1. Необходимость пассивации травлением нержавеющей стали
Аустенитная нержавеющая сталь обладает хорошей коррозионной стойкостью, стойкостью к высокотемпературному окислению, лучшими низкотемпературными характеристиками и отличными механическими и технологическими свойствами. Поэтому он широко используется в химической, нефтяной, энергетической, атомной, аэрокосмической, морской, фармацевтической, легкой промышленности, текстильной и других отраслях. Его основная цель – предотвратить коррозию и ржавчину. Коррозионная стойкость нержавеющей стали в основном зависит от поверхностной пассивирующей пленки, если пленка неполная или дефектная, нержавеющая сталь все равно будет подвергаться коррозии. Инжиниринг обычно проводится путем травления и пассивации, так что потенциал коррозионной стойкости нержавеющей стали в большей степени. В оборудовании и компонентах из нержавеющей стали при формовании, сборке, сварке, контроле сварных швов (таких как дефектоскопия, испытание на устойчивость к давлению), а также при строительной маркировке и других процессах на поверхности появляются масло, ржавчина, неметаллическая грязь, металлические загрязнители с низкой температурой плавления, краска, сварочный шлак и брызги и т. д., эти вещества влияют на качество поверхности оборудования и компонентов из нержавеющей стали, повреждают ее поверхностную оксидную пленку, снижая стойкость стали к общей коррозионной активности и стойкость к локальной коррозии (включая точечную коррозию, щелевую коррозию), и даже может привести к коррозионному разрушению под напряжением.
Очистка поверхности из нержавеющей стали, травление и пассивация, в дополнение к максимальной коррозионной стойкости, играют роль в предотвращении загрязнения продукта и доступе к эстетике. В ГБл50-1998 «Стальные сосуды под давлением» указано, что «поверхность листа из нержавеющей стали и композитной стали, изготовленного сосудом с антикоррозионными требованиями, должна быть протравлена и пассивирована». Это положение предназначено для использования нефтехимических сосудов под давлением, поскольку эти устройства используются в непосредственном контакте с агрессивными средами, для обеспечения коррозионной стойкости и коррозионной стойкости необходимо пассивирование травлением. Для других отраслей промышленности, например, не для антикоррозионных целей, исходя только из чистоты и эстетических требований, а использование материалов из нержавеющей стали не травление пассивации. Но сварные швы оборудования из нержавеющей стали также нуждаются в пассивации травлением. Для ядерной энергетики, некоторых химических устройств и других применений строгих требований, в дополнение к травлению, пассивации, а также использованию высокочистых сред для окончательной тонкой очистки или механической, химической и электролитической полировки и другой отделочной обработки.
2. Принцип пассивации травлением нержавеющей стали
Коррозионная стойкость нержавеющей стали в основном обусловлена поверхностью, покрытой очень тонкой (около 1 нм) плотной пассивирующей пленкой, эта пленка толщиной 1 нм, изолирующая от агрессивных сред, является основным барьером для защиты нержавеющей стали. Пассивация нержавеющей стали имеет динамические характеристики, ее следует рассматривать не как полную остановку коррозии, а как образование барьерного слоя диффузии, так что скорость анодной реакции значительно снижается. Обычно в присутствии восстановителей (таких как ионы хлорида) пленка склонна к разрушению, в то время как в присутствии окислителей (таких как воздух) пленка может сохраняться или восстанавливаться.
Заготовка из нержавеющей стали, помещенная на воздух, образует оксидную пленку, но защита этой пленки не идеальна. Обычно требуется тщательная очистка, в том числе щелочная и травление, с последующей пассивацией окислителем для обеспечения целостности и стабильности пассивирующей пленки. Одной из целей травления является создание благоприятных условий для пассивирующей обработки, обеспечивающих формирование качественной пассивирующей пленки. Поскольку поверхность нержавеющей стали подвергается травлению, так что слой поверхности толщиной в среднем 10 мкм подвергается коррозии, химическая активность кислоты делает дефектные части скорости растворения по сравнению с другими частями поверхности, поэтому травление может сделать все поверхность имеет тенденцию быть равномерно сбалансированной, часть первоначальной подверженности коррозии удаляется от скрытой опасности. Но что более важно, благодаря пассивации травлением, так что оксиды железа и железа предпочтительно растворяются, а не оксиды хрома и хрома, удаляя слой с низким содержанием хрома, что приводит к обогащению хромом поверхности нержавеющей стали, потенциал этой богатой хромом пассивирующей пленки до +1.0 В (SCE), близкий к потенциалу драгоценных металлов, для повышения стабильности коррозионной стойкости. Различная пассивирующая обработка также повлияет на состав и структуру пленки, что повлияет на нержавеющую сталь, например, в процессе электрохимической модификации, пассивирующая пленка может иметь многослойную структуру, образование CrO или CrO в барьерном слое, или образование стекловидной оксидной пленки, так что нержавеющая сталь может играть максимальную коррозионную стойкость.
Ученые в стране и за рубежом провели множество исследований по созданию пассивирующей пленки из нержавеющей стали. В последние годы, Пекинский научный университет 316L стали исследования фотоэлектронной спектроскопии пассивации пленки (XPS) в качестве примера для краткого описания. Пассивация нержавеющей стали - это поверхностный слой, по какой-либо причине растворенный с адсорбцией молекул воды, под каталитическим действием окислителей, образованием оксидов и гидроксидов, а состав нержавеющей стали реакция превращения элементов cr, Ni, Mo, конечная образование стабильной фазообразующей пленки, препятствующей разрушению пленки и коррозии.
3. Методы и процессы пассивации травлением нержавеющей стали.
3.1 Сравнение методов пассивации травлением
Оборудование и детали из нержавеющей стали для травления пассивации в зависимости от действия различных методов, ее область применения и характеристики показаны в таблице 1.
Таблица 1. Сравнение методов пассивации травлением нержавеющей стали
| Серийный номер | Способ доставки | Сфера применения | Преимущества и недостатки |
|---|---|---|---|
| 1 | Метод пропитки | Для деталей, которые можно поместить в ванну для травления или ванну для пассивации, но не для крупногабаритного оборудования, раствор для травления можно использовать в течение более длительного периода времени. | Высокая эффективность производства и низкая стоимость; оборудование большого объема, заполненное кислотной пропиткой, потребляет слишком много жидкости |
| 2 | Метод покраски | Подходит для обработки внутренней поверхности большого оборудования и обработки местного материала. | Плохие условия труда и неизвлекаемая кислота |
| 3 | метод вставки | Для монтажных или сервисных площадок, особенно для ручного перемещения сварочных секций | Плохие условия труда и высокие производственные затраты |
| 4 | Метод распыления | Для монтажных площадок, интерьеров больших емкостей | Низкий расход жидкости, низкая стоимость, высокая скорость, но необходимо настроить пистолет и систему режущих колец. |
| 5 | Круговой метод | Для крупного оборудования, такого как теплообменники, кожухотрубные | Простая в обращении конструкция, кислоту можно использовать повторно, но ее необходимо подключить к циркуляционной системе с помощью труб и насосов. |
| 6 | Электрохимический метод | Может использоваться как для обработки деталей, так и для обработки поверхностей полевого оборудования электрощеточным методом. | Более сложная технология, требуется источник питания постоянного тока или измеритель постоянного потенциала |
4. Область применения пассивации травления нержавеющей стали.
4.1 Пассивация травлением в процессе производства оборудования из нержавеющей стали
4.1.1 Очистка и пассивация травлением после резки
Заготовка из нержавеющей стали путем резки на поверхности, как правило, остаточной железной стружки, стальной и охлаждающей эмульсии и другой грязи, оставляет на поверхности нержавеющей стали пятна и ржавчину, поэтому ее следует обезжирить и обезжирить, а затем очистить азотной кислотой, а не только удалить железная стружка стальная, но и пассивация.
4.1.2 Очистка и пассивация травлением до и после сварки
Поскольку смазка является источником водорода, в сварном шве без удаления смазки будут образовываться поры, а загрязнение металлом с низкой температурой плавления (например, краска с высоким содержанием цинка) вызовет растрескивание после сварки, поэтому нержавеющую сталь необходимо очистить перед сваркой фаски и обоих. стороны поверхности в пределах 20 мм, масло можно очистить ацетоном, ржавчину от краски следует сначала удалить с помощью наждачной ткани или проволочной щетки из нержавеющей стали, а затем протереть ацетоном.
Производство оборудования из нержавеющей стали, независимо от технологии сварки, после сварки необходимо очистить, удалить весь сварочный шлак, брызги, пятна и окислы, методы удаления включают механическую и химическую очистку. Механическая очистка со шлифовкой, полировкой и пескоструйной обработкой и т. Д. Следует избегать использования щеток из углеродистой стали для предотвращения поверхностной ржавчины. Чтобы получить наилучшую коррозионную стойкость, его можно погрузить в смесь HNO3 и HF или использовать пассивирующую пасту для травления. Фактически, механическая очистка обычно используется в сочетании с химической очисткой.
4.1.3 Очистка кованых и литых деталей
После горячей обработки, такой как ковка и литье заготовки из нержавеющей стали, поверхность часто имеет слой оксида, смазки или оксидного загрязнения, загрязняющих веществ, включая графит, дисульфид молибдена и двуокись углерода и т. д. многопроходная обработка травлением. Например, процесс обработки лопаток турбины из нержавеющей стали в США для
Соляная ванна (10 мин) → закалка водой (2.5 мин) → промывка серной кислотой (2 мин) → промывка холодной водой (2 мин) → щелочная перманганатная ванна (10 мин) → промывка холодной водой (2 мин) → промывка серной кислотой (1 дождь) → холодная вода промывка (1 мин) → промывка азотной кислотой (1.5 мин) → промывка холодной водой (1 мин) → промывка горячей водой (1 мин) → сушка на воздухе.
4.2 Пассивация травлением перед вводом в эксплуатацию новых устройств
Многие крупные химические, химические волокна, удобрения и другие устройства оборудования и трубопроводов из нержавеющей стали в производстве до начала требований к пассивации травления. Хотя оборудование было протравлено на заводе-изготовителе, в дополнение к сварочному шлаку и оксидной корке, но в процессе хранения, транспортировки, установки и неизбежно вызвано смазкой, грязью и песком, ржавчиной и другими загрязнениями, чтобы гарантировать, что устройство и оборудование для испытаний продуктов (особенно химических промежуточных продуктов и продуктов переработки) качество может соответствовать требованиям для обеспечения успешного ввода в эксплуатацию, должны быть протравлены пассивации. Например, оборудование и трубопроводы из нержавеющей стали для производства H2O2 должны быть очищены перед производством, в противном случае, если есть грязь, ионы тяжелых металлов вызовут отравление катализатора. Кроме того, например, металлические поверхности со смазкой и свободными ионами железа вызовут разложение H2O2, бурное выделение большого количества тепла, вызывающее пожар или даже взрыв. Аналогично для кислородного трубопровода присутствие следов масла и металлических частиц также может привести к искрам и серьезным последствиям.
4.3 Кислотное травление и пассивация при обслуживании в полевых условиях
В рафинированной терефталевой кислоте (ТФК), поливиниловом спирте (ПВС), акриловой, уксусной кислоте и других материалах производственного оборудования большое количество аустенитных нержавеющих сталей 316L, 317, 304L, так как материал содержит Cl-, Br-, SCN- , муравьиная кислота и другие вредные ионы, а также грязь, агломерация материала вызывают точечную, щелевую коррозию и коррозию сварных швов на оборудовании. В условиях стоянки техническое обслуживание может представлять собой комплексное травление или локальную пассивационную обработку оборудования или деталей с целью восстановления его пассивирующей пленки для предотвращения распространения локальной коррозии. Например, капитальный ремонт трубы из нержавеющей стали для осушителя устройства Shanghai Petrochemical PTA и капитальный ремонт теплообменника из нержавеющей стали для акрилового устройства были пассивированы кислотным травлением.
4.4 Очистка оборудования от накипи в процессе эксплуатации
Оборудование из нержавеющей стали нефтехимического завода, особенно теплообменники, после определенного периода работы на внутренней стенке будут откладываться различные загрязнения, такие как карбонатная, сульфатная, силикатная, оксидная, органическая, каталитическая и т. д. , влияя на эффект теплопередачи и вызывая коррозию под окалиной. Необходимо выбрать правильное чистящее средство для удаления накипи, можно использовать азотную кислоту, азотную кислоту + плавиковую кислоту, серную кислоту, лимонную кислоту, ЭДТА, чистящее средство на водной основе и т. д., а также добавить нужное количество ингибитора коррозии. После удаления накипи и очистки, при необходимости, затем пассивация. Химическая обработка. Такие как Shanghai Petrochemical PTA, уксусная кислота, акрил и другие устройства теплообменника из нержавеющей стали были удалены из накипи и очищены.
5. Меры предосторожности при травлении нержавеющей стали.
5.1 Предварительная обработка травлением и пассивацией
Пассивация травления заготовки из нержавеющей стали перед загрязнением поверхности и т. д. должна быть очищена механической очисткой, а затем обезжириванием обезжириванием. Если раствор для травления и раствор для пассивации не могут удалить жир, наличие жира на поверхности повлияет на качество пассивации травления, по этой причине удаление масла и обезжиривание нельзя опускать, вы можете использовать щелочь, эмульгатор, органические растворители и пар и др.
5.2 травильный раствор и промывочная вода Cl-контроль.
Некоторые травильные растворы или пасты для травления нержавеющей стали с добавлением соляной кислоты, хлорной кислоты, хлорида железа и натрия и других агрессивных сред, содержащих ионы хлорида, в качестве основного агента или добавок для удаления поверхностного оксидного слоя, в дополнение к смазке трихлорэтиленом и другие органические растворители, содержащие хлор, от предотвращения коррозии под напряжением разрушения не очень подходят. Кроме того, вода для первоначального ополаскивания может использоваться для технической воды, а вода для окончательной очистки требует строгого контроля содержания галогенидов. Обычно используют деионизированную воду. Например, нефтехимический сосуд высокого давления из аустенитной нержавеющей стали для воды для испытания воды под давлением, контрольное содержание C1 не превышает 25 мг / л, например, невозможность удовлетворить это требование, вода может быть добавлена к обработке нитратом натрия, чтобы она соответствовала требованиям , содержание C1 превышает стандарт, разрушает пассивирующую пленку нержавеющей стали, является основной причиной точечной коррозии, щелевой коррозии, разрушения в результате коррозии под напряжением и т. д.
5.3 Операция пассивации травлением в управлении технологическим процессом
Только раствор азотной кислоты для удаления свободного железа и другой металлической грязи эффективен, но удаление оксида железа, толстых продуктов коррозии, закалочной пленки и т. д. неэффективно, обычно следует использовать раствор HNO3 + HF для удобства и безопасности эксплуатации. , доступный фторид вместо HF. Один только раствор HNO3 не может добавить ингибитор коррозии, но для травления HNO3 + HF необходимо добавить Lan-826. используйте травление HNO3 + HF, чтобы предотвратить коррозию, концентрация должна поддерживаться в соотношении 5:1. Температура должна быть ниже 49 ℃, если она слишком высокая, HF испарится.
Для пассивирующего раствора содержание HNO3 должно находиться в диапазоне от 20% до 50%. Согласно электрохимическим испытаниям, качество пассивирующей пленки, обработанной концентрацией HNO3 менее 20%, нестабильно и легко вызывает точечную коррозию, но концентрация HNO3 не должна превышать 50%, чтобы предотвратить чрезмерную пассивацию.
Одноэтапный процесс обезжиривания и пассивации травления, хотя и прост в эксплуатации и экономит человеко-часы, но раствор для травления пассивации (паста) будет иметь агрессивный HF, поэтому качество его конечной защитной пленки не так хорошо, как многоэтапный метод.
Концентрацию кислоты, температуру и время контакта можно регулировать в определенном диапазоне в процессе травления. С увеличением времени использования травильного раствора необходимо обращать внимание на изменение концентрации кислоты и концентрации ионов металлов. Следует соблюдать осторожность, чтобы избежать чрезмерного травления, а концентрация ионов титана должна быть менее 2%, в противном случае это приведет к серьезной точечной коррозии. В общем, повышение температуры травления ускорит и улучшит эффект очистки, но также может увеличить риск загрязнения или повреждения поверхности.
5.4 Условия сенсибилизации нержавеющей стали для контроля травления
Некоторая нержавеющая сталь из-за плохой термической обработки или сварки, вызванной сенсибилизацией, с использованием травления HNO3 + HF может вызвать межкристаллитную коррозию, вызванную межкристаллитными коррозионными трещинами в процессе эксплуатации, или очисткой, или последующей обработкой, может концентрировать галогениды и вызывать коррозию под напряжением. Эта сенсибилизированная нержавеющая сталь обычно не подходит для удаления накипи или травления раствором HNO3 + HF. После сварки, такой как травление, необходимо использовать сверхнизкоуглеродистую или стабилизированную нержавеющую сталь.
5.5 Комбинация травления из нержавеющей стали и углеродистой стали
Комбинированные детали из нержавеющей стали и углеродистой стали (такие как теплообменники в трубах из нержавеющей стали, пластины и корпус из углеродистой стали), пассивация травлением, если использование HNO3 или HNO3 + HF вызовет серьезную коррозию углеродистой стали, когда следует добавить соответствующий ингибитор коррозии, например как Лан-826. когда детали из нержавеющей стали и углеродистой стали в сенсибилизированном состоянии, нельзя использовать травление HNO3 + HF, можно использовать гидроксиуксусную кислоту (2%) + муравьиную кислоту (2%) + ингибитор коррозии, температура 93 ℃, время 6 часов или ЭДТА нейтральный раствор на основе аммония + ингибитор коррозии, температура: 121 ℃, время: 6 часов, затем промывание горячей водой и погружение в 10 мг/л гидроксида аммония + 100 мг/л гидразина.
5.6 Пассивация после травления
Заготовка из нержавеющей стали путем травления и промывки водой, доступна с 10% (массовая доля) NaOH + 4% (массовая доля) KMnO4 раствор перманганата, образованный щелочью, при 71 ~ 82 ℃, выдержанный в течение 5 ~ 60 минут для удаления остатков травления, а затем тщательно промытый с водой и высушивают. Пассивирование поверхности нержавеющей стали травлением после появления пятен или пятен, доступным свежим пассивирующим раствором или более высокой концентрацией азотной кислоты для очистки и устранения. При окончательном травлении и пассивации оборудования или деталей из нержавеющей стали следует обратить внимание на защиту, доступную полиэтиленовую пленку или пленку, чтобы избежать контакта с неметаллическим посторонним металлом.
Обработка кислых и пассивационных отходов должна соответствовать национальным нормам по выбросам для защиты окружающей среды. Например, сточные воды, содержащие фтор, можно обрабатывать известковым молоком или хлоридом кальция. Пассивирующий раствор, насколько это возможно, без дихромата, такой как хромсодержащие сточные воды, может добавить обработку для восстановления сульфата железа.
Травление может вызвать водородное охрупчивание мартенситной нержавеющей стали, например, необходимость термообработки до кислорода (время выдержки при нагреве до 200 ℃).
6. Проверка качества пассивации травления нержавеющей стали
Поскольку химическое испытание разрушает пассивирующую пленку продукта, обычно в образце для проверки. Примеры методов следующие.
(1) тест титрования сульфатом меди
При попадании раствора 8gCuSO04 + 500 млH20 + 2 ~ 3 млH2SO04 на поверхность пластины для образцов, поддерживать влажное состояние, например, 6 минут без осаждения меди для квалифицированных.
(2) тест титрования пертехнетата калия
Используя каплю раствора 2 млHCl + 1 мл H2SO04 + 1 г K3Fe (CN) 6 + 97 мл LH20 на поверхность пластины для образцов, по количеству образовавшихся синих пятен и времени для определения качества пассивирующей пленки.
Заключение:
В этой статье в основном объясняется пассивация травления нержавеющей стали, использование: комплексная пассивация травлением нержавеющей стали, удаление всех видов масла, ржавчины, оксидной пленки, пятен сварки и других загрязнений, после обработки поверхность становится однородной серебристо-белой, значительно повышение коррозионной стойкости нержавеющей стали, применимой к различным типам деталей из нержавеющей стали, плит и их оборудования. Отличительными особенностями являются простота в эксплуатации, простота в использовании, экономичность и практичность при добавлении высокоэффективного ингибитора коррозии, ингибитора тумана, чтобы предотвратить чрезмерную коррозию металла и явление водородного охрупчивания, препятствовать образованию кислотного тумана. Он особенно подходит для небольших и сложных деталей, которые не подходят для нанесения пасты и лучше, чем аналогичные продукты на рынке.
