不銹鋼帶卷酸洗工藝探討

1、不銹鋼帶卷酸洗工藝探討 【摘 要】本文論述了不銹鋼熱軋及冷軋帶卷的酸洗工藝，重點介紹了混酸酸洗工藝、中性鹽電解酸洗工藝及硝酸電解工藝。 【關(guān)鍵詞】不銹鋼；氧化鐵皮；混酸酸洗；中性鹽電解；硝酸電解 0 前言 不銹鋼以其優(yōu)越的耐蝕性、美觀的表面等諸多優(yōu)點，在工藝領(lǐng)域上得到廣泛應(yīng)用。不銹鋼在熱軋、熱處理等過程中表面產(chǎn)生的氧化鐵皮會對后續(xù)加工及表面質(zhì)量產(chǎn)生不良影響，需及時清除。而酸洗作為不銹鋼熱軋及冷軋帶卷生產(chǎn)中去除氧化鐵皮的重要工序，其原理及工藝對于實際生產(chǎn)有非常重要的指導(dǎo)作用。酸洗方法的選擇、酸洗條件的確定等直接影響到不銹鋼產(chǎn)品的最終質(zhì)量。 1 不銹鋼氧化鐵皮 1.1 不銹鋼氧化鐵皮的結(jié)構(gòu)和特性

2、不銹鋼在加熱或軋制時表面會產(chǎn)生氧化鐵皮。氧化鐵皮的組成取決于鋼號及鐵和其他合金元素對氧的親和力。300系不銹鋼氧化鐵皮中從上到下依次含有fe2o3、fe3o4、feocr2o3及niocr2o3、cr2o3；400系不銹鋼氧化鐵皮中從上到下依次含有fe2o3、fe3o4、feocr2o3、cr2o3。 不銹鋼氧化鐵皮中主要含有cr2o3和尖晶石feocr2o3，通常呈黑色，有時呈藍(lán)色或綠色，為八面體等軸晶系，玻璃光澤，貝殼狀斷面，相對密度為3.5-5.21，熔點高達(dá)2435，硬度為7.5-8.5，在80溫度下也不溶解于h2so4、hcl或hno3等無機酸。 1.2 不銹鋼氧化鐵皮的清除 清除不

3、銹鋼帶卷氧化鐵皮的方法主要有化學(xué)酸洗法和機械破鱗法。 機械除鱗法用于熱軋卷酸洗前的預(yù)處理，分為破鱗輥（反復(fù)彎曲法）和噴丸法，一般兩者結(jié)合使用。 化學(xué)酸洗法有酸浸法和酸液電解法兩大類。酸浸法在不銹鋼酸洗中一般采用硫酸、硝酸+氫氟酸等酸。其中硫酸只有在較高溫度下酸洗效果突出，所以一般用于熱軋卷酸洗。酸液電解法分為硝酸電解（鈍化）、硫酸電解法等。 另外，在冷軋卷酸洗前設(shè)中性鹽電解段用于酸洗前的預(yù)處理。 2 熱軋不銹鋼帶的酸洗工藝 熱軋不銹鋼帶的酸洗現(xiàn)多采用硫酸+混酸（硝酸+氫氟酸）工藝。酸洗前需機械破鱗去除部分氧化鐵皮或松脆氧化皮。 2.1 硫酸酸洗 在硫酸酸洗時，帶鋼表面發(fā)生下列化學(xué)反應(yīng)： fe2

4、o3+3h2so4fe2（so4）3+3h2o fe3o4+4h2so4fe2（so4）3+feso4+4h2o feo+h2so4feso4+h2o 3cr2o3+4 h2so4cr2（so4）3+crso4+4h2o+5/2o2 nio+h2so4niso4+h2o（300系不銹鋼） 氧化鐵皮中各種金屬氧化物溶解于硫酸溶液，生成可溶于水的硫酸化合物，從而把鋼坯表面的氧化鐵皮除去。另外，鋼中的鐵與硫酸溶液反應(yīng)，產(chǎn)生大量氫氣，氫氣產(chǎn)生的膨脹壓力把氧化鐵皮從鋼坯上剝下來，這種作用稱為機械剝離作用。剝離作用能加快酸洗速度、減少硫酸消耗。 對于不同鋼種，硫酸酸洗的條件略有區(qū)別，硫酸濃度、金屬離子（m

5、e）含量及溫度見表1。 2.2 混酸酸洗 經(jīng)過硫酸酸洗后，部分氧化層被清除，保留的氧化層以fe-cr-ni氧化物的形式存在，一般采用硝酸+氫氟酸混合物來清除這些復(fù)雜的成分。 當(dāng)不銹鋼制品經(jīng)過混酸酸洗槽時，hno3與其表面fe2o3、fe、cr、ni等物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成各種溶解性的金屬鹽類： fe2o3+6hno32fe（no3）3+3h2o fe+4h+no3- fe3+no+2h2o cr+4h+no3- cr3+no+2h2o 3ni+8h+2no3- ni2+2no+4h2o（300系不銹鋼） 而hf與溶液中的各種金屬離子發(fā)生反應(yīng)，生成一些可溶或難溶的金屬氟化物： 3hf+fe3+f

6、ef3+3h+ 2hf+fe3+fef2+2h+ 3hf+cr3+crf3+3h+ 2hf+cr3+crf2+2h+ hf+ni2+nif+h+ 不同鋼種混酸酸洗的條件見表1。 3 冷軋不銹鋼帶的酸洗工藝 冷軋不銹鋼帶的酸洗現(xiàn)多采用混酸（硝酸+氫氟酸）工藝。酸洗前需經(jīng)中性鹽電解及硝酸電解預(yù)處理。 3.1 中性鹽電解 中性鹽電解法是奧地利ruthner公司開發(fā)的除鱗方法，在硝酸鈉（nano3）或硫酸鈉（na2so4）一類的中性鹽溶液中對帶鋼進(jìn)行電解。中性鹽電解采用中心導(dǎo)體法，即帶鋼懸掛于陰極和陽極之間的電場中，不間斷的交換帶鋼的陽極和陰極?，F(xiàn)電解液多采用硫酸鈉（na2so4），在電解酸洗中進(jìn)行如

7、下電化學(xué)反應(yīng)： 陽極反應(yīng)（此時鋼板為陰極）： h2o-2e-1/2o2+2h+ cr2o3+5h2o-6e-2cro42-+10h+ cr2o3+4h2o-6e-cr2o72-+8h+ cr+4h2o-6e-cro42-+8h+ 陰極反應(yīng)（此時鋼板為陽極）： cro42-+4h2o+3e-cr（oh）3+5oh- cr2o72-+7h2o+6e-2cr（oh）3+8oh- 2h2o+2e- h2+2oh- 整個反映過程中，na2so4只是作為一個導(dǎo)電介質(zhì)，負(fù)責(zé)電子的轉(zhuǎn)移，本身并不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，理論上電解質(zhì)不消耗，消耗的僅僅是水。中性鹽電解的最大好處是可以溶解鉻氧化物，在電流作用下使之轉(zhuǎn)化為溶于

8、水的cro42-。另外，反應(yīng)生成的h2和o2從帶鋼表面逸出形成的力可以將表面的氧化物剝離。 中性鹽電解酸洗的電解液ph值控制在310之間即可，電解電流密度一般控制在1015a/dm2。電解液濃度、溫度等其他參數(shù)詳見表2。 3.2 硝酸電解（鈍化） 通過中性鹽電解，能夠容易地溶解氧化鐵皮中的鉻氧化物，鐵氧化物還需在混酸中處理。但是混酸對300系奧氏體不銹鋼表面的鐵氧化物可有效快速去除；而對400系，尤其是410（馬氏體）、430（鐵素體）等不銹鋼的除鱗性能卻不穩(wěn)定，會增大鋼板表面粗糙度且無光澤。而且混酸酸洗在此類鋼種中還存在溶解速度慢的問題，無法適應(yīng)連續(xù)生產(chǎn)的要求。為了既能保持中性鹽電解的特征，

9、又能提高鉻鋼的處理速度，在中性鹽電解后加入硝酸電解的方法溶解去除殘留鐵氧化物。而在處理奧氏體不銹鋼時仍采用傳統(tǒng)的hno3+hf混酸酸洗法。 硝酸電解的原理如下： 陽極： h2o-2e-1/2o2+2h+ 陰極： fe3o4+8h+2e-3fe2+4h2o no3-+h2o+2e- no2-+2oh- 硝酸電解的最大電流密度為6a/dm2。電解液濃度、金屬離子含量、溫度等其他參數(shù)詳見表2。 3.3 混酸酸洗 冷軋不銹鋼帶的混酸酸洗原理和熱軋基本一致，鉻鋼經(jīng)硝酸電解后不通過混酸酸洗段。相關(guān)參數(shù)具體見表2。 4 結(jié)語 1）不銹鋼帶卷氧化鐵皮的清除主要分酸洗前預(yù)處理和酸洗兩個步驟；酸洗方法的選擇主要取決于帶卷軋制狀態(tài)及鋼種； 2）熱軋帶卷的預(yù)處理一般采用破鱗輥+拋丸的方式，酸洗采用硫酸+混酸（氫氟酸+硝酸）的酸浸法； 3）冷軋帶卷的預(yù)處理一般采用中性鹽電解法；酸洗針對鉻鋼采用硝酸電解，針對200系及300系奧氏體不銹鋼采用混酸酸洗方法去除氧化鐵皮。 【參考文獻(xiàn)】 1李登超.不銹鋼板帶材生產(chǎn)技術(shù).1版m.北京：化學(xué)工業(yè)出版，2008：172-181. 2張穎.國內(nèi)外不銹鋼酸洗技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展j.不銹：市場與信息