使用時間の増加に伴い、酸濃度や金属イオン濃度の変化に注意する必要があります。 酸洗いのしすぎには注意し、チタンイオン濃度は 2% 未満にしてください。そうしないと深刻な孔食が発生します。 一般に、酸洗温度を高めると洗浄効果が加速され改善されますが、表面の汚染や損傷のリスクも高まる可能性があります。
5.4 ステンレス鋼の酸洗管理の鋭敏化条件
一部のステンレス鋼は、鋭敏化による不十分な熱処理や溶接が原因で、HNO3 + HF 酸洗を使用すると粒界腐食を引き起こす可能性があります。これは、運転中または洗浄または後続の処理中に粒界腐食亀裂によって引き起こされ、ハロゲン化物が濃縮して応力腐食を引き起こす可能性があります。 これらの増感ステンレス鋼は一般に、HNO3 + HF 溶液によるスケール除去や酸洗には適していません。 溶接後はこのような酸洗を行う必要があり、極低炭素鋼または安定化ステンレス鋼を使用する必要があります。
5.5 ステンレス鋼と炭素鋼の組み合わせの酸洗
ステンレス鋼と炭素鋼の組み合わせ部品 (ステンレス鋼のチューブ、プレート、炭素鋼シェル内の熱交換器など)、HNO3 または HNO3 + HF の使用が炭素鋼を深刻に腐食する場合の酸洗不動態化、そのような適切な腐食防止剤を添加する必要がある場合Lan-826として。 ステンレス鋼と炭素鋼の組み合わせ部品が鋭敏化状態にある場合、HNO3 + HF 酸洗は使用不可、ヒドロキシ酢酸 (2%) + ギ酸 (2%) + 腐食防止剤を使用可能、温度 93 ℃、時間 6 時間または EDTAアンモニウム系中性溶液＋腐食防止剤、温度：１２１℃、時間：６時間、熱湯洗浄後、水酸化アンモニウム１０ｍｇ／Ｌ＋ヒドラジン１００ｍｇ／Ｌに浸漬。
5.6 酸洗い不動態化の後処理
ステンレス鋼ワークの酸洗・水洗により、10％（質量分率）NaOH+4％（質量分率）KMnO4アルカリ生成過マンガン酸溶液に71～82℃で5～60分間浸漬して酸洗い残渣を除去し、その後よく水洗します。水と乾燥。 斑点や汚れが現れた後のステンレス鋼表面の酸洗不動態化、新しい不動態化溶液を利用するか、高濃度の硝酸を使用してスクラブして除去します。 ステンレス鋼の機器や部品の最終的な酸洗と不動態化では、非金属の異物との接触を避けるために、利用可能なポリエチレンフィルムのカバーやラップで保護する必要があります。
酸性および不動態化廃液の処理は、国の環境保護排出規制に準拠する必要があります。 フッ素排水などは石灰乳や塩化カルシウムで処理できます。 クロム含有廃水などの重クロム酸塩を可能な限り含まない不動態化溶液には、硫酸第一鉄の還元処理を追加できます。
酸洗いはマルテンサイト系ステンレス鋼の水素脆化を引き起こす可能性があり、酸素による熱処理（200℃までの加熱保持時間）が必要となる場合があります。
6. ステンレス鋼酸洗不動態化品質検査
化学試験では製品の不動態皮膜が破壊されるため、通常は検査用サンプルに含まれています。 方法としては、例えば以下のような方法が挙げられる。
(1) 硫酸銅滴定試験
８ｇＣｕＳＯ４＋５００ｍＬＨ２Ｏ＋２〜３ｍＬＨ２ＳＯ４溶液をサンプルプレートの表面に滴下し、６分間銅の析出がないなどの湿潤状態を維持して適格とする。
(2) 過テクネチウム酸カリウムの滴定試験
2mLのHCl+1mLのH2S04+1gK3Fe(CN)6+97mLのH20溶液をサンプルプレートの表面に滴下し、生成される青いスポットの数と時間の長さによって不動態化膜の品質を識別します。
結論：
この記事では主にステンレス鋼の酸洗不動態化処理、用途について説明します。ステンレス鋼の包括的な酸洗不動態化処理で、あらゆる種類の油、錆、酸化皮膜、溶接斑点、その他の汚れを除去し、処理後の表面は均一な銀白色になります。ステンレス鋼の耐食性を向上させ、各種ステンレス部品、プレートおよびその設備に適用可能です。 特徴は、操作が簡単で、使いやすく、経済的で実用的であると同時に、高効率の腐食防止剤、霧防止剤を添加して、金属の過腐食と水素脆化現象を防ぎ、酸霧の発生を抑制します。 ペーストの塗布には適さない小さくて複雑なワークピースに特に適しており、市場の類似製品よりも優れています。
