铁素体不锈钢常温快速酸洗

铁素体不锈钢常温快速酸洗

赵利勇1,胡明辅1,杨贞妮2

(1.昆明理工大学化学工程学院,昆明650224;2.云南大学物理科学技术学院材料系,昆明650091)

摘　要:铁素体不锈钢经热加工后,其表面形成的氧化皮较厚且结构复杂,用常规酸洗液很难清除。根据铁素体不锈钢在焊接过程中产生的氧化皮的化学成分及组织结构,筛选出一组酸洗速度较快的基础配方,利用正交试验法对酸洗液中各组分间的配比进行优化。实际应用表明,该酸洗液除氧化皮速度快、不产生过腐蚀,且成本低、使用方便。关键词:铁素体不锈钢;氧化皮;酸洗

中图分类号:TG172.6+3 文献标识码:B 文章编号:10052748X(2007)1220655202

0　引　言

铁素体不锈钢作为一种以铬为主要合金元素的钢种,除具有含镍不锈钢所具有的成形性、经济性、耐蚀性、抗氧化性等性能,还具有成本低、耐应力腐蚀性能优异等显著特点,被称为经济型不锈钢,应用前景广阔[1]。

不锈钢在成型加工过程中要经过不同的热加工过程,如退火、淬火、焊接、锻造等,这样在不锈钢工件的表面会产生一层结构比较复杂的氧化皮,其晶体结构和电子结构呈现出不均匀性。氧化皮的存在不仅影响了不锈钢工件的外观质量,而且对不锈钢工件的后序加工产生影响,甚至会影响产品的使用性能,故在后序加工前须将其除去。适用于奥氏体不锈钢的酸洗钝化剂已有配制好的成品出售。然而,铁素体不锈钢表面的氧化皮比较厚、组织结构较复杂,用常规酸洗液清洗时不仅时间长而且不能将氧化皮清除彻底。鉴于此,本工作针对铁素体不锈钢焊接氧化皮的化学成分及组织结构,试验筛选出一组酸洗速度较快的基础配方,利用正交试验法对酸洗液中各组分间的配比进行优化[2-5]。

1　铁素体不锈钢氧化膜的结构及清洗原理

目前得到的分析数据表明铁素体不锈钢焊接产生的氧化皮的成份主要为FeO、Fe3O4、Fe2O3、及铁铬混合型氧化物等。氧化皮的最外层为一层比较薄的Fe2O3表面层;中间为Fe3O4及少量尖晶石型铁铬氧化物层,最内层为较厚的FeO和混尖晶石型铁铬氧化物组成的混合型氧化物层。此外,研究表明在不锈钢基体界面处还存在一个贫铬层。这主要是

收稿日期223由于铬从基体向界面的扩散速度赶不上氧化速度,使得Cr2O3所耗用的铬只能从界面附近供给而造成界面处贫铬,并且这个基体表面的贫铬程度与受热温度有直接关系[6,7]。

不锈钢表面的氧化皮可溶于非氧化性的无机酸中,尤其是FeO特别易溶,它往往首先被溶解,从而促使表层剥离。氧化皮的溶解过程可分为四个阶段[8]:氧化皮为酸洗液所浸润,氧化皮上的小孔以及缝隙底部的氧化皮和金属开始有少量的溶解;氧化皮继续为酸洗液浸润,氧化物开始化学溶解和电化学溶解,金属2氧化皮电偶的作用还很小;氧化皮发生迅速的电化学溶解,开始析出使氧化皮松散和剥离的氢气,该阶段可除去70%的氧化皮;残留氧化皮发生电化学溶解,同时氢气对氧化皮中难溶组分起剥离作用,在这一阶段,有25%～30%的氧化皮除去,并开始发生强烈的金属溶解。

2　酸洗液的组分及配置方式

经过对以往资料的分析和大量酸洗试验,筛选出以HNO32H F混酸作为酸洗液的基础配方。试验表明,若直接以HNO32HF混酸对不锈钢工件进行酸洗,会产生酸洗过程不宜控制、产品表面质量不稳定等问题。因此要提高酸洗效率和改善产品质量就必须对酸洗液的配方加以改进。经多次正交试验,最终确定选用双氧水、乙醇及适量缓蚀剂作为铁素体不锈钢酸洗液的添加剂,酸洗液的配方为HNO3(65%～68%)180～220ml/L,H F90～110 ml/L,H2O2150～200ml/L,乙醇70～110ml/L,缓蚀剂少量(1g/L左右),水余量。

配制酸洗液时应首先确定所需酸洗液的总量,再根据配比计算各组分的用量,然后将水、硝酸、氢氟酸、乙醇、双氧水等依次进行混合。由于配制酸洗

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第28卷第12期2007年12月

腐蚀与防护

CORROSION&PROT ECTION

Vol.28　No.12

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液时会散发热量,故每加入一种组分后都要充分搅拌,使溶液混合均匀,并且待溶液降至室温后再加入下一组分。配置好的酸洗液为无色液体,存储于阴凉处。适合工作温度为20～35℃,酸洗时间为15mi n 左右。

3　各组分的主要作用

(1)硝酸　硝酸一般不单独作为酸洗液使用。利用其强氧化性,可以氧化产品表面不均匀的金属层,同时在实际作中还可使得酸洗后的产品看上去更加光亮。此外,硝酸的强氧化作用可以使不锈钢表面钝化。

(2)氢氟酸　氢氟酸对难溶的铁铬氧化物、锰氧化物、钼氧化物具有较强的溶解能力,且氟离子是一种很好的络合剂,能与反应生成的金属离子形成络合离子,改善不锈钢表面质量,能提高酸洗液的稳定性。此外加入氢氟酸还可以减少钢材的氢脆、降低游离酸度、缓冲溶液p H 值。

(3)双氧水　双氧水具有很强的氧化性,可使不锈钢表面难溶于酸洗液的氧化皮结构发生变化,增强酸洗效果。但双氧水不稳定,特别是溶液中有颗粒性杂质时会加速其分解,所以必须加入双氧水的稳定剂。

(4)乙醇　乙醇是作为一种抑制双氧水分解的稳定剂加入的。而双氧水的稳定剂主要是有机酸类、醇类及胺类,比较而言,醇类来源广泛且价格便宜,另外在酸洗过程中,一部分乙醇被氧化为乙酸,在一定程度上增强了其酸洗能力,因此,选用乙醇作为双氧水的稳定剂。

(5)缓蚀剂　加入缓蚀剂的目的是通过影响金属的阳极过程和钝化状态来控制反应速度,防止金属的过腐蚀,同时减少不锈钢的腐蚀损失[9]。

4　酸洗工艺的质量控制

在进行酸洗时,需严格控制酸洗温度及酸洗时间,

不应超过规定值。否则不仅会造成酸洗液使用寿命降低,而且还会造成不锈钢的过腐蚀。由于酸洗不锈钢时会产生热量,故加强溶液的流动性是十分必要的,这不仅能够降低酸洗液的工作温度,还能提高酸洗速度。此外,酸洗处理后务必用水冲洗掉工件上溶解的氧化皮和酸洗剂的残留物,如果水洗不彻底,工件表面残存的酸成分,附着空气中的氧份,一天内就会发生锈蚀。严重时还会发生点蚀。特别承压罐体等结构物一旦发生点蚀穿孔,可能酿成重大事故。

经过优化的酸洗液可在常温条件下进行酸洗操作,去除氧化皮速度快而彻底,易于控制酸洗工艺参数、不需要特殊的生产设备,成本低、使用方便。经酸洗过的不锈钢表面洁净光亮、质量良好稳定,且废水处理技术成熟,不会造成公害。

参考文献:

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(上接第654页)

6　结　论

根据管道特点选用实体单元建立了腐蚀缺陷管

道的立体模型,通过模拟计算出各缺陷处在不同管道内压和不同壁厚下的应力值。绘制出了缺陷处应力与缺陷壁厚的关系曲线、缺陷处应力与管道内压的关系曲线、管道的应力分布图及管道的膨胀效应图。通过模拟曲线得出缺陷处应力与管道内压呈线性递增的关系;缺陷处应力与缺陷处壁厚呈非线

性递减的关系。

参考文献:

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