奥氏体不锈钢设备的化学清洗和钝化

奥氏体不锈钢设备的化学清洗和钝化
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摘要：从奥氏体不锈钢的钝化机理入手，
分析了钝化膜存在的意义、破坏机理和防护措施，给出了参考的清洗钝化剂配方、清洗钝化工艺、操作注意事项，明确了奥氏体不锈钢钝化膜质量的检验方法。

关键词：奥氏体不锈钢；清洗；钝化；钝化膜；质量检验
奥氏体不锈钢设备在加工、制作和使用过程中，因高温氧化、介质腐蚀等原因，其表面会产生明显颜色不均匀的斑痕或腐蚀痕迹，或出于美观要求，奥氏体不锈钢常常需要进行化学清洗和钝化处理，使设备表面形成完整均匀的表面钝化膜，以提高材料的美观性和耐腐蚀性能，延长不锈钢使用寿命。

本文从不锈钢钝化原理入手，就不锈钢清洗方法、钝化工艺以及表面钝化膜质量和均匀性检验开展讨论。

1.奥氏体不锈钢酸洗钝化的原理
奥氏体不锈钢具有良好的耐腐蚀性能和优良的冷热加工性能，广泛用于各类具有防腐蚀和美观要求的设备以及其它容器、设备和机具的制造，表面的钝化膜质量和均匀性，对其耐腐蚀影响很大。

1.1钝化机理
金属经氧化性介质处理，在其表面生成均匀致密的氧化膜，并使腐蚀速度比未处理前有显著下降的现象称金属的化学钝化。

钝化机理可以用薄膜理论解释为:钝化是由于金属与氧化性介质发生电化学反应，在金属表面上生成一层薄而致密、覆盖性良好、附着力强的氧化物膜层，即“钝化膜”；钝化膜独立存在， 通常是氧和金属的化合物， 主要成分为CrO3、FeO 与NiO ，它是不锈钢防腐蚀的基本屏障，是腐蚀介质扩散的阻挡层，而并不是把金属与腐蚀介质完全隔开，钝化膜具有动态特征，通常在有还原剂(如氯离子)情况下倾向于破坏膜，而在氧化剂(如空气)存在时能保持或修复膜[ 1 ] 。

1.2钝化膜的破坏
奥氏体不锈钢表面经氧化性介质钝化处理后其表面上形成的钝化膜，在具有起活化作用的Cl- 、Br- 、F- 等卤素离子存在的条件下，易遭到破坏而失去原有的耐蚀性能和装饰性能。

其中Cl- 对不锈钢钝化膜的破坏作用最强，同时Cl- 在水中普遍存在，这也就是奥氏体不锈钢设备使用过程中要求Cl- 质量分数不超过25 μg/g的原因之一，同时要求奥氏体不锈钢不能用盐酸等高氯离子含量的酸进行酸洗。

奥氏体不锈钢在化学清洗后或压力容器水试压后，若不能及时将残水清除干净，也要求使用Cl- 质量分数不超过25μg/g的水冲洗设备。

1.3奥氏体不锈钢的化学清洗和钝化
奥氏体不锈钢酸洗和钝化常常是同步完成的，一般采用氧化性较强的硝酸为主剂的清洗钝化剂，如需要钝化的设备表面含有油脂、有机物和其他酸不易溶解的物质，为了提高酸洗和钝化膜质量，要求在钝化前，对被钝化表面进行除油清洗处理。

1.4清洗钝化剂和酸洗钝化膏配方
清洗钝化剂1: 20%硝酸+ 5%氢氟酸+ 75%水
清洗钝化剂2: 5%硝酸+ 2%重铬酸钾+ 93%水
清洗钝化剂3: 20%硝酸+ 10%氢氟酸+ 70%水
酸洗钝化膏配方: 30%硝酸+ 2%氢氟酸，用硫酸钡搅拌成糊状。

均以质量比配制。

2.化学清洗和钝化工艺
不同的设备需要采用不同的清洗钝化工艺，一般采用如下方法:
2.1小型零部件或形状复杂的工件和设备，适合于采用浸泡法。

优点是清洗钝化液反复使用，生成成本低，钝化时间灵活机动，清洗钝化效果直观；缺点是液体不流动，有时钝化效果不均匀，为使其均匀常采用提拉法。

其工艺流程为:水冲洗—酸洗钝化—水冲洗—除油—水洗—钝化膜检验—干燥。

2.2大型成套装置和设备内表面清洗钝化，
如双氧水成套装置、换热器、容器、塔器、管网的清洗钝化处理，常采用全充满法或喷淋
法。

采用此类工艺，优点是一次处理的设备数量大，涉及面广，清洗钝化剂可以反复使用，清洗钝化效果均匀；缺点是此法需要的清洗钝化剂用量较大，施工工艺复杂，操作难度大，需要操作人员具有一定的专业水准，多由专业清洗队伍负责完成。

其工艺流程为:配管建立清洗系统—注水循环冲洗—加温循环除油—水冲洗—常温循环酸洗钝化—水冲洗—钝化膜检验—设备复位。

2.3大型设备表面清洗钝化采用涂刷酸洗钝化膏的方法进行，如大型容器内外表面、塔器外壁、大口径管道外表面、板材表面等。

此方法优点是用料节省，成本低廉，操作工艺简单，适合于维修和安装现场，施工灵活；缺点是钝化效果不均匀，需要手工操作，劳动环境差，施工安全性差。

其工艺流程为:表面擦洗—涂刷清洗钝化膏—水冲洗—检验。

2.4设备内外表面或局部清洗钝化常采用擦洗法，如设备施焊区、热处理区、局部腐蚀区及外表面等。

此法优点是实施方便，使用药剂节省，成本较低，施工灵活；缺点是钝化质量不稳定，施工环境差，容易发生人身安全事故。

其工艺流程为:表面擦洗—涂刷清洗钝化剂—水冲洗—检验。

3.奥氏体不锈钢清洗钝化应注意的事项
3.1配制清洗钝化液时，应将水按比例注入耐酸容器中，然后再按比例缓慢加酸，防止倒酸速度过快引起飞溅伤人。

酸洗钝化处理，应先在水部件或局部表面上或类似的材料上进行清洗钝化现场试验。

3.2清洗钝化前应去除焊缝及母材表面的飞溅、焊药、灰尘等。

清除油污必要时可采用有机溶剂、碱洗液或中性洗涤液清洗表面，并用清水冲洗干净。

3.3酸洗钝化操作过程中，操作人员必须仔细观察，认真控制清洗钝化温度和时间。

温度低则适当延长处理时间，温度高则时间缩短。

防止达不到酸洗钝化效果或过酸洗而引起材料表面过腐蚀。

涂膏清洗钝化时，将膏均匀地涂刷于需要酸洗钝化的表面，一般先涂刷焊缝处，氧化皮较厚处略涂厚些，在涂膏未干透前用棉纱或棉布擦去锈蚀物及氧化物。

3.4对碳钢或其它材质的零部件应采取有效的保护措施，对被酸洗产品上的碳钢件应尽可能卸掉，如不能拆卸的需采用涂防护油漆或封橡胶泥的方法，尽量避免钝化液与碳钢部件接触防止遭受腐蚀。

3.5酸洗钝化后的不锈钢表面不应有明显的腐蚀痕迹，颜色应均匀一致，不留斑纹或氧化色。

钝化后要彻底冲洗设备表面，不留存残液。

酸洗钝化液及冲洗水中控制Cl- 的质量分数不大于25μg/g，宜选用去离子水冲洗设备，酸洗钝化后对钝化表面需采用一定的保护措施。

最终酸洗钝化的不锈钢设备或部件成品可以选用聚乙烯薄覆盖或包裹，避免异金属、非金属接触及硬物接触，禁止焊接或打磨操作。

3.6操作人员在操作时，必须穿好耐酸服，带好防酸手套、口罩及防护眼罩。

在容器内酸洗钝化，必须携带经检查合格的防毒面具，并有专人监护。

3.7酸性钝化废液具有很强的污染特性，应妥善处理达标后才能排放至规定地点。

4.奥氏体不锈钢清洗和钝化质量检验方法
4.1外观检验
酸洗钝化后的不锈钢表面应为均匀的银白色，不得有明显的腐蚀痕迹，焊缝及热影响区表面不得有氧化色，不得有颜色不均匀的班痕[ 2 ] 。

用pH 试纸检查材料表面残液的冲洗干净程度，pH 6～7为合格。

4.2钝化膜均匀性检验方法
硝酸- 铁氰化钾蓝点法:在清洗钝化后的不锈钢表面，任意选择3～5个测试点，待酸洗钝化表面干燥后，将刚浸渍过硝酸- 铁氰化钾试验溶液的<50的定性滤纸贴附在待测不锈钢表面，30 s内观察滤纸出现蓝点的情况[ 3 ] ，无蓝点为合格，有蓝点为不合格。

试验后也应该将试验体冲洗干净。

硝酸- 铁氰化钾溶液由1 g铁氰化钾、3 mL(65% ～85% )硝酸HNO3 和100 mL 蒸馏水复配而成。

该试剂因使用的是氧化性强的硝酸，对钝化膜的破坏能力较弱，所以主要反映出清洗钝化所形成钝化膜的均匀性、完整性或是否有铁离子污染等性能；但储存稳定性差，需要现用现配。

4.3钝化膜致密性检验方法
盐酸- 铁氰化钾蓝点法:在钝化后的不锈钢表面，任意选择3～5个测试点，用蒸馏水冲洗干净，棉纱擦干，然后逐点滴酸性铁氰化钾K3 [ Fe (CN) 6 ]点滴液，并用秒表记录该点滴
溶液后出现蓝点的时间，根据蓝点出现的时间快慢来评定钝化膜的质量，根据同一检测面上各点出现蓝点时间的长短评定钝化膜的完整性和均匀程度。

对于清洗后有特殊要求的奥氏体不锈钢材质的钝化膜质量，点滴液覆盖面内10 min内出现的蓝色小点不多于8个点为合格。

测定完后，先用干布擦干点滴液再用20%的醋酸对测定点进行擦洗，然后用脱盐水或蒸馏水冲洗干净。

酸性铁氰化钾点滴液由硫酸、盐酸、铁氰化钾和蒸馏水复配而成。

酸性铁氰化钾点滴液破坏钝化膜后将产生如下反应:2H+ + Fe = Fe2 + +H2X3Fe2 + + 2 [ Fe (CN) 6 ]3 - = Fe3 [ Fe (CN ) 6 ]2y (深蓝色沉淀)酸性铁氰化钾点滴液在5～35℃下有效使用期限为7天。

铁氰化钾无毒，但在加热时分解产生可能产生剧毒物HCN，所以不能在加热条件下使用。

本检验方法因使用了高浓度的盐酸，对钝化膜的破坏能力很强，所以主要反映出了形成钝化膜的致密性和阻隔能力。

参考文献
[ 1 ] 余存烨. 不锈钢设备及零部件酸洗钝化技术[ J ]. 清洗世界，20 (1) : 20 - 24.
[ 2 ] 李宁. 不锈钢压力容器钝化工艺的控制[ J ]. 化工科技市场2004 (6) : 25.
[ 3 ] 中国化工装备公司. HG - T 2806 - 1996奥氏体不锈钢
[ 4 ] 压力容器制造管理细则(end)。