CN107675160A

CN107675160A - 一种奥氏体不锈钢设备化学清洗后的预膜工艺

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Publication number: CN107675160A
Application number: CN201710962606.7A
Authority: CN
Inventors: 黄长山; 徐会武; 吴晋英; 张敏; 程玉山; 陈敏; 薛冕; 张晓光
Original assignee: Energy Research Institute Co Ltd of Henan Academy of Sciences
Current assignee: Energy Research Institute Co Ltd of Henan Academy of Sciences
Priority date: 2017-10-17
Filing date: 2017-10-17
Publication date: 2018-02-09
Anticipated expiration: 2037-10-17
Also published as: CN107675160B

Abstract

本发明公开一种奥氏体不锈钢设备化学清洗后的预膜工艺，包括以下步骤：采用漂洗混合液对化学清洗后的奥氏体不锈钢设备被清洗的表面的粘结物进行循环漂洗清理；采用转化混合液对奥氏体不锈钢设备被漂洗后的表面氧化物层进行价态转化循环处理，然后用水冲洗至冲洗水达到中性；采用深度清理液对奥氏体不锈钢设备价态转化后表面的氧化物进行深度循环清理，深度清理液由以下重量百分比的组分配制而成：羟基乙叉二膦酸5‑7%、亚硫酸钠2.5‑3.5%，余量为软化水。本发明不仅恢复奥氏体不锈钢设备被清洗表面原有的颜色，且耐蚀性能也得到较大的提高，解决了奥氏体不锈钢设备按传统方法处理后表面保护膜层在恶略环境条件下耐蚀性差、使用寿命短等问题。

Description

一种奥氏体不锈钢设备化学清洗后的预膜工艺

技术领域

本发明涉及奥氏体不锈钢设备的节能维护技术领域，具体涉及一种奥氏体不锈钢设备化学清洗后的预膜工艺。

背景技术

奥氏体不锈钢具有良好的塑性、韧性、焊接性，且在氧化性和还原性介质中，耐蚀性能也比较好，因此，工业上常用来制作热交换设备、输送管道、耐硝酸的零部件及设备衬里等。

但在实际应用中，由于受循环水水质的影响，在不锈钢设备、管道等与循环水接触的表面，常常结生水垢、锈垢、菌藻及其它各种污垢，从而影响不锈钢设备的换热效果，不仅造成额外的水电资源浪费，而且严重影响生产效率。针对上述情况，通常采取化学清洗的方法对不锈钢设备进行除垢处理，而在清洗除垢后，不锈钢设备被清洗的表面因清洗缓蚀剂的作用，形成一层氧化物（Cr₂O₃.Fe₃O₄）膜层，这层膜质地较硬，且因其含有少量积碳，导致颜色发黑、粗糙、脆性大、耐蚀性差，因此必须对其进行预膜处理，以保证不锈钢设备在清洗除垢后，不仅恢复其原有的换热性能，而且被清洗后的表面光滑、耐蚀，不至于影响设备的安全性能和使用寿命。

传统的预膜处理方法主要是采用无机铬酸盐或高锰酸钾、无机磷酸盐、无机强碱等进行氧化性钝化处理，使不锈钢被清洗后表面的黑色氧化物膜层转化为无机盐类膜层，这类预膜处理方法解决了设备被清洗后表面膜层发黑及质硬等问题，但处理过程不仅造成环境污染，而且膜层的光滑度及耐蚀性能保持时间较短，设备在后期生产运行过程中，由于是无机化合物膜层，随着循环水酸碱性等水质条件的变化，膜层会遭到破坏而逐渐消失，使不锈钢设备与循环水接触的表面变得粗糙不平，甚至出现点蚀穿孔情况，从而导致设备泄露，不但达不到延长设备使用寿命的目的，反而因介质流动阻力增大而额外增加循环泵的用电量，且一旦设备泄露，更给企业带来严重的经济损失。

发明内容

本发明目的在于提供一种奥氏体不锈钢设备化学清洗后的预膜工艺。

基于上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种奥氏体不锈钢设备化学清洗后的预膜工艺，包括以下步骤：

1）采用温度为45-55℃的漂洗混合液对奥氏体不锈钢设备化学清洗后被清洗的表面的粘结物进行循环漂洗清理，漂洗混合液的温度降至常温后排出；

2）采用温度为40-50℃的转化混合液对步骤1）奥氏体不锈钢设备被漂洗后的表面氧化物膜层进行价态转化循环处理，转化混合液的温度降至常温后排出，然后用水对奥氏体不锈钢设备被转化处理后的表面进行冲洗，直至冲洗水达到中性；所述转化混合液由以下重量百分比的组分配制而成：氧化剂2.5-3.5%、碱性剂4.5-5.5%，余量为软化水；

3）采用温度为55-65℃的深度清理液对步骤2）奥氏体不锈钢设备被价态转化后的表面氧化物进行深度循环清理，深度清理液由以下重量百分比的组分配制而成：羟基乙叉二膦酸（简称为HEDP，化学式为C₂H₈0₇P₂）5-7%、亚硫酸钠2.5-3.5%，余量为软化水。

步骤1）中漂洗混合液由以下重量百分比的组分配制而成：聚丙烯酸0.5-0.9%、洁尔灭0.2-0.4%，余量为软化水；漂洗混合液的流速为2-4 m/s，循环时间为35-45 min。利用聚丙烯酸的防聚沉作用和洁尔灭的强发泡作用，对被化学清洗后的奥氏体不锈钢设备表面粘结的污物进行漂洗清理。

步骤2）中氧化剂为双氧水，碱性剂为氢氧化钾；所述转化混合液的流速为1.2-1.8m/s，循环时间为55-65 min。使得表面上的氧化物膜层由低价态转化为高价态。

步骤3）中深度清理液的流速为1.2-1.8 m/s，循环时间为105-135 min。

步骤2）中化学反应机理为：Cr₂O₃ + 3H₂O₂ → 2CrO₃+ 3H₂O，2Fe₃O₄ + H₂O₂ →3Fe₂O₃+ H₂O

生成的 CrO₃ 有少量与转化混合液中的碱反应，反应式如下：

CrO₃ + 2OH^-→CrO₄ ^2- + H₂O

HEDP的分子结构式：

步骤3）中深度循环清洗的反应机理如下：

Fe₂O₃+4H⁺+SO₃ ^2-→2H₂O+2Fe²⁺+SO₄ ^2-

2CrO₃+ 6H⁺+3SO₃ ^2-→2Cr³⁺+3H₂O+3SO₄ ^2-

x.Fe²⁺+ y.HEDP→Fe_X(HEDP)_Y (络合物)

c.Cr³⁺+d.HEDP→Cr_c(HEDP)_d (络合物)

m .Fe+ n .HEDP→Fe_m.(HEDP)_n (配合物)

a .Cr + b .HEDP→Cr_a.(HEDP)_b (配合物)

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1）本发明处理过程中，加入的HEDP在奥氏体不锈钢设备被清理干净后的表面，因吸附作用而形成一层均匀、致密、结合牢固的保护膜，该保护膜层的形成机理比较复杂，主要有两方面原因：1、HETP利用自身分子结构中两个羟基上氧原子的未共用电子对与不锈钢金属基体表面的活性Fe²⁺、Cr³⁺等离子形成环状络合物Fe_x(HEDP)_y及Cr_c(HEDP)_d膜层；2、HETP利用自身分子结构中其它羟基上的氧与不锈钢金属基体表面具有正电荷的Fe、Cr等原子通过配位建形成配位化合物Fe_m.(HEDP)_n及Cr_a.(HEDP)_b膜层。在上述2种膜层形成过程中通过络合、配位互联，最终形成复合物膜层，在复合物膜层形成过程中，络合物与配合物相互填补膜层空隙，使得在不锈钢表面形成的复合膜层更加均匀致密而且平滑。该复合物膜层由于是HEDP与不锈钢基体直接结合而形成，与原来化学清洗后在表面覆盖的黑色氧化层钝化膜相比，不仅结合力强、均匀致密，而且不影响不锈钢基体结构和表面光亮度，即使在恶劣水质环境中也具有较强的耐蚀性能。因此，本发明预膜工艺，不仅可以恢复不锈钢设备被清洗表面原有的颜色，而且耐蚀性能也得到较大的提高。解决了不锈钢设备被常规方法清洗后表面膜层发黑、脆化和粗糙问题，且保证了不锈钢设备被预膜处理后表面膜层的光亮度、致密性、均匀性及持续耐蚀性。

2）与传统的无机铬酸盐或高锰酸钾、无机磷酸盐等钝化处理方法形成的保护膜相比，本发明的预膜层厚度基本保持不变的情况下，处理方法可操作性强，处理工艺对环境基本无污染，且能延长奥氏体不锈钢设备的使用寿命。

附图说明

图1为经不同方法处理后奥氏体不锈钢的表面外观效果图；

图2为经常规化学清洗后奥氏体不锈钢的横断面的金相照片图；

图3为经过本发明实施例1的预膜工艺处理后的奥氏体不锈钢的横断面的金相照片图；

图4为经常规方法化学清洗后的奥氏体不锈钢表面膜层的横断面的硬度分布曲线图；

图5为经本发明工艺处理后奥氏体不锈钢表面膜层的横断面的硬度分布曲线图；

图6为经不同方法处理后奥氏体不锈钢的表面的阳极极化曲线图。

具体实施方式

实施例1

1）采用温度为50℃的漂洗混合液通过循环泵注入奥氏体不锈钢设备内，对经化学清洗后的奥氏体不锈钢设备被清洗的表面的粘结物进行循环漂洗清理，待漂洗混合液的温度降至常温后，从设备的排污口排出；漂洗混合液的流速为3 m/s，循环时间为40 min；漂洗混合液由以下重量百分比的组分配制而成：聚丙烯酸0.7%、洁尔灭0.3%，余量为软化水；

2）采用温度为45℃的转化混合液通过循环泵注入奥氏体不锈钢设备内，经步骤1）处理后的表面氧化层进行价态转化循环处理，待转化混合液的温度降至常温后，从设备的排污口排出，然后用水对设备内进行冲洗，直至冲洗后水的pH值为7左右；所述转化混合液的流速为1.5 m/s，循环时间为60 min；所述转化混合液由以下重量百分比的组分配制而成：氧化剂（双氧水）3.0%、碱性剂（工业用氢氧化钾）5.0%，余量为软化水；

3）采用温度为60℃的深度清理液通过循环泵注入奥氏体不锈钢设备内，对经步骤2）处理后的表面氧化物层进行深度循环清理，深度清理液由以下重量百分比的组分配制而成：羟基乙叉二膦酸5-7%、亚硫酸钠2.5-3.5%，余量为软化水；深度清理液的流速为1.5 m/s，循环时间为120 min；停止深度清洗后，深度清理液可无需排放，将设备直接补满水运行使用即可。

实施例2

1）采用温度为45℃的漂洗混合液通过循环泵注入奥氏体不锈钢设备内，对经化学清洗后的奥氏体不锈钢设备被清洗的表面的粘结物进行循环漂洗清理，待漂洗混合液的温度降至常温后排出；漂洗混合液的流速为2 m/s，循环时间为45 min；漂洗混合液由以下重量百分比的组分配制而成：聚丙烯酸0.5%、洁尔灭0.4%，余量为软化水；

2）采用温度为50℃的转化混合液对奥氏体不锈钢设备内经步骤1）处理后的表面氧化物进行价态转化循环处理，转化混合液的温度降至常温后排出，然后用水进行冲洗，直至冲洗后水的pH值为7左右；所述转化混合液由以下重量百分比的组分配制而成：氧化剂（双氧水）3.5%、碱性剂（氢氧化钾）4.5%，余量为软化水；所述转化混合液的流速为1.2 m/s，循环时间为65 min；

3）采用温度为55℃的深度清理液对奥氏体不锈钢设备内经步骤2）处理后的表面氧化物层进行深度循环清理，深度清理液由以下重量百分比的组分配制而成：羟基乙叉二膦酸5%、亚硫酸钠2.5%，余量为软化水；深度清理液的流速为1.8 m/s，循环时间为105 min。

实施例3

1）采用温度为55℃的漂洗混合液通过循环泵对奥氏体不锈钢设备内，对经化学清洗后的奥氏体不锈钢设备被清洗的表面的粘结物进行循环漂洗清理，待漂洗混合液的温度降至常温后排出；漂洗混合液的流速为4 m/s，循环时间为35 min；漂洗混合液由以下重量百分比的组分配制而成：聚丙烯酸0.9%、洁尔灭0.2%，余量为软化水；

2）采用温度为40℃的转化混合液对奥氏体不锈钢设备内经步骤1）处理后的表面氧化物进行价态转化循环处理，转化混合液的温度降至常温后排出，然后用水进行冲洗，直至冲洗后水的pH值为7左右；所述转化混合液由以下重量百分比的组分配制而成：氧化剂（双氧水）2.5%、碱性剂（氢氧化钾）5.5%，余量为软化水；所述转化混合液的流速为1.8 m/s，循环时间为55 min；

3）采用温度为65℃的深度清理液对奥氏体不锈钢设备经步骤2）处理后的表面氧化物层进行深度循环清理，深度清理液由以下重量百分比的组分配制而成：羟基乙叉二膦酸7%、亚硫酸钠3.5%，余量为软化水；深度清理液的流速为1.2 m/s，循环时间为135 min。

实施例4 实验测试

4.1 奥氏体不锈钢的表面外观

将常规化学清洗后和经过本发明实施例1的预膜工艺处理后，两者的奥氏体不锈钢的表面的照片如图1所示，其中：1为常规化学清洗后的奥氏体不锈钢表面的照片，2为本发明实施例1的预膜工艺处理后的奥氏体不锈钢表面的照片。

由图1可知，奥氏体不锈钢仅经过化学清洗后，被清洗表面呈均匀、暗淡的黑色，而经过本发明实施例1的预膜工艺处理后，奥氏体不锈钢表面又恢复了原有的不锈钢颜色，且预膜处理只是均匀地剥离了被清洗表面的黑膜，并未对奥氏体不锈钢基体本身造成任何影响。

4.2 测试奥氏体不锈钢的表面膜层组织

对分别经常规化学清洗后和经过本发明实施例1的预膜工艺处理后的奥氏体不锈钢进行金相分析，经常规化学清洗的奥氏体不锈钢和实施例1的预膜工艺处理的奥氏体不锈钢的横断面的金相照片分别如图2和3所示。

由图2和图3可知，被常规化学清洗后的不锈钢表面有一层组织均匀致密、厚度均匀一致的氧化物覆盖层，厚度约18.26μm，经过本发明的预膜工艺处理后膜层呈白亮色，显然更耐腐蚀，预膜层的厚度为18.11μm，组织状态没有发生变化，厚度仍均匀一致。由此说明，本发明的预膜工艺不仅恢复了不锈钢基体的表面颜色，而且最大可能地保留了硬化层的厚度。

4.3硬度测试

对分别经常规化学清洗后和经过本发明实施例1的预膜工艺处理后的奥氏体不锈钢的表面的膜层的横断面进行硬度测试，两者的硬度分布曲线分别如图4、图5所示。

由图4可知，经化学清洗后的不锈钢表面氧化物膜层表现出较高的表面硬度，并且整个膜层表现为一定平缓的硬度梯度；图5为经本发明预膜工艺处理后，不锈钢表面的氧化物硬化层被均匀地溶解清除，硬化曲线较之前有稍许下降。但在耐蚀性和光亮度方面，测试结果显示有显著的增加。

4.4耐蚀性测试

对待处理的奥氏体不锈钢的表面、分别经常规化学清洗后和经过本发明实施例1的预膜工艺处理后的奥氏体不锈钢的表面进行耐蚀性测试（自腐蚀电位是被自腐蚀电流所极化的阳极反应和阴极反应的混合电位，此时，金属上发生的共轭反应是金属的溶解及去极化剂的还原，金属腐蚀的倾向可以从自腐蚀电位的高低反映出来，自腐蚀电位越高，材料的耐蚀性能越好），绘制阳极极化曲线，如图6所示。

由图6可知，未经任何处理的不锈钢的自腐蚀电位最低，在经化学清洗后不锈钢表面被覆上了一层氧化物膜，其自腐蚀电位略有提高，而用本发明的预膜工艺处理后，其自腐蚀电位最高。由此表明，经过化学清洗后不锈钢表面氧化物的耐蚀性与本发明预膜处工艺相比，本发明预膜工艺处理后，不锈钢表面的耐蚀性得到了显著提高。

Claims

1.一种奥氏体不锈钢设备化学清洗后的预膜工艺，其特征在于，包括以下步骤：

1）采用温度为45-55℃的漂洗混合液对化学清洗后的奥氏体不锈钢设备被清洗的表面的粘结物进行循环漂洗清理，漂洗混合液的温度降至常温后排出；

2）采用温度为40-50℃的转化混合液对步骤1）奥氏体不锈钢设备漂洗清理后的表面氧化物膜层进行价态转化循环处理，转化混合液的温度降至常温后排出，然后用水进行冲洗，直至冲洗水达到中性；所述转化混合液由以下重量百分比的组分配制而成：氧化剂2.5-3.5%、碱性剂4.5-5.5%，余量为软化水；

3）采用温度为55-65℃的深度清理液对奥氏体不锈钢设备经步骤2）价态转化处理后表面的氧化物进行深度循环清理，深度清理液由以下重量百分比的组分配制而成：羟基乙叉二膦酸5-7%、亚硫酸钠2.5-3.5%，余量为软化水。

2.如权利要求1所述的奥氏体不锈钢设备化学清洗后的预膜工艺，其特征在于，步骤1）中漂洗混合液由以下重量百分比的组分配制而成：聚丙烯酸0.5-0.9%、洁尔灭0.2-0.4%，余量为软化水；漂洗混合液的流速为2-4 m/s，循环时间为35-45 min。

3.如权利要求1所述的奥氏体不锈钢设备化学清洗后的预膜工艺，其特征在于，步骤2）中氧化剂为双氧水，碱性剂为氢氧化钾；所述转化混合液的流速为1.2-1.8 m/s，循环时间为55-65 min。

4.如权利要求1所述的奥氏体不锈钢设备化学清洗后的预膜工艺，其特征在于，步骤3）中深度清理液的流速为1.2-1.8 m/s，循环时间为105-135 min。