Пассивация нержавеющей стали: зачем после мехобработки и сварки, травление или пассивация, ASTM A967 и контроль

Пассивная плёнка и почему она ломается

Коррозионную стойкость нержавеющей стали обеспечивает не сам металл, а тонкая прозрачная оксидная плёнка, богатая хромом. По Euro Inox она образуется самопроизвольно и мгновенно на чистой поверхности, если к ней поступает достаточно кислорода, и восстанавливается после царапин и мехобработки. По определению EN 10088-1, которое приводит Euro Inox, нержавеющая сталь содержит не менее 10,5 % хрома.

Плёнка не работает там, где кислорода мало: в щелях, плотных стыках, острых внутренних углах и в недоваренных или плохо зачищенных швах. Там поверхность переходит в активное состояние, и начинается местная коррозия — щелевая или питтинговая. Марки и их стойкость — в статье «Нержавеющая сталь: 12Х18Н10Т, AISI 304, 316L и 430».

Что портит поверхность после мехобработки и сварки

IMOA перечисляет, что делает изготовление: загрязняет поверхность свободным железом и оксидами, повреждает пассивную плёнку за счёт обеднения хромом и оставляет механические дефекты — грубые риски шлифования, подрезы, брызги.

• Свободное железо. ASTM A967 относит к нему частицы от инструмента и оснастки, следы стального инструмента, остатки солей железа из травильных растворов, железную пыль, вдавленное железо и оксид железа. Euro Inox называет типичные источники: инструмент, опоры, стропы и цепи из углеродистой стали без очистки и резку нержавейки в одном цехе с чёрным металлом. Частицы ржавеют и выглядят как коррозия самой нержавейки.
• Побежалость. Это утолщённая оксидная плёнка — цвета от соломенного до синего. По Euro Inox хром окисляется охотнее железа и уходит в оксид, поэтому слой металла под ним обеднён хромом и хуже сопротивляется коррозии.
• Масло и СОЖ. Органические загрязнения мешают кислоте смочить поверхность, и пассивация проходит пятнами.

Сложные механически обработанные детали Euro Inox выделяет отдельно: в глубоких полостях кислород поступает медленно, пассивация идёт дольше, и деталь, сразу пущенная в работу, может заржаветь. Для них кислотная пассивация оправданна.

Травление, пассивация, электрополировка

Три операции часто путают, а в заказе это приводит к неверному результату.

Главное из Euro Inox: азотная кислота сталь только пассивирует и не травит. Поэтому побежалость пассивацией не убрать — нужно травление, или механическая зачистка с последующей обработкой азотной кислотой. IMOA добавляет: если деталь травят, отдельная пассивация обычно не нужна — травление само оставляет хорошо пассивированную матово-серую поверхность. Карта 14 ГОСТ 9.305-84 для травления 12Х18Н10Т в растворах с плавиковой кислотой прямо указывает: после обработки пассивирование не проводят.

Перед любой кислотной обработкой поверхность обезжиривают: Euro Inox предупреждает, что по грязной поверхности травление получается пятнистым.

Растворы: азотная и лимонная кислота

ASTM A967 определяет несколько видов химической пассивации: погружение в растворы азотной кислоты, погружение в раствор лимонной кислоты и электрохимическую обработку. Конкретные составы и режимы задаются номером метода в тексте стандарта, поэтому в заказе пишут не «пассивировать по A967», а метод целиком. После извлечения из раствора детали сразу промывают, с нейтрализацией или без неё. На пассивированной поверхности не должно быть следов травления, питтинга и матовых пятен.

Ориентиры по режимам:

• IMOA: азотнокислая пассивация — обычно водный раствор 20–45 % (по объёму) азотной кислоты, выдержка около 30 мин при 20–30 °C, затем промывка водой.
• ГОСТ 9.305-84, карта 80: для 12Х18Н10Т — азотная кислота 280–500 г/дм³, 45–55 °C, 15–20 мин; допускается 20 °C с выдержкой до 60 мин. Обработку не применяют для узлов с паяными швами, детали без последующего промасливания после промывки нейтрализуют. Для мартенситной 20Х13 в той же карте свои составы, в том числе с добавкой бихромата.
• Лимонная кислота: по IMOA её часто выбирают там, где азотная кислота нежелательна по технике безопасности и экологии; аммонийные цитратные составы лучше удаляют поверхностное железо.

По ГОСТ 9.306-85 пассивирование обозначают «Хим.Пас», например Хим.Пас.гфж — с гидрофобизированием. ГОСТ 9.303-84 допускает Хим.Пас на коррозионно-стойкой стали для групп условий эксплуатации 1–4, на высоколегированных сталях в группах 5–8 — если отдельные очаги коррозии не влияют на работу изделия. По ГОСТ 9.301-86 толщину такого покрытия не нормируют, а цвет должен соответствовать цвету металла; радужные оттенки у сварных швов браком не считаются.

Пасты и гели для сварных швов

Небольшие участки и зону шва травят пастой или гелем, наносимыми кистью, или электрохимически — это можно делать на месте монтажа. Большие изделия лучше травить в ванне: Euro Inox отмечает, что погружение обрабатывает все поверхности равномерно и безопаснее, потому что выполняется на специализированном участке. Для трубопроводов применяют циркуляционное травление.

Подробно о защите корня шва и побежалости при сварке — в статье «Сварка нержавеющей стали».

Контроль: тест на свободное железо

ASTM A967 проверяет результат качественными тестами, в первую очередь на удаление свободного железа:

• A — погружение в воду; B — влажная камера; C — соляной туман;
• D — медный купорос: на участках со свободным железом осаждается медь;
• E — раствор железосинеродистого калия с азотной кислотой (ферроксил-тест);
• F — влажная ткань; G — погружение в кипящую воду.

Euro Inox выделяет ферроксил-тест как чувствительный: он показывает и свободное железо, и оксид железа, процедура описана в ASTM A380. Тесты на ржавые пятна после выдержки в воде или влажности проще, но показывают загрязнение только после появления ржавчины. Какой тест применять и на скольких деталях, заказчик указывает заранее.

Безопасность

• Азотная и плавиковая кислоты требуют защитных очков, перчаток и спецодежды. IMOA особо предупреждает о плавиковой кислоте: она проникает через кожу и может вызвать тяжёлые долгосрочные поражения и даже смерть.
• Отработанные травильные и промывные растворы утилизируют по действующим экологическим требованиям.
• Распыление кислот на месте монтажа доверяют специалистам с оборудованием для сбора и нейтрализации стоков.
• Плавиковые смеси не применяют там, где нужна только очистка от железа: Euro Inox предупреждает о риске недопустимого растравливания поверхности.

Что написать в заявке

ASTM A380 предупреждает, что слово «пассивация» понимают по-разному, и заказчику может понадобиться точно определить, что он имеет в виду. Поэтому в заявке указывают:

1. Марку стали по ГОСТ и аналог AISI/EN — подобрать аналог поможет конвертер марок стали.
2. Операцию: травление, пассивация, электрополировка или их сочетание.
3. Стандарт и метод: ASTM A967 с номером метода, ГОСТ 9.305-84 с картой и составом или обозначение Хим.Пас по ГОСТ 9.306-85.
4. Зоны: вся деталь, только швы, внутренние полости, обратная сторона шва.
5. Наличие паяных швов, резьб, узлов из разнородных металлов.
6. Контроль: тест по ASTM A967, объём выборки, внешний вид — лучше по согласованному образцу поверхности, как советует Euro Inox.