不锈钢的酸洗机理、工艺及质量控制

不锈钢的酸洗机理、工艺及质量控制概述不锈钢是一种高技术含量的产品，由于其具有优异的耐蚀性、成型性、相容性以及在很宽温度范围内的强韧性等系列特点，所以在石油化工、原子能、轻工、纺织、食品、家用器械等方面得到广泛的应用。不锈钢同普碳钢有着本质的区别，因此它的加工过程同普碳钢也有很大的区别。狭义的不锈钢是指在大气中不容易生锈的钢。不锈钢的不锈性和耐蚀性是由于钢的表面上富铭氧化膜（钝化膜）的形成，这种不锈性和耐蚀性是相对的。实验证明，钢在大气，水等弱介质中和硝酸等氧化性介质中，其耐蚀性随钢中铭含量的提高而增加，当铭含量N10%时，钢的耐蚀性发生突变，即从易生锈到不易生锈，从不耐蚀到耐腐蚀。所以称不锈钢是铭含量为12%以上的铁基合金。所谓不锈钢的酸洗即是为了保证表面具有充分的耐蚀性。不锈钢加工过程中的酸洗对其表面及内在性能有很大的影响，也是加工好的不锈钢产品的必备工序，因此如何更好的控制不锈钢的酸洗条件及酸洗设备对不锈钢的产品质量是至关重要的。不锈钢酸洗机理1.1不锈钢的分类不锈钢按其种类可分为奥氏体不锈钢（300系列）、铁素体不锈钢（400系列）、马氏体不锈钢（420J2）、奥氏体一铁素体双相不锈钢、沉淀硬化型不锈钢。在这些钢种中最常用的是奥氏体不锈钢和铁素体不锈钢。因此这两个钢种的生产工艺就更加成熟。下面就以这两个钢种为例介绍不锈钢的酸洗机理、酸洗工艺及质量控制。1.2不锈钢的酸洗机理（以300系列、400系列为例）1.2.1不锈钢的酸洗目的a） 除去氧化铁皮，恢复金属光泽b） 冷轧品表面的钝化c） 消除贫铭层1.2.2不锈钢氧化铁皮的组成300系列400系列FeQFeQFe：。：Fe；O3FeO-Cr2O3NiOCrQFeO・Cr4O ^-3 2CrO23 ^-3 CrO ^-3 基层基层从上图可以看出，300系列比400系列要难酸洗，因为其氧化层的成分比较复杂。不锈钢的酸洗的目的就是要洗掉这些氧化铁皮，得到用户要求的产品。不锈钢的酸洗工艺2.1酸洗之前的预处理由于不锈钢的铁磷中含有与基体结合更为紧密的氧化铭，造成酸洗困难。因此，为提高酸洗效果，必须在酸洗之前进行酸洗之前的预处理。酸洗之前的预处理有两种方方式：一是机械破鳞，通常用于热轧卷。这种方法主要有两种：一是喷丸机处理；另一种破鳞辊处理。二是化学方法，通常用于冷轧卷。由于热卷的酸洗和冷卷的比较相似，只是热卷的酸用量要大一些，相比之下冷卷的酸洗工艺和控制要更复杂一些，因此这里就以冷卷的酸洗为例讲解不锈钢的酸洗工艺目前常用的化学处理方法是中性盐电解法。一般采用NaSO溶液作为电解质，带钢在电极的作用下，表面产生正负交替的感应电动势，从而产生化学反应起到除氧化层的作用。NaSO电解的最大好处是可以溶解铭氧化物，在电流作用下使之转化为溶于水的TOC\o"1-5"\h\z2 4CrO2-。特别对于冷带，破坏了致密的氧化层而使接下来的酸洗液能发挥更大的作用。另外，带钢表面的水被电解成H2和02从带钢表面逸出形成的力可以将表面的氧化物剥离。 2 2反映方程式为：Cr0+5H0=2CrO2-+10H++6e-,23 2 4Cr+4HO=CrO2-+8H++6e-,史。一2O2+2H++2e-,H2O+2e--H2t+2OH-。整个反映过程中，NaSO只是作为一个导电介质，负责电子的转移，本身并不发生化学反应，只是随着带钢的运行和沉淀物的排出会被带出槽体，蒸发也会带走一部分。影响电解效果的主要因素有：Na2SO4的浓度、成分、PH值、温度。2.2酸洗方法经过预处理后的带钢送往酸槽进行的酸洗。酸洗方法可以分为两类:一是酸浸法；二是酸液电解法。大多数情况都是两种方法组合使用。酸浸法单独或混合使用的酸有HNO、HF、HSO等。硝酸是氧化剂，可促使不锈钢钝化，但单独使用没有除鳞作用。3HF酸腐蚀大，不仅侵蚀铁鳞，也侵蚀基体金属，使表面粗糙。因此，这两种酸都不能单独使用，而使用他们的混合物效果最好，短时间内就可以获得良好的表面，点蚀的危险也小，所以不管是什么钢种，大都采用这种混酸。在混酸中反映的方程式为：FeO+HNO+HF=FeFx(NO)y+HO，23 3 3 2形成的FeFx(NO)y为溶于水的络合物。硫酸一般在较高温度下酸洗效果良好，3但温度低时却很差，所以一般很少用。有时为了改善铭系钢种热轧卷的除鳞性，设置热硫酸槽与硝酸、HF酸的混合酸槽组合使用。2）酸浸电解法（也叫电解酸洗）电解酸洗是仅用酸浸法难以完全除鳞的情况下所采用的一种加速除鳞方法，与酸浸法组合使用可提高酸洗效率。这种方法的特点是：由于电化学的作用，表面均匀光泽度良好。电解酸洗中通常使用的是HNO电解。HNO单独作为酸液使用时没有除鳞作用，但是通过电极（硅铸铁）产生电流流通时，3由于电化学作用使氧化膜离子化，就能进行酸洗，不过因腐蚀性较低，除鳞能力较小，一般不单独使用。带钢的酸洗是连续进行的，是将各种酸洗方法包括预处理采用不同方式组合起来使用。组合方式根据钢种、带钢表面状态和设备条件决定。针对市场的需求情况，宝新公司将不锈钢的酸洗工艺制定如下：300系列热卷一连退炉退火+Na2SO4电解+H2SO4电解酸洗+HNO3、HF混酸酸洗400系列热卷一罩式炉退火+NaSO电解+HSO电解酸洗+HNO、HF混酸酸2 4 2 4 3洗300系列冷卷一连退炉退火+Na2SO4电解+HNO3、HF混酸酸洗400系列冷卷一连退炉退火+Na2SO4电解+HNO3电解酸洗说明：对于400系列（主要是430钢种）欧洲市场主要是需求表面发白的产品，因此用的工艺是400系列冷卷一连退炉退火+NaSO电解+HNO、HF混酸酸洗，这样由于HF酸的作用使表面发白；而亚洲市场需求的是表面发亮的400系列产品，这样，由于我公司主要是做亚洲的市场，所以采用上面所说的工艺。质量控制不锈钢酸洗的质量控制包括两个方面，一方面是酸洗工艺方面的控制；另一方面是酸洗设备的控制这两方面要协调配合，哪一个环节出了问题都会给不锈钢的酸洗带来质量缺陷。3.1从酸洗工艺的角度来看，质量控制主要有以下几个方面：3.1.1酸洗的工艺控制主要包括：1） 酸液浓度控制一般来说提高酸液浓度能够加大酸洗的力度，但是由于混酸的反映比较复杂，Fe2O3+HNO3+HF=FeFx（NO3）y+H2O，各个厂应根据实际经验来配比，这里要指出的是HF酸的浓度不应太大，否则会造成金属损失增加，使表面粗糙、发白。从另外一个角度来考虑，加大浓度会增加酸的投入量，会增加成本，因此应该根据实际情况控制酸液浓度。2） 酸液温度控制提高温度同提高浓度一样能够增加酸洗效果，当金属离子浓度超过45g/l时，提高温度酸洗效果比提高浓度更明显。所以多采用〃低浓度，高温度〃的酸洗工艺。温度增加，反映快，酸洗效果好。但温度太高，酸液蒸发严重，特别是HF酸，同时要考虑到酸槽的耐热程度。所以温度不能太高，通常在50-60°C，酸液温度通常要自动控制，需定期检查。另外，温度过高，会造成H2O中H2、O2增多，会造成黄斑这种缺陷。（H2、O2附着在带钢下表面，阻碍反映进行）3） Fe离子浓度控制酸洗时，酸液会和基体金属中的Fe、Cr等金属元素发生反映造成金属盐。这样随着Fe离子浓度的增加，使游离酸成分降低，从而使酸洗效果降低。此外，溶液中金属离子浓度过高，会形成难溶的氟化物（FeF3）堵塞管道及泵。因此要严格控制Fe离子浓度＜45g/l。另外，除了以上影响酸洗效果的因素之外，还有几种：a） 电参数（包括电压、电流、电流密度、电解时间、电极排布等）b） 钢种氧化层成分、厚度等。3.1.2由于酸洗工艺产生的质量缺陷主要有：1） 黄色脏污这种缺陷一般只是在电解段产生，而且是在生产430钢种时产生，304钢种一般没有。原因是304钢种的最后工序是混酸酸洗，即使有脏污也被洗掉了，而430钢种的最后工序是HNO3电解，如前所述，HNO3的酸洗效果不强，因此会产生这种缺陷。这种缺陷的产生原因有两种：a） Na2SO4溶液脏。经过工作一段时间后，NaSO溶液中会有很多杂质和金属离子，溶液会变的很脏，如果不及时排掉就会产生黄斑这种缺陷。产生这种缺陷的解决办法是排掉一部分溶液，再重新添加一些NaSO配置成新的溶液。同时要注意溶液的温度不能太高，2 4否则经过电解段后残留在带钢表面的溶液在高温下很快就十了，这使下一步的刷洗很难将其洗去，也会产生上面的缺陷。b） 在带钢下表面产生了汽化膜这种情况是由于电解过程中产生了大量的H2，聚集在带钢下表面阻碍了反映的进一步反映，从而产生黄斑。对于这种情况的解决办法是严格控制电解温度，电解电流。一般430钢种应控制整流器在就地模式电流4500A，Na2SO4溶液浓度150g/l，温度70°C左右。 242） 过酸洗这种情况是由于混酸中的HF比例太大了。一般表现为表面明显粗糙、发白。解决的办法是加水重新配酸，并做酸分析来跟踪酸的浓度的变化，使其符合工艺规程的规定。3） 欠酸洗这种情况是由于混酸中酸量不足造成的或电解段预处理的能力不够造成的。解决的办法是加大酸的投入量重新配酸或调整电解段参数，使其与工艺规程相对应。比如分厂常常会出现阿维斯塔来料的欠酸洗缺陷，我认为在这方面来考虑一下，加大酸的投入量，同时调整电解段的参数，提高酸洗效果应该可以消除这种缺陷。4） 酸洗花纹这种缺陷表现为带钢表面全面或局部性变白或咖啡色。这是由于酸和水的配比不当造成的。解决的办法是重新调整酸和水的配比来消除缺陷。3.2从设备本身来控制由于酸洗段有设备多，生产线长等特点，因此设备本身也上缺陷产生的易发部位。严格确保设备的清洁（包括辊子、相关的机械设备、与带钢接触的设备）是消除设备造成的缺陷的主要方法。酸洗段由设备造成的主要缺陷有：1） 压入（包括挤十辊、密封辊、张紧辊、转向辊压入）压入是酸洗段产生最多的缺陷之一，产生的原因主要是辊子上粘有异物压在带钢表面造成的。针对不同的辊子解决的方法也不同，但其最终的目的都是要清除异物。对于挤干辊、密封辊产生的压入，间距一般为785mm左右。对于挤干辊产生的压入可以捆带将限位挡住，然后打开辊子来处理。但是对于密封辊就不能这样处理，因为它直接和溶液接触，打开会造成溶液泄露，因此，对于这种缺陷只能通入过度带停机处理。对于张紧辊、转向辊产生的压入，间距为3.7m，要看现场情况来处理。一般可以以5m/s的速度边低速运行边处理或通过渡带停机处理。2） 划伤划伤一般产生在带钢的R面，以电解段产生的最多。其产生原因主要有：a）板形不好；b）张力不稳；c）电极护板松动垂下d）电极位置不合适。当发生这种缺陷时，应逐一原因去查找，对板形不好的应该调整张力，并且适当降速；对于张力不稳的应该稳定张力，并查找是否是设备原因；对于电极护板松动垂下的应该打开电解段槽盖进行确认，同时通知二十冶相关人员来处理；对于电极位置不合适的应该重新调整电极位置（上、中、下三个位置）。3） 擦伤擦伤一般是比较小的带钢表面伤痕，在与带钢相接触的地方都有可能产生，因此要全线逐一检查清除。4） 筋状拉伸一般这种缺陷都是在连退炉中产生的，但是有时候也会在酸洗段产生。我们分厂就曾经有过一次，由于密封辊两侧压力不等造成受力不均衡，在加上带钢跑偏从而造成筋状拉伸。因此如果产生这种缺陷后，当判断不是炉子段产生的，而是酸洗段产生的时候，就要检查各个挤干辊、密封辊的两侧压力是否合适，然后处理。5） 边损这种缺陷一般是带钢跑偏是造成的。消除的方法是调整张力并且适当降速使带钢恢复到原来的运行位置。6）