1．表面預(yù)處理的重要性
表面預(yù)處理的目的是使待涂表面達(dá)到選定涂料所要求的除銹質(zhì)量和粗糙度，確保待涂表面與覆蓋層之間良好的附著力。表面預(yù)處理的方法和指標(biāo)由覆蓋層的種類決定。表面預(yù)處理的實(shí)施部門(mén)必須具備相關(guān)的設(shè)備及技術(shù)操作人員，所有的表面預(yù)處理應(yīng)有專門(mén)的技術(shù)監(jiān)督和檢驗(yàn)。
為了正確了解表面預(yù)處理，首先應(yīng)對(duì)影響其過(guò)程的因素有個(gè)完整的認(rèn)識(shí)，圖5—1列出了影響噴射除銹質(zhì)量各種因素的體系圖。粗線垂直箭頭把噴射對(duì)象與噴射目的聯(lián)系起來(lái)。與粗箭頭左右相連的箭頭，說(shuō)明達(dá)到預(yù)期目的而發(fā)生作用的因素。根據(jù)被噴射工件的特性、種類和尺寸，以及噴射后預(yù)期達(dá)到的目的來(lái)選擇噴射方法、磨料和傳送磨料的載體等。由于涉及到的影響因素很多，因此應(yīng)很慎重。
在管道防腐層的施工作業(yè)中，有“三分材料七分施工”之說(shuō)，可見(jiàn)施工的重要性，面在施工程序中鋼管的表面預(yù)處理(最基本的為“除銹”)，又是重中之重，其質(zhì)量直接關(guān)系到覆蓋層的質(zhì)量和壽命。在一些文獻(xiàn)中有這樣的統(tǒng)計(jì)，說(shuō)明表面處理是影響覆蓋層壽命諸多因素中最重要的因素，見(jiàn)表5-1。
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| 影響因素 | 影響程度/% | 影響因素 | 影響程度/% |
| 表面處理質(zhì)量 | 49．5 | 涂料種類 | 4．9 |
| 膜厚(涂裝道數(shù)) | 19．1 | 其它因素 | 26．5 |
通過(guò)對(duì)覆蓋層的造價(jià)分析，一般表面處理的費(fèi)用約占50％。減阻內(nèi)涂的覆蓋層膜層薄，涂覆次數(shù)少，涂料用量小，因此表面處理的費(fèi)用比例更高，約為70％。所以在減阻內(nèi)涂的工序設(shè)計(jì)和施工作業(yè)中要特別重視表面預(yù)處理的質(zhì)量。
2．影響覆蓋層質(zhì)量的主要因素
2．1 氧化皮的影響
鋼管表面在軋制和焊接的高溫條件下，自然生成一層氧化皮，其主要成分是鐵的氧化物的混合體，從結(jié)構(gòu)上看大體為三層，最外層為Fe3O4或Fe2O3，中間層為FcO和Fe3O4，靠近鋼表面的是FeO(如圖5-2所示)[3]。
在外界環(huán)境條件的作用下，如溫度、濕度、外力、氧和鹽等，這些氧化皮會(huì)開(kāi)裂、剝離、松動(dòng)，若除不凈，它將會(huì)對(duì)覆蓋層有三個(gè)主要的破壞作用：一是氧化皮的電極電位比鋼材正0．26V，使氧化皮脫落和裂縫處暴露的鋼材表面成為原電池的陽(yáng)極而遭受腐蝕；其次是氧化皮的裂縫處易凝結(jié)水汽，若有SO2溶于其中則可生成硫酸亞鐵，增加電解質(zhì)的導(dǎo)電性，促進(jìn)腐蝕作用；第二是沒(méi)有除掉的但已松動(dòng)的氧化皮，當(dāng)管道溫度波動(dòng)較大時(shí)，它可能完全脫落并隆起，使覆蓋層破裂和剝離。
2．2 表面污物的影響
這里所說(shuō)的污物是指鋼管表面未除凈的銹蝕產(chǎn)物及灰塵等，還應(yīng)包括表面處理后鋼管表面未清理干凈的殘留物顆粒和表面處理后未能在規(guī)定時(shí)間內(nèi)涂覆而產(chǎn)生的新銹，由于它們的存在，妨礙獲得平滑均勻覆蓋層，削弱其與基體的附著力，使得涂料不能與鋼表面直接接觸，造成涂料的附著力降低，影響覆蓋層的使用壽命。
2．3 可溶性鹽的影響
當(dāng)覆蓋層下的鋼表面有可溶性鹽存在時(shí)，由于覆蓋層的內(nèi)外滲透壓不同，在空氣中水分作用下將透過(guò)覆蓋層到達(dá)鋼的表面，與可溶性鹽結(jié)合造成鋼表面的腐蝕而剝離覆蓋層。這其中氯化物是最主要的可溶鹽，因其滲透能力最強(qiáng)，故在Q／SYXQ11《西氣東輸管道內(nèi)壁減阻覆蓋層補(bǔ)充技術(shù)條件》標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)它有明確的規(guī)定，尤其是海運(yùn)的鋼管及在沿海存放一段時(shí)間的鋼管，更應(yīng)強(qiáng)調(diào)這一點(diǎn)。
2．4 粗糙度的影響
覆蓋層與鋼管表面的附著力是由涂料分子中極性基團(tuán)和金屬表面分子間的相互吸引所決定的，除物理作用(色散力、誘導(dǎo)力和取向力)外，主要是機(jī)械作用。鋼管表面在經(jīng)過(guò)噴(拋)射磨料處理后，表面粗糙度明顯增大，甚至可增加20倍金屬表面積[3]。隨著粗糙度的增大，表面積顯著增加，覆蓋層與鋼管表面的附著力則相應(yīng)增加。當(dāng)噴(拋)出的磨料具有棱角時(shí)，經(jīng)它處理過(guò)的金屬表面不僅增加了表面積，還會(huì)給覆蓋層的附著提供一個(gè)合適的表面化幾何形狀，從而利于分子吸引和機(jī)械的錨固作用。
不過(guò)不合理的表面粗糙度也會(huì)對(duì)覆蓋層造成負(fù)面影響，如粗糙度過(guò)大，要填平錨紋的“波谷”所需的涂料的量也隨之增大，太深的波谷還容易造成氣泡，直接影響覆蓋層的質(zhì)量。另外，當(dāng)覆蓋層較薄時(shí)，波峰的尖端容易露出表面，破壞覆蓋層的完整性，導(dǎo)致點(diǎn)腐蝕的發(fā)生。
對(duì)于減阻內(nèi)涂覆蓋層，鋼管內(nèi)壁的表面粗糙度應(yīng)有所要求，通常為表面處理后30～50μm。表面粗糙度大小取決于磨料的粒度、形狀、材料、噴射的速度、作用時(shí)間等工藝參數(shù)，其中磨料的粒度對(duì)粗糙度影響最大，表5-2給出了美國(guó)鋼結(jié)構(gòu)涂裝協(xié)會(huì)(SSPC)對(duì)磨料與粗糙度的對(duì)應(yīng)關(guān)系的推薦養(yǎng)值。
表面處理的方法較多，對(duì)于管道最為合理的是通常采用的噴(拋)射法，這是因?yàn)槟チ厦土易矒?，可使材料的疲勞?qiáng)度提高約80％；表面硬度也有不同程度的提高；還能消除焊縫處的內(nèi)應(yīng)力，使鋼材的抗腐蝕能力明顯提高[3]。
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| 磨料種類 | 最在粒度/mm(NIST標(biāo)準(zhǔn)) | 表面粗糙度/μm | |
| 最大值 | 平均值 | ||
| 鋼質(zhì)磨料 鋼丸S230 鋼丸S280 鋼丸S330 鋼丸S390 鋼砂G50 鋼砂G40 鋼砂G25 鋼砂G14 | 0．60～0．71 0．71～0．81 0．81～0．97 0．97～1．20 0．31～0．40 0．40～0．73 0．73～0．97 1．46～1．7 | 75±5 89±7．5 96±10 116±12．5 56±7．5 86±10 116±12．5 165±20 | 55±7．5 63±10 71±12．5 88±17．5 40±7．5 60±12．5 78±17．5 129±22．5 |
| 礦物質(zhì)磨料 燧石丸 硅砂 爐渣 爐渣 重礦砂 | 中細(xì) 中粗 中粗 粗 中細(xì) | 89±10 10±112．5 116±12．5 152±17．5 86±10 | 68±10 73±10 78±12．5 93±71．5 66±10 |
注：1．表中所指的某種磨料產(chǎn)生的錨紋深度指該磨料在循環(huán)磨料噴射機(jī)器中，已成為穩(wěn)定的混合磨料時(shí)由混合磨料產(chǎn)生的錨紋深度。如果用新磨料則錨紋深度將會(huì)明顯增加；
2．表中鋼丸的硬度為HRC40～50，鋼砂的硬度為HRC55～60。
3．塞面處理的基本要求
鋼管的表面處理通常要按技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求，工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家都先后制訂了自己的除銹的質(zhì)量等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，其中最著名的是瑞典工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SIS 055900《涂裝前鋼材表面除銹圖譜標(biāo)準(zhǔn)》，長(zhǎng)期以來(lái)為世界各國(guó)所采用，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織依照瑞典標(biāo)準(zhǔn)制訂了ISO 8501—1《涂裝涂料和有關(guān)產(chǎn)品前鋼材預(yù)處理—表面清潔度的目視評(píng)定—第一部分：未涂裝過(guò)的鋼材和全面清除原有涂層后的鋼材的銹蝕等級(jí)和除銹等級(jí)》。我國(guó)參照ISO標(biāo)準(zhǔn)，也制訂了GB 8923《涂裝前鋼材表面銹蝕等級(jí)和除銹等級(jí)》。石油行業(yè)還制訂有SY／T 0407《涂裝前鋼材表面預(yù)處理規(guī)范》與GB 8923配套使用。這里就標(biāo)準(zhǔn)中的要點(diǎn)給予摘錄。
3．1 GB 8923《涂裝前鋼材表面銹蝕等級(jí)和除銹等級(jí)》
GB 8923《涂裝前鋼材表面銹蝕等級(jí)和除銹等級(jí)》標(biāo)準(zhǔn)重點(diǎn)介紹了銹蝕等級(jí)和除銹等級(jí)的劃分、目視評(píng)定及標(biāo)準(zhǔn)樣片的彩色照片的使用。
(1)銹蝕等級(jí) 除銹前，鋼材表面原始銹蝕狀態(tài)分為四個(gè)等級(jí)，以A、B、C和D表示，除銹后要參照原銹蝕等級(jí)加以比較：
A 全面地覆蓋著氧化皮而幾乎沒(méi)有鐵銹的鋼材表面；
B 已發(fā)生銹蝕，并且部分氧化皮已經(jīng)剝落的鋼材表面；
C 氧化皮已因銹蝕而剝落，或者可以刮除，并且有少量點(diǎn)蝕的鋼材表面；
D 氧化皮已因銹蝕而全面剝?cè)ⅲ⑶乙哑毡榘l(fā)生點(diǎn)蝕的鋼材表面。
(2)除銹等級(jí) GB 8923《涂裝前鋼材表面銹蝕等級(jí)和除銹等級(jí)》將除銹等級(jí)按不同的除銹方法加以區(qū)別，再按不同的方法分別給出各個(gè)不同的等級(jí)。用“Sa”、“St”和·“Fl”分別代表了噴(拋)射除銹法、手工和動(dòng)力工具除銹法和火焰除銹法。字母后面的阿拉伯?dāng)?shù)則表示除銹的等級(jí)程度。
?、賴娚浠驋伾涑P 以“Sa”表示，共分四級(jí)，其表述如下。
Sa1 輕度的噴射或拋射除銹：鋼材表面應(yīng)無(wú)可見(jiàn)的油脂和污垢，并且沒(méi)有附著不牢的氧化皮、鐵銹和涂層等附著物。
Sa2 徹底的噴射或拋射除銹：鋼材表面應(yīng)無(wú)可見(jiàn)的油脂和污垢，并且氧化皮、鐵銹和涂層等附著物已基本清除，其殘留物應(yīng)是牢固附著的。
Sa2．5 非常徹底的噴射和拋射除銹：鋼材表面應(yīng)無(wú)可見(jiàn)的油脂、污垢，氧化皮、鐵銹和涂層等附著物，任何殘留的痕跡應(yīng)僅是點(diǎn)狀或條狀的輕微色斑。
Sa3 使鋼材表觀潔凈的噴射或拋射除銹：鋼材表面應(yīng)無(wú)可見(jiàn)的油脂、污垢，氧化皮、鐵銹和涂層等附著物，該表面應(yīng)顯示均勻的金屬色澤。
?、谑止ず蛣?dòng)力工具除銹 以“St”表示，GB 8923給出兩個(gè)等級(jí)，分別是：
St2 徹底的手工和動(dòng)力工具除銹：鋼材表面應(yīng)無(wú)可見(jiàn)的油脂和污垢，并且沒(méi)有附著不牢的氧化皮、鐵銹和涂層等附著物。
St3 徹底的手工和動(dòng)力工具除銹：鋼材表面應(yīng)無(wú)可見(jiàn)的油脂和污垢，并且設(shè)有附著不牢的氧化皮、鐵銹和涂層等附著物。除銹應(yīng)比St2更為徹底，底材顯露部分的表面應(yīng)具有金屬光澤。
③火焰除銹 以“F1”表示，火焰除銹應(yīng)包括在火焰加熱作業(yè)后以動(dòng)力鋼絲刷清除加熱后附著在鋼材表面的產(chǎn)物。標(biāo)準(zhǔn)中只給出一個(gè)等級(jí)：
