1. De noodzaak van passivering door beitsen van roestvrij staal
Austenitisch roestvast staal heeft een goede corrosiebestendigheid, oxidatiebestendigheid bij hoge temperaturen, betere prestaties bij lage temperaturen en uitstekende mechanische en verwerkingseigenschappen. Daarom wordt het veel gebruikt in de chemische, petroleum-, energie-, nucleaire, lucht- en ruimtevaart-, maritieme, farmaceutische, lichte industrie, textiel- en andere sectoren. Het belangrijkste doel is corrosie en roest te voorkomen. De corrosiebestendigheid van roestvast staal is voornamelijk afhankelijk van de passiveringsfilm op het oppervlak. Als deze film onvolledig of defect is, zal roestvast staal alsnog corroderen. De corrosiebestendigheid van roestvast staal wordt meestal behandeld met beits en passivering, waardoor de corrosiebestendigheid van roestvast staal wordt vergroot. In roestvrijstalen apparatuur en componenten komen bij het vormen, monteren, lassen, lasinspecties (zoals foutdetectie, drukweerstandstesten) en constructiemarkeringen en andere processen oppervlakteolie, roest, niet-metalen vuil, metaalverontreinigingen met een laag smeltpunt, verf, lasslakken en lasspatten enz. terecht. Deze stoffen hebben invloed op de oppervlaktekwaliteit van roestvrijstalen apparatuur en componenten, beschadigen de oxidehuid van het oppervlak en verminderen de algehele corrosiebestendigheid van het staal en de weerstand tegen plaatselijke corrosie (waaronder putcorrosie en spleetcorrosie). Er kan zelfs spanningscorrosie optreden.
Oppervlaktereiniging, beitsen en passiveren van roestvast staal spelen, naast het maximaliseren van de corrosiebestendigheid, ook een rol bij het voorkomen van productverontreiniging en het verkrijgen van esthetische voordelen. GBl50-1998 "Stalen drukvaten" bepaalt dat "het oppervlak van roestvast staal en samengestelde staalplaat, vervaardigd door het vat met anticorrosie-eisen, gebeitst en gepassiveerd moet worden". Deze bepaling geldt voor gebruik in petrochemische drukvaten, omdat deze apparaten in direct contact komen met corrosieve media. Om corrosiebestendigheid en corrosiebestendigheid te garanderen, is beitspassivering noodzakelijk. Voor andere industriële sectoren, zoals die voor niet-corrosiedoeleinden, zijn beitspassivering en het gebruik van roestvaststalen materialen niet alleen gebaseerd op de eisen voor reinheid en esthetiek, maar ook op het gebruik van roestvaststalen materialen. Lasnaden van roestvaststalen apparatuur moeten echter ook gepassiveerd worden. Voor de nucleaire techniek worden sommige chemische apparaten en andere toepassingen gebruikt die aan strenge eisen voldoen, naast het beitsen en passiveren, maar ook het gebruik van zeer zuivere media voor de laatste fijne reiniging of het mechanisch, chemisch en elektrolytisch polijsten en andere afwerkingsbehandelingen.
2. Passiveringsprincipe van beitsen van roestvrij staal
De corrosiebestendigheid van roestvrij staal is voornamelijk te danken aan het oppervlak dat bedekt is met een zeer dunne (ongeveer 1 nm) dichte passiveringsfilm. Deze corrosieve isolatielaag van 1 nm vormt de basisbarrière voor de bescherming van roestvrij staal. Passivering van roestvrij staal heeft dynamische eigenschappen en moet niet worden gezien als een volledige stopzetting van corrosie, maar als de vorming van een diffusiebarrièrelaag, waardoor de anodische reactiesnelheid aanzienlijk wordt verlaagd. Meestal hebben reductiemiddelen (zoals chloride-ionen) de neiging de film te vernietigen, terwijl oxidatiemiddelen (zoals lucht) de film kunnen behouden of herstellen.
Een roestvrijstalen werkstuk dat aan de lucht wordt blootgesteld, vormt een oxidelaag, maar de bescherming van deze laag is niet perfect. Meestal is een grondige reiniging, inclusief alkali en beitsen, gevolgd door passivering met een oxidatiemiddel vereist om de integriteit en stabiliteit van de passiveringslaag te waarborgen. Een van de doelen van beitsen is het creëren van gunstige omstandigheden voor passiveringsbehandelingen om de vorming van een hoogwaardige passiveringslaag te garanderen. Omdat het oppervlak van roestvrij staal door beitsen wordt aangetast, waardoor een laag van gemiddeld 10 μm dik wordt weggecorrodeerd, zorgt de chemische activiteit van het zuur ervoor dat de defecte delen sneller oplossen dan andere delen van het oppervlak. Beitsen kan er dus voor zorgen dat het gehele oppervlak gelijkmatig in balans is, waardoor een deel van de oorspronkelijke corrosiegevoeligheid wordt weggenomen, wat een verborgen gevaar vormt. Maar nog belangrijker is dat door beitspassivering ijzer en ijzeroxiden beter worden opgelost dan chroom en chroomoxiden, waardoor de chroomarme laag wordt verwijderd. Dit resulteert in een chroomverrijking van het roestvaststalen oppervlak. De potentie van deze chroomrijke passiveringsfilm tot +1.0 V (SCE), dicht bij de potentie van edelmetalen, verbetert de stabiliteit van de corrosiebestendigheid. Verschillende passiveringsbehandelingen hebben ook invloed op de samenstelling en structuur van de film, wat van invloed is op het roestvast staal. Zo kan de passiveringsfilm bijvoorbeeld een meerlaagse structuur krijgen door middel van elektrochemische modificatie, de vorming van CrOXNUMX of CrOXNUMX in de barrièrelaag, of de vorming van een glasachtige oxidefilm, waardoor roestvast staal maximale corrosiebestendigheid kan bieden.
Wetenschappers in binnen- en buitenland hebben veel onderzoek gedaan naar de productie van passiveringsfilms voor roestvrij staal. De afgelopen jaren heeft de Beijing Science University onderzoek gedaan naar foto-elektronenspectroscopie (XPS) voor passiveringsfilms voor roestvrij staal (316L), als voorbeeld voor een korte beschrijving. Passivering van roestvrij staal houdt in dat de oppervlaktelaag om een of andere reden oplost door de adsorptie van watermoleculen, onder invloed van katalytische oxidatiemiddelen, de vorming van oxiden en hydroxiden, en de samenstelling van de elementen van roestvrij staal, waaronder Cr, Ni en Mo, de uiteindelijke vorming van een stabiele fasevormende film, waardoor vernietiging van de film en corrosie wordt voorkomen.
3. Passiveringsmethoden en -processen voor het beitsen van roestvrij staal
3.1 Vergelijking van beitspassiveringsbehandelingsmethoden
De beits-passiveringsbehandeling van roestvaststalen apparatuur en onderdelen volgens de werking van verschillende methoden, het toepassingsgebied en de kenmerken worden weergegeven in Tabel 1.
Tabel 1 Vergelijking van de passiveringsmethode voor het beitsen van roestvrij staal
| Serienummer | Methode | Toepassingsgebied | Voor-en nadelen |
|---|---|---|---|
| 1 | Impregnatiemethode | Voor onderdelen die in de beitsbak of passiveerbak kunnen, maar niet voor grote apparatuur, kan de beitsoplossing gedurende een langere periode worden gebruikt | Hoge productie-efficiëntie en lage kosten; apparatuur met een groot volume gevuld met zuurimpregnatie verbruikt te veel vloeistof |
| 2 | Schildermethode | Geschikt voor grote apparatuur, interne oppervlaktebehandeling en lokale materiaalbehandeling | Slechte arbeidsomstandigheden en onherstelbaar zuur |
| 3 | plak methode: | Voor installatie- of onderhoudslocaties, met name voor het handmatig hanteren van lassecties | Slechte arbeidsomstandigheden en hoge productiekosten |
| 4 | Spuitmethode | Voor installatieplaatsen, grote scheepsinterieurs | Laag vloeistofverbruik, lage kosten, hoge snelheid, maar moet het pistool- en snijringsysteem configureren |
| 5 | Circulaire methode | Voor grote apparatuur, zoals warmtewisselaars, mantel- en buiswarmtewisselaars | Eenvoudig te hanteren constructie, het zuur kan worden hergebruikt, maar moet wel worden aangesloten op het circulatiesysteem met leidingen en pompen. |
| 6 | Elektrochemische methode: | Kan worden gebruikt voor zowel onderdelen- als oppervlaktebehandeling van veldapparatuur door middel van de elektrische borstelmethode | Complexere technologie, vereist DC-voeding of constante potentiaalmeter |
4. Toepassingsgebied van het passiveren van roestvast staal met beits
4.1 Beitspassiveringsbehandeling in het productieproces van roestvrijstalen apparatuur
4.1.1 Reinigen en beitsen en passiveren na het snijden
Werkstukken van roestvrij staal worden op het oppervlak meestal bewerkt met behulp van snijresten, resten van ijzer, staal en koelvloeistof en ander vuil. Hierdoor kunnen er vlekken en roest op het oppervlak van het roestvrij staal ontstaan. Daarom moeten werkstukken eerst worden ontvet en vervolgens worden gereinigd met salpeterzuur. Dit verwijdert niet alleen de ijzerresten van het staal, maar zorgt er ook voor dat het staal niet wordt gepassiveerd.
4.1.2 Reinigen en beitsen van passivering voor en na het lassen
Omdat vet een bron van waterstof is, zullen er poriën in de las ontstaan als het vet niet wordt verwijderd. Verontreiniging door metaal met een laag smeltpunt (zoals zinkrijke verf) zal na het lassen scheuren veroorzaken. Daarom moet roestvrij staal vóór het lassen worden schoongemaakt: de afschuining en beide zijden van het oppervlak binnen 20 mm. Olie kan worden verwijderd met aceton. Roest op de verf moet eerst worden verwijderd met een schuurdoek of een roestvrijstalen staalborstel en vervolgens worden schoongeveegd met aceton.
Bij de productie van roestvrijstalen apparatuur, ongeacht de lastechnologie, moeten na het lassen alle lasslakken, lasspatten, vlekken en oxidatievlekken worden verwijderd. Deze verwijderingsmethoden omvatten mechanische en chemische reiniging. Bij mechanische reiniging, bijvoorbeeld door slijpen, polijsten en zandstralen, moet het gebruik van koolstofstaalborstels worden vermeden om oppervlakteroest te voorkomen. Om de beste corrosiebestendigheid te verkrijgen, kan de apparatuur worden ondergedompeld in een mengsel van HNO3 en HF, of kan beitspassiveringspasta worden gebruikt. Mechanische reiniging wordt vaak gecombineerd met chemische reiniging.
4.1.3 Reiniging van gesmede en gegoten onderdelen
Na warme bewerkingen, zoals het smeden en gieten van roestvrijstalen werkstukken, heeft het oppervlak vaak een laag oxide, smeermiddel of oxidevervuiling, verontreinigende stoffen zoals grafiet, molybdeendisulfide en koolstofdioxide, enz. Moet worden behandeld met straalstralen, zoutbadbehandeling en meervoudige beitsbehandeling. Zoals het Amerikaanse proces voor de behandeling van roestvrijstalen turbinebladen voor
Zoutbad (10 min) → blussen met water (2.5 min) → wassen met zwavelzuur (2 min) → wassen met koud water (2 min) → alkalisch permanganaatbad (10 min) → wassen met koud water (2 min) → wassen met zwavelzuur (1 min) → wassen met koud water (1 min) → wassen met salpeterzuur (1.5 min) → wassen met koud water (1 min) → wassen met warm water (1 min) → drogen aan de lucht.
4.2 Beitspassiveringsbehandeling vóór ingebruikname van nieuwe apparaten
Veel grote chemische, chemische vezel-, kunstmest- en andere apparaten in roestvrijstalen apparatuur en pijpleidingen worden al vóór de start van de beitspassiveringseisen geproduceerd. Hoewel de apparatuur al in de productie-installatie is gebeitst, kunnen er zich tijdens de opslag, het transport en het installatieproces, naast lasslakken en oxidehuid, onvermijdelijk vet, modder, zand, roest en andere vervuiling vormen. Om ervoor te zorgen dat de kwaliteit van de apparatuur en de testproducten (met name chemische tussenproducten en geraffineerde producten) voldoet aan de eisen voor een succesvolle inbedrijfstelling, moet beitspassivering worden uitgevoerd. Roestvrijstalen apparatuur en pijpleidingen, zoals die voor de productie van H₂O₂, moeten vóór de productie worden gereinigd, anders kunnen zware metaalionen de katalysator vergiftigen. Bovendien kunnen metalen oppervlakken met vet en vrije ijzerionen de ontleding van H₂O₂ veroorzaken, wat leidt tot een heftige afgifte van grote hoeveelheden warmte, wat brand of zelfs een explosie kan veroorzaken. Ook bij zuurstofleidingen kunnen sporen van olie en metaaldeeltjes vonken en ernstige gevolgen veroorzaken.
4.3 Zuurbeitsen en passiveren bij veldonderhoud
In de productie van geraffineerd tereftaalzuur (PTA), polyvinylalcohol (PVA), acryl, azijnzuur en andere materialen voor austenitisch roestvast staal (316L, 317 en 304L) kan een groot aantal materialen voorkomen, zoals austenitisch roestvast staal (XNUMXL, XNUMX en XNUMXL), omdat het materiaal Cl-, Br-, SCN-, mierenzuur en andere schadelijke ionen bevat, of door vuil, materiaalagglomeratie, putcorrosie, spleetcorrosie en lascorrosie op de apparatuur. Onderhoud aan de parkeerplaats kan bestaan uit een uitgebreide of lokale beitspassivering van apparatuur of componenten om de passiveringsfilm te herstellen en uitbreiding van lokale corrosie te voorkomen. Revisies van bijvoorbeeld de PTA-droger van Shanghai Petrochemical en de revisie van de roestvrijstalen pijp van acrylapparaten en de roestvrijstalen warmtewisselaar van acrylapparaten zijn uitgevoerd met zuurbeitspassivering.
4.4 Ontkalken en reinigen van apparatuur tijdens gebruik
Roestvrijstalen apparatuur van petrochemische installaties, met name warmtewisselaars, zal na een bepaalde bedrijfsperiode diverse soorten vuil op de binnenwand afzetten, zoals carbonaat-, sulfaat-, silicaat-, ijzeroxide-, organische en katalysatoraanslag. Dit beïnvloedt de warmteoverdracht en veroorzaakt corrosie onder de aanslag. Het is noodzakelijk om het juiste reinigingsmiddel te kiezen voor het ontkalken. U kunt salpeterzuur, salpeterzuur + waterstoffluoride, zwavelzuur, citroenzuur, EDTA, een reinigingsmiddel op waterbasis, enz. gebruiken en de juiste hoeveelheid corrosieremmer toevoegen. Na het ontkalken en reinigen, indien nodig, passiveren en chemisch behandelen. Roestvrijstalen warmtewisselaars, zoals Shanghai Petrochemical PTA, azijnzuur, acryl en andere componenten, worden ontkalkt en gereinigd.
5. Voorzorgsmaatregelen voor het passiveren van roestvrij staal bij het beitsen
5.1 Voorbehandeling van beitspassivering
Roestvrijstalen werkstukken moeten vóór het beitsen en passiveren van het oppervlak eerst mechanisch worden gereinigd en vervolgens ontvet. Als de beitsoplossing en passiveringsoplossing het vet niet kunnen verwijderen, zal de aanwezigheid van vet op het oppervlak de kwaliteit van de beitspassivering beïnvloeden. Daarom is het belangrijk om olie te verwijderen en te ontvetten. Hiervoor kunt u alkali, emulgatoren, organische oplosmiddelen en stoom gebruiken.
5.2 beitsoplossing en spoelwater Cl-controle
Sommige beitsoplossingen of beitspasta's voor roestvrij staal, met toevoeging van zoutzuur, perchloorzuur, ferrichloride, natriumchloride en andere agressieve media die chloride-ionen bevatten als hoofdbestanddelen of additieven, om de oxidelaag van het oppervlak te verwijderen, zijn, naast vet met trichloorethyleen en andere chloorhoudende organische oplosmiddelen, niet erg geschikt om spanningscorrosie te voorkomen. Bovendien kan het eerste spoelwater worden gebruikt als industrieel water, maar het laatste reinigingswater vereist strikte controle van het halogenidegehalte. Meestal wordt gedeïoniseerd water gebruikt. Zoals in petrochemische austenitische roestvrijstalen drukvaten voor waterdruktests, mag het C1-gehalte niet hoger zijn dan 25 mg/l. Als aan deze eis niet kan worden voldaan, kan het water worden toegevoegd aan een natriumnitraatbehandeling om aan de eisen te voldoen. Als het C1-gehalte de norm overschrijdt, zal dit de passiveringsfilm van roestvrij staal vernietigen en de hoofdoorzaak zijn van putcorrosie, spleetcorrosie, spanningscorrosie, enz.
5.3 Beitspassiveringsbewerking in de procesbesturing
Een salpeterzuuroplossing alleen is effectief voor het verwijderen van los ijzer en ander metaalvuil, maar niet voor het verwijderen van ijzeroxide, dikke corrosieproducten, ontlaatlagen, enz. Gebruik over het algemeen een HNO3 + HF-oplossing. Voor gemak en operationele veiligheid is fluoride in plaats van HF een goede optie. Een HNO3-oplossing alleen kan geen corrosieremmer toevoegen, maar bij HNO3 + HF-beitsen moet u Lan-826 toevoegen. Gebruik HNO3 + HF-beitsen om corrosie te voorkomen. De concentratie moet 5:1 zijn. De temperatuur moet lager zijn dan 49 °C; bij een te hoge temperatuur verdampt HF.
Voor passiveringsoplossingen moet het HNO3-gehalte tussen 20% en 50% liggen. Volgens elektrochemische tests is de kwaliteit van de passiveringsfilm die behandeld is met een HNO3-concentratie van minder dan 20% onstabiel en kan er gemakkelijk putcorrosie optreden. De HNO3-concentratie mag echter niet hoger zijn dan 50% om overpassivering te voorkomen.
Het eenstapsproces van ontvetten en passiveren met beits is weliswaar eenvoudig uit te voeren en bespaart tijd en manuren, maar de beitspassiveringsoplossing (pasta) bevat agressieve HF, waardoor de uiteindelijke kwaliteit van de beschermlaag niet zo goed is als bij de meerstapsmethode.
De zuurconcentratie, temperatuur en contacttijd kunnen binnen een bepaald bereik worden aangepast tijdens het beitsproces. Naarmate de gebruiksduur van de beitsoplossing toeneemt, moet er rekening worden gehouden met de verandering in zuurconcentratie en metaalionconcentratie. Overbeitsen moet worden vermeden en de titaniumionconcentratie moet minder dan 2% zijn, anders kan dit leiden tot ernstige putcorrosie. Over het algemeen zal een hogere beitstemperatuur het reinigingseffect versnellen en verbeteren, maar dit kan ook het risico op oppervlakteverontreiniging of -beschadiging verhogen.
5.4 Roestvaststalen sensibilisatieomstandigheden voor beitsbestrijding
Sommige soorten roestvast staal kunnen intergranulaire corrosie veroorzaken door slechte warmtebehandeling of lassen, veroorzaakt door sensibilisatie. Het gebruik van HNO3 + HF-beitsen kan intergranulaire corrosie veroorzaken. Intergranulaire corrosiescheuren tijdens het gebruik, of door reiniging of verdere verwerking kunnen halideconcentraties veroorzaken, wat spanningscorrosie kan veroorzaken. Dit gesensibiliseerde roestvast staal is over het algemeen niet geschikt voor ontkalking of beitsen met een HNO3 + HF-oplossing. Na het lassen, zoals bij deze beitsbehandeling, moet ultralaag koolstofstaal of gestabiliseerd roestvast staal worden gebruikt.
5.5 Combinatie van beitsen van roestvrij staal en koolstofstaal
Onderdelen van roestvrij staal en koolstofstaalcombinatie (zoals warmtewisselaars in buizen, platen en koolstofstalen mantel van roestvrij staal), beitspassivering als het gebruik van HNO3 of HNO3 + HF koolstofstaal ernstig zal aantasten, wanneer de juiste corrosie-inhibitor moet worden toegevoegd, zoals Lan-826. Wanneer onderdelen van roestvrij staal en koolstofstaalcombinatie in de gesensibiliseerde toestand zijn, kan HNO3 + HF-beitsen niet worden gebruikt, kan hydroxyazijnzuur (2%) + mierenzuur (2%) + corrosie-inhibitor worden gebruikt, temperatuur 93 ℃, tijd 6 uur of EDTA-ammoniumgebaseerde neutrale oplossing + corrosie-inhibitor, temperatuur: 121 ℃, tijd: 6 uur, gevolgd door spoelen met heet water en onderdompeling in 10 mg / L ammoniumhydroxide + 100 mg / L hydrazine.
5.6 Nabehandeling van beitspassivering
Werkstukken van roestvrij staal worden beitst en met water gespoeld. Het werkstuk wordt behandeld met een oplossing van 10% NaOH + 4% KMnO4, een alkalische permanganaatoplossing, en wordt gedurende 71 tot 82 minuten geweekt bij temperaturen tussen 5 en 60 °C om de beitsresten te verwijderen. Vervolgens wordt het werkstuk grondig met water gespoeld en gedroogd. Na het verschijnen van vlekken of vlekken kan het oppervlak van roestvrij staal worden beitst met een verse passiveringsoplossing of met een hogere concentratie salpeterzuur. Bij het laatste beitsen en passiveren van roestvrijstalen apparatuur of onderdelen moet aandacht worden besteed aan de bescherming. Een polyethyleenfolie of -wikkel is voldoende om contact met niet-metalen vreemde metalen te voorkomen.
De behandeling van zure en passiverende afvalvloeistoffen moet voldoen aan de nationale emissienormen voor milieubescherming. Afvalwater met fluor kan bijvoorbeeld worden behandeld met kalkmelk of calciumchloride. Passiveringsoplossingen die zoveel mogelijk dichromaatvrij zijn, zoals chroomhoudend afvalwater, kunnen worden toegevoegd aan de reductiebehandeling van ferrosulfaat.
Beitsen kan waterstofbrosheid van martensitisch roestvast staal veroorzaken, zoals de noodzaak voor warmtebehandeling met zuurstof (verhitting tot 200 ℃ houdtijd).
6. Kwaliteitscontrole van het passiveren van roestvrij staal door beitsen
Omdat de chemische test de passiveringsfilm van het product, meestal in het te inspecteren monster, zal vernietigen, zijn de volgende methoden een voorbeeld.
(1) kopersulfaattitratietest
Druppel 8 g CuS04 + 500 ml LH20 + 2 ~ 3 ml LH2S04-oplossing op het oppervlak van de monsterplaat en zorg dat de toestand nat blijft. Er mag bijvoorbeeld gedurende 6 minuten geen koper worden neergeslagen.
(2) titratietest van kaliumpertechnetaat
Door een oplossing van 2 ml LHCl + 1 ml LH2S04 + 1 g K3Fe(CN)6 + 97 ml LH20 op het oppervlak van het monsterplaatje te druppelen, kunt u de kwaliteit van de passiveringsfilm vaststellen aan de hand van het aantal gegenereerde blauwe vlekken en de tijdsduur.
Conclusie:
Dit artikel beschrijft voornamelijk de passiveringsbehandeling van roestvast staal met beits. Het gebruik ervan: een uitgebreide passiveringsbehandeling van roestvast staal verwijdert alle soorten olie, roest, oxidehuid, lasvlekken en ander vuil. Het oppervlak wordt na de behandeling egaal zilverwit, wat de corrosiebestendigheid van roestvast staal aanzienlijk verbetert. Het is toepasbaar op diverse soorten roestvaststalen onderdelen, platen en bijbehorende apparatuur. De eigenschappen zijn eenvoudig te bedienen, gebruiksvriendelijk, economisch en praktisch. De toevoeging van een zeer efficiënte corrosieremmer en nevelremmer voorkomt overcorrosie en waterstofbrosheid van het metaal en remt de vorming van zuurnevel. Het is met name geschikt voor kleine en complexe werkstukken die niet geschikt zijn voor pasta-applicatie en is beter dan vergelijkbare producten op de markt.
