不锈钢管在热处理过程中,由于受到高温加热的作用,内外表面被氧化,从而形成了表面氧化皮。为了提高不锈钢管耐腐蚀性能及表面清洁度,为以后的使用和再加工提供一个优质的表面,不锈钢管热处理后的表面氧化皮必须清除,清除之后并要求钝化处理。这些,对于热处理后的不锈钢管是必不可少的。不锈钢管热处理之后表面氧化皮的清除,使其表面形成钝化膜的工序,就是通常说的表面酸洗。
1. 不锈钢管氧化皮的组成
不锈钢含有铬、镍、铁及少量的碳和硅,还可能有锰、钛、钼、钨等元素存在,在热处理、焊接过程中,由于高温加热的作用,其表面不可避免地会生成氧化皮。铬、镍、铁及少量的碳和硅等元素在热处理过程中生成的不锈钢氧化皮结构是非常复杂的。在不锈钢氧化皮中存在有多种多样的氧化物结构,(表9-1),它们常常是形成氧化物固溶体,以纯化学化合物形式致密地粘结在不锈钢表面。而铬是生成难以清除氧化皮的主要元素。不锈钢在加热过程中,铬形成的氧化层,使氧的扩散变得非常困难。因为铬形成的保护层,使FeO的生成量很少,而且FeO很少单独存在,是以铬尖晶石(FeO·Cr2O3)和镍尖晶石(Fe2O3·Ni)等形式存在于氧化皮中。
热处理后不锈钢管表面氧化皮的厚度、特性和组成,是随钢中铬含量的不同、热处理时炉内气氛的不同、热处理温度及时间的不同而不同的。如:Cr-Ni奥氏体不锈钢的氧化皮,由表及里,依次为:Fe2O3、Fe3O4、FeO·Cr2O3。在氧化气氛中热处理形成的氧化皮结构较疏松、厚度较薄;而在还原气氛中热处理则较密实、厚度较厚。
热处理时炉内的气氛对不锈钢管氧化层的生成和成分有很大影响,Gr-Ni奥氏体不锈钢在氧化性气氛中加热处理时,形成的氧化皮厚度要比在还原性气氛中加热处理形成的氧化层要薄许多。所以,当炉内的气氛如果是可调的话,则要求调整为氧化性气氛,这样,热处理后的表面酸洗就会容易一些。
在正常情况下,不锈钢管酸洗时的金属损耗量为0.3%。为了减少不锈钢管酸洗时金属的损耗及酸洗液的消耗,要求Cr-Ni奥氏体不锈钢管在氧化气氛中进行热处理是非常必要和合理的。
2. 不锈钢管氧化皮去除的方法
热处理后的不锈钢管氧化皮致密而坚固,比普通钢的氧化层更难以清除。常用的不锈钢氧化皮去除的方法有下面3种:
机械清除:一般采用弯曲、喷丸清除。
化学清除:采用盐浴、酸洗清除。
电化学清除:采用电解酸洗清除。
a. 喷丸
对于采用热轧带钢或钢板加工的不锈钢管,热处理后需经喷丸除鳞后再酸洗。因为喷丸可有效地疏松、清除致密的氧化皮,随后的酸洗会更容易。
不锈钢管喷丸是采用离心力将钢丸飞速抛射向不锈钢工件表面,达到清除其表面氧化皮和锈蚀物的目的。喷丸是在酸洗前快速去除厚而紧密的氧化铁皮最有效的方法,但对于不锈钢来讲,喷丸本身不是一种完全、彻底最终的清理工序,清除氧化皮的最终工序是酸洗。将喷丸和酸洗配合使用,来清除不锈钢表面氧化皮是非常经济和有效的。喷丸通常是使用碳钢丸粒或剪切钢丝段,在喷丸过程中,很可能造成铁屑等嵌入不锈钢表面,这将会严重损坏不锈钢表面的耐腐蚀性能。除非喷丸后再采用酸洗的方法,可以除去这些杂质。这就是喷丸处理后必须进行酸洗的原因所在。
喷丸用的钢丸是的粒度为0.3mm~0.5mm的圆形球状铸造钢丸。钢丸具有较高的抗裂强度和耐磨性,含碳要低,以保证其硬而不脆,便于重复使用,钢丸也可以是剪切钢丝段。
2. 盐浴
盐浴处理的目的是为了使难溶解的铬氧化物Cr2O3转变为易溶解的低级氧化物。不锈钢盐浴使用的盐是NaNO3,反应式为:
2FeO·Cr2O3+7NaNO3→Fe2O3+4CrO3+7NaNO2
盐浴温度在450℃左右。
盐浴清除一般用于冷轧带钢或钢板加工的不锈钢管酸洗前的氧化皮清除。不锈钢管从盐浴炉出来后,紧接着必须要经过过热蒸气吹刷,迫使残留融融盐和氧化层脱落,这样一来,再酸洗就容易得多了,酸液消耗也会降低。
3. 酸洗
酸洗是清除氧化皮常用的方法。不锈钢管热处理后的酸洗,一般采用混合酸液(硝酸+氢氟酸)酸洗。