Після гарячої або холодної деформації і термічної обробки нержавіючі стали часто піддають травленню. Піскоструминну обробку прагнуть виключити з-за поверхневого наклепу (зміцнення); крім того, при піскоструминному очищенню з труднощами видаляються залишки окалини. Це створює необхідність застосування хімічного травлення. Однак ця операція пов'язана з особливими труднощами через присутність оксидів хрому, що утворюють щільну і міцну окалину.
1. Кислотне травлення
Застосовують травильні ванни двох типів: або водні розчини кислот, або розплавлені луги; з електролізом або без електролізу. Зазвичай кислотне травлення полягає в послідовній обробці в двох ваннах, одна з яких сернокислотная, а інша азотнокіслотная з невеликою добавкою плавикової кислоти. Зазвичай застосовують наступний спосіб.
Перша стадія - роз'їдання окалини, в 10-12% (за обсягом) кислотною ванні або в суміші сірчаної і соляної кислот, що містить 6-8% (за обсягом) сірчаної кислоти і 2-4% концентрованої соляної кислоти. Температура ванни підтримується в інтервалі 60-80 °. Тривалість перебування у ванні залежить від характеру окисного шару; для сталей типу 18-8, оброблених в печах з нерегульованою атмосферою, тривалість травлення становить 20-40 хв .; вона може бути скорочена до 10-15 хв. якщо проводити термічну обробку в контрольованій атмосфері. Необхідно контролювати сталість складу кислотною ванни і, особливо, ванни з суміші соляної та сірчаної кислот, так як ці розчини можуть викликати точкову корозію, коли ванна виснажується.
Після ретельного промивання водою слід занурення на 8-15 хв. в азотно-кислотну ванну, що містить 10-20%
При травленні в двох ваннах, в сіркокислу ванну часто додають 2-4% хлористого натрію або 5% сірчанокислого заліза; в цьому випадку тривалість травлення може бути знижена до 10-15 хв.
Відзначимо, нарешті, що іноді суміш азотної кислоти з плавиковою замінюють розчином, що містить 1,5-2% плавикової кислоти і 6-7% безводного сірчанокислого заліза при температурі 50-70 °. Ванна цього складу не утворює шкідливих для здоров'я парів.
Необхідно відзначити, що результати травлення залежать від стану окалини. При описі термічної обробки було зазначено на переваги нагріву в окислювальних середовищах, так як товста окісна плівка менш щільно пристає і легше руйнується при травленні в кислотних ваннах. Має значення і стан поверхні металу перед термічною обробкою, зокрема, при гомогенізації металу, покритого окалиною після кування, жіріваніе поверхні. Слід звернути увагу на безпосереднє травлення, міцність зчеплення окисної плівки з основним металом збільшується.
Спосіб травлення вибирають в залежності від складу і структури окисної плівки і, отже, в залежності від умов обробки.
Про характер плівки можна судити за зовнішнім виглядом окалини; наприклад, зелена окісна плівка, багата оксидами хрому, завжди важко протравливается.
У крайніх випадках, коли окісна плівка видаляється з великими труднощами, необхідно доповнити хімічне травлення механічним очищенням. Цю операцію зазвичай проводять після кислотною обробки, перед азотнокіслотной ванній.
Одним із способів кислотного травлення є електролітичне травлення.
В процесі обробки через кислотну ванну пропускають електричний струм, змінний або постійний, причому метал, що піддається травленню, грає роль або анода, або катода. Мабуть, електричний струм надає головним чином механічний вплив: виділення газоподібного кисню або водню полегшує відділення окисної плівки.
2. Лужне травлення
При лужному травленні метал обробляють розплавленої каустичною содою, яка роз'їдає окисну плівку, не зачіпаючи метал. Підвищена температура полегшує роз'їдання окисної плівки і дозволяє отримувати чисту повер-ність; цього іноді сприяє різка гарт у воді. Однак ніколи не вдається отримати абсолютно блискучу поверхню; на металі залишається плівка, що складається з нижчих оксидів хрому і майже повністю відновлених оксидів заліза і нікелю. У подібних випадках в якості остаточної обробки рекомендується звичайне кислотне травлення, наприклад, в азотнокіслотной ванні, але дуже короткочасне.
Розглянемо три способи лужного травлення.
1. Метал витримують у ванні з каустичної соди, що містить 20-40% нітрату натрію, нагрітого до 450-500 °. Зазвичай травлення триває 15 хв. причому при обробці аустенітної сталі 18-8 уникають підвищувати температуру вище 450 ° через небезпеку виникнення сприйнятливості до межкрі-сталлітной корозії.
Після травлення в лужному ванні метал занурюють в холодну воду, а потім в звичайну травильну ванну, скоротивши до 3-5 хв. тривалість витримки в кислотною (замість 15-20 хв.) і до 5-10 хв. (Замість 8-15) в азотнокіслотной ваннах.
2. Можна застосовувати цей же спосіб, пропускаючи одночасно електричний струм. В англійському патенті 1936 р рекомендується застосування щільності струму порядку 11 а1дм 2 при тривалості занурення від 10 до 15 сек. причому метал є катодом. Така швидкість травлення обумовлена електролізом, каустичної соди з виділенням на катоді натрію і водню, які відновлюють оксиди. На поверхні утворюється шар відновленого металу. Таке травлення дає можливість отримати більш чисту і однорідну поверхню, повністю знежирену; при цьому, травитель не вплине на основний метал. Для електролітичної ванни застосовують чисту каустичну соду, а іноді каустичну соду з добавкою нітрату натрію або хлористого кальцію. Цей спосіб широко застосовують для травлення дроту, стрижнів і стрічок.
3. Понт де Немур, використовуючи відновне дію натрію і водню, запропонував спосіб травлення гідридами натрію. Деталі нагрівають до 370-380 ° в розплавленої ванні з каустичної соди, що містить 1-2% гідриду натрію. Останній утворюється при впливі водню на розплавлений натрій. У розплавлену соду занурюють металеву коробочку без дна, закриту зверху кришкою з отвором, через яке вводиться натрій. Натрій розплавляється і тримається на поверхні ванни. Через натрій пропускають струмінь водню; утворюється гідрид, дифундує в ванну. Водень може бути замінений дисоційованому аміаком. Таким чином можна легко домогтися змісту гідриду натрію порядку 1-2%.
При тривалості занурення від 5 до 15 хв. здійснюється хороше травлення нержавіючих сталей, повніше, ніж в одній каустичної соді. Після травлення досить звичайного прання водою, проте рекомендується додатково занурити деталі в звичайну травильну або азотнокіслотную ванну. Собівартість такого травлення трохи вище, ніж при кислотному травленні, але цей спосіб має ряд переваг, зокрема, основний метал майже не взаємодіє з труїте-лем і втрати його малі. Інша перевага полягає в більш низькій температурі процесу в порівнянні з травленням в каустичної соді.
Незалежно від способу травлення, щоб отримати задовільні результати, необхідно прийняти ряд заходів. Має значення, наприклад, питання про підготовку поверхні металу перед травленням, зокрема, склад окисної плівки і умови нагріву в процесі термічної обробки, а також знежирення поверхні. Слід звернути увагу на безпосереднє травлення.
1. Необхідно пам'ятати, що деякі кислотні ванни, особливо азотнокіслотние з добавкою плавикової кислот створюють небезпеку міжкристалітної корозії, особливо якщо метал придбав сприйнятливість до цього виду корозії в результаті попередньої витримки в небезпечному температурному інтервалі. Тому ніколи не слід обробляти в подібних ваннах стали, сприйнятливі до корозії; нестабілізовані стали необхідно попередньо піддавати термічній обробці при 1050-1100 ° з наступним швидким охолодженням.
4. Нарешті, не можна нехтувати звичайними запобіжними заходами при будь-якому травленні: необхідно повністю видаляти сліди кислоти промиванням у гарячій воді або нейтралізацією в слабощелочной ванні; контролювати склад ванни і її температуру.
Для 'сталей типу 18-8 часто рекомендують обробку, яка називається "пасивацією". Цією обробці піддають готову продукцію: листи, труби, дріт. Обробка полягає в зануренні на 20-40 хв. в розчин досить концентрованої (25-50%) азотної кислоти, при температурі 50-60 °. Обробка сприятливо впливає на подальшу стійкість проти корозії. Причини цього впливу ще повністю не з'ясовані. Припускають, що це пов'язано з дійсною пасивацією, т. Е. З утворенням на металі захисної плівки окису хрому. Але найімовірніше ця обробка викликає розчинення частинок, які залишаються після травлення і, головним чином, частинок металевого заліза (наприклад, слідів інструментів, пив і т. Д.). Доказом справедливості цієї гіпотези може служити той факт, що обробка соляною кислотою надає таке ж сприятливий вплив, як і азотної, хоча в цьому випадку пассивации немає.
Таким чином, стан поверхні істотно впливає на корозійну стійкість нержавіючих сталей. Причиною корозії може бути будь-яке забруднення поверхні хімічно активними частинками (зокрема, залізними тирсою), залишками окалини, які також сприяють появі іржі.
Необхідно звернути увагу на шкідливий вплив, яке може надати піскоструминна обробка; якщо після неї не виробляти ретельного травлення.
Обробка піском не тільки не видаляє повністю окалини, а й вдавлює частки її в метал. Ця окалина може мати складну структуру, що складається з вищих оксидів зовні і неокислених металевих частинок на кордоні з металом.
Наявність частинок окалини на поверхні металу небезпечно і шкідливо для подальшого використання нержавіючої сталі. Наприклад, деталі зі сталі типу 18-8, оброблені пескоструем і не піддані подальшого травленню, через деякий час опинилися покритими шаром іржі. Природно, що небезпека корозії стає ще більш значною, якщо замість обробки піском очищення виробляють свинцевим дробом; в цих випадках до залишків окалини додаються частки свинцевого дробу. Тому обробка дробом не рекомендується або у всякому разі неминуче після такої обробки потрібно кислотне травлення і заключна "пассивация" в сильній кислоті, переважно в азотної.
Вибір матеріалу для кислотних ванн являє .довольно складну задачу. Для сірчанокислотних ванн можна застосувати керамічні чани або чани зі спеціального осклованих цегли, дерев'яні або бетонні, покриті свинцем, або асфальтової масою. Крім того, застосовують деякі похідні гуми, наприклад, "вулканіт", а також деякі нержавіючі сталі типу 20-25-4.
Для ванн, що містять азотну кислоту з добавкою плавикової або соляної кислоти можна застосувати ті ж матеріали, за винятком освінцованних чанів і всіх керамічних матеріалів на основі кремнію, які роз'їдають плави-Кобой кислотою.
Для лужних ванн можна застосувати сталь, але при цьому потрібно врахувати можливість електролізу в місцях найбільш близьких до анода.
Залежно від характеру кислоти, її концентрації і тим-ператури можна застосовувати нержавіючі стали типу 18-8 + Мо або 20-25-4 для виготовлення різних пристосувань, корзин, прокладок і т. Д.