一、不銹鋼酸洗鈍化的必要性
奧氏體不銹鋼具有良好的耐腐蝕性能,抗高溫氧化性能,較好的低溫性能及優良的機械與加工性能。因此廣泛用于化工、石油、動力、核工程、航天航空、海洋、醫藥、輕工、紡織等部門。其主要目的在于防腐防銹。不銹鋼的耐腐蝕主要依靠表面鈍化膜,如果膜不完整或缺陷,不銹鋼仍會被腐蝕。工程上通常進行酸洗鈍化處理,使不銹鋼的耐腐蝕潛力發揮的更大。在不銹鋼設備與部件子形成、組裝、焊接、焊縫檢查(如探傷、耐壓試驗)及施工標記等過程中帶來表面油污、鐵銹、非金屬贓物、低熔點金屬污染物、油漆、焊渣與飛濺物等,這些物質影響了不銹鋼設備與部件表面質量,破壞了其表面的氧化膜,降低了鋼的抗全面腐蝕性能和抗局部腐蝕性能(包括點蝕、縫隙腐蝕),甚至會導致應力腐蝕破裂。不銹鋼表面清洗、酸洗與鈍化,除最大限度提高耐腐蝕性外,還有防止產品污染與獲得美觀的作用。在GB150-1998《鋼制壓力容器》規定,“有防腐要求的不銹鋼及復合鋼板制造的容器的表面應進行酸洗鈍化”。這一規定是針對石油化工中使用的壓力容器而言的,因為這些設備用于直接與腐蝕介質相接觸的場合,從保證耐腐蝕性出發,提出酸洗鈍化是必要的。對其它工業部門,如并非出于防腐目的,僅基于清潔與美觀要求,而采用不銹鋼材料的則無需酸洗鈍化。但對不銹鋼設備的焊接還需要進行酸洗鈍化。對核工業、某些化工裝置及其它使用要求嚴格的,除酸洗鈍化外,還要采用高純度介質進行最終精細清洗或進行機械、化學與電解拋光等精整處理。
二、不銹鋼酸洗鈍化原理
不銹鋼的抗腐蝕性能主要是由于表面覆蓋著一層極薄的(約1NM)致密的鈍化膜,這層膜1NM腐蝕介質隔離,是不銹鋼防護的基本屏障。不銹鋼鈍化具有動態特征,不應看作腐蝕完全停止,而是形成擴散的防護層,使陽極反應速度大大降低。通常在有還原劑(如氯離子)情況下傾向于破壞膜,而在氧化劑(如空氣)存在時能保持或修復膜。
不銹鋼工件放置于空氣中會形成氧化膜,但這種膜的保護性不夠完善。通常先要進行徹底清洗,包括堿洗與酸洗,再用氧化劑鈍化,才能保證鈍化膜的完整性與穩定性。酸洗的目的之一是為鈍化處理創作有利條件,保證形成優質的鈍化膜。因為通過酸洗使不銹鋼表面平均有10UM厚一層表面被腐蝕掉,酸洗的化學活性可使整個表面處于均勻平衡,一些原來容易造成腐蝕的隱患被清除掉。但更重要的事,通過酸洗鈍化,使鐵與鐵的氧化物比鉻與鉻的氧化物優先溶解,去掉了貧鉻層,造成鉻在不銹鋼表面富集,這種富鉻鈍化膜的電位可達+1.0V(SCE),接近貴金屬的電位,提高了抗腐蝕的穩定性。不同的鈍化處理也會影響膜的分成與結構,從而影響不銹性,如通過電化學改性處理,可使鈍化膜具有多層結構,在阻擋層形成CrO3或Cr2O3,或形成玻璃態的氧化膜,使不銹鋼能發揮最大的耐腐蝕性。
許多大型化工、化纖、化肥等裝置的不銹鋼設備與管道在投產開工前要求進行酸洗鈍化。雖然設備在制造廠已進行過酸洗,去除了焊渣與氧化皮,但在存放、運輸、安裝過程中又難免造成油脂、泥沙、鐵銹等污染,為確保裝置與設備試車產品(尤其是化工中間體及精制品)的質量能夠達到要求,保證一次試車成功,必須進行酸洗鈍化。如H2O2生產裝置不銹鋼設備與管道,投產前必須進行清洗,否則若有污物重金屬離子會使催化劑中毒。另外,如金屬表面有油脂與游離鐵離子會造成H2O2的分解,劇烈放出大量熱引發著火,甚至爆炸。同樣對氧氣管道來說存在微量油污與金屬微粒也可能產生火花而發生嚴重后果。
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