不锈钢表面控制

浅谈不锈钢表面处理过程常见问题及预防措施

（北京海斯顿环保设备有限公司）

王胜龙前言不锈钢具有独特的强度、较高的耐磨性、优越的防腐性能及不易生锈等优良的特性。故广泛应用于化工行业，食品机械，机电行业，环保行业，家用电器行业及家庭装潢，精饰行业，给予人们以华丽高贵的感觉。不锈钢的应用发展前景会越来越广，但不锈钢的应用发展很大程度上决定它的表面处理技术发展程度。1不锈钢常用表面处理方法1.1不锈钢品种简介不锈钢主要成分：一般含有金各（）、镍（）、钼（）、钛（）等优质金属元素。常见不锈钢：有余各不锈钢，含r以上；镍金各不锈钢，含^，含i2从不锈钢金相组织结构分类：有奥氏体不锈钢，例如：，n。马氏体不锈钢，例如：，等。一般称为非磁性不锈钢和带有磁性不锈钢。锈常见常见不锈钢表面处理方法常用不锈钢表面处理技术有以下几种处理方法：①表面本色白化处理；②表面镜面光亮处理；③表面着色处理。锈常不表常锈面本色白化处理：不锈钢在加工过程中，经过卷板、扎边、焊接或者经过人工表面火烤加温处理，产生黑色氧化皮。这种坚硬的灰黑色氧化皮主要是和二种成分，以前一般采用氢氟酸和硝酸进行强腐蚀方法去除。但这种方法成本大，污染环境，对人体有害，腐蚀性较大，逐渐被淘汰。目前对氧化皮处理方法主要有二种：⑴喷砂（丸）法：主要是采用喷微玻璃珠的方法，除去表面的黑色氧化皮。⑵化学法：使用一种无污染的酸洗钝化膏和常温无毒害的带有无机添加剂的清洗液进行浸洗。从而达到不锈钢本色的白化处理目的。处理好后基本上看上去是一无光的色泽。这种方法对大型、复杂产品较适用。锈常不不常锈见钢表面镜面光亮处理方法：根据不锈钢产品的复杂程度和用户要求情况不同可分别采用机械抛光、化学抛光、电化学抛光等方法来达到镜面光泽。这三种方法优缺点如下：表锈项目方法优点缺点适用产品备注机械抛光整平性好，光亮劳动强度大，污染严重，复杂件难加工，光泽下降，投资及成本较高简单工件，中、小产品，复杂件无法加工整个产品光泽达不到一致，光泽保持时间不长化学抛光投资少，复杂件能抛，效率高，速度快光亮度不足，抛光液要加温，有气体溢出，需要通风设备复杂产品，光亮度要求不高的产品可选用小批量加工较合算电化学抛光达镜面光泽，长期保持，工艺稳定，污染少，成本低，防污染性好一次性投资大，复杂件要装工装，辅助电极，大量生产要降温高挡中小件产品，要求长时间保持镜面光亮产品工艺稳定，易操作，可广泛推广使用锈常不表常不面着色处理：不锈钢着色不仅赋予不锈钢制品各种颜色，增加产品的花色品种，而且提高产品耐磨性和耐腐蚀性。不锈钢着色方法有如下几种：⑴化学氧化着色法；⑵电化学氧化着色法；⑶离子沉积氧化物着色法；⑷高温氧化着色法；⑸气相裂解着色法。各种方法简单概况如下：⑴化学氧化着色法：就是在特定溶液中，通过化学氧化形成膜的颜色，有重铬酸盐法、混合钠盐法、硫化法、酸性氧化法和碱性氧化法。一般“茵科法”（）使用较多，不过要想保证一批产品色泽一致的话，必须用参比电极来控制。⑵电化学着色法：是在特定溶液中，通过电化学氧化形成膜的颜色。⑶离子沉积氧化物着色法化学法：就是将不锈钢工件放在真空镀膜机中进行真空蒸发镀。例如：镀钛金的手表壳、手表带，一般是金黄色。这种方法适用于大批量产品加工。因为投资大，成本高，小批量产品不合算。⑷高温氧化着色法：是在特定的熔盐中，浸入工件保持在一定的工艺参数，使工件形成一定厚度氧化膜，而呈现出各种不同色泽。⑸气相裂解着色法：较为复杂，在工业中应用较少。1.3处理方法选用不锈钢表面处理选用哪种方法，要根据产品结构、材质、及对表面不同要求，选用合适的方法进行处理。2不锈钢件产生锈蚀的常见原因2.1化学腐蚀2.1表.面1污染：附着在工件表面的油污、灰尘及酸、碱、盐等在一定条件转化为腐蚀介质，与不锈钢件中的某些成分发生化学反应，产生化学腐蚀而生锈。2.1.表2面划伤：各种划伤对钝化膜的破坏，使不锈钢保护能力降低，易与化学介质发生反应，产生化学腐蚀而生锈。2.1清.3洗：酸洗钝化后清洗不干净造成残液存留，直接腐蚀不锈钢件（化学腐蚀）。2.2电化学腐蚀2.2碳.1钢污染：与碳钢件接触造成的划伤与腐蚀介质形成原电池而产生电化学腐蚀。2.2.切2割：割渣、飞溅等易生锈物质的附着与腐蚀介质形成原电池而产生电化学腐。2.2.烤3校：火焰加热区域的成份与金相组织发生变化而不均匀，与腐蚀介质形成原电池而产生电化学腐蚀。2.2焊.接4：焊接区域的物理缺陷（咬边、气孔、裂纹、未熔合、未焊透等）和化学缺陷（晶粒粗大、晶界贫铬、偏析等）与腐蚀介质形成原电池而产生电化学腐蚀。材质：不锈钢材质的化学缺陷（成份不均匀、、杂质等）和表面物理缺陷（疏松、砂眼、裂纹等）有利于与腐蚀介质形成原电池而产生电化学腐蚀。2.2.钝6化：酸洗钝化效果不好造成不锈钢表面钝化膜不均匀或较薄，易于形成电化学腐蚀。2.2.清7洗：存留的酸洗钝化残液与不锈钢发生化学腐蚀的生成物与不锈钢件形成电化学腐蚀。2.3应力集中易于造成应力腐蚀。总之，不锈钢由于其特殊的金相组织和表面钝化膜，使得它在一般情况下较难与介质发生化学反应而被腐蚀，但并不是在任何条件下都不能被腐蚀。在腐蚀介质和诱因（如划伤、飞溅、割渣等）存在的条件下，不锈钢也能与腐蚀介质发生缓慢的化学和电化学反应被腐蚀，而且在一定条件下的腐蚀速度相当快而产生锈蚀现象，尤其是点蚀和缝隙腐蚀。不锈钢件的腐蚀机理主要为电化学腐蚀。因此，在不锈钢产品在加工作业过程中应采取一切有效措施，尽量避免锈蚀条件和诱因的产生。实际上，许多锈蚀条件和诱因（如划伤、飞溅、割渣等）对于产品的外观质量也有显著的不利的影响，也应该和必须加以克服。不锈钢产品加工过程中存在问题3.1焊缝缺陷：焊缝缺陷较严重，采用手工机械打磨处理方法来弥补，产生的打磨痕迹，造成表面不均匀，影响美观。3.表2面不一致：只对焊缝进行酸洗钝化，也造成表面不均匀，影响美观。3.3划痕难除去：整体酸洗钝化，也不能将加工过程中产生的各种划痕去掉，并且也不能去除由于划伤、焊接飞溅而粘附在不锈钢表面的碳钢、飞溅等杂质，导致在腐蚀介质存在的条件下发生化学腐蚀或电化学腐蚀而生锈。3.4打磨抛光钝化不均匀：手工打磨抛光后进行酸洗钝化处理，对面积较大的工件，很难达到均匀一致处理效果，不能得理想的均匀表面。并且工时费用，辅料费用也较高。3.5酸洗能力有限：酸洗钝化膏并不是万能的，对等离子切割、火焰切割而产和黑色氧化皮，较难除去。3.人6为因素造成的划伤比较严重：在吊装、运输和结构加工过程中，磕碰、拖拉、锤击等人为因素造成的划伤比较严重，使得表面处理难度加大，而且也是处理后产生锈蚀的主要原因。3.7设备因素：在型材、板材卷弯、折弯过程中，造成的划伤和折痕也是处理后产生锈蚀的主要原因。3.8其他因素：不锈钢原材料在采购、储存过程中，由于吊装、运输过程产生的磕碰和划伤也比较严重，也是产生锈蚀的原因之一。4应采取预防措施4.1储存、吊装、运输4.1.不1锈钢件储存:应有专用存放架，存放架应为木质或表面喷漆的碳钢支架或垫以橡胶垫，以与碳钢等其它金属材质隔离。存放时，储存位置应便于吊运，与其它材料存放区相对隔离，应有防护措施，以避免灰尘、油污、铁锈对不锈钢的污染。4.1不.锈2钢件吊装：吊装时，应采用专用吊具，如吊装带、专用夹头等，严禁使用钢丝绳以免划伤表面；并且在起吊和放置时，应避免冲击磕碰造成划伤。.3锈钢件运输：运输时，应用运输工具（如小车、电瓶车等），并应洁净有隔离防护措施，以防灰尘、油污、铁锈污染不锈钢。严禁拖拉，避免磕碰、划伤。4.2加工加1工区：不锈钢件的加工区域应相对固定。不锈钢件加工区的平台应采取隔离措施，如铺上橡胶垫等。不锈钢件加工区的定置管理、文明生产应加强，以避免对不锈钢件的损伤与污染。下2料：不锈钢件的下料采用剪切或等离子切割、锯切等。⑴剪切：剪切时，应与送进支架隔离，落料斗也应铺以橡胶垫，避免划伤。⑵等离子切割：等离子切割后，割渣应清理干净。批量切割时，对于已完成的零件应及时清理出现场，以避免割渣对工件的玷污。⑶锯切下料：锯切下料时，夹紧应加以胶皮保护，锯切后应清理工件上的油污、残渣等。4.2机.械3加工：不锈钢件在车、铣等机械加工时也应注意防护，作业完成应清理干净工件表面的油污、铁屑等杂物。.成4型加工：在卷板、折弯过程中，应采取有效措施避免造成不锈钢件表面划伤和折痕。4.2铆.5焊：不锈钢件在组对时，应避免强制组装，尤其避免火焰烤校装配。组对或制作过程如有临时采用等离子切割时，应采取隔离措施以避免割渣对其它不锈钢件的污染。切割后，工件上的割渣应清理干净。4.2焊.6接：不锈钢件焊接前必须认真清除油污、锈迹、灰尘等杂物。焊接时尽量采用氩弧焊接，采用手工电弧焊时应采用小电流、快速焊，避免摆动。严禁在非焊接区域引弧，地线位置适当、连接牢固，以避免电弧擦伤。焊接时应采取防飞溅措施（如刷白灰等方法）。焊后应用不锈钢（不得采用碳钢）扁铲彻底清理熔渣和飞溅。4.2多.层7焊：多层焊时，层间熔渣必须清除干净。多层焊时，应控制层间温度，一般不得超过60℃。4.2焊.缝8：焊缝接头应修磨，焊缝表面不得有熔渣、气孔、咬边、飞溅、裂纹、未熔合、未焊透等缺陷，焊缝与母材应圆滑过渡，不得低于母材。矫9形：不锈钢件的矫形，应避免采用火焰加热方法，尤其不允许反复加热同一区域。矫形时，尽量采用机械装置，或用木锤（橡皮锤）或垫橡皮垫锤击，禁止用铁锤锤击，以避免损伤不锈钢件。搬1运0：不锈钢件在加工过程中进行搬运时，应用运输工具（如小车、电瓶车或天车等），并应洁净有隔离防护措施，以防灰尘、油污、铁锈污染不锈钢。严禁在平台或地面直接拖拉，严禁磕碰和划伤。面处理4.3清.1理打磨：如有损伤应打磨，尤其与碳钢件接触造成的划伤和飞溅、割渣造成的损伤必须认真彻底地清理打磨干净。4.3.机2械抛光：要采用适当的抛光工具进行抛光，要求处理均匀一致，并避免过抛和再划伤。4.3除.3油除尘：不锈钢件在进行酸洗钝化前，必须按工艺清除油污、氧化皮、灰尘等杂物。4.3.水4喷砂处理：要根据不同的处理要求，选用不同的微玻璃珠、不同的工艺参数，并避免过喷等。4.3酸.5洗钝化：不锈钢件的酸洗钝化必须严格按工艺要求进行钝化。4.3.清6洗干燥：酸洗钝化后，应严格按工艺进行中和、冲洗、干燥，彻底清除残留的酸液。4.3.保7护：不锈钢件表面处理完毕后，应做好防护，避免人员抚摸和油污、灰尘等杂物的二次污染。4.3避.免8再加工：不锈钢件表面处理完毕后，应避免对该零部件或产品的再加工。镇海炼化炼油装置换热器腐蚀防护技术评述每个规模炼油厂都有上千台换热器设备，换热器防腐工作的好坏，直接影响到装置的安全长周期运行。近几年来，不少使用单位和科研院所联合开发研究，采取了很多的有效措施，大大降低了换热器腐蚀损坏。本文对镇海炼化公司换热器的防腐蚀方法作简要介绍。耐蚀新材料08Cr2AIMo抗硫化氢材料的应用为提高换热器材料抗H2s的腐蚀性能，上海材料研究所、江苏兴澄集团等单位，先后研制了12CrAIMoV，08CrCuSb（ND钢），09Cr2AIMo等新材料，这些材料相对10#钢、16MnR钢等有较好的耐腐蚀性，尤其是08Cr2AIMo材料制成的换热管在镇海炼化使用效果很好，确有明显的抗H2S性能。08Cr2AIMo钢的特点是有较强的抗H2S-H2O>H2S-HCN-H2O应力腐蚀开裂性能，也能耐稀有机酸的腐蚀。08Cr2AIMo在H2S溶液中的腐蚀率为0.2mg/cm2.h，在HCl的溶液中腐蚀率大约是碳钢的23%，由于其良好的耐蚀性能，目前有大量08Cr2AIMo换热管用于高含硫原油冷换设备。如常一线重沸器等。双相不锈钢的使用在炼油设备中，最常见的腐蚀形成为H2S-HCl-H2O腐蚀，H2S和HCl在湿环境下，相互促进，加快腐蚀。应对这种腐蚀常采用耐腐蚀的奥氏体不锈钢。但奥氏体不锈钢的耐应力腐蚀、耐点腐蚀性能差。而铁素体不锈钢抗应力腐蚀性能较好，但机械加工性差，因此，常选用双相钢，既一定程度兼有奥氏体-铁素体不锈钢的特性。复合板材料的使用目前复合板按制造工艺分为两类：爆炸复合板和堆焊钢板。常用的复合板有20g+0Cr13Al，20g+0Cr18Ni9Ti，2.25Cr-Mo+0Cr18Ni10等，分别用于不同场合，可用于换热器的壳体和管板等。该材料有较好的耐蚀性能，而且成本低，已得到较广泛的使用。通过复合板将腐蚀介质与碳钢隔离，能有效防止H2S腐蚀，还能起到不锈钢的多种防护作用。该材料使用在加氢蜡油/脱H2S塔底油换热器、重整的混合进料换热器、航煤加氢的生成油混合进料换热器上等。涂镀渗技术及应用Ni-P合金镀层Ni-P镀层有以下优异性能：①高硬、高耐磨性，热处理后硬度高达HV10000。②高耐蚀性，其孔隙率为电镀银的1/2,但仍需密封处理。镀Ni-P合金在各种酸碱环境中，抗腐蚀性能明显高于是1Cr18Ni9Ti，对H2S抗应力腐蚀和均匀腐蚀性能较好。在炼油厂大量使用的换热器中，镀Ni-P合金技术越来越多地被使用。在常减压、催化等装置中，换热器的换热管镀Ni-P后，寿命大大延长。但镀Ni-P合金成本较高，因此适用于耐腐蚀要求较高的场合。另外施镀工艺必须防止孔隙过大，以免产生点蚀与电偶腐蚀。该技术已较多地用于催化软化水换热器和乙醇胺重沸器等。渗铝技术渗铝是在特定的工艺条件下，通过加热使铝原子渗透扩散到碳钢或合金钢表层基体内，从而形成一层具有特殊性能的铁铝合金层的表面化学热处理过程。钢材经过表面渗铝后，其基体力学性能基本保持不变，而表面渗铝层具有优异的抗高温氧化和耐腐蚀性能。渗铝对金属的保护作用表现为两个方面：一是表面形成一层致密的稳定的Al2O3保护膜，这层保护膜具有很强的自修复和再生性。另一方面在有电解质腐蚀工况下渗铝层作为一个大的牺牲阳极可以有效地保护基体。渗铝钢在120℃以下低温环境中有优良的抗H2S，SO42-，CO,NH3等介质的腐蚀能力，渗铝钢技术指标：渗层厚度：0.10mm~0.25mm渗铝层铝量：15%〜30%()渗铝层表面显微硬度：HVOO5300〜600近几年碳钢渗铝大量使用于.制造冷换管束,已在加工、焊接方面积累了不少的经验。各大炼油厂有很多换热器已使用渗铝钢,例如在炼油的三常的原油/常顶油气换热器,二常的初底油/二级渣油换热器,催化的稳定塔顶油气冷却器等设备上均有使用。涂层保护技术换热器的涂层主要使用CH784,TH847和TH901，这些涂料主要成分是氨基环氧或漆酚酞等树脂,主要用于工业水、循环水等冷却设备的保护,适用于长期工作温度小于150℃的冷换设备。TH847对碱、酸也有一定的耐蚀作用，该涂层的工艺顺序为：表面处理(喷砂或磷化)涂装固化。目前炼油装置中循环水中含有各种介质离子，采用涂料办法,不仅可以延长寿命,防止腐蚀和结垢,而且不影响传热效果,这种涂层价格便宜、适应性强,使用较普遍,但在安装检修中不应机械损伤涂层。工艺防腐蚀技术目前镇海炼化在炼油工艺中采用的工艺防腐蚀措施是一脱四注,就是脱盐(NaCl、MgCl、CaCl)，注水，注氨，注缓蚀剂，注碱。搞好原油脱盐对炼油装置极为重要。若脱盐程度低,在一定的温度和湿环境下,就会造成稀盐酸和H2S-HC1-H2O的腐蚀环境，因此，一般要求脱盐指标小于5mg/L。在未采用一脱四注前，常压塔顶碳钢管壳式冷却器管束进口部位腐蚀高达6mm/a~14.5mm/a，采用工艺防腐后，常压塔冷却器管束腐蚀率为0.3mm/a左右，另外，在未脱盐时，常压塔顶管壳式冷却器管子和管板胀接过渡区容易发生脆断,采用措施后,该处换热器使用时间长达5年。一脱四注的根本原理是控制Cl-浓度、H2s的浓度和pH的酸碱性，确保盐度V5mg/L，H2S浓度在30mg/L〜40mg/L，pH控制在7〜8。这种措施能有效缓解腐蚀问题,关键是选择合适的部位和剂量。制造上的防腐蚀技术在炼油装置大量腐蚀损坏的换热器中,制造技术也是主要的因素之一。要针对不同的腐蚀环境采取不同的工艺技术去避免腐蚀损坏。目前在含硫原油的炼制中,与腐蚀相关的设备制造环节应注意以下几点：(1)焊接。管子和管板的连接主要有密封焊加强度胀、强度焊加强度胀、强度焊加贴胀、纯胀接四种,在换热器制造中,采取哪种胀接方法很关键。在有较强振动的场合,采用强度焊加强度胀；对壳程腐蚀性不强的情况,可采用强度焊加贴胀；在管程腐蚀较强的情况，可采用密封焊加强度胀。连接质量的好坏直接影响密封性能，在制造中，密封质量与管板，管子的粗糙度、与胀接的压力和胀接的形式都有关，光洁度越高，胀接的长度越宽，效果越好。另外也和焊