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肇庆艾格特不锈钢制品有限公司

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艾格特||不锈钢酸洗钝化处理

发表时间: 2020-06-20 14:59:20

作者: 肇庆艾格特不锈钢制品有限公司

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前言

不锈钢在经过冶炼、热轧、热处理等过程中,表面上生成一层氧化皮,为生产加工带来困难,为了取得不锈钢表面的光洁度、光亮度和使用寿命,必须在拉拔、钝化、电镀等下道工序加工之前进行酸洗清除氧化皮。

不锈钢氧化皮的组成和性质

2.1 不锈钢氧化皮的组成

  氧化皮的组成不仅取决于钢号,而且取决于铁及合金元素对氧的亲和力,比铁容易氧化的元素有Si、Ti、Al、Cr、W、V、Mn;比铁难氧化的元素是Cr、 Ni、Cu、Co、Mo。不锈钢氧化皮绝大多数是在轧制或热处理过程中形成。不锈钢氧化皮的组成见表1:

2.2不锈钢氧化皮的性质

  不锈钢氧化皮通常呈黑色或蓝绿色,必须采用更富侵蚀性的混酸,如HNO3+HF或 H2SO4+HNO3+HCl 等才能去除。但采用混酸酸洗基体铁损较大,掌握不当容易过酸洗或点蚀,严重的成为废次品。因此为提高去除速度,保证表面质量,多在酸洗前进行碱浸。

2.3不锈钢氧化皮的清除

  不锈钢氧化皮清除分为化学酸洗法和机械除鳞法两大类,有时两类方法交叉复合使用。机械除鳞有抛丸、反复弯曲,轻拉破皮等。化学酸洗法是以某种酸为主体,加入适当的添加剂,氧化剂、活化剂、缓蚀剂、渗透剂、抑雾剂等配成酸洗液。化学酸洗法有普通酸洗法、碱-酸复合酸洗法、电解酸洗法等。现在广为应用的碱—酸复合酸洗,碱-酸复合酸法分为碱浸和酸洗两步。

不锈钢氧化皮预处理(碱浸)

 碱浸是不锈钢在酸洗前进行的预处理,使表面氧化皮破坏疏松,然后进行酸洗易于去除,碱浸可分为熔融碱浸和溶液碱浸两大类。

3.1熔融碱浸
  熔融碱浸分为氧化型碱浸和还原型碱浸。碱浸是基于高温热腐蚀的原理,熔液是以氢氧化钠为基础,加入具有氧化性或还原性的盐类,加热至400℃以上使成熔融物。当不锈钢盘条浸入其中,氧化皮中的Cr2O3在含有氧化剂或还原剂的苛性钠熔液中产生一系列化学反应,导致成份变质、结构破坏,以及体积膨胀、龟裂、起泡,变得疏松,使部分氧化皮脱落成为渣泥沉入槽底;另一部分可溶的铬酸盐在淬水时被蒸汽和水洗去,残留的亚铬酸盐和氧化物,则在随后的酸洗中去除。

3.2 溶液碱浸

溶液碱浸按氧化剂分为高锰酸钾和亚硝酸钠两种水溶液。处理温度接近该水溶液的沸点。

不锈钢的酸洗

4.1不锈钢酸洗液配方

不锈钢酸洗前通过碱浸使氧化皮疏松,再用含有强氧化剂和活化剂的混酸进行强制酸洗,促使改性的氧化皮溶解。混合酸洗液的组成见表7

4.2 强氧化剂的作用

氧化皮中的Cr2O3难溶于酸,但铬的高价氧化物则易溶于酸;因此酸洗液中加入Fe3+FeCl3NO3- NaNO3NH4NO3KMnO4H2O2等强氧化剂,可在放电还原的同时将Cr3+氧化成Cr6+,以达到去除氧化皮的目的。反应方程式为:Cr2O3+6Fe3++5H2O=2H2CrO4+6Fe2++6H+Cr2O3+3NO3-+2H2O=2H2CrO4+3NO2-

4.3 活化剂的作用

把卤素离子如 F-Cl等离子作为活化剂加到酸洗液中,它们能够取代氧化皮中的氧,改变氧化皮的结构,使易溶于酸。从电化学观点来看,则因X离子的特性吸附而构成扩大双电层,促使表面氧化皮剥落。 

4.4 综合作用

目前国内外广泛使用碱—酸复合酸洗法,即采用高温碱浸和 HNO3/HF 混酸酸洗,通过碱浸、酸洗、氧化、还原、活化等一系列复杂的化学和电化学反应,并借助于搅拌、振动、涡流、超声波等机械作用,使氧化皮结构变化,达到快速去除的目的。可见不锈钢氧化皮的去除机理是熔融碱、氧化剂、还原剂、活化剂、强制酸洗综合作用的结果。

4.5 电化学作用

综上所述,不锈钢酸洗原理还可归为电化学腐蚀。

 

(艾格特不锈钢产品展示图)

 

国内典型酸洗工艺

不锈钢酸洗技术包括碱浸和酸洗两个体系,称为碱—酸复合酸洗。碱浸普遍采用NaOH/NaNO3氧化法,酸洗则采用HNO3/HF混酸酸洗法,以获得优质表面。目前,国内去除不锈钢氧化皮的典型工艺流程如下:退火状态Cr不锈钢、固溶状态Cr-Ni不锈钢→预热→氧化型碱浸→淬水→水洗→预酸洗→ 水洗→混酸酸洗→高压水冲洗→ 钝化→水洗→中和

5.1 碱浸体系

碱浸体系一般包括预热、碱浸、淬水、水洗四个工序,各工序的作用如下:(1)预热:待处理的盘条利用碱浸加热炉排放的热烟气,预加热至300℃左右,不但缩短碱浸时间,而且节能,同时防止水分带入碱槽引起蒸汽爆发,带出碱雾污染环境。(2)碱浸:碱浸使氧化皮中的Cr2O3在含有氧化剂或还原剂的苛性钠熔液中产生一系列化学反应,导致成份变质、结构破坏,利于酸洗。(3)淬水:通过蒸汽爆发,使氧化皮龟裂、疏松、脱落。(4)水洗:酸洗前清洗,减少残碱带入酸洗液中。

5.2 酸洗体系

酸洗体系主要包括预酸洗、水洗、混酸酸洗、高压水冲洗、硝酸钝化、水洗、中和等工序,各工序的作用如下:(1)预酸洗:洗掉部分Na2CrO2,将表面残碱中和掉,防止碱液带入混酸中降低酸度。(2)水洗:洗去预酸洗后表面产生的黑灰残渣。(3)混酸酸洗:采用混酸酸洗进行强制溶解,去掉氧化皮。(4)高压水冲洗:将酸洗后表面黑灰残渣彻底冲洗干净。(5)钝化:将表面黑灰、残渣洗净漂白,使铬钢加速钝化,防止生锈。(6)水洗:洗去钝化处理后的残酸,避免带入中和液。(7)中和:用Ca(OH) Na2CO3溶液中和残酸,防止锈蚀。

国外典型酸洗工艺

根据东北特钢集团搬迁改造交流情况收集整理,国外不锈钢酸洗大多采用HNO3/HF 混酸酸洗。德国史道勒公司、日本五十铃公司、美国UVK公司、捷克EKOMOR公司、德国HenKel公司不锈钢酸洗技术的共同特点是:(1)隧道式不锈钢酸洗生产线;(2)碱浸前预热处理;(3)采用氧化型或还原型碱浸处理;(4)成品采用硝酸钝化处理;(5)采用Ca(OH)溶液中和。

结语

(1)还原型碱浸是各类合金钢去除氧化皮的最佳方法,因不产生危险排放物最为环保,是一种很有应用前景的不锈钢除氧化皮技术。

(2)目前,国内普遍采用敞开式酸洗生产线,以及氧化型碱浸与HNO3/HF混酸酸洗技术,即 “以碱浸为辅,混酸酸洗为主”。

(3)通过与德国、美国、日本、捷克等国家进行酸洗技术交流,国外普遍采用隧道式酸洗生产线,以及还原型碱浸与HNO3/HF混合酸酸洗技术,即“以碱浸为主,混酸酸洗为辅”。

(4)国外废水、废酸、废气三废处理设施先进、齐全。废HNO3/HF混酸采用酸过滤和酸再生系统分离过滤后回收使用,酸性废水采用氢氧化钙中和处理,硫酸、盐酸废气采用氢氧化钠进行喷淋处理,NOX废气采用SCR脱氮系统处理,满足环保要求。

(5)德国史道勒、日本五十铃、美国UVK、德国HenKel、捷克EKOMOR五家公司酸洗技术主要不同是:史道勒采用还原型碱浸→H2SO4/HF预酸洗→HNO3/HF混酸酸洗;五十铃采用的是H2SO4预酸洗→氧化型碱浸→HNO3/HF混酸酸洗;UVK采用的是干式振动→还原型碱浸→HCl预酸洗→HNO3/HF混酸酸洗;HenKel采用的是还原型碱浸→H2SO4预酸洗→Cleanox酸洗;EKOMOR采用的是还原型碱浸→H2SO4预酸洗→HNO3/HF混酸酸洗。

(6)从实际生产效率考察,隧道式酸洗生产线更适合于批量大、品种变化少的不锈钢生产线;对品种变化频繁、批量较小不锈钢生产线,隧道式酸洗的生产效率往往很难发挥,其生产效率甚至不如整个厂房封闭的敞开式酸洗生产线。



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