高賢申 曹燕秋 周立法

（森松集團(tuán)（中國），上海201323）

0 引言

ASME BPE（2012版）非強(qiáng)制性附錄E“鈍化評定程序”描述了不銹鋼表面鈍化處理的準(zhǔn)備和實(shí)施程序，包括特定系統(tǒng)從最初的水沖洗、化學(xué)清洗與脫脂、鈍化到最終沖洗以及生物工程的設(shè)備制造、安裝或改造。這些程序適用于316L不銹鋼及高合金鋼，程序規(guī)定了凡與生物工程、制藥及護(hù)膚化妝產(chǎn)品接觸的系統(tǒng)和元件表面的鈍化工藝評定的方法，還提供了鈍化程序和表面測試可用于不銹鋼表面的不同的鈍化方式。

1 鈍化處理目的

當(dāng)潔凈表面含氧時(shí)，不銹鋼合金表面鈍化或鈍化膜的形成是一種自然現(xiàn)象，鈍化膜的形成可能會因不銹鋼表面的化學(xué)處理而得到增強(qiáng)。

化學(xué)鈍化工藝準(zhǔn)備的先決條件是清洗程序。該程序包括所有去除表面污染物（油、脂等）的必要操作，以確保金屬的最強(qiáng)耐腐蝕性，防止產(chǎn)品污染，達(dá)到所要求的表面狀態(tài)。最終化學(xué)鈍化的目的是去掉合金表面的鐵離子或其他污染物，使合金處于最強(qiáng)的耐腐蝕狀態(tài)。

對標(biāo)準(zhǔn)中耐腐蝕性能較強(qiáng)的不銹鋼（如316L）進(jìn)行鈍化處理是最有益、最重要的。根據(jù)業(yè)主/用戶的選擇，鈍化可以用于減少鐵離子濃度和增強(qiáng)鉻含量。

在鈍化中，必須認(rèn)識到最好的鈍化處理或任何表面處理僅使合金在特定環(huán)境下處于最強(qiáng)耐腐蝕的狀態(tài)。換言之，合金材料具有固有的耐腐蝕極限，最好的鈍化處理也不能代替合金材料滿足某種場合所要求的更高的耐腐蝕性能。

1.1 為什么對金屬表面要進(jìn)行鈍化處理

盡管不銹鋼元件在安裝前是干凈的，鈍化膜是完整的，但是焊接過程中會破壞焊縫及熱影響區(qū)（HAZ）的鈍化膜。在鈍化膜中，鉻元素的含量通常高于鐵元素含量，當(dāng)金屬熔化時(shí)，鐵元素濃度提高，而鉻元素含量降低，這就擾亂了焊縫和熱影響區(qū)鉻、鐵和氧的元素分布。

如不去除在制作過程中由熱產(chǎn)生的氧化和污染（特別是鐵元素），這可能會降低耐腐蝕性。焊后鈍化可以去除游離鐵離子，有助于恢復(fù)鈍化層，但不能去除由熱引起的氧化顏色。去除熱氧化顏色需要采用比鈍化所用硝酸或檸檬酸更強(qiáng)的酸。因?yàn)殁g化通常僅僅用于已安裝的管道系統(tǒng)焊接完成后，焊接程序規(guī)定了減輕熱氧化形成的方法（參見ASME BPE MJ篇）。

制作、切割、彎曲等會產(chǎn)生污染物，會導(dǎo)致耐腐蝕性降低，如嵌入的鐵屑、熱印、焊條上的焊劑、電弧擊傷、油漆、記號等，暴露于碳鋼或鐵的環(huán)境中是特別有害的。通過去除污染物，特別是游離鐵，鈍化處理有助于把在制作期間受到損傷的不銹鋼恢復(fù)到原有鈍態(tài)。

1.2 何時(shí)必須進(jìn)行鈍化

必須進(jìn)行鈍化處理的情況有：（1）焊接和制作完成后，業(yè)主/用戶可能規(guī)定已焊元件在焊接后進(jìn)行電解拋光的元件需要鈍化處理；（2）新裝入系統(tǒng)的元件焊接完成后，需要鈍化處理。

2 鈍化程序（參見ASME BPE SF篇）

2.1 程序說明

進(jìn)行鈍化處理時(shí)應(yīng)該得到每一種鈍化方法中已經(jīng)焊接和未焊接的樣品元件或試樣，以證實(shí)該程序有能力滿足規(guī)定的特性，也就是說，可以滿足清潔度、表面化學(xué)性能和耐腐蝕性能要求。

用于評定元件和試樣鈍化的工藝應(yīng)該是可以復(fù)制使用于目標(biāo)系統(tǒng)的方法。

業(yè)主/用戶（或其代表）應(yīng)審查程序說明和工藝評定文件。業(yè)主/用戶應(yīng)負(fù)責(zé)審查用于其系統(tǒng)或元件的鈍化工藝是經(jīng)過評定合格的。

2.2 程序評定

鈍化處理應(yīng)制定每一種方法的鈍化程序。程序應(yīng)明確用于評定樣品有效去除鐵離子并滿足工藝評定試樣的最低表面要求（表1）的基本參數(shù)。

表1 鈍化工藝評定試樣的最低表面要求

鈍化程序評定至少應(yīng)包括下述內(nèi)容：

2.2.1 鈍化工藝說明

鈍化工藝說明至少應(yīng)描述鈍化工藝過程（表2），可作為純化實(shí)施指南使用：（1）預(yù)鈍化及鈍化準(zhǔn)備工作；（2）沖洗；（3）清洗；（4）鈍化；（5）最終沖洗；（6）檢查驗(yàn)收。

2.2.2 基本參數(shù)（樣品鈍化工藝條件下）

應(yīng)保持在規(guī)定的范圍內(nèi)的基本參數(shù)有：

（1）鈍化時(shí)間；（2）鈍化液溫度；（3）鈍化液的基本化學(xué)性能；（4）鈍化結(jié)束條件；（5）最終去離子沖洗水的電導(dǎo)性（即純化水沖洗）。

2.2.3 工藝評定試樣的測試

工藝評定試樣的測試有：（1）ESCA（化學(xué)分析的電子能譜法）通常是指XPS（X射線光電子能譜法），在焊縫和母材處測量，滿足表1的要求；（2）AES（俄歇電子光譜法），在焊縫和母材處測量，滿足表1的要求；（3）GD-OES（輝光放電電子光譜法），在焊縫和母材處測量，滿足表1的要求。

每種程序的評定方法必須有文件支持。上述所列基本參數(shù)的實(shí)際值和試樣測試結(jié)果應(yīng)該形成文件并作為評定程序的一部分予以保存。

2.3 程序文件要求

鈍化處理時(shí)應(yīng)編制和提供下述文件：（1）工藝說明；（2）基本參數(shù)；（3）每一種試樣評定時(shí)采用的測試方法：ESCA/XPS或AES或GD-OES。

表2 鈍化工藝過程描述匯總表

3 鈍化質(zhì)量控制

3.1 鈍化質(zhì)量控制的監(jiān)督

質(zhì)量控制監(jiān)督對確保書面的評定合格鈍化程序得到遵守是必須的?；瘜W(xué)處理后必須采用去離子水或業(yè)主/用戶準(zhǔn)予使用的水進(jìn)行徹底充分地沖洗。良好的工程慣例是沖洗至通過電導(dǎo)率分析來確定，確保鐵離子污染物、工藝化學(xué)物、副產(chǎn)品等已去除。

業(yè)主/用戶或其指定代表應(yīng)可得到并審查這些文件：（1）遵循了合格評定中的所有要求的書面文件規(guī)定；（2）最終沖洗應(yīng)該滿足預(yù)設(shè)的電導(dǎo)率（質(zhì)量）要求。

3.2 鈍化合格證明

鈍化處理應(yīng)提供每一個(gè)系統(tǒng)或成套設(shè)備的鈍化合格證明。合格證明應(yīng)包括，但不限于下述內(nèi)容：（1）用戶名稱；（2）系統(tǒng)或部件描述；（3）操作者名稱；（4）鈍化評定合格的方法；（5）鈍化工藝文件，如書面評定合格的鈍化程序、基本參數(shù)工藝過程控制文件、儀表檢定記錄、所有采用化學(xué)物品的分析證書、工藝測試和驗(yàn)證；（6）鈍化后驗(yàn)收的方法。

4 清潔和鈍化后金屬表面的質(zhì)量評價(jià)

4.1 鈍化處理后金屬表面的4種檢查方法

鈍化處理可采用總體檢查、精確檢查、電化學(xué)測試以及化學(xué)分析測試等方法進(jìn)行檢查。

沒有萬能的驗(yàn)收試驗(yàn)可以確保元件或系統(tǒng)已經(jīng)進(jìn)行了鈍化處理或處于鈍態(tài)。如果系統(tǒng)/元件得到合適的化學(xué)鈍化處理，過程中產(chǎn)生的文件（上述已列出）必須確保元件或系統(tǒng)已經(jīng)完成了規(guī)定的處理。作為給業(yè)主/用戶和其他相關(guān)方的指導(dǎo)，現(xiàn)編制了已清洗和/或鈍化后金屬表面狀況評價(jià)表（表3），以幫助確定按照特定的清洗或化學(xué)鈍化程序得到可接受的表面質(zhì)量。

表3 已清洗和/或經(jīng)鈍化后金屬表面狀況評價(jià)表（4種檢查方法）

續(xù)表

續(xù)表

4.2 經(jīng)清洗或鈍化后與物料接觸表面的驗(yàn)收準(zhǔn)則

表3可用于指導(dǎo)已清洗的和/或鈍化的元件或系統(tǒng)驗(yàn)收準(zhǔn)則，是一張測試方法的簡化表，業(yè)主/用戶可用于選擇測試方法或便于理解測試公司提供的測試方案。

表3中的4種測試方式可分成以下幾組：（1）按照ASTM A380/A967進(jìn)行的總體檢查（通過/失?。唬?）按照ASTM A380/A967進(jìn)行的精確檢查（通過/失?。唬?）電化學(xué)現(xiàn)場和試驗(yàn)臺測試；（4）表面化學(xué)分析測試。

表3中第1組和第2組反映了ASTM A380和ASTM A967這2個(gè)主要章節(jié)的內(nèi)容。這些方法中最顯而易見的檢測方式是目視檢測，檢驗(yàn)員應(yīng)檢查潔凈表面有無氧化皮、皺皮、焊接氧化色/熱痕、污點(diǎn)、臟物、油類、脂類或任何阻礙鈍化液接觸金屬表面的沉積物。

從ASTM A967得到的測試結(jié)果不包括鈍化，都是基于目視檢測，游離鐵出現(xiàn)污斑或氧化顏色變化，測試結(jié)果是主觀的、不定量的。但是，有些場合需要主觀和定量結(jié)果。目視檢驗(yàn)驗(yàn)收準(zhǔn)則見ASTM A380和ASTM A967。

表3中第3組和第4組反映了2種清晰的定量測試方法。這些測試均不包含在ASTM標(biāo)準(zhǔn)中，這些方法在于為對已鈍化表面提供更多的定量分析方法。表3中第3組電化學(xué)現(xiàn)場和試驗(yàn)臺測試，除環(huán)極化測量外，均適合于現(xiàn)場檢測，譬如已安裝管道系統(tǒng)的鈍化后檢測及已鈍化的焊接表面檢測。

如果使用的鈍化方法得當(dāng)，316L不銹鋼表面經(jīng)鈍化后，能顯著地增加鉻鐵比（Cr/Fe）?；瘜W(xué)鈍化處理后，鈍化層性能提高程度檢測的方法是通過AES、GD-OES或ESCA確定Cr/Fe比，然而該程序不易用于現(xiàn)場，但編制鈍化程序仍是有益的。

無論何種測試方法，Cr/Fe比應(yīng)該在1.0或大于1.0，因?yàn)榫炔煌?，不能期望不同的測試方法有相同的結(jié)果。表3中第4組的表面化學(xué)分析測試包含了對不銹鋼表面鈍化層厚度和化學(xué)狀態(tài)進(jìn)行評價(jià)的方法。環(huán)極化測量（表3中第3組）也可用于鈍化水平的定量評價(jià)。環(huán)極化測量及第4組（表3）中的方法也可用于隨系統(tǒng)放置一同進(jìn)行鈍化處理的產(chǎn)品試樣。

4.3 驗(yàn)收檢查準(zhǔn)則附表

經(jīng)清洗或鈍化后與物料接觸表面的驗(yàn)收準(zhǔn)則（表4）。

表4 與產(chǎn)品接觸鈍化金屬材料表面質(zhì)量驗(yàn)收準(zhǔn)則

5 結(jié)語

依據(jù)ASME BPE附錄E的內(nèi)容，本文對不銹鋼制品（設(shè)備與系統(tǒng)裝置）的鈍化處理作了介紹與解讀。側(cè)重點(diǎn)放在對鈍化工藝的描述與驗(yàn)收檢測，供制藥企業(yè)、設(shè)備制造企業(yè)和生物工程安裝企業(yè)的工程技術(shù)人員參考，以期使我們的設(shè)計(jì)與制造標(biāo)準(zhǔn)與國際使用的標(biāo)準(zhǔn)一致，為中國制藥裝備走向國際市場打下良好的基礎(chǔ)。

［1］ ASME BPE［S］

［2］ Nonmandatory appendixE［S］

［3］ Passivation procedure qualification［S］