不锈钢制容器的表面处理

不锈钢制容器的表面处理

2012年6至7月我厂制作了一台不锈钢产品，产品名称为：气提塔，材料牌号S32168，材料厚度12mm；和三台相同规格的复合板产品，产品名称为：真空闪蒸罐，材料牌号为Q235B（14mm）+S31603（3mm）。这四台产品在制作完毕后进行酸洗钝化时出现了不同的问题。现分述如下：

气提塔在酸洗钝化后母材表面出现浅黑色云状斑块。分析原因：筒体对接时，采用钢丝绳吊装，使母材表面沾染了油污。而操作者在酸洗钝化前没有用碱性溶剂将油污彻底清除。

真空闪蒸罐在水压试验后，复层的焊缝及焊缝附近出现褐色锈迹。分析原因：热切割或焊接时有熔渣溅在复层表面上，酸洗钝化结束时没有将酸性残液完全清楚干净。这四台产品皆因酸洗钝化环节没有掌握好，而造成产品最终检验时表面质量不合格。

不锈钢制设备的表面质量对不锈钢的抗腐蚀性影响极大。所有不锈钢制设备根据使用条件的不同都有不同程度的表面质量要求。表面质量一般包括表面光洁度和表面钝化两个方面。表面光洁度可以通过机械表面处理得到。而表面钝化则要通过化学氧化的方法才能使不锈钢制设备表面形成致密的钝化膜，从而达到抗腐蚀的目的。光洁度的处理在此不做赘述，只对表面钝化处理做详细说明。

表面钝化处理一般包括脱脂、酸洗、钝化几个工序。

一、脱脂

脱脂的目的是除去钢板上的各种油脂，使钢板在酸洗和钝化过程中能与酸液充分接触。如果油脂去除不彻底，酸洗钝化后的不锈钢制件表面不能形成致密的钝化膜，而且制件表面颜色不均匀。当不锈钢制件表面较清洁时，可省去碱洗工序。根据制件的不同，常用的有浸渍法和喷涂法两种。

1.浸渍法

将不锈钢制件浸没于氢氧化钠水溶液中，在30～40℃时，浸没时间约为10～20分钟，然后用清水洗净。该法适用于小件产品。

2.喷涂法

用1：4的氢氧化钠水溶液喷雾（或涂刷）不锈钢制件表面，充分浸润后再刷洗表面，然后用清水冲洗。此法一般用于较大设备的碱洗。氢氧化钠水溶液也可换成洗洁精。

二、酸洗和钝化

由于场地和化学试剂管理的限制，近些年来各压力容器生产厂都不再采用传统酸洗和钝化分步进行的配方，而是使用简便易操作的酸洗钝化膏。其配方有两种：

1.硝酸20%，氢氟酸10%，其余为水，室温浸洗时间15～30分钟。俗称快法。

2.硝酸10～15%，其余为水，室温浸洗时间1～1.5小时。俗称慢法。

化学腐蚀和电化学腐蚀都能使钢铁生锈。铁锈是铁与氧进行化学反应的产物，如焊接后的不锈钢焊道及热影响区呈棕色状，就是一种锈。钢铁表面的锈会促进大气对钢铁的腐蚀作用。这是由于铁锈有较大的吸潮性，而锈本身也会降低金属表面的临界相对湿度，使生锈的钢材表面被腐蚀的速度远远高于光亮的钢材表面，所以不锈钢要酸洗除锈就显得非常重要。不锈钢表面的锈（热加工件和焊

接范围），主要是三氧化二铁、四氧化三铁和少量的二氧化硅等。

由此可见，锈的成分主要是金属氧化物，而采用机械方法除锈不但耗时耗力，还会损失金属。所以不锈钢的除锈采用酸洗的方法进行。前已述及，为了简化工艺过程，人们常采用酸洗-钝化膏一次完成。酸洗-钝化一次进行过程中，一定要按规定的配方和反应时间进行，否则不能形成可靠的钝化膜。

不锈钢的钝化膜是氧化物。当铁中含有铬后，则钝化膜中也含有铬，铁中含铬量越高，则膜中铬含量也随之升高。对于含铬量超过12%的不锈钢，则钝化膜的成分是Cr2O3。不锈钢含镍时，耐腐蚀性有所改善。是因为镍较难氧化，故膜中含镍较少，而膜下金属富集了镍，由此而改善了不锈钢的耐腐蚀性。

在实际操作中，先将容器表面冲洗一遍，然后用抹布或毛刷将酸洗-钝化膏均匀涂抹在容器表面，用抹布、毛刷或钢丝刷不断擦洗。对焊缝处应反复用力多刷几遍，其目的是使反应后生成的盐与容器本体脱离，继续与下层的氧化物起反应，直至所有的氧化物都被反应掉。待容器表面呈白色光亮颜色时，说明容器表面的氧化皮已经全部转变为盐和水，同时在光洁的表面上生成坚硬致密的钝化膜（Cr2O3），此时应用流动的清水迅速将容器表面冲洗干净，以免已形成的钝化膜继续与硝酸起反应而生成新的盐和水，从而破坏了钝化膜，前功尽弃。

酸洗-钝化过程中，要注意如下几点：

1.涂刷酸洗-钝化膏时，切忌为了追求速度而大面积涂刷。因为涂抹面积过大，操作者不能及时擦洗和冲洗，会造成酸洗-钝化不均匀，从而影响了容器表面的酸洗-钝化质量。

2.对于一般的氧化铁和锈迹，可用抹布擦涂几次后，用钢丝刷来回擦刷，经几次循环后遍可除掉，然后用清水冲洗。

3.对于焊道的严重发黑，可将蘸有酸洗-钝化膏溶液的拖布置于待刷部位上方，在上方溶液徐徐流下的同时，用钢丝刷用力擦刷。这样做的独到好处是随时将生成的盐和废液带走，而换上新溶液继续反应。能大大提高酸洗-钝化效果。若效果不明显，可将拖布上的溶液浓度加大后以同法处理，然后用清水冲洗，定能见效。

4.不能干刷涂过酸洗-钝化膏溶液的表面，应在溶液的覆盖下，最好是在溶液的流动下刷洗。这是因为干刷只能刷去表面已反应生成的盐，而不能除去下层的氧化铁。

5.在用流动的清水冲洗时，由于反应生成的盐附着在钢板表面上，单纯用水管冲洗不容易将盐除掉。应边冲边刷。焊缝处用钢丝刷，其他部位用毛刷或抹布，才能将其彻底清除，显露出钝化膜本色。

6.酸洗-钝化后要求用流动清水冲洗至呈中性。因为酸易溶于水，只要用流动清水多冲洗几遍，是不会有酸液残留的。

三、结束语

从事压力容器工作后开始接触不锈钢材料及产品，不锈钢制容器产品都要进行酸洗钝化。最初不明白为什么，也不知道如何进行酸洗钝化，只是从文献中了解了酸洗钝化的概念。随着时间的推移，见到的不锈钢制容器产品越来越多，通过阅读大量书籍，并通过跟酸洗钝化操作者的不断交流，使笔者对不锈钢制容器酸洗钝化目的和过程都有了深刻的了解，实现了理论与实践的完美结合。