钢铁腐蚀危害之氧化皮
赛化云防腐蚀技术总监 51防腐蚀论坛资深版主 张作华
防腐人都知道，钢铁氧化皮在涂装前必须彻底的清理掉，否则会影响钢铁使用寿命。有许多人认为，钢铁氧化皮自身是一种致密的保护膜，可以保护底层钢铁免于腐蚀，所以不需要清理。这种错误的理解直接导致后期腐蚀维护成本大大增加，甚至超过了清理去除氧化皮的费用；而且影响正常生产，带来安全隐患。 钢铁氧化皮不需要处理的错误理解，是防腐蚀设计人员和防腐蚀技术人员从施工成本因素考虑，被致密的保护膜表面现象所蒙蔽，没有真正的去认识钢铁氧化皮的产生，结构及组成，所以导致防腐蚀涂层使用不久产生爆皮，锈蚀，脱层等失效的严重后果。既然钢铁氧化皮不能保护底层钢铁，那么钢铁氧化皮到底是什么，致密的氧化皮对钢铁腐蚀危害从哪里产生的，所有这些知识点防腐人员必须要彻底弄清楚的，才能避免防腐涂层的失效。
钢铁冶炼主要是将铁矿石通过高炉设备加热熔化得到铁水，再将铁水注入模具内得到钢锭。钢锭经过初轧得到大钢坯，再次轧制得到小钢坯。小钢坯可以根据要求轧成钢板，型材等产品，钢铁氧化皮就是在高温轧制过程中产生的。
高温轧制过程就是将钢坯加热至1000℃以上进行轧制，在加热和轧制时使得钢铁表面持续处于高温环境下，此时铁会与空气中的氧气发生氧化反应，形成的一层氧化层，这种氧化层就是我们俗称的氧化皮。氧化皮结构成分主要有三层，其百分比占量为：最外层是致密的三氧化二铁（Fe2O3）占氧化皮厚度的10%；中间层是致密的大颗粒四氧化三铁（Fe3O4）占氧化皮厚度的50%；最内层由细小颗粒疏松的氧化铁（FeO）占40%左右。从占比分析可以看出，外层和中间层是致密的物质，有利于抵抗腐蚀介质的进入；但是最里层是疏松的物质，容易脱落，是氧化皮和涂层爆皮脱层的主要原因，另外氧化皮质脆，无延伸性，在机械加工或者热加工作用下，很容易产生龟裂现象，在原有的氧化皮上，总是存在着深达钢铁基体的裂纹，当外部介质进入裂纹后，铁和氧化皮构成原电池。氧化皮是阴极，铁作为阳极而加速腐蚀。因此，氧化皮的面积越大，钢铁基体的腐蚀速度越快，腐蚀程度愈严重。 钢铁氧化皮除了腐蚀危害外，还造成钢材的损失，其较高的硬度造成锻造成本变高，加速锻模的磨损，降低了使用寿命；也会对一些耐火砖起化学腐蚀，使得加热炉炉底过早损坏。因此钢铁氧化皮一定要彻底的清理干净，是因为最底层疏松的氧化铁（FeO）引起的爆皮，脱落造成涂层系统失效的缘故；而不是因为外层氧化皮致密性能具有一定的耐腐蚀性能而予以保留。只有彻底的清除钢铁氧化皮，才能使得涂料或者矿脂及其他的耐腐蚀材料对钢铁基体有效保护。从实践经验和诸多钢结构防腐蚀案例来看，氧化皮保留和彻底清理后的涂层使用寿命相差很大，二次维护成本也是天壤之别。总之，笔者认为除非临时性钢铁防腐可以保留钢铁氧化皮，其他任何钢铁防腐必须将氧化皮去除干净，并且符合国家有关钢铁表面处理的标准要求，以期提高防腐蚀涂层使用寿命和达到最佳的防腐蚀涂层耐蚀效果。
钢铁氧化皮处理方法有以下几种工艺，如酸洗，碱煮-酸洗，抛丸喷砂等。酸洗有两种方法，一种就是就是利用三酸（硫酸，硝酸，盐酸）按照一定比例配制而成的酸洗液，用这种这种酸洗液酸洗的方法可以顺利的去除钢铁表层氧化皮；一种就是硝酸加氢氟酸的混酸方法酸洗氧化皮。这两种酸洗方法去除氧化皮容易操作，速度快，但是不环保，毒性大，有过腐蚀现象产生，不适用于施工现场。碱煮-酸洗复合方法，就是先将钢铁碱煮，松动钢铁氧化皮，再用三酸酸洗方法去除氧化皮。碱煮方法虽然避免了单独酸洗造成的过腐蚀现象；但是依然具有不安全，不环保，不适用施工现场的缺陷。因此，抛丸和喷砂成为当下钢铁防腐蚀涂装前去除氧化皮的最适用的方法，在遵守环保要求的基础上，选择最佳的压力和坚硬有效的磨料，就可以非常干净彻底的清理掉氧化皮，而且能够带来理想的防腐涂料附着力所需的粗糙度。 通过对钢铁氧化皮腐蚀危害，以及去除氧化皮的几种工艺方法了解，就可以在防腐蚀施工中根据介质具体情况，通过抛丸或者喷砂方法的等级及涂层设计满足钢铁耐蚀年限要求。GB8923中对去除钢铁氧化皮做了具体规定要求，从Sa21/2到Sa3都要求必须清理干净氧化皮，笔者认为这是钢铁表面处理最高等级，也是对应配套防腐涂料实施长效防腐的等级限制，只有彻底去除氧化皮才能达到长效防腐的可能；而对于Sa2以下及St3以下可以保留牢固的氧化皮说法笔者认为没有什么科学性，是对资源浪费的消解。钢铁氧化皮最底层的40%FeO是一种疏松物质，很容易造成脱落，所谓的牢固只能是暂时性的附着，其膨胀系数与基体钢铁本来就不一致，保留其实已经认可腐蚀危害是允许存在的。当然一些不重要设施和临时防护可以执行这个规定，也就是说只能适合普通防腐的表面处理，属于低成本低寿命一般规定要求。 随着防腐蚀技术的飞速发展，表面处理已经出现免除锈涂料，作为借鉴，钢铁氧化皮可以免清理吗？笔者设想相关防腐蚀涂料研究部门能否研发出一种既可以保留氧化皮又能达到长效防腐的涂层材料，果能实现，将是钢铁表面处理的一次革命。
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[ 此帖被张作华在2022-08-15 11:49重新编辑 ]
