不锈钢酸洗钝化原理 [不锈钢酸洗钝化的方法与工艺]

不锈钢酸洗钝化的方法与工艺

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

2 酸洗钝化处理配方举例

2.1一般处理

(1)酸洗

药剂HNO3 6％～25％+HF 0.5％～8％(体积分数)；

温度21℃～60℃；时间按需要；

或药剂柠檬酸铵5％～10％(质量分数)；

温度49℃～71℃；时间10 min～60min。

(2)钝化

药剂HNO3 20％～50％(体积分数)；

温度49～71℃；时间10 min～30min；

或温度2l～38℃；时间30 min～60min；

或药剂HNO3 20％～50％+Na2Cr207H2O 22％～ 6％(质量分数)；

温度49℃～54℃； 时间15 min～30min；

或温度21℃～38℃；时间30 min～60min。

(3)除鳞酸洗

药剂H2SO4 8％～11％(体积分数)；

温度66℃～82℃；6寸间5 min～45min；

及药剂HNO3 6％～25％+HF 0.5％～8％(体积分数)；

温度21℃～60℃；

或HNO3 15％～25％+HF l％～8％(体积分数)。

2.2膏剂法处理

(1)以广州石化尿素不锈钢新设备内表面焊缝及母材钝化和维修表面打磨焊缝的局部钝化为例

酸洗膏：

25％HNO3~+4％HF+7l％冷凝 水(体积分数)与 BaSO4，调至糊状。

钝化膏：

30％HNO3或25％HNO3+1％(质量分数)K2Cr2O7与BaSO4调至糊状。 涂覆表面5～30min，用冷凝水冲洗至pH=7，对单台设备也可采用喷洒双氧水的化学钝化法。

(2)以上海大明铁工厂专利m为例。

酸洗钝化膏：

HNO38％～14％(作钝化剂)； HF l0％～15％(作腐蚀剂)；

硬月S酸镁2.2％～2.7％(作增稠剂)

硝酸镁60％～70％(作填料，提高粘附力与渗透性)；

多聚磷酸钠2.3％～2.8％(作缓蚀剂)；

水(调节粘度)。

2.3 电化学法处理

将待处理的不锈钢工件作阳极，控制恒电位进行阳极化处理，或者将不锈钢工件先作阴极，控制恒电位进行阴极化处理，再将不锈钢工件作阳极，控制恒电位进行阳极化处理，并继续改变其恒电位进行钝化处理，电解质溶液均采用HNO3。经这样处理后，不锈钢钝化膜性质得到改善，耐蚀性能大大提高。点蚀临界电位 (Eb)提高约1000mV(在3％NaCl中)，抗均匀腐蚀性能提高三个数量级(在45℃的20％～30％H2SO4中)。

3．不锈钢酸洗钝化的应用范围

3.1不锈钢设备制造过程中的酸洗钝化处理

3.1.1切削加工后的清洗及酸洗钝化

不锈钢工件经切削加工后表面上通常会残留铁屑、钢末及冷却乳液等污物，会使不锈钢表面出现污斑与生锈，因此应进行脱脂除油，再用硝酸清洗，既去除了铁屑钢末，又进行了钝化。

3.1.2焊接前后的清洗及酸洗钝化

由于油脂是氢的来源，在没有清除油脂的焊缝中会形成气孔，而低熔点金属污染(如富锌漆)焊接后会造成开裂，所以不锈钢焊前必须将坡口及两侧20mm内的表面清理干净，油污可用丙酮擦洗，油漆锈迹应先用砂布或不锈钢丝刷清除，再用丙酮擦净。

不锈钢设备制造无论采用何种焊接技术，焊后均要清洗，所有焊渣、飞溅物、污点与氧化色等均要除掉，清除方法包括机械清洗与化学清洗。机械清洗有打磨、抛光与喷砂喷丸等，应避免使用碳钢刷子，以防表面生锈。为取得最好的抗腐蚀性能，可将其浸泡在HNO3和HF的混液中，或采用酸洗钝化膏。实际上常用械清洗与化学清洗结合起来应用。

3.1.3锻铸件的清洗

经锻铸等热加工后的不锈钢工件，表面往往有一层氧化皮、润滑剂或氧化物污染，污染物包括石墨、二硫化钼与二氧化碳等。应通过喷丸处理、盐浴处理以及多道酸洗处理。如美国不锈钢涡轮机叶片处理工艺为：

盐浴(10min)→水淬(2．5min)→硫酸洗(2min)→冷水洗(2min)→碱性高锰酸盐浴(10min)→冷水洗(2min)→硫酸洗(1rain)→冷水洗(1min)→硝酸洗(1．5min)→冷水洗(1min)→热水洗(1min)→空气干燥。

3.2新装置投产前的酸洗钝化处理

许多大型化工、化纤、化肥等装置的不锈钢设备与管道在投产开工前要求进行酸洗钝化。虽然设备在制造厂已进行过酸洗，去除了焊渣与氧化皮，但在存放、运输、安装过程中又难免造成油脂、泥砂、铁锈等的污染，为确保装置与设备试车产品(尤其是化工中间体及精制品)的质量能够达到要求，保证一次试车成功，必须进行酸洗钝化。如H2O2生产装置不锈钢设备与管道，投产前必须进行清洗，否则若有污物重金属离子会使催化剂中毒。另外，如金属表面有油脂与游离铁离子等会造成H2O2的分解，剧烈放出大量热，引发着火，甚至爆炸。同样对氧气管道来说存在微量油污与金属微粒也可能产生火花而发生严重后果。

3.3现场检修中的酸洗钝化处理

在精制对苯二甲酸(PTA)，聚乙烯醇(PVA)，腈纶，醋酸等生产装置的设备材

料中，大量使用奥氏体不锈钢316L、317、304L，由于物料都含有Cl-、Br-、 SCN-、甲酸等有害离子，或由于污垢、物料结聚，会对设备产生点蚀、缝隙腐蚀与焊缝腐蚀。在停车检修时可以对设备或部件进行全面或局部酸洗钝化处理，修复其钝化膜，以防局部腐蚀扩展。如上海石化PTA装置干燥机的不锈钢管子更新检修及腈纶装置的不锈钢换热器检修等均进行过酸洗钝化。

4.4在役设备除垢清洗

石油化工装置中的不锈钢设备，尤其是换热器，经一定时间运行后，内壁会沉积各种污垢，如碳酸盐垢、硫酸盐垢、硅酸盐垢、氧化铁垢、有机物垢、催化剂垢等，影响了换热效果，并且会造成垢下腐蚀。需要选择合适的清洗剂进行除垢，可采用硝酸、硝酸+氢氟酸、硫酸、柠檬[page]酸、EDTA、水基清洗剂等，并添加适量的缓蚀剂。除垢清洗后，如需要可再进行钝。化处理。如上海石化PTA、醋酸、腈纶等装置的不锈钢换热器均进行过除垢清洗。

4．不锈钢酸洗钝化的注意事项

4.1 酸洗钝化的前处理

不锈钢工件酸洗钝化前如有表面污物等，应通过机械清洗，然后除油脱脂。如果酸洗液与钝化液不能去除油脂，表面存在油脂会影响酸洗钝化的质量，为此除油脱脂不能省略，可以采用碱液、乳化剂、有机溶剂与蒸汽等进行。

4.2酸洗液及冲洗水中Cl-的控制

某些不锈钢酸洗液或酸洗膏采用加入盐酸、高氯酸，三氯化铁与氯化钠等含氯离子的侵蚀介质作为主剂或助剂去除表面氧化层，除油脂用三氯乙烯等含氯有机溶剂，从防止应力腐蚀破裂来说是不太适宜的。此外，对初步冲洗用水可采用工业水，但对最终清洗用水要求严格控制卤化物含量。通常采用去离子水。如石化奥氏体不锈钢压力容器进行水压试验用水，控制C1-含量不超过25mg／L，如无法达到这一要求，在水中可加入硝酸钠处理，使其达到要求，C1-含量超标，会破坏不锈钢的钝化膜，是点蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀破裂等的根源。

4.3 酸洗钝化操作中的工艺控制

硝酸溶液单独用于清除游离铁和其它金属污物是有效的，但对清除氧化铁皮，厚的腐蚀产物，回火膜等无效，一般应采用HNO3+HF溶液，为了方便与操作安全，可用氟化物代替HF。单独HNO3溶液可不加缓蚀剂，但HNO3+HF酸洗时，需要加Lan-826。使用HNO3+HF酸洗，为防止腐蚀，浓度应保持5：1的比例。温度应低于49℃，如过高，HF会挥发。

对钝化液，HNO3应控制在20％～50％之间，根据电化学测试，HNO3浓度小于20％处理的钝化膜质量不稳定，易产生点蚀，但HNO3浓度也不宜大于50％，要防止过钝化。

用一步法处理除油酸洗钝化，虽然操作简便，节省工时，但该酸洗钝化液(膏)中会有侵蚀性HF，因此其最终保护膜质量不如多步法。

酸洗过程中允许在一定范围内调整酸的浓度、温度与接触时间。随着酸洗液使用时间的增长，必须注意酸浓度和金属离子浓度的变化，应注意避免过酸洗，钛离子浓度应小于2％，否则会导致严重的点蚀。一般来说，提高酸洗温度会加速与改善清洗作用，但也可能增加表面污染或损坏的危险。

4.4不锈钢敏化条件下酸洗的控制

某些不锈钢由于不良热处理或焊接造成敏化，采用HNO&HF酸洗可能会产生晶间腐蚀，由晶间腐蚀引起的裂缝在运行时，或清洗时，或随后加工中，能够浓缩卤化物，而引起应力腐蚀。这些敏化不锈钢一般不宜用HNO3+HF溶液除鳞或酸洗。在焊后如必须进行这种酸洗，应采用超低碳或稳定化的不锈钢。

4.5不锈钢与碳钢组合件的酸洗

对不锈钢与碳钢组合件(如换热器中不锈钢管子、管板与碳钢壳体)，酸洗钝化若采用HNO3或 HNO3+HF会严重腐蚀碳钢，这时应添加合适的缓蚀剂如Lan-826。当不锈钢与碳钢组合件在敏化状态下，不能用HNO3+HF酸洗时，可采用羟基乙酸(2％)+甲酸(2％)+缓蚀剂，温度93℃，时间6h或EDTA铵基中性溶液+缓蚀剂，温度：121℃，时间：6h，随后用热水冲洗并浸入10mg／L氢氧化铵+100mg／L联氨中。

4.6酸洗钝化的后处理

不锈钢工件经酸洗和水冲洗后，可用含10％(质量分数)NaOH+4％(质量分数)KMnO4的碱与高锰酸盐溶液在71～82℃中浸泡5～60min，以去除酸洗残渣，然后用水彻底冲洗，并进行干燥。不锈钢表面经酸洗钝化后出现花斑或污斑，可用新鲜钝化液或较高浓度的硝酸擦洗而消除。最终酸洗钝化的不锈钢设备或部件应注意保护，可用聚乙烯薄膜覆盖或包扎，避免异金属与非金属接触。

对酸性与钝化废液的处理，应符合国家环保排放规定。如对含氟废水可加石灰乳或氯化钙处理。钝化液尽可能不用重铬酸盐，如有含铬废水，可加硫酸亚铁还原处理。

酸洗可能引起马氏体不锈钢氢脆，如需要可通过热处理去氧(加热至200℃保

温一段时间)。

5．不锈钢酸洗钝化质量检验

由于化学检验会破坏产品的钝化膜，通常在样板上进行检验。方法举例如下：

(1)硫酸铜滴定检验

用8gCuSO4+500mLH2O+2～3mLH2SO4溶液滴入样板表面，保持湿态，如6min内不出现铜的析出为合格。

(2)高铁氰化钾滴定检验

用2mLHCl+1mLH2SO4+1gK3Fe(CN)6+97mLH2O溶液滴在样板表面，通过生成蓝色斑点的多少及出现时间的长短来鉴定钝化膜质量的好坏。

多功能不锈钢酸洗剂，有甲、乙两组分，甲组分含有硫酸60～80％和硝酸20～40％，乙组分含有盐酸70～90％和LK型缓蚀剂10～30％，甲组分和乙组分的重量配比为：甲90～98％、乙2～10％ 一般将制件浸入硫酸等的水溶液，以除去金属表面的氧化物等薄膜。是电镀、搪瓷、轧制等工艺的前处理或中间处理

(一)利用酸溶液去除钢铁表面上的氧化皮和锈蚀物的方法称为酸洗。氧化皮、铁锈等铁的氧化物(Fe3O4，Fe2O3，FeO等)与酸溶液发生化学反应，形成盐类溶于酸溶液中而被除去。酸洗用酸有硫酸、盐酸、磷酸、硝酸、铬酸、氢氟酸和混合酸等。最常用的是硫酸和盐酸。酸洗工艺主要有浸渍酸洗法、喷射酸洗法和酸膏除锈法。一般多用浸渍酸洗法，大批量生产中可采用喷射法。钢铁零件一般在10％～20％(体积)硫酸溶液中酸洗，温度为40℃。当溶液中含铁量超过80g/L，硫酸亚铁超过215g/L时，应更换酸洗液。常温下，用20％～80％(体积)的盐酸溶液对钢铁进行酸洗，不易发生过腐蚀和氢脆现象。由于酸对金属的腐蚀作用很大，需要添加缓蚀剂。清洗后金属表面成银白色，同时钝化表面，提高不锈钢抗腐蚀能力。

(二)为了消除硅藻土载体表面吸附，减少色谱峰拖尾，载体在使用前需进行酸洗或碱洗处理。酸洗是把载体用6mol/L盐酸浸煮2h或浓盐酸加热浸煮30min，过滤，用水洗至中性，烘干。酸洗可除去表面上的铁、铝、钙、镁等杂质，但不能除去硅醇基。酸洗载体适宜于分析酸性样品。

酸洗的目的是去除氧化皮，经热加工的不锈钢和焊接热影响区都会产生一层氧化皮，这层氧化皮会影响耐腐蚀性。酸洗常用酸液酸洗和酸膏酸洗两种方法，酸液酸洗又有浸洗和刷洗两种。

浸洗酸洗液配方（体积分数）：硝酸（密度1.42g/cm3）为20%，氢氟酸为5%，其余为水，酸洗温度为室温。

刷洗酸液配方（体积分数）：盐酸50%，水50%。

酸膏配方：盐酸（密度1.19g/cm3）20mL、水100mL、硝酸（密度1.42g/

cm3）30mL、膨润土150g。

浸洗法适用于较小的设备和部件，将设备和部件浸没在酸洗液里25～45min，取出后用清水冲净；刷洗适用于大设备，用刷子蘸取酸洗液刷洗，到呈白亮为止，再用清水冲净；酸膏酸洗也适用于大设备，方法是将配制好的酸膏涂敷于焊件的焊缝及其热影响区表面上，停留几分钟后，再用清水冲净。

钝化是在酸洗后进行的。钝化液的配方为：硝酸5mL、重铬酸钾1g、水95mL。处理温度为室温，处理时间为1h。处理方法是将钝化液在焊缝表面揩一遍，然后用冷水冲，再用布仔细擦洗，最后用热水冲洗干净，并将其吹干。

经钝化处理后的锈钢，外表全部呈银白色，具有较高的耐腐蚀性。