專利名稱：一種在高腐蝕環(huán)境中不銹鋼抗腐蝕的表面處理方法
一種在高腐蝕環(huán)境中不銹鋼抗腐蝕的表面處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及煉油、石化、化工、石油制品加工設(shè)備領(lǐng)域，尤其涉及在煉油、石化、石油加工、化工等高腐蝕環(huán)境中不銹鋼工作構(gòu)件的抗腐蝕的表面處理方法。
背景技術(shù)：
在煉油、石化、化工、海水處理等裝置中，存在有較高的腐蝕性介質(zhì)環(huán)境。如煉油裝置中的有機酸、氯離子，化工裝置中的脂肪酸等，海水處理裝置中的Cr等。防止金屬腐蝕的方法有很多種，主要的有1、提高金屬材料內(nèi)在耐腐蝕性能；2、涂、鍍非金屬材料或者非金屬保護層；3、處理腐蝕介質(zhì)；4、電化學(xué)保護。而在本專利申請中，主要討論的是在金屬表面構(gòu)成金屬保護層的表面處理方法，在金屬構(gòu)件的表面鍍上一 種反應(yīng)不活躍的金屬或者合金，作為保護層，以減慢腐蝕速度，用作保護層的金屬通常有鋅、錫、鋁、鎳、鉻、銅、鎘、鈦、鉛、金、銀、鈀及各種合金，或采用電沉積的方法在金屬表面鍍上一層金屬或者合金，或?qū)⒈槐Ｗo的金屬材料或制品浸潰在熔融的金屬中，使其表面形成一層保護性金屬覆蓋層，或噴鍍將粉末金屬放入噴槍中，高溫熔融粉末金屬將其噴涂到待保護的金屬表面，上述方法各有優(yōu)劣，但是或者是存在鍍層金屬和保護金屬融合性不好，鍍層生硬，容易剝落，或者存在制備方法復(fù)雜、難度高、不適應(yīng)大規(guī)模生產(chǎn)、或者不能滿足工藝要求或者抗腐蝕能力不符合實際情況的要求。本專利申請的內(nèi)容主要針對在煉油、石化、化工、海水處理裝置中腐蝕性較強的環(huán)境中，能夠得到具有高防腐蝕性能表面的不銹鋼防腐蝕處理的方法，而該方法包括但不限于不銹鋼板波紋填料、不銹鋼絲網(wǎng)填料、不銹鋼散堆填料、塔盤板、不銹鋼浮閥、各種緊固件和連接件的表面處理。而在煉油行業(yè)中，由于原油品質(zhì)問題，腐蝕現(xiàn)象嚴(yán)重加劇，而在容易腐蝕的地方使用的材質(zhì)就越發(fā)顯得重要，品質(zhì)不好的材質(zhì)容易帶來的問題是容易被腐蝕，而需要停工更換維修，而品質(zhì)太高的材質(zhì)卻成本居高不下，這成為制約腐蝕環(huán)境加工、生產(chǎn)發(fā)展的一個瓶頸。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明針對以上的問題特別提出了一種防腐蝕效果好、工藝簡單、設(shè)備要求低、適應(yīng)大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用的一種應(yīng)用在高腐蝕環(huán)境中不銹鋼抗腐蝕的表面處理方法。本發(fā)明的技術(shù)方案是所述在高腐蝕環(huán)境中不銹鋼抗腐蝕的表面處理方法，其特征在于包括水洗、氧化、電解、清洗、干燥幾個步驟的處理環(huán)節(jié)；其中水洗步驟用熱堿化學(xué)除油，溶液溫度控制在8(T95°C，徹底清除不銹鋼件在加工過程中的油跡；其中的氧化步驟用加入鑰酸鹽的氧化溶液對不銹鋼件進(jìn)行鈍化處理，在500C 90°C的溫度條件下，氧化時間擴30分鐘，不銹鋼表面生成高氧化價態(tài)的氧化物，其中含有鑰酸鹽的氧化溶液的成分包括 Cr0315(T300g/L、H2S0415(T300g/L、Na2Mo043(Tl00g/L0其中的電解步驟電解處理是將不銹鋼件作為陰極，浸泡在有鑰酸鹽的電解液中，常溫下電解10分鐘，其中的電解溶液成分包括3(Tl00g/L的Cr03、15(T300g/L的H2S04、30 100g/L 的 Na2MoOx、300 500g/L 的 H3PO40其中的清洗干燥步驟用清水清洗3-5次、然后懸置浙干。在經(jīng)過氧化步驟之后，需要對不銹鋼件進(jìn)行水洗，水洗3-5次后晾干即可進(jìn)入到電解步驟；在電解步驟時，需要根據(jù)不銹鋼件的表面積計算通入的電流，電流要求為5 30A/m2。本發(fā)明的有益效果通過上述處理，在不銹鋼表面形成了一層厚度為IOOlOOnm的保護膜，該保護膜保護膜中Cr的含量達(dá)到40% 50%，而Fe的含量僅為10% 20%，Μο含量增加I倍，這些不銹鋼均以穩(wěn)定氧化態(tài)自生成在不銹鋼件表面，而對不銹鋼件進(jìn)行電解，它的作用是除去不穩(wěn)定價態(tài)氧化物提高膜的電化學(xué)阻抗，增加膜中Mo元素含量，使膜層致密、均勻。該方法采用的都是常見試劑、在相對簡單的設(shè)備上即可完成、耗時短，工藝工程簡單，而實現(xiàn)的效果卻能得到抗腐蝕、耐熱、抗結(jié)垢能力都相當(dāng)突出的不銹鋼件。
具體實施方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖
及實施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。實施例I :環(huán)狀填料的處理304基體材質(zhì)工藝路線熱堿化學(xué)除油-熱水洗-水洗-水洗-氧化-水洗-水洗-水洗-電 解-水洗-水洗-水洗-自然干燥用熱堿化學(xué)除油，溶液溫度控制在90 V，徹底清除不銹鋼件在加工過程中的油跡；其中的氧化步驟氧化溶液的成分包括Cr03 200g/L、H2SO4 150g/L、Na2MoO4 100g/L。在 75°C 的溫度條件下，氧化時間10分鐘。其中的電解步驟電解溶液成分包括CrO3 IOOgUH2SO4 150gL、Na2MoO4 IOOgUH3PO4 250g/L。不銹鋼件作為陰極，常溫下電解10分鐘。其中的清洗干燥步驟用清水清洗3-5次、然后懸置浙干。在經(jīng)過氧化步驟之后，需要對不銹鋼件進(jìn)行水洗，水洗3-5次后晾干即可進(jìn)入到電解步驟；在電解步驟時，電流要求為10A/m2。經(jīng)此步驟,環(huán)狀填料表面即獲得穩(wěn)定地Cr、Fe、Ni、Mo合金膜層。實施例2 板狀填料的處理過程工藝路線熱堿化學(xué)除油一熱水洗一水洗一7jC洗一氧化一/K洗一水洗一/K洗一電解一水洗一水洗一水洗一自然干燥用熱堿化學(xué)除油，溶液溫度控制在95°C，徹底清除不銹鋼件在加工過程中的油跡；其中的氧化步驟氧化溶液的成分包括Cr03 300gL、H2SO4 280g/L、Na2MoO4 50g/L。在 85°C 的溫度條件下，氧化時間10分鐘。其中的電解步驟電解溶液成分包括CrO3 50gL、H2S04 3 00gL、Na2Mo04 45gL、H3P04 5 00g/L，不銹鋼件作為陰極，常溫下電解10分鐘。
其中的清洗干燥步驟用清水清洗3-5次、然后懸置浙干。在經(jīng)過氧化步驟之后，需要對不銹鋼件進(jìn)行水洗，水洗3-5次后晾干即可進(jìn)入到電解步驟；在電解步驟時，電流值設(shè)定為20A/m2。經(jīng)此步驟,環(huán)狀填料表面即獲得穩(wěn)定地Cr、Fe、Ni、Mo合金膜層。目前，在石油化工、精細(xì)化工、制鹽、制堿等工業(yè)裝置中大量使用不銹鋼材料。由于多種原因，不銹鋼產(chǎn)品的腐蝕失效卻十分嚴(yán)重，其中65 70%的腐蝕事故都與Cl-相關(guān)，在含高硫原油、環(huán)烷酸介質(zhì)的一定溫度的操作條件下，也存在著嚴(yán)重的腐蝕與結(jié)垢問題，嚴(yán)重影響裝置的使用壽命。因此如何獲得一種高效耐腐蝕的且成本低廉的防腐工藝成為工業(yè)裝置迫切需求。本發(fā)明公開了一種不銹鋼表面強化防腐蝕處理方法，能對不銹鋼表面實行強化處理，主要通過以下三點方法來解決諸多處理方法不能解決的關(guān)鍵問題徹底去除表面夾雜物(點蝕源)；使表面元素轉(zhuǎn)化到穩(wěn)定型氧化物；增強Mo元素含量(抗Cl—腐蝕元素)和腐蝕電化學(xué)反應(yīng)阻抗。通過這三個措施使不銹鋼表面相當(dāng)于高等級Cr-Ni-Mo-Fe合金，從而使不銹鋼產(chǎn)品的抗腐蝕能力大幅度提聞。本發(fā)明采用鉻酸鹽鈍化與電化學(xué)鈍化相結(jié)合，通過綜合強氧化過程，在不銹鋼表面產(chǎn)生一種特定氧化狀態(tài)的致密膜，保護膜的形成使腐蝕率(腐蝕電流)降到原來的萬分之一，表面電極電位趨于零電荷電位附近，不銹鋼表面進(jìn)入“鈍化區(qū)”從而很大程度阻斷了化學(xué)腐蝕及電化學(xué)腐蝕，而起到了耐蝕保護作用。該保護膜厚度大約在10(T700nm，保護膜中Cr的含量較之基體組成增加I倍左右能達(dá)到40%-50%，而Fe的含量下降了 50%，僅為10%-20%，Mo含量增加I倍，能達(dá)到3 5%，這些不銹鋼均以穩(wěn)定的氧化態(tài)存在。保護膜具有較高的硬度，這有效地阻擋了 Cl-及其它腐蝕介質(zhì)對不銹鋼基材的腐蝕，對提高不銹鋼的抗磨、抗沖刷性能產(chǎn)生極為有利的影響。得到的在不銹鋼件表面自生成的保護膜，不僅與不銹鋼件結(jié)合緊密，而且該保護膜的性能優(yōu)良，具有絕佳的耐熱性、抗沖擊、抗結(jié)垢、抗Cl-點蝕性能、機械性能好。絕佳的耐熱性表現(xiàn)在50(Tl00(rC反復(fù)加熱三次，未發(fā)現(xiàn)裂紋(在40倍顯微鏡下)。抗沖擊性能表現(xiàn)在沖擊重量1kg，高度5(T60cm，在40倍顯微鏡下無裂紋；將試樣放在Q153-3K型沖擊機上試驗，沖擊重量為lKg，高度50-60cm，沖擊后試樣的變形直徑為8mm,深度2-3mm。用400倍立體顯微鏡觀察沖擊后試樣的正反兩面，結(jié)果是保護膜沖凹處與沖凸處均無裂紋。由此看出，保護膜不但表現(xiàn)出與基體一樣好的韌性，而且在抗強物沖擊方面性能優(yōu)越。測試結(jié)果表明，該保護膜完全可以應(yīng)付加工和使用過程中外力的沖刷、撞擊的作用力。在焊接情況下，除熔合部分以外，保護膜不受破壞?？菇Y(jié)垢能力表現(xiàn)在覆蓋在不銹鋼表面新生成的保護膜使材料表面的活性大為降低，并且處于穩(wěn)定的鈍化狀態(tài)，保護膜層表面的電極電位趨于正向且位于零電位附近，易結(jié)垢的Ca2+、Mg2+、HC03-、C032-等離子與不銹鋼表面的親和能力顯著降低，使材料表面的Ca2+、Mg2+、HC03-、C032-等結(jié)垢離子不易累積到飽和析出濃度，提高了不銹鋼件的抗結(jié)垢性能?？笴l-點蝕性能表現(xiàn)在采用GB4334. 7-84不銹鋼三氯化鐵腐蝕試驗方法，通過對片狀材料，在一定溫度環(huán)境中進(jìn)行24小時的掛片試驗，用符合GB 622-77《化學(xué)試劑鹽酸》規(guī)定的優(yōu)級純鹽酸和蒸餾水或去離子水配制成O. 05N(即稀釋約245倍)的鹽酸溶液。把符合HG3-1085-77《化學(xué)試劑三氯化鐵》規(guī)定的分析純?nèi)然F(FeCl3 ·6Η20) IOOg溶于900ml0.05N鹽酸溶液中，配制成6%(wt)的FeCl3試驗溶液。6%三氯化鐵試驗溶液。試驗溫度為55°C ±1°C，實驗時間為24h。試驗結(jié)果顯示，經(jīng)過不銹鋼表面處理技術(shù)處理的304不銹鋼填料在含氯離子的腐蝕介質(zhì)中的耐蝕性能要明顯高于316不銹鋼填料?？箲?yīng)力腐蝕開裂性能表現(xiàn)在按ASTM G36 73方法(國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)GB4334. 8-84)進(jìn)行了不銹鋼保護膜應(yīng)力腐蝕開裂行為的試驗，材質(zhì)為304，厚20mm板材。試驗結(jié)果表明①304不銹鋼經(jīng)不銹鋼表面防腐技術(shù)處理后，在沸騰MgCl2應(yīng)力腐蝕介質(zhì)中裂紋的萌生期延長。②304不銹鋼經(jīng)表面防腐技術(shù)處理后，在沸騰MgCl2應(yīng)力腐蝕介質(zhì)中產(chǎn)生裂紋的數(shù)量明顯減少，裂紋擴展速度無顯著變化。③304不銹鋼經(jīng)表面防腐技術(shù)處理后，保護膜與基體結(jié)合一致，在受到機械彎曲沖擊條件下，不開裂、不剝落，這是普通鍍層、涂層所無法比擬的，抗應(yīng)力腐蝕性能有明顯改
盡
口 ο提高不銹鋼的傳熱傳質(zhì)性能經(jīng)過該工藝處理的不銹鋼，材料表面與介質(zhì)之間的表面張力大大降低，經(jīng)測定，不銹鋼表面的保護膜對水介質(zhì)的潤濕能力可提高40%以上，對油介質(zhì)的潤濕能力也明顯提聞。通過0CA40Micro接觸角測試儀進(jìn)行接觸角測試。采用N. N- 二甲基甲酰胺C3H7ON做潤濕液，試驗結(jié)果如表4. I所示。表I六種試樣接觸角的平均值
權(quán)利要求
1.一種在高腐蝕環(huán)境中不銹鋼抗腐蝕的表面處理方法，其特征在于包括水洗、氧化、電解、清洗、干燥幾個步驟的處理環(huán)節(jié) 其中水洗步驟用熱堿化學(xué)除油，溶液溫度控制在8(T95°C，徹底清除不銹鋼件在加工過程中的油跡； 其中的氧化步驟用加入鑰酸鹽的氧化溶液對不銹鋼件進(jìn)行鈍化處理，在50°C 90°C的溫度條件下，氧化時間擴30分鐘，不銹鋼表面生成高氧化價態(tài)的氧化物，其中含有鑰酸鹽的氧化溶液的成分包括 Cr0315(T300g/L、H2S0415(T300g/L、Na2Mo043(Tl00g/L ； 其中的電解步驟電解處理是將金屬件作為陰極，浸泡在有鑰酸鹽的電解液中，常溫下電解10分鐘，其中的電解溶液成分包括3(Tl00g/L的Cr03、15(T300gL的H2S04、3(Tl00g/L的 Na2Mo04、30(T500gL 的 H3PO4 ； 其中的清洗干燥步驟用清水清洗3-5次、然后懸置浙干。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述在高腐蝕環(huán)境中不銹鋼抗腐蝕的表面處理方法，其特征在于，在經(jīng)過所述氧化步驟之后，需要對不銹鋼件進(jìn)行水洗，水洗3-5次后晾干即可進(jìn)入到電解步驟。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述在高腐蝕環(huán)境中不銹鋼抗腐蝕的表面處理方法，其特征在于，在所述電解步驟中對不銹鋼件通電量是根據(jù)不銹鋼件的表面積計算電流，電流要求為5 30A/m2。
全文摘要
一種在高腐蝕環(huán)境中不銹鋼抗腐蝕的表面處理方法，其特征在于包括水洗、氧化、電解、清洗、干燥幾個步驟的處理環(huán)節(jié)用熱堿化學(xué)除油，清除不銹鋼件在加工過程中的油跡；用加入鉬酸鹽的氧化溶液對不銹鋼件進(jìn)行浸泡式氧化鈍化處理，不銹鋼表面生成高氧化價態(tài)的氧化物；電解處理是將金屬件作為陰極，浸泡在有鉬酸鹽的電解液中，常溫下電解10分鐘，然后用清水清洗3-5次、然后懸置瀝干。通過上述處理，在不銹鋼表面自生成了一層厚度為100~700nm的保護膜，該保護膜中Cr的含量達(dá)到40%~50%，而Fe的含量僅為10%~20%，Mo含量增加1倍，該方法采用的都是常見試劑、在相對簡單的設(shè)備上即可完成、耗時短，工藝簡單，而實現(xiàn)的效果卻能得到抗腐蝕、耐熱、抗結(jié)垢能力都相當(dāng)突出的不銹鋼件。
文檔編號C25D11/38GK102691059SQ201210199428
公開日2012年9月26日 申請日期2012年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月18日
發(fā)明者趙紅, 陳超 申請人:深圳市誠達(dá)科技股份有限公司