不锈钢酸洗钝化的必要性

1.不锈钢酸洗钝化的必要性: 奥氏体不锈钢具有良好的耐蚀性能,抗高温氧化性能,较好的低温性能及优良的机械与加上r生能。因此广泛用于化工、石油、动力、核工程、航天航空、海洋、医药、轻工、纺织等部门。其主要目的在于防腐防锈。不锈钢的耐腐蚀主要依靠表面钝化膜,如果膜不完整或有缺陷,不锈钢仍会被腐蚀。工程上通常进行酸洗钝化处理,使不锈钢的耐蚀潜力发挥得更大。在不锈钢设备与部件在成形、组装、焊接、焊缝检查(如探伤、耐压试验)及施工标记等过程中带来表面油污、铁锈、非金属脏物、低熔点金属污染物、油漆、焊渣与飞溅物等,这些物质影响了不锈钢设备与部件表面质量,破坏了其表面的氧化膜,降低了钢的抗全面腐蚀性能和抗局部腐蚀性能(包括点蚀、缝隙腐蚀),甚至会导致应力腐蚀破裂。 不锈钢表面清洗、酸洗与钝化,除最大限度提高耐蚀性外,还有防止产品污染与获得美观的作用。在GBl50一1998《钢制压力容器》规定,“有防腐要求的不锈钢及复合钢板制造的容器的表面应进行酸洗钝化”。这一规定是针对石油化工中使用的压力容器而言的,因为这些设备用于直接与腐蚀介质相接触的场合,从保证耐蚀耐蚀性出发,提出酸洗钝化是必要的。对其他工业部门,如并非出于防腐目的,仅基于清洁与美观要求,而采用不锈钢材判·的则无需酸洗钝化。 但对不锈钢设备的焊缝还需要进行酸洗钝化。对核工程、某些化工装置及其它使用要求严格的,除酸洗钝化外,还要采用高纯度介质进行最终精细清洗或进行机械、化学与电解抛光等精整处理。 2.不锈钢酸洗钝化原理 不锈钢的抗腐蚀陛能主要是由于表面覆盖着一层极薄的(约1nm)致密的钝化膜,这层膜1n腐蚀介质隔离,是不锈钢防护的基本屏障。不锈钢钝化具有动态特征,不应看作腐蚀完全停止,而是形成扩散的阻挡层,使阳极反应速度大大降低。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。不锈钢工件放置于空气中会形成氧化膜,但这种膜的保护性不够完善。通常先要进行彻底清洗,包括碱洗与酸洗,再用氧化剂钝化,才能保证钝化膜的完整性与稳定性。酸洗的目的之一是为钝化处理创造有利条件,保证形成优质的钝化膜。因为通过酸洗使不锈钢表面平均有10μm厚一层表面被腐蚀掉,酸液的化学活性使得缺陷部位的溶解率比表面上其它部位高,因此酸洗可使整个表面趋于均匀平衡,一些原来容易造成腐蚀的隐患被清除掉了。但更重要的是,通过酸洗钝化,使铁与铁的氧化物比铬与铬的氧化物优先溶解,去掉了贫铬层,造成铬在不锈钢表面富集,这种富铬钝化膜的电位可达+1.0V(SCE),接近贵金属的电位,提高了抗腐蚀的稳定性。不同的钝化处理也会影响膜的成分与结构,从而影响不锈性,如通过电化学改性处理,可使钝化膜具有多层结构,在阻挡层形成CrO3或Cr2O3,或形成玻璃态的氧化膜,使不锈钢能发挥最大的耐蚀性。国内外学者对不锈钢钝化膜的生成进行了大量研究。以近几年北京科大对316L钢钝化膜光电子能谱(xps)研究为例作简述[1]。不锈钢钝化是表面层由于某种原因溶解与水分子的吸附,在氧化剂的催化 作用下,形成氧化物与氢氧化物,并与组成不锈钢的cr、Ni、Mo 元素发生转换反应,最终形成稳定的成相膜,阻止了膜的破坏与腐蚀的发生。其反应历程为: Fe·H20+O*≈[FeOH·O*]ad+H++e [FeOH·O*]ad≈[FeO·O*]ad+H++e [FeO·O*]ad+H2O≈FeOOH+O*十H++e [FeO·O*]ad≈FeO+O* FeOOH+Cr+H2O≈CrOOH+Fe·H20 2FeOOH≈Fe203+H20 2CrOOH≈Cr203+H20 MO+3FeO+3H2O≈MOO3+3Fe·H2O Ni+FeO+2H20≈NiO+Fe·H20 (其中Os表示钝化过程中的催化剂,且在钝化迪陧中浓度不变,ad 表示吸附中间体。)[page] 可见,316L钝化膜最表层存在Fe2O3、Fe(OH)3、或γ -FeOOH、Cr203、CrOOH或Cr(OH)3、MO以MOO形式存在,钝化膜主要成分为CrO3、FeO与NiO。 3.不锈钢酸洗钝化的与工艺 3.1酸洗钝化处理方法比较 不锈钢设备与零部件酸洗钝化处理根据操作不同育多种方法,其适用范围与特点见表1。 表1不锈钢酸洗钝化方法比较 方法适用范围优缺点 浸渍法用于可放入酸洗槽或钝化槽的零部件,但不适于大设备酸洗液可较长时间使用,生产效率较高、成本低;大容积设备充满酸液浸渍耗液太大 涂刷法适用于大型设备内处表面及局部处理物工操作、劳动条件差、酸液无法回收 膏剂法用于安装或检修现场,尤其用于焊接部处理手工操作、劳动条件差、生产成本高 喷淋法用于安装现场,大型容器内壁用液量低、费用少、速度快,但需配置 采用本公司三氯氢硅精馏工艺,共有9塔组成:三氯氢硅制备车间粗三氯氢硅提纯(5塔),还原尾气回收车间氯硅烷提纯(2塔),四氯化硅、三氯氢硅回收各一塔。工艺流程如下: 1#塔脱除轻组分。 由三氯氢硅制备车间来的粗氯硅烷送入1#塔,塔顶气体经冷凝器冷凝,冷凝液部分回流,部分进入尾气冷凝液槽。塔底物料经釜液泵进入2#塔。 2#塔脱除重组分。 2#塔塔顶气体经冷凝器冷凝,冷凝液部分回流,部分进入3#塔进一步提纯。塔底物料进入9#塔进一步分离。 3#塔为脱轻/脱除两用塔。 3#塔塔顶气体经冷凝器冷凝,冷凝液部分回流,部分根据检验分析或进入4#塔或进入尾气冷凝液槽。塔底物料根据检验分析或进入氯硅烷贮槽循环精馏利用或经过3#塔釜液泵进入4#塔进一步提纯。 4#塔为三氯氢硅提纯塔。 4#塔塔顶气体经冷凝器冷凝,冷凝液部分回流入塔,部分进入5#塔进一步提纯。塔底物料进入氯硅烷贮槽循环精馏利用。 5#塔为三氯氢硅提纯塔。 5#塔塔顶气体经冷凝器冷凝,冷凝液部分回流入塔,部分经取样合格后输送到5#塔产品槽贮存,为还原单元提供高纯度的TCS。塔底物料进入氯硅烷贮槽循环精馏利用。 6#塔为四氯化硅提纯塔。 由还原尾气回收车间来的粗氯硅烷送入6#塔,塔顶气体经冷凝器冷凝,冷凝液部分回流入塔,部分进入7#塔进一步提纯。塔底物料进入9#塔进一步分离。下部侧线采出的高纯度STC经冷凝后输送到四氯化硅贮槽贮存,为三氯氢硅制备车间提供高纯度的STC。 7#塔为三氯氢硅提纯塔。 7#塔塔顶气体经冷凝器冷凝,冷凝液部分回流入塔,部分进入8#塔进一步提纯。塔底物料进入6#塔进料槽循环精馏利用。上部侧线采出的高纯度TCS经冷却后输送到7#塔产品槽贮存,为还原单元提供高纯度的TCS。 8#塔为三氯氢硅回收塔。 8#塔塔顶气体经冷凝器冷凝,冷凝液部分回流入塔,部分作为低沸物 进入低沸物贮槽贮存,经泵送到工艺废气、废液处理单元处理或外售。塔底物料进入氯硅烷贮槽循环精馏利用。 9#塔为四氯化硅回收塔。 9#塔塔顶气体经冷凝器冷凝,冷凝液部分回流入塔,部分送到四氯化硅贮槽贮存,为三氯氢硅制备车间提供高纯度的STC。塔底物料经泵送到工艺废气、废液处理单元处理或外售。 为减少氯硅烷的放空损失,所有塔的不凝气进入尾气冷凝系统进行低温冷凝,以进一步回收氯硅烷,未冷凝的不凝气去工艺废气、废液处理单元进一步处理。