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不锈钢在印染行业的常规应用
返回列表 来源: 发布日期: 2019.08.21

全面腐蚀、晶间腐蚀、应力腐蚀的等常见腐蚀发生的原因,不锈钢在印染行业的应用趋势,以及不锈钢加工企业对印染设备企业的配套解决方案,帮助印染设备制造企业对选择正确的不锈钢材料和降低不锈钢使用成本、提高设备综合耐蚀、美观、易清洗等综合要求。

20世纪初,“钝化理论”为开发工业不锈钢打下了坚实的理论基础,随后马氏体、奥氏体、铁素铁不锈钢相继发明,不锈钢进入了快速发展时期。最初的不锈钢印染机械大约产生于1927年,这些机械主要是绞盘染色机和绞砂染色机。不锈钢主要应用部件为染槽,染槽由不锈钢薄板制成,极大地提升了染槽的使用寿命。但是由于染剂种类的繁多和工艺的发展,开始出现各种应力腐蚀、缝隙腐蚀、电化腐蚀、点蚀等现象。不锈钢理论的完善使人们了解到通过添加各种元素以及采用适当的热处理可以改善不锈钢的使用性能,通过改善焊接工艺提高焊缝的质量,减少焊缝腐蚀。近年来,新型不锈钢进入人们的视野,耐蚀性铁素体、双相不锈钢替代传统的奥氏体不锈钢,可以有效防止应力腐蚀。

印染工业中最常用的不锈钢为316L、304钢种,其次为304L、321、316等,近几年新型铁素体443、444、双相钢2304、2205也得到一定范围的应用。钝化理论的核心是铬元素通过氧化形成致密的钝化膜保护层。印染行业中,铬元素含量要求在18%-30%之间。由于印染行业对不锈钢防腐性能要求高,因此经常使用添加其他元素的不锈钢,镍是稳定奥氏体元素,镍可将奥氏体应用范围扩大到低温区,镍还可以提高韧性和延展性,使之更易于加工、制造和焊接,增加抗酸的腐蚀能力,保护钝化膜的能力及在腐蚀介质中的抗腐蚀能力。钼元素可提高钝化膜的强度,增强耐局部腐蚀性,如点蚀、缝隙腐蚀特别是在卤盐或水中有氯离子的情况下。钼也可提高对氯化物应力腐蚀断裂的抵抗能力。利用固溶强化的方法,钼可提高奥氏体牌号的高温强度和马氏体牌号的抗回火能力。钛和铌能优先于碳和氮结合形成碳化物和氮化物,改善高温强度并阻止铬碳化物的形成,防止晶间腐蚀。铌可提高高温蠕变断裂强度。其典型的合金元素含量是8-12%的镍、1-3%的钼、为碳含量4-10倍的钛(铌)等。

一般情况下,不锈钢能够满足设备的使用寿命要求,但是在不同的使用条件下,不锈钢的适用性是不同的。因此,需要印染机械的制造人员分析不锈钢的应用环境并加以防范。

一、腐蚀类型及其原因

影响不锈钢发生各类腐蚀的原因及其最佳的预防方法叙述如下:

1.全面腐蚀

这种类型的腐蚀通常均匀地发生在与腐蚀性介质接触的整个金属表面。基本上是由于不锈钢的性能不足以抵抗化学溶液的腐蚀,通俗地讲,就是不锈钢的“牌号”不够。要想防止这样全面腐蚀,只能更换这种接触介质,但是对于一个成熟的工艺,这是不现实的。因此,一般都是使用较高“牌号“的不锈钢,顺序一般为304、304L、321、316、316L。

2、晶间腐蚀

这种形式的腐蚀最典型实例是焊接区晶间腐蚀。在金属焊接处开始破裂并呈龟裂纹样。

奥氏体在焊接中被加热到450-900°C时,晶间内的铬容易与碳一起沉淀出来形成碳化铬。由于碳和铬的亲和力很大,要占用含碳量17倍的铬形成碳化物,从而显著降低不锈钢的耐腐蚀性。为达到耐腐目的,必须控制不锈钢中的含碳量。随着不锈钢冶炼技术的提高,可控的碳含量越来越低,一般情况下,304、316的含碳量在0.08%以下;304L、316L的含量在0.03%以下。目前国内知名的不锈钢加工中心,可以实现对304L、316L的更精细检测,筛选出碳含量可达0.02%的材料,大幅度提升抗晶间腐蚀能力。另外也可以使用添加对碳的亲和力比铬更强的钛(铌)的不锈钢如321,以增强铬元素的稳定性,从而提高抗晶间腐蚀能力。

3、应力腐蚀裂纹

应力腐蚀裂纹在印染机械上并不常见,但是如果有一定的腐蚀性成分及适当的温度条件,那么在受到应力时或者残余的拉伸应力作用时,在不锈钢表面产生应力腐蚀开裂的风险就非常大了。原因之一是大部分高温设备的内表面在加工制造后尚有一些残余内应力。如果仅有拉伸应力而无压应力,那么随着应力的存在就会发生腐蚀裂纹。氯化物、烧碱溶液及硫酸钠、含有一定氯离子含量的自来水都是工业上常用的溶剂,也是不锈钢的常见“杀手”。不高于60°C的氯化钠溶液就足以在应力区域引起裂纹,而烧碱溶液中只需要20%的氢氧化钠溶液在130°C便可促使裂纹出现。

对于机械制造而言,特别是在压力容器上完全消除拉伸应力是不可能的。因此在实际操作过程中,控制临界温度是极其重要的,消除或不使用产生氯离子的高温印染助剂是防止应力腐蚀裂纹的重要措施。

这几年,双相钢的冶炼技术突飞猛进,具备了与奥氏体同样优秀的防腐特性,已经在印染行业中加以利用。由于双相钢具有优于奥氏体天然的强度高、应力低的特性,在某些环境下,应用双相钢可以大幅度减少应力腐蚀现象的发生,同时由于双相钢的强度较高可以降低材料的使用厚度。

4、点腐蚀

点腐蚀是在不锈钢材料与腐蚀介质直接接触的情况下,最为常见的腐蚀类型,因此也是印染机械中最为常见的腐蚀类型。它总是始于有氯元素存在的100°C以上温度中不锈钢钝化膜的细小破损。一旦在不锈钢表面形成点腐蚀,隔绝了氧与金属的接触,阻止了铬的再钝化。然后腐蚀就迅速扩散到不锈钢内部,点随之慢慢扩大,如果不加以控制,就是演变为全面腐蚀。

只要在130°C时,多达0.1克/升的氯化钠,点腐蚀就会在316不锈钢上发生。目前国内的在染布过程中仍然会添加较多的工业氯化钠,这成为印染设备寿命较短的重要原因之一。据笔者走访,国内采购的印染设备寿命一般为2-5年(核心部件损害),悬殊比较大,这个主要为设备使用环境不同所致。

5、缝隙腐蚀

缝隙腐蚀是由最初形成的缝隙所引起的。例如用螺栓将两片金属板栓接在一起,当接触到电解质溶液时,借助毛细管作用使电解质溶液吸附与两金属板之间,进而排斥了氧气。最后腐蚀发生在缝隙之间。如果电解质是氯化钠并被加热,那么腐蚀过程就会明显变快。因此,在设备设计时就要避免采用存在缝隙的联结方式。

6、电化腐蚀

当两种不用的金属接触在一起,并侵入电解质溶液中的时候,惰性较小的金属就成为阳极,惰性较大的金属成为阴极,而且阳极金属会不断产生离子移向阴极,使阳极金属本身被腐蚀。纺织印染

二、合理的选材

选择合理的材料不仅要考虑满足设备设计要求、成本控制,而且还要充分考虑环境保护、产业政策等。具体需考虑如下因素:

1、材料性能必须满足最终使用环境要求。这里面最主要的就是上面提高的各种腐蚀要求。这里不再赘述。着重说明的是,目前市场出现的200系列不锈钢由于没有磁性,被不少厂家误认为可以替代304使用,实际上市场上所谓的200系列不锈钢的防腐性能远不能和304相比,甚至还不如铁素体不锈钢430。相反,含碳量小于150PPM的高纯铁素铁可以部分替代常用的奥氏体不锈钢,以降低生产成本。实际上,不锈钢的防腐性能与是否有磁性没有任何关系。印染设备上不同的不锈钢应用部位所接触的介质并不相同,因此可以使用不同的材质,对于较恶劣的腐蚀介质部位如染槽,可以使用抗腐蚀性能更好的材料,对于接触空气介质或者普通水介质的部位,如水槽、箱体外侧板、外挡板等,使用常见的铁素体不锈钢即可。

2、 材料的焊接性能。目前不锈钢的焊接为当今的不锈钢应用难题之一,焊缝处往往是第一个被腐蚀的地方。焊接好坏与焊丝的选择、焊接处的洁净程度、焊接时保护气体的选择、焊接技术水平、焊接电流的大小控制等很多方面有关,这里就不赘述。在印染设备上,321(0Cr18Ni9Ti)为目前使用较多的材料之一,此材料添加的钛元素可以大大减少晶间腐蚀发生的几率,但是由于321碳含量较高且钛元素的不稳定性,实际上焊接质量很难控制,因此目前国外倾向于使用超低碳含量的304L(碳含量在150PPM~200PPM)来控制焊接质量。我们一定清楚知道,细微的腐蚀最终可能会引起全面腐蚀的发生。

3、在设计和制造过程中,要深入了解下游染布、染纱的工艺,设置包括清洗工艺,有针对性的使用材料,贵的不一定是就是最好的,关键是选择合适的。

三 设备维护

1、 钝化处理

在设备制造中,不锈钢表面难免会发生划伤现象,有时候也需要人工打磨,破坏原有的钝化层。大部分情况下,不锈钢能够自我修复,但是为了更好地形成致密均匀的氧化层,最好进行钝化处理。诸如稀硝酸这样的氧化剂,不仅可以促进钝性氧化膜的形成,而且有助于清除金属上的锈和其它沉积物,并可抑制点蚀和缝隙腐蚀的发展。各种崭新的不锈钢质印染设备在开始使用都可以用一份工业硝酸和十一份水混配面成的溶液,在40℃钝化处理 2小时。以后则应定期地再进行这种钝化处理。

2、 化学剂的选择

精心选择化学剂是十分必要的。应该尽可能地避免使用氯化物和强酸溶液,特别是像硫酸这样的非氧化性酸。有时也可采用小量的抑制剂,诸如硝酸、硝酸盐、铬酸盐和硫酸盐等等来消除或减少某些腐蚀性溶液的腐蚀性。例如以亚氯酸钠漂白时,可用硝酸钠作抑制剂。在这类情形下应征求有关的化学工程师的意见。

3、温度

无论所用的化学剂腐蚀性如何,这都是一个普遍的规律,即加工温度越高腐蚀的问题就越严重。长期高温下,也会导致热应力腐蚀的发生。

4、及时清洗

设备使用结束后,及时对不锈钢内壁进行清洗是非常重要的。有很多人认为,不锈钢具备天然的抗腐蚀能力,使用的材料决定设备的寿命。这个观点是错误的,暴露在普通空气中的一般奥氏体不锈钢寿命在10年以上,但是在印染行业的寿命的仅为2-5年之间,这充分说明维护的重要性。生产过程中的残留溶剂危害是很大的,一定要及时清洗,长期不用的设备则要进行吹干或者擦干,保持设备的清洁性。

为了保持不锈钢的易清洗性,很多设备制造厂商对不锈钢接触化学溶剂的一侧进行打磨,使表面光滑、表面粗糙度降低。此工艺一般要经过机械打磨、纱布或者羊毛毡细磨工序,最后用丝绸检验它的粗糙性。这种方法很可行,但是浪费人力、表面质量不均匀。目前国内出现了一种新的工艺,把制造容器的不锈钢热轧板直接进行油性油磨抛光,达到需要的粗糙度要求。最后只对焊接处进行人工打磨即可。使用这样工艺,不仅可以节约人力、缩短工时,而且方便后期清洗,提高设备的使用寿命。

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