Хим пассивирование нержавеющих сталей

Пассивирование металла: назначение, технология, методы

Несмотря на то, что нержавеющая сталь отличается высокой устойчивостью к коррозии, дополнительная защита, которую позволяет получить такая технологическая операция, как пассивация, для нее желательна. В отдельных случаях, когда большому риску развития коррозии подвержены даже изделия, изготовленные из нержавеющей стали, необходимость в выполнении такой процедуры не вызывает сомнений.

Примеры нержавеющих поверхностей, подвергнутых коррозии, и результаты проведенной пассивации

Чем обусловлена высокая коррозионная устойчивость нержавеющих сталей

Суть такого явления, как коррозия, состоит в том, что поверхность металла под воздействием негативных внешних факторов и окружающей среды начинает разрушаться. Что характерно, коррозия из-за постоянного окисления поражает металл слой за слоем, постепенно разрушая внутреннюю структуру стали. Во многих случаях локализовать пораженные участки внутренней структуры металла уже не имеет смысла, поэтому стальные изделия приходится заменять на новые.

Пассивирование (или пассивация) как технология, позволяющая обеспечить надежную защиту стали от коррозии, лежит в основе создания такого уникального металла, каким является нержавеющая сталь. В химическом составе преимущественного большинства сталей, относящихся к нержавеющей категории, могут содержаться различные элементы:

Однако основным легирующим элементом таких сталей, количество которого в их составе может варьироваться в пределах 12–20%, является хром. Добавление различных легирующих элементов в состав нержавеющих сталей позволяет придать им требуемые физико-химические характеристики, но именно хром отвечает за коррозионную устойчивость стального сплава.

Влияние хрома на свойства нержавеющей стали

Нержавеющие стальные сплавы, в составе которых содержится 12% хрома, проявляют высокую коррозионную устойчивость только при взаимодействии с окружающим воздухом. Если количество хрома в химическом составе нержавеющей стали увеличить до 17%, то изделия из нее смогут спокойно взаимодействовать с азотной кислотой, не утрачивая при этом своих эксплуатационных характеристик.

Чтобы сделать металл устойчивым к еще более агрессивным средам, к числу которых относятся соляная, серная и другие кислоты, в нем не только увеличивают количественное содержание хрома, но и добавляют в его состав такие элементы, как медь, молибден, никель и др. Иными словами, выполняют пассивирование металла, то есть увеличивают его пассивность к коррозионным процессам.

В процессе пассивации зоны сварочного шва образуется прочная пленка

Пассивация, при которой в химический состав нержавеющей стали добавляют соответствующие легирующие элементы, – это не единственное условие высокой коррозионной устойчивости металла. Чтобы защитные свойства нержавеющей стали оставались на высоком уровне, оксидная пленка на ее поверхности, состоящая преимущественно из оксида хрома, должна быть целой, иметь однородный химический состав и толщину.

Причины возникновения коррозии

Несмотря на то, что в химическом составе нержавеющей стали должны содержаться пассиваторы, значительно повышающие ее коррозионную устойчивость, ее поверхность и внутренняя структура могут подвергаться коррозии.

Основной причиной, по которой нержавеющая сталь начинает разрушаться, является недостаточное или неравномерное содержание в ее химическом составе хрома. Вызвать коррозию также может контакт с металлом, который отличается значительно меньшей устойчивостью к окислению. Часто подвергаются разрушению изделия из нержавейки, которые были соединены между собой по технологии сварки.

Коррозия труб полотенцесушителя, возникшая по причине недобросовестного исполнения сварочного шва производителем

Что характерно, даже если нержавеющая сталь отличается очень высоким качеством, после сварки она может покрыться слоем ржавчины. Чтобы избежать таких негативных явлений, сварные швы, при помощи которых выполнено соединение изделий из нержавейки, необходимо тщательно зачищать и полировать. Такая процедура позволяет удалить с поверхности сварного шва и самих изделий из нержавейки остатки менее устойчивого к коррозии металла, который был использован для выполнения сварочных работ.

Очень часто на поверхность нержавейки частички менее устойчивого к коррозии металла попадают и в тех случаях, когда его обработка выполняется в непосредственной близости от стальных изделий. Так, если рядом пилят, шлифуют или выполняют другие виды обработки обычного металла, то его частички, попав на нержавеющую сталь, обязательно станут источниками ее коррозии. На нержавейке они могут появиться и в том случае, если вы решите выполнить ее обработку инструментом, который до этого взаимодействовал с обычным металлом. Именно поэтому инструменты, особенно относящиеся к режущему типу, желательно использовать для выполнения обработки только однотипных материалов.

Коррозия вытяжки из нержавеющей стали, произошедшая вследствие чистки изделия железной щеткой

Однако, конечно, наиболее критичным местом на поверхности изделий из нержавейки с точки зрения возникновения и развития коррозионных процессов является сварной шов. Именно поэтому важны не только тщательная зачистка, шлифовка и полировка места сформированного сварного соединения, но и его пассивация, для чего используются различные кислотные растворы.

Пассивация (химическое пассивирование), как правило, выполняется с применением раствора, основу которого составляет азотная кислота. Обработка таким раствором тщательно подготовленного участка изделия из нержавеющей стали позволяет сформировать оксидную пленку, отличающуюся высокой пассивностью к коррозионным процессам.

Обработка сварных соединений на нержавейке, после которой и выполняется химическое пассивирование, осуществляется при помощи металлической щетки и шлифовальной машинки. При этом, как уже говорилось выше, важно следить за тем, чтобы используемые при пассивации инструменты не реагировали до этого с обычным металлом, частички которого могут стать источником развития коррозионных процессов.

Читайте также:  Оцинковано ли днище лада веста

Чтобы проверить, не присутствует ли на поверхности нержавейки включений обычного металла, можно воспользоваться двумя способами.

Обработка водным раствором азотной кислоты и ферроцианида калия

Места на поверхности изделия, на которых присутствуют включения свободного железа, после выполнения такой обработки сразу окрасятся в синий цвет. Следует отметить, что такой способ проверки используют преимущественно в условиях производственных лабораторий.

Смачивание обычной водой

Изделие выдерживают в таком состоянии на протяжении нескольких часов. Если на нержавейке присутствуют включения свободного железа, то участки с такими включениями начнут покрываться ржавчиной.

Виды коррозии

Несмотря на то, что коррозионный процесс приводит практически к одинаковым последствиям, причины, ее вызывающие, могут быть различными. Наиболее частой причиной коррозии изделий из нержавейки, используемых в бытовых условиях, является применение для их чистки средств, содержащих в своем химическом составе значительное количество хлора. Такие средства активно способствуют разрушению оксидной пленки на металле, что приводит к развитию коррозионного процесса на всей его поверхности (т.е. общей коррозии).

Щелевая коррозия нержавейки возникает в тех случаях, когда детали из такого металла длительное время соприкасаются между собой. Коррозия данного типа, что характерно, часто начинает развиваться в местах крепежа. Различают также точечную коррозию, которую часто называют питтинговой. Она возникает в тех случаях, когда оксидная пленка на нержавейке повреждена механическим способом.

Коррозия нержавейки под водой проявляется в большей степени в местах соединения деталей

Если нержавейка контактирует с разнородным для нее металлом в токопроводящей среде, начинает развиваться коррозия, которая получила название гальванической. Этому процессу наиболее подвержены изделия из нержавеющих сталей, эксплуатируемые в морской воде и при этом контактирующие с металлами, отличающимися меньшей степенью легирования.

Межкристаллитная коррозия – очень распространенное явление, возникающее в тех случаях, когда изделие из нержавеющей стали было подвергнуто значительному перегреву. При сильном нагреве (свыше 500°) на границах кристаллической решетки нержавеющей стали формируются карбиды хрома и железа, которые и становятся причиной снижения прочности металла.

Коррозия нержавеющей стали может возникать из-за применения хлоросодержащих чистящих составов

Различают также эрозивную коррозию, которая возникает, если нержавейка постоянно находится под воздействием абразивной среды. Постоянно воздействуя на поверхность металла, частички такой среды разрушают защитную оксидную пленку, которая не успевает восстанавливаться.

Пассивирование нержавейки

Обеспечить такие условия эксплуатации изделий из нержавеющей стали, чтобы они не контактировали с другими металлами и агрессивными средами, а также не подвергались механическим повреждениям, практически невозможно. Именно поэтому необходима упомянутая выше технологическая операция – пассивирование. Дополнительную степень защиты, которую обеспечивает пассивирование (пассивация), часто стараются обеспечить:

  • трубным конструкциям из нержавейки;
  • крепежным элементам;
  • корпусным элементам конструкций и механизмов, эксплуатируемых в морской воде.

Между тем пассивация не всегда целесообразна даже для изделий подобного назначения.

Пассивирование сварочного шва нержавейки

Пассивирование, хотя и является методом обработки нержавеющей стали, способным обеспечить ее дополнительной защитой от коррозии, во многих случаях является нецелесообразным и даже может ухудшить защитные свойства стали. Поэтому прежде чем выполнять пассивацию, следует проанализировать условия, в которых будет эксплуатироваться изделие, чтобы однозначно решить, нужна ли его поверхности дополнительная защита.

Пассивация, если решение о ее выполнении принято, должна обеспечивать получение цельного и равномерного по толщине защитного слоя, что достигается строгим соблюдением технологического процесса. Как правило, пассивацию выполняют в тех случаях, когда дополнительная защита необходима внешней, а не внутренней поверхности изделия из нержавеющей стали.

Суть такого процесса, как пассивация, заключается в том, что поверхность изделия из нержавеющей стали обрабатывают специальным раствором, основу которого составляет азотная, а в некоторых случаях и лимонная кислота. Иногда такой раствор могут дополнять незначительным количеством (2-6%) бихромата натрия. Химический состав такого раствора, а также такие параметры, как температура нагрева и время выдержки, зависят от марки обрабатываемой нержавеющей стали.

Источник

Технология пассивации нержавеющей стали при ремонте цистерн

Пассивация – это воздействие на нержавеющую сталь концентрированными кислотами. Процесс пассивации позволяет вернуть нержавеющей стали свои первоначальные свойства, дополнительно защищая ее от воздействия многих внешних факторов. Это специальная химическая обработка металлических изделий, после проведения которой на их поверхности образуется защитное покрытие.

Прибегают к данному методу с целью восстановления сплошной оксидной пленки, поврежденной в результате механической обработки или сварки во время производства изделий, либо как профилактика после длительной их эксплуатации. Речь идет о восстановлении защитных свойств внутренних поверхностей вагонов-цистерн и контейнеров-цистерн.

Дмитрий Артамонов, генеральный директор ООО «Танк-контейнер сервис»

Нержавеющая сталь и причины ее коррозии

Нержавеющая (коррозионно-стойкая) сталь – это сплав на основе железа и углерода, содержащий помимо основных компонентов и примесей легирующие элементы, основным из которых является хром. Количество хрома в нержавеющей стали напрямую влияет на ее коррозионную стойкость и колеблется в пределах от 10% до 30%.

Хром в нержавеющей стали довольно активно реагирует с кислородом, вследствие чего образуется защитный слой – тонкая пленка нерастворимых окислов на поверхности стали. При этом надо заметить, что большое значение имеет состояние самой поверхности металла, ее однородность. Образовавшийся защитный слой предотвращает появление коррозии. Однако если по какой-либо причине данный слой повреждается, то металл начинает довольно активно корродировать.

Читайте также:  Оцинкованные гвозди 160 мм

Для выработки эффективных способов борьбы с коррозией нержавеющей стали сначала надо понять – по какой причине нержавейка все же ржавеет. Выделяются основные виды коррозии: поверхностная; межкристаллитная; гальваническая (самая распространенная); в трещинах; коррозия, вызванная воздействием микроорганизмов.

Возникновение коррозии наиболее часто происходит в водной среде. Техническая чистота воды не влияет на скорость распространения ржавчины. Процессы протекания коррозии нержавеющих сталей разделяют на следующие типы:

1. Контаминация железом – обусловлена контактом нержавеющей стали и обычной углеродистой стали.

На практике загрязняющие вещества, такие как грязь или частицы железа из режущих инструментов, могут быть перенесены на поверхность деталей из нержавеющей стали во время обработки. Если их не удалить, то эти посторонние частицы могут повредить целостность защитной пленки.

Во время процесса обработки микроскопическое количество свободного железа может быть стерто с режущего инструмента и перенесено на поверхность нержавеющей стали. При определенных условиях эти частицы могут являться источниками (очагами) коррозии.

Точно так же мелкие частицы железосодержащей грязи могут прилипать к поверхности металла. Несмотря на то что металл может выглядеть блестящим в условиях механической обработки, невидимые частицы свободного железа могут привести к ржавлению на поверхности после воздействия воздуха. Визуальные следы коррозии могут появиться спустя сутки и более после проведения механической обработки.

2. I класс ржавчины – ржавчина, появляющаяся от внешних источников, характеризуется наличием оксидов железа и гидроксидов. Цвет ржавчины может менять оттенок от ярко-оранжевого до красного в зависимости от источника ржавчины и условий ее формирования.

3. II класс ржавчины – обусловлен наличием хлоридов и (или) элементов галогенидов при отсутствии на механически полированных, но не пассивированных поверхностях нержавеющей стали. Данный тип ржавчины удаляется легкой механической обработкой (сатинированием) с последующей обработкой пассивирующего раствора или пастой, создающей оксидную пленку. Надежность такой пленки ограничена нормальными условиями эксплуатации. При появлении в среде хлоридов очаги поражения возникают вновь.

4. III класс ржавчины – ржавчина возникает в среде острого пара и имеет цветовую окраску от синего до черного. Матовую ржавчину тяжело убрать обычным способом, но химическая очистка в соединении с полировкой смогут исправить такой дефект. Проблемой могут быть и открытые сульфиды. Они исходят от добавления серы к нержавеющим сталям для улучшения обрабатываемости. Если деталь не будет правильно пассивирована, то сульфиды могут выступать в качестве центров инициации коррозии на поверхности продукта.

Во всех случаях, чтобы восстановить коррозионную стойкость нержавеющей стали, требуется пассивация. Она поможет удалить поверхностное загрязнение, такие как частицы железосодержащей цельной грязи и частиц железа из режущих инструментов, которые могут образовывать ржавчину или действовать как места инициации для коррозии. Пассивация также может удалять сульфиды, открытые на поверхности нержавеющих сплавов без механической обработки.

Двухступенчатая процедура может обеспечить наилучшую коррозионную стойкость. Первый этап – очистка поверхности (обезжиривание, травление), механическая очистка (дробеструйная обработка, сатинирование, полировка). Второй этап – обработка пассивирующим составом, естественное появление оксидного слоя под воздействием внешнего кислорода (долгий процесс, до 48 часов, не гарантирует равномерность защитной оксидной пленки).

Значение и методы пассивации нержавейки

Лист нержавеющей стали имеет на своей поверхности очень тонкую оксидную пленку. Именно она и препятствует образованию ржавчины на деталях или поверхностях цистерны. Но малейшее нарушение целостности этой пленки приводит к тому, что основные антикоррозийные свойства нержавейки утрачиваются. На рисунке 2 схематично изображена поверхность цистерны после активной эксплуатации.

Причины повреждения оксидной пленки могут быть самыми разными:

– при контакте стали с хлором/фтором/йодом;

– при взаимодействии стали с активными химическими веществами или грузами;

– при повреждении механическим или физическим путем, в том числе при царапинах и незначительных вмятинах.

Поэтому важно соблюдать условия эксплуатации, которые регламентированы заводами-изготовителями. Запрещается использовать танк-контейнеры для перевозки грузов, имеющих в своем содержании хлор и иные агрессивные химические вещества.

Но самый большой ущерб оксидной пленке наносит сварка. Особенно это губительно в случае сварки труб. В такой ситуации защитная поверхность разрушается вдоль всего сварочного шва. Для восстановления поверхностей и защиты изделий от образования ржавчины применяется пассивация стали. Но здесь еще не менее важную роль играет и состав нержавеющей стали.

Существуют различные методы обработки нержавейки. Но выделяют два основных способа пассивации стали:

– Травление химическими кислотами (концентратами) на отдельных участках. Эта технология часто применяется для обработки сварных швов, но допускается и в других случаях. Процесс имеет различные варианты последовательности обработки. Различаются они как по составу химических веществ, так и по времени проведения работ.

– Травление электролитическое. Эта технология заключается в том, что изделие из нержавеющей стали помещают в специально подготовленную ванну с концентрированными кислотами. Через химический состав пропускается электрический ток (переменный или постоянный). Металл играет роль либо катода, либо анода. Подаваемый ток оказывает механическое воздействие на сталь, благодаря чему происходит выделение водорода или газообразного кислорода. Это помогает появлению окисной пленки на поверхности изделия.

Локальные механические повреждения могут проходить травления готовыми смесями кислот. Они могут быть изготовлены в виде паст, гелей, спреев, концентратов. Этот способ наиболее удобен для эксплуатационного использования в промежутках между восстановительными ремонтами. Независимо от того, какой метод применяется для пассивирования нержавеющей стали, важно соблюдать последовательность выполнения работ.

Читайте также:  Оцинкованная строительная тачка промышленник про110мул

Процесс пассивации возвращает нержавеющую сталь обратно к своим первоначальным спецификациям – к «пассивному состоянию», удаляя чужеродные вкрапления и масляные пленки с поверхности металла.

При механической обработке детали из нержавеющих сталей чужеродные частицы могут проникать в поверхность основного металла, ослабляя его устойчивость к коррозии и делая деталь более восприимчивой к факторам окружающей среды. Запрещается применять обрабатывающий инструмент, используемый на обработке черных металлов, для работы с нержавейкой.

Абразивный материал, грязь и другие твердые частицы, остатки груза или стружка от механической обработки, содержащие свободное железо, влияют на прочность естественной поверхности и могут проникать в поверхность в процессе обработки. Они остаются невидимыми для человеческого глаза и часто являются причиной коррозии.

«Пассивный металл» определяется как менее подверженный влиянию факторов окружающей среды. Процесс улучшает и очищает поверхность металла. Восстановленная поверхность действует как защитное покрытие для таких факторов окружающей среды, как воздух, вода и жидкие грузы. Защитная оксидная пленка на поверхности пассивной нержавеющей стали чрезвычайно тонка, ее толщина менее 0,0000001 дюйма, что составляет около 1/100 000 толщины человеческого волоса.

Тем не менее, пассивация дает следующие преимущества:

– повышенное сопротивление металла коррозии, увеличение срока эксплуатации цистерны;

– равномерное сглаживание, удаление заусенцев;

– cанитарную чистоту поверхности.

Технология пассивации цистерн

Процесс пассивации стали при ремонте цистерн танк-контейнеров и вагонов-цистерн состоит их трех основных шагов.

Шаг 1 – тщательная очистка/подготовка цистерны танк-контейнера к пассивации.

Масляные пленки или любые другие загрязнения должны быть тщательно удалены с поверхности цистерны, это делается для получения однородной оксидной пленки. Различные посторонние вещества, такие как термические оксиды, должны быть удалены путем механической обработки.

Также на поверхности цистерны могут оставаться загрязнители в виде полимеризованных грузов, стойких к воздействию кислот, такие как застывший латекс или засохшая смола. В таком случае необходимо производить механическую очистку металла.

Очистку (механическую обработку/зачистку) цистерны из нержавеющей стали необходимо производить только абразивом на основе оксида циркония или керамикой. Использовать абразив на основе оксида железа запрещено.

Если до процесса пассивации пропустить основную очистку цистерны, полагая, что во время травления одновременно будет осуществляться и очистка поверхности цистерны, то это однозначно приведет к неоднородному травлению по поверхности и в дальнейшем к образованию неоднородной оксидной пленки и, как следствие, к снижению химической стойкости металла.

Загрязняющая масляная пленка не дает в полной мере возможности травильному раствору реагировать с металлом и приводит к неравномерному травлению. Хуже того, масляные пленки или любые другие загрязнители, содержащие хлор, приводят к загрязнению травильного раствора хлоридами, что может вызвать местную вспышку коррозии. И в итоге, вместо того чтобы получить желаемый защитный слой, вспышка коррозии вызовет сильное перетравливание или затемнение поверхности.

Шаг 2 – травление.

Травление — это удаление смежного, низкохромистого слоя металла с поверхности нержавеющей стали химическими средствами.

На поверхности нержавейки, где сталь нагревалась/перегревалась каким-либо путем, например при сварке или термической обработке до такой степени, что зачастую можно увидеть цвета побежалости, – образуется слой, обедненный хромом. Низкое содержание хрома дает более низкую коррозионную стойкость.

Чтобы восстановить наилучшую коррозионную стойкость, необходимо удалить поврежденный металлический слой, обнажив полностью легированную поверхность из нержавеющей стали. Механическое удаление может привести к образованию абразивных или других частиц (препятствующих пассивации) или может быть непрактичным, поэтому обычно используются химические средства. Процессы, включающие использование травильных растворов азотной (HNO3) и фтористо-водородной (HF) кислот, удаляют обедненный хромом слой и восстанавливают коррозионную стойкость. Растворы травления также удаляют загрязняющие вещества, такие как частицы железа и легкие пленки.

Травление необходимо производить при расчетной температуре. В случае снижения температуры в помещении нужно увеличивать время экспозиции из расчета – понижение температуры в помещении на 5° С увеличивает время экспозиции на 30 минут. Но температура в помещении не должна быть ниже +10° С. В случае невозможности выдержки температуры в помещении необходимо обеспечить циркуляционный подогрев раствора.

Травильные пасты, где раствор смешивают с загустителем, обычно используются для обработки отдельных выбранных областей, таких как сварные швы или локальные поврежденные участки, без применения на всей площади цистерны.

Время травления рассчитывается исходя из внешних условий и концентрации раствора и в основном зависит от температуры окружающего воздуха и раствора. После травления осуществляется промывка до тех пор, пока промывочная вода не станет нейтральной (проверить индикаторной бумагой).

Шаг 3 – пассивация.

После проведения травления металл находится в активной фазе окисления. На данном этапе необходимо обеспечить чистоту поверхности цистерны. Следует убедиться, что поверхность имеет нейтральный pH, затем наносим пассиватор – время экспозиции не более 1 часа. Далее следует финальная замывка с щелочным моющим средством для выравнивания pH. После пассивации поверхность должна быть однородно матового цвета без потемнений и разводов.

Важно помнить, что механически обработанная нержавеющая сталь хуже восприимчива к травильным растворам и может иметь не матовый, а блестящий цвет. Для получения однородной поверхности иногда достаточно обработать место дробеструйным способом стеклом или песком.

Источник

Поделиться с друзьями
Металл
Adblock
detector