不锈钢管道酸洗钝化(浸泡法)缺陷分析与质控要点

摘要：本文总结了管道酸洗钝化过程中质量控制的工作经验，详细介绍和总结了管道酸洗钝化过程中容易产生的缺陷及质量控制要点，为酸洗钝化生产获得稳定的质量提供科学依据。

关键词：缺陷分析 质控要点

工业管道安装工程中所有使用的奥氏体不锈钢管道经过一系列的工序预制完成，在制作成型交付安装前均采用整体表面处理，即采用浸泡法进行酸洗钝化连续作业，这是最后一道工序也是很重要的一步工序。酸洗钝化的作用：一是达到相应等级管道的清洁度，二是形成一层薄薄的钝化膜，提高管道的使用寿命；从而提高管道的使用寿命，提高安全性。

为了保证奥氏体不锈钢管道的最终质量及从预制到安装的顺利移交，质量控制是关键。质控要点在于：要求施工人员熟悉酸洗钝化施工工艺，在操作过程中，按照工艺要求，严格控制好每一步的质量；做好事前、事中及事后质量控制，及时发现和解决在酸洗钝化中出现的各种问题；确保质量，提高工作效率及经济效益。

1 奥氏体不锈钢内部组织分析

1.1 奥氏体不锈钢含Cr大于18%，还含有8%左右的镍及少量钼、钛、氮等元素，综合性能好，可耐多种介质腐蚀。奥氏体不锈钢一般采取固溶处理，即将钼钢加热到1050～1150°C，然后水冷，以获得单项奥氏体组织。

1.2 奥氏体冷脆性较小，但热裂倾向较大，持续长时间的局部热输入，极易使其产生细小的热裂纹。奥氏体中加入适量的铁素体会减少奥氏体对热裂的敏感性，但铁素体含量过高，会恶化低温脆性，一般铁素体含量最好不要超过12%。

1.3 碳在650℃时极易与Cr结合才产生[Cr6C1]，碳与Cr结合后会使局部产生贫Cr区，晶体之间失去联系，易产生晶间腐蚀。

2 奥氏体不锈钢易发生的腐蚀

2.1 材质：不锈钢材质的化学缺陷（成份不均匀、S、P杂质等）和表面物理缺陷（疏松、砂眼、裂纹等）有利于与腐蚀介质形成原电池而产生电化学腐蚀。

2.2 切割：割渣、飞溅等易生锈物质的附着与腐蚀介质形成原电池而产生电化学腐蚀。

2.3 焊接：焊接区域的物理缺陷（咬边、气孔、裂纹、未熔合、未焊透等）和化学缺陷（晶粒粗大、晶界贫鉻、偏析等）与腐蚀介质形成原电池而产生电化学腐蚀。

2.4 清洗：存留的酸洗钝化残液与不锈钢发生化学腐蚀的生成物与不锈钢件形成电化学腐蚀。

2.5 表面划伤：各种划伤对钝化膜的破坏，使不锈钢保护能力降低，易与化学介质发生化学反应产生化学腐蚀而生锈。

2.6 碳钢污染：与碳钢件接触造成的划伤与腐蚀介质形成原电池而产生电化学腐蚀。

3 酸洗钝化过程中存在缺陷分析

3.1 酸洗钝化原理分析

不锈钢管道在加工过程中会出现黑色、黄色氧化皮，为了提高不锈钢管道的外观和耐蚀性，加工后的不锈钢管道必须通过脱脂除掉所有的有机污物、油脂等，防止有机污物会阻止酸洗钝化作用和导致点腐蚀的潜在危险；接着进行耐酸处理，去除焊接、高温处理后产生一层致密难溶的氧化皮，这层氧化皮中含有大量的氧化铬、氧化镍并含有十分难溶的氧化铁铬（FeO.Cr2O3），使不锈钢管道银亮有光，并使处理后的表面形成一层以铬为主要物质的氧化膜，不会再产生二次氧化腐蚀，达到钝化目的，从而提高不锈钢管道的表面防腐质量，延长管道使用寿命。钝化也是除污一个有效途径；金属表面和焊缝处沉积的铁粒子就可通过这种方式除掉（这种铁粒子往往是由于切割、成型，器械摩擦或者金属刷等的作用所形成的）。

3.2 酸洗钝化工艺介绍

3.2.1 脱脂

①奥氏体不锈钢管道进入脱脂槽前，必须清除部件表面明显附着物（比如胶带、布带等）；对部件上的狭缝等可能液体滞留区，使用丙酮、乙醇或异丙醇溶液进行预先脱脂处理，整个脱脂操作时间不应小于25分钟。

②脱脂后应立即采用自来水冲洗，直到pH试纸检测为6～8；洗涤后，仔细观察部件表面水珠应均匀分布，否则重复脱脂操作。

3.2.2 酸洗

①脱脂洗涤后应立即进行酸洗，严格避免部件的二次污染；酸洗操作时间在35分钟以上（具体时间以除尽表面灰色氧化层，显露均匀金属本色为准）。

②酸洗后应立即采用自来水冲洗，直到pH试纸检测为6～8；洗涤完成后，应对部件表面进行再一次观察，

部件表面是否为均匀金属本色；否则应再次进行酸洗操作。

3.2.3 钝化

①酸洗洗涤后应立即进行钝化，严格避免部件的二次污染，钝化操作时间根据环境温度控制在60分钟以上。

②奥氏体不锈钢管道完成钝化后应立即采用B 级或A级除盐水冲洗，直到pH试纸检测为6～8。

3.3 常见的酸洗钝化缺陷

①清洁度检查时，pH值试纸呈现红色。

②焊接热影响区仍有发红发黑。

③管段或法兰出现成块脱落或起皮。

④主管或管嘴有磕碰、划伤。

⑤管道外表面不均匀，有不规则花纹。

⑥管道内部粘有胶带或其它杂质。

⑦管道外壁有凹坑。

⑧蓝点试验出现蓝点。

3.4 缺陷产生的原因

①酸洗钝化冲洗不干净，有少量的酸存在，致使pH试纸呈现红色。

②焊接热影响区浸泡时间短，致使氧化皮没有除掉。

③材料本身存在缺陷，经酸洗之后出现脱落或起皮现象。

④上道工序施工产生缺陷，检查不到位，问题遗留到酸洗车间。

⑤酸洗之后冲洗不干净，有一部分酸液残留在管段中，经过钝化冲洗出现表面花的现象。

⑥焊接使用的胶带及其它杂物，加热之后，粘到管壁上，酸洗车间人员在前期检查处理过程中遗漏。

⑦在运输管段过程中，没有做好足够的保护措施，出现磕碰、划痕等问题。

⑧在酸洗钝化过程中，钝化膜没有形成或被破坏。

4 预防酸洗钝化缺陷的质控要点

4.1 事前控制

4.1.1 材料的控制

用作不锈钢管道酸洗与钝化的化学药品和试剂应能满足标准的技术要求，标准中工艺要求部分所涉及到的化学试剂均为工业纯或更高等级。

4.1.2 施工人员及施工机具的准备

①要求参与施工的人员，应具备丰富的施工经验同时通过由技术负责人组织的专业技能培训和考核；在每项施工前，还必须参加由技术部组织的技术交底。

②施工机具必须齐全完好，不能够对奥氏体不锈钢造成污染，同时检测工具必须具有相关资质的单位检验标定合格。

4.1.3 各种槽液的成分

脱脂采用热苛性钠溶液浸泡法。

酸洗槽液组方包括：氢氟酸（HF 密度1.1×103Kg/m3）、硝酸（HNO3密度1.42×103Kg/m3）、磺化煤、硫酸（H2SO4密度1.84×103Kg/m3）（所有组方均采用工业纯）。钝化采用硝酸（密度1.42×103Kg/m3）。

4.1.4 液体配制的控制

4.1.4.1 脱脂液的配制

脱脂槽液的具体配制操作如下：

①脱脂槽配液积为M脱脂L（M脱脂为预配脱脂液的体积数值，L为预配脱脂液的体积单位升）。

②使用台秤（精度为1g）准确称量组剂1工业纯级的NaOH（M脱脂*100）g。

③使用台秤（精度为1g）准确称量组剂2工业纯级的Na2CO3（M脱脂*40）g。

④使用台秤（精度为1g）准确称量组剂3工业纯级的乳化剂OP10（M脱脂*5）g。

⑤向脱脂槽内注入一定量的自来水，确保组剂能完全溶解但加入组剂后的体积小于M脱脂。

⑥将已经称量好的组剂缓慢加入脱脂槽中，并不断进行搅拌，使其完全溶解。

⑦向脱脂槽充入自来水至槽液体积正好为M脱脂。

⑧使用搅拌器械混合槽液均匀，静置两周后检测NaOH浓度达到70g/L以上即配制完成。

4.1.4.2 酸液的配制

①酸洗槽的配液体积为M酸洗L（M酸洗为预配酸洗液的体积数值，L为预配酸洗液的体积单位升）。

②向酸洗槽中充入一定量的自来水，确保加入组剂后的体积小于M酸洗。

③使用塑料容器，准确称量氢氟酸50×M酸洗g，然后缓慢添加入酸洗槽中。

④使用专用容器，准确称量硝酸80×M酸洗g，然后缓慢添加入酸洗槽中。

⑤使用专用容器，准确称量硫酸100×M酸洗g，然后缓慢添加入酸洗槽中。

⑥使用台称准确称量磺化煤1.5×M酸洗g、若丁0.4×M酸洗g。

⑦将已经称量好的组剂加入酸洗槽中，并不断进行搅拌，使其完全溶解。

⑧向酸洗槽充入自来水至槽液体积正好为M酸洗。

⑨使用搅拌器械混合槽液均匀，静置两周后检测H+浓度大于4mol/L即配制完成。

4.1.4.3 钝化液的配制

①钝化槽的配液体积为M钝化L（M钝化为预配钝化液的体积数值，L为预配钝化液的体积单位升）。

②向钝化槽中充入M钝化的A级除盐水。

③使用专用容器，准确称量硝酸500×M钝化g，然后缓慢添加入钝化槽中。

④使用搅拌器械混合槽液均匀。

⑤温度维持在0℃以上，静置两周测试H+浓度应大于6.35mol/L即配制完成。

4.1.5 除盐水要求符合A或B级水质要求

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4.2 事中控制

4.2.1 脱脂

①脱脂冲洗（自来水）之后，使用PH试纸进行测试，要求检测值为为6～8，即试纸没有变色现象，且部件表面水珠应均匀分布，才能放入酸洗池进行酸洗操作。

②脱脂槽液的分析维护与调整。为保证溶液的正常使用，必须两周一次进行分析维护和调整。如果溶液长时间闲置（闲置时间达到一周以上）不用，应在使用前进行分析和调整。

③脱脂槽液分析检测项目为NaOH浓度达到70g/L，检测方法为HCl标准溶液酸碱滴定法。

④当检测达不到要求浓度时，应对槽液进行补充足量工业纯级的NaOH和自来水。

⑤NaOH补充量=（100g/L-检测浓度）×M脱脂。

4.2.2 酸洗

4.2.2.1 酸洗冲洗（自来水）之后，使用PH试纸进行测试，要求检测值为为6～8，即试纸没有变色现象，且部件表面是否为均匀金属本色，才能放入钝化池进行钝化操作。

4.2.2.2 酸洗槽液的分析维护与调整。

①为保证溶液的正常使用，必须两周一次进行分析维护和调整；如果溶液长时间闲置（闲置时间达到一周以上）不用，应在使用前进行分析和调整。

②酸洗槽液的分析检测项目为H+浓度达到4mol/L，检测方法为NaOH标准溶液酸碱滴定法。

③当H+浓度达不到要求浓度时，应按照以下比例进行补充：

氢氟酸补充量=（5.7-检测H+浓度）×43%×20g；

硫酸补充量=（5.7-检测H+浓度）×57%/2*98g。

4.2.3 钝化

4.2.3.1 钝化冲洗（B或A级除盐水）之后，使用PH试纸进行测试，要求检测值为为6～8，即试纸没有变色现象。

4.2.3.2 钝化槽液的分析维护与调整。为保证溶液的正常使用，必须两周一次进行分析维护和调整。如果溶液长时间闲置（闲置时间达到一周以上）不用，应在使用前进行分析和调整。

钝化槽液的分析检测项目如下：

①H+浓度应达到6.35mol/L，检测方法为NaOH标准溶液酸碱滴定法。

②Fe离子的含量不大于40g/L，检测方法为重铬酸钾标准溶液氧化还原滴定法。

4.2.4 各种液体定期取样化验标准

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4.3 事后控制

4.3.1 酸洗钝化技术要求

4.3.1.1 色泽

①经机械加工的零件，酸洗后应保持不锈钢原有的色泽。

②经热处理的零件，酸洗后，因材料成分不同，表面应为无光的浅灰色至深灰色。

③酸洗后化学钝化的零件表面为略带黄色的灰色，1Cr13零件钝化后为深红色。

4.3.1.2 允许缺陷

①由于材料状态不同，在同一零件上有不同的色泽。

②轻微的水流痕。

③在焊接热影响区内有氧化色彩。

④酸洗后暴露出前加工所造成的缺陷。

4.3.1.3 不允许的缺陷

①酸洗、钝化后零件表面有锈斑和残余的氧化物，以及机械杂质；钝化部位有局部未钝化的点。

②零件受到过腐蚀。

③零件不干燥，有残余的水份。

4.3.1.4 不合格的处理

凡不符合标准的管道，应退回处理；可重新酸洗、重新钝化的，其允许重新酸洗或钝化的次数，应按有关工艺文件的规定执行。

4.3.2 检查方法

4.3.2.1 目视检查

在不引起操作者目眩的前提下，必须在至少等于500勒克斯的照度下（相当于100瓦灯泡距离被检表面30cm的照度），对所有表面进行目视检查，其表面无明显锈斑和嵌入物，呈均匀银白色，光洁美观。

4.3.2.2 抽样检查

①在12小时内每小时使用花洒向其喷淋A级除盐水，保持其检验表面的湿润；在大气环境下（避免其他铁素体再次污染）曝露24小时后，使用5倍放大镜进行目视检查，钝化表面应呈均匀银白色，光洁美观，不得有明显腐蚀痕迹，焊缝及热影响区不得有氧化色，不得有颜色不均匀的斑痕，不存在钝化膜中嵌入物的痕迹即为合格。

②若目视检查仍存在争议时，可采用蓝点试验法。

用100mL烧杯将10g铁氰化钾溶于50mL蒸馏水中，溶解后加入30mL浓硝酸，然后移入1000mL容量瓶中用蒸馏水稀释至刻度，即为蓝点检验液，储存期为一周。试验方法：将蓝点检验液滴在贴附于不锈钢表面的试纸上，30秒钟后试纸上显示出蓝点即为不合格。

综上所述，在酸洗钝化过程中，由于人为操作不当，责任心不强等原因，可能会使奥氏体不锈钢管道在酸洗钝化中产生不同类型、不同程度的缺陷。因此，针对不同类型的缺陷具体分析其产生的原因，并根据不同的情况采取对应措施，从而得到合格的奥氏体不锈钢管道。

5 结论

总之，只有做好奥氏体不锈钢管道的酸洗钝化质量控制，确保管道质量符合要求，并且相关的资料完善且合格，才能保证管道由预制转向现场安装工作，也才能保证安装工作的顺利开展。

参考文献：

[1]不锈钢酸洗和化学钝化技术要求QJ467-1988.

[2]不锈钢酸洗与钝化规范SJ20893-2003.

[3]张晓飞，孙云波，徐晶.不锈钢酸洗钝化工艺在海洋平台的应用[J].石油和化工设备，2010（06）.