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?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）具有更強的抗點蝕能力。             

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，這通常在信譽良好的鋼廠進行。             

油脂、油、粘合劑、腳印、指紋和油漆等土壤必須用適當?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（因車間操作不當而產(chǎn)生的常見污染物，其中碳鋼已加工過，例如：機加工、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)視為單獨的處理，而不是替代。每項工作只能由合格的承包商小心進行。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格的控制，酸洗可以影響多達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)域進行酸洗之前，應(yīng)進行去除氧化產(chǎn)物所必需的任何機械處理，如研磨或研磨，并且在進行此類處理之后，應(yīng)對受影響區(qū)域進行脫脂。但是，在進行任何化學(xué)鈍化處理之前，應(yīng)進行酸洗。             

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，因此可以加強保護性鈍化層，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，因為鉻比鋼中的鐵更容易與大氣中的氧結(jié)合。這種向外擴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）在組裝前可以單獨酸洗。如果熱色調(diào)的顏色比稻草黃色淺（見圖2），則認為不需要酸洗，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?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)境安全管理條例，可使用適當?shù)脑囼灒╗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、pH值測量、游離鐵試驗（如需要）（第7.2.5節(jié)[3]）           

9.用飲用水或（如果需要）純化水進行最終沖洗。

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?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。