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)燃壍牟讳P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有物理和化學(xué)污染物。必須清除軋屑（一種厚而可見的氧化皮）――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）可通過噴灑或擦洗的方式使用。

      必須通過酸處理（如檸檬酸或硝酸）去除與污染程度相適應(yīng)的嵌入鐵顆粒（因車間操作不當(dāng)而產(chǎn)生的常見污染物，其中碳鋼已加工過，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。             

如果有一個干凈的表面和充足的氧氣（來自空氣或含氧水），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堅韌的鈍化層。             

如果被動層在設(shè)備制造期間或之后受到物理損壞，則必須為其提供自我修復(fù)的機(jī)會，一旦表面清潔并再次暴露于氧氣中，被動層將自動修復(fù)。焊接也會損壞鈍化層，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化學(xué)鈍化處理和/或電解拋光來提高。             

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)表面處理可能會對彈性體、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，酸洗不會對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，過度的酸洗會損壞表面并降低其耐腐蝕性。             

酸洗原則

在對焊接區(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)行此類處理之后，應(yīng)對受影響區(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。如果車間操作不當(dāng)導(dǎo)致游離鐵顆粒嵌入太深，無法通過酸洗去除，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；對于這些，表面磨削可能更合適。

為什么需要酸洗?

  在焊接過程中，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，在焊縫上和焊縫兩側(cè)的“熱影響區(qū)”（HAZ）中形成色帶，稱為“熱色調(diào)”（見圖1）。熱也會導(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)出對縫隙或點(diǎn)蝕的抵抗力降低。因此，去除所有可見的熱色調(diào)是良好的車間做法。        

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, 顯示熱色調(diào)超過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)計應(yīng)確保單個部件（例如：管道長度）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（見表2）。酸洗酸可以通過浸泡槽、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，用于對無法浸泡的過大部件進(jìn)行局部處理。

*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。通過測量反射率和光澤度參數(shù)，可以量化酸洗過程的影響。             

硝酸/氫氟酸也會損壞彈性體和塑料部件的表面（見正文第8章）。

鈍   化

良好的鈍化層              被損壞的鈍化層               自動修復(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，無法修復(fù)損壞）或在儲存期間受到污染（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，如果對建筑材料、食品、清潔制度或環(huán)境條件的危害分析表明，對鈍化層的信心不足，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（不銹鋼的類型/等級）、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/或酸性無氯清潔劑清潔/脫脂（見正文第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。            

在操作過程中，被動層可能會被擠壓（.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)被動層的質(zhì)量，以適合于應(yīng)用（“假定自然被動是指不適當(dāng)?shù)摹保┑那闆r分析。

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（示例見表3）導(dǎo)致氧化鉻的形成。用硝酸對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)被動層[7]。檸檬酸作為一種非氧化性酸本身不會形成氧化鉻。與硝酸相比，檸檬酸是一種低危害的廢物。