Tẩy và thụ động hóa chế tạo thép không gỉ: Một quy trình làm việc hoàn chỉnh

Thép không gỉlấy tên từ một lớp oxit crom mỏng, tự phục hồi trên bề mặt - nhưng lớp đó không tự động nguyên vẹn ngay khi sản phẩm được chế tạo rời khỏi xưởng. Hàn, gia công và xử lý mọi hư hỏng hoặc làm nhiễm bẩn màng thụ động này, bám vào sắt tự do và tạo ra các vùng-bị ảnh hưởng nhiệt dễ bị ăn mòn về mặt hóa học. Tẩy rửa và thụ động hóa là hai phương pháp xử lý hóa học tuần tự nhằm sửa chữa những hư hỏng này và khôi phục hoàn toàn khả năng chống ăn mòn trước khi đưa sản phẩm chế tạo vào sử dụng. Hướng dẫn này trình bày toàn bộ quy trình làm việc, các hóa chất liên quan và cách xác minh kết quả đáp ứng các yêu cầu của ASTM A380 và ASTM A967.

Sự khác biệt giữa ngâm chua và thụ động là gì?

Tẩy trắng và thụ động hóa là các phương pháp xử lý hóa học tuần tự nhưng về cơ bản khác nhau: tẩy rửa hòa tan một lớp kim loại cơ bản mỏng để loại bỏ sắc thái nhiệt, cặn oxit và chất bẩn bám vào, trong khi phương pháp thụ động chỉ loại bỏ sắt tự do ở bề mặt- và đẩy nhanh quá trình hình thành màng oxit crom bảo vệ mà không tấn công chính kim loại cơ bản.

Sự khác biệt này quan trọng vì hai quy trình giải quyết các vấn đề khác nhau. Hàn và tạo hình nóng tạo ra sắc thái nhiệt và lớp -cạn kiệt crom ngay bên dưới sự đổi màu nhìn thấy được - một tình trạng mà chỉ riêng biện pháp thụ động không thể khắc phục hoàn toàn vì biện pháp thụ động không đủ mạnh để loại bỏ cặn lớn. Ngâm là bước được thiết kế để loại bỏ lớp bị hư hỏng đó. Ngược lại, gia công, mài và xử lý nhúng các hạt sắt tự do cực nhỏ từ các dụng cụ và thiết bị vào một bề mặt lành mạnh - mà việc tẩy rửa có thể loại bỏ nhưng phải trả giá bằng việc khắc kim loại cơ bản một cách không cần thiết. Thụ động là bước nhẹ nhàng hơn, có mục tiêu hơn phù hợp với công việc đó.

Tẩy gỉ: loại bỏ sắc thái nhiệt, cặn mối hàn và lớp -crom đã cạn kiệt bên dưới nó bằng cách hòa tan độ dày được kiểm soát của kim loại cơ bản.

Thụ động hóa: loại bỏ sắt tự do trên bề mặt và các chất ô nhiễm ngoại sinh khác mà không tấn công đáng kể vào kim loại cơ bản, đồng thời đẩy nhanh quá trình tái hình thành lớp oxit crom thụ động về mặt hóa học.

Đối với chế tạo hàn có màu nhiệt nhìn thấy được, cả hai bước thường được yêu cầu theo trình tự - tẩy trước, thụ động thứ hai - vì quá trình thụ động được thực hiện trên lớp màu nhiệt chưa được loại bỏ sẽ không khôi phục hoàn toàn khả năng chống ăn mòn trong vùng bị ảnh hưởng nhiệt-.

Quy trình ngâm và thụ động hoàn chỉnh từng bước là gì?

Quy trình công việc hoàn chỉnh diễn ra trong sáu giai đoạn liên tiếp - tẩy dầu mỡ, tẩy rửa, rửa, thụ động hóa, rửa và sấy khô cũng như kiểm tra xác minh - và bỏ qua hoặc rút ngắn bất kỳ giai đoạn nào có nguy cơ để lại ô nhiễm tại chỗ làm suy yếu khả năng chống ăn mòn mà toàn bộ quy trình dự kiến ​​sẽ cung cấp.

1. Tẩy dầu mỡ và-làm sạch trước -Loại bỏ dầu, chất lỏng cắt, bụi bẩn trong cửa hàng và mực đánh dấu bằng chất tẩy rửa có tính kiềm hoặc dung môi, thường ở nhiệt độ 140–160 độ F (60–71 độ). Dầu còn sót lại trên bề mặt sẽ ngăn chặn sự tiếp xúc của axit trong bước tẩy và tạo ra kết quả không đồng đều, loang lổ.

2. Dưa muối -Áp dụng dung dịch axit nitric-axit hydrofluoric - bằng cách ngâm, phun hoặc tạo gel/dán cho các bộ phận-được chế tạo trên quy mô lớn hoặc trên hiện trường - để hòa tan sắc thái nhiệt, cặn mối hàn và lớp crom-đã cạn kiệt. ASTM A380 khuyến nghị hạn chế tiếp xúc với chất tẩy rửa trong tối đa khoảng 30 phút cho mỗi ứng dụng để tránh quá-tẩy (ăn mòn) kim loại cơ bản.

3. Rửa sạch -Rửa kỹ bằng nước sạch, không{0}có clo để loại bỏ hết cặn axit tẩy trước bước tiếp theo. Bất kỳ axit nào được mang theo sẽ làm ô nhiễm bể thụ động và có thể cản trở quá trình hình thành màng thích hợp.

4. Thụ động -Áp dụng dung dịch axit nitric hoặc axit xitric theo tiêu chuẩn ASTM A967 để loại bỏ sắt tự do còn lại và đẩy nhanh quá trình hình thành lớp thụ động crom oxit. Nồng độ, nhiệt độ và thời gian ngâm thay đổi tùy theo loại không gỉ và được chỉ định trong bảng quy trình của A967.

5. Rửa sạch và lau khô -Rửa lại bằng nước sạch để trung hòa và loại bỏ cặn hóa chất thụ động, sau đó lau khô hoàn toàn. Nước đọng hoặc màng hóa chất còn sót lại trên bề mặt có thể trở thành nguồn ô nhiễm.

6. Xác minh -Xác nhận kết quả bằng một hoặc nhiều thử nghiệm xác minh ASTM A967 - ngâm trong nước, độ ẩm cao, phun muối, đồng sunfat hoặc kali ferricyanide-axit nitric - và kiểm tra trực quan để xác nhận rằng bề mặt không bị ăn mòn, rỗ hoặc đóng băng.

Bạn nên sử dụng hóa chất tẩy rửa nào - ngâm, phun, gel hoặc tẩy cặn cơ học?

Ngâm tẩy trong dung dịch axit nitric-hydrofluoric là phương pháp triệt để và nhất quán nhất cho các bộ phận được chế tạo tại xưởng-, trong khi tẩy rửa bằng gel hoặc bột nhão và tẩy cặn cơ học là những lựa chọn thiết thực cho các chế tạo-dựng trên quy mô lớn hoặc phức tạp về mặt hình học không thể chứa được.

Hướng dẫn quy trình phù hợp với khuyến nghị tẩy cặn và tẩy cặn theo tiêu chuẩn ASTM A380. Axit hydrofluoric rất nguy hiểm đối với mô người khi tiếp xúc và cần có gel canxi gluconate cũng như quy trình ứng phó khẩn cấp được ghi lại tại chỗ bất kể phương pháp ứng dụng nào.

Axit nitric và sự thụ động của axit citric: Cái nào phù hợp với quá trình chế tạo của bạn?

Thụ động hóa axit nitric vẫn là phương pháp truyền thống, đã được chứng minh rộng rãi trên hầu hết các loại không gỉ, trong khi thụ động hóa axit xitric ngày càng được ưa chuộng hơn khi an toàn cho người lao động, xả thải ra môi trường và đơn giản hóa quy trình là những ưu tiên - và đối với nhiều loại austenit, axit xitric hiện cung cấp tỷ lệ crom-trên{2}}bề mặt sắt tương đương hoặc vượt trội.

Theo bảng quy trình cụ thể theo cấp độ ASTM A967/A967M{2}}. Số liệu tỷ lệ Cr:Fe là các giá trị được báo cáo-trường đại diện từ các nhà cung cấp dịch vụ thụ động; Mức tối thiểu ASME BPE áp dụng cụ thể cho thiết bị xử lý sinh học. Xác nhận các tiêu chí chấp nhận so với đặc điểm kỹ thuật của dự án quản lý.

Làm thế nào để bạn xác minh rằng sự thụ động đó thực sự có hiệu quả?

ASTM A967 xác định sáu phương pháp xác minh tiêu chuẩn và một-chương trình thụ động được vận hành tốt sẽ áp dụng kiểm tra trực quan cộng với ít nhất một thử nghiệm về hóa chất hoặc môi trường từ danh sách này cho mọi bộ phận, bởi vì quá trình thụ động được thực hiện nhưng không được xác minh không đảm bảo bằng văn bản về khả năng chống ăn mòn.

Theo tiêu chuẩn ASTM A967/A967M. AMS 2700, thông số kỹ thuật thụ động hàng không vũ trụ song song, công nhận bốn trong số các thử nghiệm này - độ ẩm cao, ngâm trong nước, đồng sunfat và phun muối - làm bộ xác minh tiêu chuẩn. Các bộ phận thụ động A967 cũng không được có dấu hiệu bị ăn mòn, rỗ hoặc đóng băng khi kiểm tra bằng mắt trước khi áp dụng bất kỳ thử nghiệm nào trong số này.

Đối với các chế tạo có-giá trị cao hoặc bị ăn mòn{1}}quan trọng, quang phổ bề mặt trong phòng thí nghiệm đo tỷ lệ crom-trên-sắt thực tế cung cấp xác nhận định lượng, chính xác nhất hiện có - mặc dù nó thường được dành riêng cho kiểm tra trình độ chuyên môn hoặc giải quyết tranh chấp thay vì xác minh lô thông thường.

Khiếm khuyết nào xảy ra do bỏ qua hoặc vội vã quy trình công việc này?

Việc bỏ qua quá trình tẩy chua,-thụ động hóa hoặc các bước rửa vội vã sẽ tạo ra các chế độ lỗi có thể dự đoán được và phần lớn có thể phòng ngừa được - hầu hết chúng chỉ xuất hiện sau khi quá trình chế tạo đã được đưa vào sử dụng, khi việc sửa chữa tốn kém hơn nhiều so với khi thực hiện tại xưởng.

Ố rỉ sét và rỗ ở các vùng bị ảnh hưởng bởi nhiệt-của mối hàn, từ màu nhiệt và kim loại đã cạn kiệt crom- mà không bao giờ được loại bỏ bằng phương pháp tẩy gỉ.

Ăn mòn cục bộ tại các vị trí chứa sắt tự do do mài hoặc gia công, khi bỏ qua quá trình thụ động hóa hoặc-liều lượng thấp.

Sự đổi màu có vệt hoặc đốm do rửa không hoàn toàn, trong đó axit dư tiếp tục phản ứng với bề mặt sau khi bộ phận rời khỏi dây chuyền.

Quá-tẩy chua (khắc) và bề mặt thô ráp, mờ do tiếp xúc với axit trên bộ phận vượt quá giới hạn thời gian được đề xuất.

Sự tin cậy sai lầm từ quá trình thụ động - không có giấy tờ được thực hiện mà không có bất kỳ thử nghiệm xác minh A967 nào không cung cấp bằng chứng về khả năng chống ăn mòn nếu lỗi được điều tra sau đó.

Bởi vì những khiếm khuyết này thường không thể nhìn thấy được cho đến khi sản phẩm chế tạo đã được sử dụng trong dịch vụ ăn mòn trong nhiều tháng, nên quy trình làm việc được xác minh và ghi chép tại thời điểm chế tạo sẽ rẻ hơn đáng kể so với việc chẩn đoán và sửa chữa hiện tượng ăn mòn sau thực tế.

Đánh bóng bằng điện có phải là sự thay thế cho tẩy rửa và thụ động không?

Không - đánh bóng bằng điện là một quy trình hoàn thiện bổ sung, không phải là quy trình thay thế, bởi vì nó hoạt động bằng cách loại bỏ một lớp kim loại mỏng trên bề mặt bằng phương pháp điện hóa để làm mịn và sáng lớp hoàn thiện, đồng thời hầu hết các thông số kỹ thuật đánh bóng bằng điện vẫn yêu cầu bề mặt không có sắt tự do và màu nhiệt trước đó, điều đó có nghĩa là việc tẩy rửa thường vẫn được yêu cầu như một bước chuẩn bị.

Đánh bóng bằng điện tạo ra bề mặt được làm giàu crom-và bản thân nó có thể đáp ứng các yêu cầu thụ động hóa trong nhiều thông số kỹ thuật, kết hợp hiệu quả việc làm mịn và thụ động hóa thành một bước duy nhất. Tuy nhiên, nó không thay thế vai trò của quá trình tẩy gỉ trong việc loại bỏ các vết nhiệt và cặn bám trên bề mặt hàn mới. Trình tự thực tế cho các thiết bị chế tạo-có thông số kỹ thuật cao - dược phẩm, chất bán dẫn và thực phẩm-trong số đó - thường là ngâm chua, sau đó đánh bóng bằng điện, với bước đánh bóng điện cũng đóng vai trò là xử lý thụ động.

Những biện pháp phòng ngừa an toàn nào cần thiết cho quá trình tẩy và thụ động?

Cả hai quy trình đều yêu cầu thiết bị bảo hộ cá nhân nghiêm ngặt và các biện pháp kiểm soát kỹ thuật vì quá trình tẩy rửa liên quan đến axit hydrofluoric - một trong những axit công nghiệp nguy hiểm nhất khi tiếp xúc với mô người - và thậm chí cả axit nitric-thụ động cũng ăn mòn da và mắt.

Cần có găng tay, kính bảo hộ hoặc tấm che mặt-chống hóa chất, tạp dề-chống axit, tay áo dài và ủng an toàn để xử lý cả hóa chất tẩy rửa và hóa chất thụ động.

Việc tiếp xúc với axit hydrofluoric đòi hỏi phải có một quy trình ứng phó khẩn cấp ngay lập tức và được ghi chép lại, bao gồm cả-gel canxi gluconate tại chỗ, vì HF xâm nhập vào da và tấn công các mô và xương bên dưới mà không gây đau đớn ngay lập tức, nếu không sẽ phải điều trị nhanh chóng.

Việc sử dụng axit nitric phải được thực hiện ngoài trời hoặc trong điều kiện thông gió mạnh nếu có thể, vì phản ứng có thể giải phóng khói nitơ dioxit; bảo vệ hô hấp có thể được yêu cầu trong không gian kín.

Axit citric tương đối nhẹ nhưng vẫn gây kích ứng mắt và da và vẫn cần có PPE tiêu chuẩn.

Đây không phải là các biện pháp phòng ngừa tùy chọn được đặt lên trên quy trình kỹ thuật - cả ASTM A380 và ASTM A967 đều coi việc xử lý an toàn là một phần cốt lõi của quy trình tuân thủ chứ không phải là một vấn đề cần cân nhắc riêng biệt.

Câu hỏi thường gặp

Q: Bạn có luôn cần phải ngâm trước khi thụ động không?

A: Đối với các chế tạo được hàn hoặc tạo hình bằng nhiệt-có sắc thái nhiệt nhìn thấy được, chỉ riêng sự thụ động - không thể loại bỏ sắc thái nhiệt hoặc lớp crom-đã cạn kiệt bên dưới nó. Đối với các bộ phận được gia công không có sắc thái nhiệt, chỉ cần thụ động hóa là đủ nếu bề mặt không có cặn.

Q: Sự khác biệt giữa ASTM A380 và ASTM A967 là gì?

A: ASTM A380 là tài liệu hướng dẫn bao gồm toàn bộ quá trình làm sạch, tẩy cặn và thụ động hóa, bao gồm cả việc chuẩn bị bề mặt. ASTM A967 là một thông số kỹ thuật tập trung đặc biệt vào các phương pháp xử lý thụ động và các thử nghiệm được sử dụng để xác minh chúng. Hai tiêu chuẩn này bổ sung cho nhau và thường được sử dụng cùng nhau.

Q: Sự thụ động của axit citric có hiệu quả như axit nitric không?

A: Đối với nhiều loại không gỉ austenit, có, quá trình thụ động hóa axit xitric - có thể đạt được tỷ lệ crom-trên-bề mặt sắt tương đương hoặc vượt quá kết quả axit nitric, đồng thời mang lại hồ sơ xả thải vào môi trường và an toàn cho người lao động nhẹ hơn đáng kể.

Q: Làm thế nào để bạn biết liệu sự thụ động có hiệu quả hay không?

A: ASTM A967 xác định sáu phương pháp xác minh - ngâm trong nước, độ ẩm cao, phun muối, đồng sunfat, kali ferricyanide-axit nitric và kiểm tra sắt tự do chung - cùng với kiểm tra trực quan để xác nhận rằng bề mặt không bị ăn mòn, rỗ hoặc đóng băng. Ít nhất một thử nghiệm xác minh phải được ghi lại cho mỗi lô sản xuất.

Q: Tẩy rửa có thể loại bỏ quá nhiều vật liệu khỏi quá trình chế tạo không?

A: Đúng. ASTM A380 khuyến nghị hạn chế tiếp xúc với chất tẩy rửa tối đa khoảng 30 phút cho mỗi lần sử dụng; để lại axit trên bề mặt lâu hơn mức cần thiết gây ra- quá trình tẩy rửa, ăn mòn và làm thô kim loại cơ bản thay vì chỉ loại bỏ cặn.