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不锈钢表面处理过程常见问题及预防措施

不锈钢表面处理过程常见问题及预防措施

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新闻资讯
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2018/05/15
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【摘要】:
威海汇鑫化工机械有限公司专业生产反应釜以及各种磁力反应釜,在生产反应釜所用的材料大部分用不锈钢以及其复合材料,所以在使用中和处理方面应该注意很多问题,下列文章有些建议可以借鉴.1不锈钢常用表面处理方法     1.1不锈钢品种简介      1.1.1不锈钢主要成分:一般含有鉻(Cr)、镍(Ni)、钼(Mo)、钛(Ti)等优质金属元素。    1.1.2常见不锈钢:有鉻不锈钢,含Cr≥12%以上;

威海汇鑫化工机械有限公司专业生产反应釜以及各种磁力反应釜,在生产反应釜所用的材料大部分用不锈钢以及其复合材料,所以在使用中和处理方面应该注意很多问题,下列文章有些建议可以借鉴.

1 不锈钢常用表面处理方法

     1.1 不锈钢品种简介

      1.1.1 不锈钢主要成分:一般含有鉻(Cr)、镍(Ni)、钼(Mo)、钛(Ti)等优质金属元素。

    1.1.2 常见不锈钢:有鉻不锈钢,含Cr12%以上;镍鉻不锈钢,含Cr18%,含Ni12%

    1.1.3 从不锈钢金相组织结构分类:有奥氏体不锈钢,例如:1Cr18Ni9Ti1Cr18Ni11NbCr18Mn8Ni5。马氏体不锈钢,例如:Cr17Cr28等。一般称为非磁性不锈钢和带有磁性不锈钢。

    1.2 常见不锈钢表面处理方法

    常用不锈钢表面处理技术有以下几种处理方法:①表面本色白化处理;②表面镜面光亮处理;③表面着色处理。

     1.2.1 表面本色白化处理:不锈钢在加工过程中,经过卷板、扎边、焊接或者经过人工表面火烤加温处理,产生黑色氧化皮。这种坚硬的灰黑色氧化皮主要是NiCr2O4NiF二种EO4成分,以前一般采用氢氟酸和硝酸进行强腐蚀方法去除。但这种方法成本大,污染环境,对人体有害,腐蚀性较大,逐渐被淘汰。目前对氧化皮处理方法主要有二种:

    ⑴ 喷砂(丸)法:主要是采用喷微玻璃珠的方法,除去表面的黑色氧化皮。

    ⑵ 化学法:使用一种无污染的酸洗钝化膏和常温无毒害的带有无机添加剂的清洗液进行浸洗。从而达到不锈钢本色的白化处理目的。处理好后基本上看上去是一无光的色泽。这种方法对大型、复杂产品较适用。

    1.2.2 不锈钢表面镜面光亮处理方法:根据不锈钢产品的复杂程度和用户要求情况不同可分别采用机械抛光、化学抛光、电化学抛光等方法来达到镜面光泽。这三种方法优缺点如下:

     1.2.3 表面着色处理:不锈钢着色不仅赋予不锈钢制品各种颜色,增加产品的花色品种,而且提高产品耐磨性和耐腐蚀性。

    不锈钢着色方法有如下几种:

     ⑴化学氧化着色法;

    ⑵电化学氧化着色法;

    ⑶离子沉积氧化物着色法;

    ⑷高温氧化着色法;

    ⑸气相裂解着色法。

     各种方法简单概况如下:

     ⑴化学氧化着色法:就是在特定溶液中,通过化学氧化形成膜的颜色,有重铬酸盐法、混合钠盐法、硫化法、酸性氧化法和碱性氧化法。一般“茵科法”(INCO)使用较多,不过要想保证一批产品色泽一致的话,必须用参比电极来控制。

    ⑵电化学着色法:是在特定溶液中,通过电化学氧化形成膜的颜色。

    ⑶ 离子沉积氧化物着色法化学法:就是将不锈钢工件放在真空镀膜机中进行真空蒸发镀。例如:镀钛金的手表壳、手表带,一般是金黄色。这种方法适用于大批量产品加工。因为投资大,成本高,小批量产品不合算。

    ⑷高温氧化着色法:是在特定的熔盐中,浸入工件保持在一定的工艺参数,使工件形成一定厚度氧化膜,而呈现出各种不同色泽。

    ⑸ 气相裂解着色法:较为复杂,在工业中应用较少。

     1.3 处理方法选用

    

    不锈钢表面处理选用哪种方法,要根据产品结构、材质、及对表面不同要求,选用合适的方法进行处理。

    2 不锈钢件产生锈蚀的常见原因

    2.1 化学腐蚀

      2.1.1 表面污染:附着在工件表面的油污、灰尘及酸、碱、盐等在一定条件转化为腐蚀介质,与不锈钢件中的某些成分发生化学反应,产生化学腐蚀而生锈。

    2.1.2 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,易与化学介质发生反应,产生化学腐蚀而生锈。

    2.1.3 清洗:酸洗钝化后清洗不干净造成残液存留,直接腐蚀不锈钢件(化学腐蚀)。

    2.2 电化学腐蚀

     2.2.1 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。

    2.2.2 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。

    2.2.3 烤校:火焰加热区域的成份与金相组织发生变化而不均匀,与腐蚀介质形成原电池而产生电化学腐蚀。

    2.2.4 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、晶界贫铬、偏析等)与腐蚀介质形成原电池而产生电化学腐蚀。

    2.2.5 材质:不锈钢材质的化学缺陷(成份不均匀、SP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。

    2.2.6 钝化:酸洗钝化效果不好造成不锈钢表面钝化膜不均匀或较薄,易于形成电化学腐蚀。

    2.2.7 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。

    2.3 应力集中易于造成应力腐蚀

    

    总之,不锈钢由于其特殊的金相组织和表面钝化膜,使得它在一般情况下较难与介质发生化学反应而被腐蚀,但并不是在任何条件下都不能被腐蚀。在腐蚀介质和诱因(如划伤、飞溅、割渣等)存在的条件下,不锈钢也能与腐蚀介质发生缓慢的化学和电化学反应被腐蚀,而且在一定条件下的腐蚀速度相当快而产生锈蚀现象,尤其是点蚀和缝隙腐蚀。不锈钢件的腐蚀机理主要为电化学腐蚀。

    

    因此,在不锈钢产品在加工作业过程中应采取一切有效措施,尽量避免锈蚀条件和诱因的产生。实际上,许多锈蚀条件和诱因(如划伤、飞溅、割渣等)对于产品的外观质量也有显著的不利的影响,也应该和必须加以克服。

     3 不锈钢产品加工过程中存在问题

     3.1 焊缝缺陷:焊缝缺陷较严重,采用手工机械打磨处理方法来弥补,产生的打磨痕迹,造成表面不均匀,影响美观。

    3.2 表面不一致:只对焊缝进行酸洗钝化,也造成表面不均匀,影响美观。

    3.3 划痕难除去:整体酸洗钝化,也不能将加工过程中产生的各种划痕去掉,并且也不能去除由于划伤、焊接飞溅而粘附在不锈钢表面的碳钢、飞溅等杂质,导致在腐蚀介质存在的条件下发生化学腐蚀或电化学腐蚀而生锈。

    3.4 打磨抛光钝化不均匀:手工打磨抛光后进行酸洗钝化处理,对面积较大的工件,很难达到均匀一致处理效果,不能得理想的均匀表面。并且工时费用,辅料费用也较高。

    3.5 酸洗能力有限:酸洗钝化膏并不是万能的,对等离子切割、火焰切割而产和黑色氧化皮,较难除去。

    3.6 人为因素造成的划伤比较严重:在吊装、运输和结构加工过程中,磕碰、拖拉、锤击等人为因素造成的划伤比较严重,使得表面处理难度加大,而且也是处理后产生锈蚀的主要原因。

    3.7 设备因素:在型材、板材卷弯、折弯过程中,造成的划伤和折痕也是处理后产生锈蚀的主要原因。

    3.8 其他因素:不锈钢原材料在采购、储存过程中,由于吊装、运输过程产生的磕碰和划伤也比较严重,也是产生锈蚀的原因之一。

     4 应采取预防措施

   4.1 储存、吊装、运输

     4.1.1 不锈钢件储存:应有专用存放架,存放架应为木质或表面喷漆的碳钢支架或垫以橡胶垫,以与碳钢等其它金属材质隔离。存放时,储存位置应便于吊运,与其它材料存放区相对隔离,应有防护措施,以避免灰尘、油污、铁锈对不锈钢的污染。

    4.1.2 不锈钢件吊装:吊装时,应采用专用吊具,如吊装带、专用夹头等,严禁使用钢丝绳以免划伤表面;并且在起吊和放置时,应避免冲击磕碰造成划伤。

    4.1.3 不锈钢件运输:运输时,应用运输工具(如小车、电瓶车等),并应洁净有隔离防护措施,以防灰尘、油污、铁锈污染不锈钢。严禁拖拉,避免磕碰、划伤。

     4.2 加工

    4.2.1 加工区:不锈钢件的加工区域应相对固定。不锈钢件加工区的平台应采取隔离措施,如铺上橡胶垫等。不锈钢件加工区的定置管理、文明生产应加强,以避免对不锈钢件的损伤与污染。

     4.2.2 下料:不锈钢件的下料采用剪切或等离子切割、锯切等。

    ⑴ 剪切:剪切时,应与送进支架隔离,落料斗也应铺以橡胶垫,避免划伤。

    ⑵ 等离子切割:等离子切割后,割渣应清理干净。批量切割时,对于已完成的零件应及时清理出现场,以避免割渣对工件的玷污。

    ⑶ 锯切下料:锯切下料时,夹紧应加以胶皮保护,锯切后应清理工件上的油污、残渣等。

     4.2.3 机械加工:不锈钢件在车、铣等机械加工时也应注意防护,作业完成应清理干净工件表面的油污、铁屑等杂物。

    4.2.4 成型加工:在卷板、折弯过程中,应采取有效措施避免造成不锈钢件表面划伤和折痕。

    4.2.5 铆焊:不锈钢件在组对时,应避免强制组装,尤其避免火焰烤校装配。组对或制作过程如有临时采用等离子切割时,应采取隔离措施以避免割渣对其它不锈钢件的污染。切割后,工件上的割渣应清理干净。

    4.2.6 焊接:不锈钢件焊接前必须认真清除油污、锈迹、灰尘等杂物。焊接时尽量采用氩弧焊接,采用手工电弧焊时应采用小电流、快速焊,避免摆动。严禁在非焊接区域引弧,地线位置适当、连接牢固,以避免电弧擦伤。焊接时应采取防飞溅措施(如刷白灰等方法)。焊后应用不锈钢(不得采用碳钢)扁铲彻底清理熔渣和飞溅。

     4.2.7 多层焊:多层焊时,层间熔渣必须清除干净。多层焊时,应控制层间温度,一般不得超过60℃。

    4.2.8 焊缝:焊缝接头应修磨,焊缝表面不得有熔渣、气孔、咬边、飞溅、裂纹、未熔合、未焊透等缺陷,焊缝与母材应圆滑过渡,不得低于母材。

    4.2.9 矫形:不锈钢件的矫形,应避免采用火焰加热方法,尤其不允许反复加热同一区域。矫形时,尽量采用机械装置,或用木锤(橡皮锤)或垫橡皮垫锤击,禁止用铁锤锤击,以避免损伤不锈钢件。

     4.2.10 搬运:不锈钢件在加工过程中进行搬运时,应用运输工具(如小车、电瓶车或天车等),并应洁净有隔离防护措施,以防灰尘、油污、铁锈污染不锈钢。严禁在平台或地面直接拖拉,严禁磕碰和划伤。

    4.3 表面处理

    4.3.1 清理打磨:如有损伤应打磨,尤其与碳钢件接触造成的划伤和飞溅、割渣造成的损伤必须认真彻底地清理打磨干净。

    4.3.2 机械抛光:要采用适当的抛光工具进行抛光,要求处理均匀一致,并避免过抛和再划伤。

    4.3.3 除油除尘:不锈钢件在进行酸洗钝化前,必须按工艺清除油污、氧化皮、灰尘等杂物。

    4.3.4 水喷砂处理:要根据不同的处理要求,选用不同的微玻璃珠、不同的工艺参数,并避免过喷等。

    4.3.5 酸洗钝化:不锈钢件的酸洗钝化必须严格按工艺要求进行钝化。

    4.3.6 清洗干燥:酸洗钝化后,应严格按工艺进行中和、冲洗、干燥,彻底清除残留的酸液。

    4.3.7 保护:不锈钢件表面处理完毕后,应做好防护,避免人员抚摸和油污、灰尘等杂物的二次污染。

    4.3.8 避免再加工:不锈钢件表面处理完毕后,应避免对该零部件或产品的再加工。

304钢也会有磁性

 

人们常以为磁铁吸附不锈钢材,验证其优劣和真伪,不吸无磁,认为是好的,货真价实;吸者有磁性,则认为是冒牌假货。其实,这是一种极其片面的、不切实的错误的辨别方法。 

      不锈钢的种类繁多,常温下按组织结构可分为几类:

      1、奥氏体型:如304321316310等;

      2、马氏体或铁素体型:如430420410等;

      奥氏体型是无磁或弱磁性,马氏体或铁素体是有磁性的。

      通常用作装饰管板的不锈钢多数是奥氏体型的304材质,一般来讲是无磁或弱磁的,但因冶炼造成化学成分波动或加工状态不同也可能出现磁性,但这不能认为是冒牌或不合格,这是什么原因呢?

     上面提到奥氏体是无磁或弱磁性,而马氏体或铁素体是带磁性的,由于冶炼时成分偏析或热处理不当,会造成奥氏体304不锈钢中少量马氏体或铁素体组织。这样,304不锈钢中就会带有微弱的磁性。

     另外,304不锈钢经过冷加工,组织结构也会向马氏体转化,冷加工变形度越大,马氏体转化越多,钢的磁性也越大。如同一批号的钢带,生产Φ76管,无明显磁感,生产Φ9.5管。因泠弯变形较大磁感就明显一些,生产方矩形管因变形量比圆管大,特别是折角部分,变形更激烈磁性更明显。

      要想完全消除上述原因造成的304钢的磁性,可通过高温固溶处理开恢复稳定奥氏体组织,从而消去磁性。

      特别要提出的是,因上面原因造成的304不锈钢的磁性,与其他材质的不锈钢,如430、碳钢的磁性完全不是同一级别的,也就是说304钢的磁性始终显示的是弱磁性。

      这就告诉我们,如果不锈钢带弱磁性或完全不带磁性,应判别为304316材质;如果与碳钢的磁性一样,显示出强磁性,因判别为不是304材质

不锈钢的有关实用知识

一、不锈钢热轧钢板

    不锈钢热轧钢板是用热轧工艺生产的不锈钢钢板。厚度不大于3mm的为薄板,厚度大于3mm的为厚板用于化工、石油、机械、船舶等行业制造耐蚀零件、容器和设备。其分类和牌号如下:

    1.奥氏体型钢

    (1)1Cr17Mn6Ni15N(2)1Cr18Mn8Ni5N(3)1Cr18Ni9(4)1Cr18Ni9Si3(5)0Cr18Ni9

    (6)00Cr19Ni10(7)0Cr19Ni9N(8)0Cr19Ni10NbN(9)00Cr18Ni10N(10)1Cr18Ni12

    11) 0Cr23Ni13(12)0Cr25Ni20(13) 0Cr17Ni12Mo2(14) 00Cr17Ni14Mo2

    (15) 0Cr17Ni12Mo2N(16) 00Cr17Ni13Mo2N(17) 1Cr18Ni12Mo2Ti(18) 0Cr18Ni12Mo2Ti

    (19) 1Cr18Ni12Mo3Ti(20) 0Cr18Ni12Mo3Ti(21) 0Cr18Ni12Mo2Cu2

    (22) 00Cr18Ni14Mo2Cu2(23) 0Cr19Ni13Mo3(24) 00Cr19Ni13Mo3(25) 0Cr18Ni16Mo5

    (26) 1Cr18Ni9Ti(27) 0Cr18Ni10Ti(28) 0Cr18Ni11Nb(29) 0Cr18Ni13Si4

    2.奥氏体——铁素体型钢

    300Cr26Ni5Mo2;(3100Cr18Ni5Mo3Si2

    3.铁素体型钢

    320Cr13Al(33) 00Cr12(34)1Cr15(35)1Cr17(36)1Cr17Mo(37)00Cr17Mo

    (38)00Cr18Mo2(39)00Cr30Mo2(40)00Cr27Mo

    4.马氏体型钢

    411Cr12;(420Cr13;(43);1Cr13;(442Cr13;(453Cr13;(464Cr13

    473Cr16;(487Cr17

    5.沉淀硬化型钢

    490Cr17Ni7Al

    二、不锈钢冷轧钢板

    不锈钢冷轧钢板是用冷轧工艺生产的不锈钢钢板,厚度不大于3mm的为薄板, 厚度大于3mm的为厚板。用于制作耐腐蚀部件,石油、化工的管道、容器、医疗器械、船舶设备等,其分类和牌号如下:

    1.奥氏体型钢

    除与热轧部分相同外(29种),还有:(12Cr13Mn9Ni4(2)1Cr17Ni7(3) 1Cr17Ni8 
    2.奥氏体——铁素体型钢

    除与热轧部分相同外(2种),还有:(1)1Cr18Ni11Si4AlTi(2) 1Cr21Ni5Ti

    3.铁素体型钢

    除与热轧部分相同外(9种),还有:00Cr17

    4.马氏体型钢

    除与热轧部分相同外(8种),还有1Cr17Ni2

    5.沉淀硬化型钢:同热轧部分

    三、铁素体、奥氏体、马氏体简介

    大家知道固态金属及合金都是晶体,即在其内部原子是按一定规律排列的,排列的方式一般有三种即:体心立方晶格结构、面心立方晶格结构和密排六方晶格结构。金属是由多晶体组成的,它的多晶体结构是在金属结晶过程中形成的。组成铁碳合金的铁具有两种晶格结构:910以下为具有体心立方晶格结构的α——铁, 910以上为具有面心立方晶格结构的Υ——铁。如果碳原子挤到铁的晶格中去,而又不破坏铁所具有的晶格结构,这样的物质称为固溶体。碳溶解到α——铁中形成的固溶体称铁素体,它的溶碳能力极低,最大溶解度不超过0.02%。而碳溶解到Υ——铁中形成的固溶体则称奥氏体,它的溶碳能力较高,最高可达2%。奥氏体是铁碳合金的高温相。钢在高温时所形成的奥氏体,过冷到727以下时变成不稳定的过冷奥氏体。如以极大的冷却速度过冷到230以下,这时奥氏体中的碳原子已无扩散的可能,奥氏体将直接转变成一种含碳过饱和的α固溶体,称为马氏体。由于含碳量过饱和,引起马氏体强度和硬度提高、塑性降低,脆性增大。不锈钢的耐蚀性主要来源于铬。实验证明,只有含铬量超过12%时钢的耐蚀性能才会大大提高,因此,不锈钢中的含铬量一般均不低于12%。由于含铬量的提高,对钢的组织也有很大影响,当铬含量高而碳含量很少时,铬会使铁碳平衡,图上的Υ相区缩小,甚至消失,这种不锈钢为铁素体

    组织结构,加热时不发生相变,称为铁素体型不锈钢。当含铬量较低(但高于12%),碳含量较高,合金在从高温冷却时,极易形成马氏体,故称这类钢为马氏体型不锈钢。镍可以扩展Υ相区,使钢材具有奥氏体组织。如果镍含量足够多,使钢在室温下也具有奥氏体组织结构,则称这种钢为奥氏体型不锈钢。

    四、不锈钢在各领域的应用

    11960——1999年约40年间,西方国家的不锈钢产量从215万吨猛增到1728万吨,增加了约8倍,平均年增长率约为55%。不锈钢主要用于厨房、家电、运输、建筑、土木各领域。在厨房器具方面主要有水洗槽和电气、煤气热水器,家电产品主要有全自动洗衣机的滚筒。从节能和再循环等环保的观点看,不锈钢的需求有望进一步扩大。在运输领域主要有铁道车辆和汽车的排气系统,用于排气系统的不锈钢在每辆车中约为20-30kg,全世界的年需求约100万吨,这是不锈钢最大的应用领域。在建筑领域,最近的需求急剧增长,如:新加坡地铁车站的防护装置,使用了约5000吨的不锈钢外装饰材。再如日本1980年以后,用于建筑业的不锈钢增长了约4倍,主要用作屋顶、大楼内外装饰和结构材。80年代,在日本沿海地区使用304型无涂漆材作为屋顶材料,从防锈考虑,逐步转变为使用涂漆不锈钢。进入90年代,开发了具有高耐蚀性的20%以上高Cr铁素体系不锈钢,被用作屋顶材料,同时为了美观性,开发了各种表面精加工技术。在土木领域,日本的水坝吸水塔使用不锈钢。欧美的寒冷地区,为防止高速公路和桥梁的冻结需撒盐,这就加速了钢筋的腐蚀,所以使用不锈钢钢筋。在北美的道路中,近3年间约有40处采用了不锈钢钢筋,每处的使用量为200-1000吨,今后不锈钢在该领域的市场将有所作为。

    2.今后扩大不锈钢应用的关键是环保、长寿命和IT的普及。

    关于环保方面,首先从大气环保的观点看,用于抑制二恶英发生的高温垃圾焚烧装置、LNG发电装置和使用煤的高效发电装置的耐热、耐高温腐蚀不锈钢的需求将扩大。还有估计在21世纪初将投入实际应用的燃料电池汽车的电池壳也将使用不锈钢。从水质环保的观点看,在给水、排水处理装置中,具有优异耐蚀性的不锈钢也将扩大需求。关于长寿命,在欧洲已有的桥梁、高速公路、隧道等设施中,不锈钢的应用在增加,预计这种潮流将遍及全世界。还有日本一般住宅建筑的寿命特别短为20-30年,废材处理成为一大问题。最近以寿命达到100年为目标的建筑物开始出现,这样具有优异耐久性的材料需求将增长。从地球环保的观点看,长寿命在减少土木、建筑废材的同时,有必要从引入新概念的设计阶段探讨如何降低维修成本。关于 IT的普及,在IT的发展和普及过程中,功能材料在设备硬件方面起很大的作用,对高精密度、高功能材料的要求非常大。如:在手机和微机部件中,灵活应用了不锈钢的高强度、弹性和非磁性等特性,使得不锈钢的应用扩大。还有在半导体和各种基板的制造设备中,具有良好清洁度和耐久性的不锈钢发挥了重要作用。不锈钢具有多种其它金属没有的优异性能,是一种具有优异耐久性和再循环性的材料,今后对应时代的变化,不锈钢将广泛应用于各种领域。