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从原理到实例,一文看懂国内外不锈钢酸洗钝化工艺!

发布时间:2011-04-02 10:42:06点击:480

冶炼后的不锈钢.热轧.在热处理过程中,表面产生一层氧化皮,给生产加工带来困难。为了获得不锈钢表面的光洁度.亮度和使用寿命必须拉拔.钝化.电镀等下道工序加工前,酸洗去除氧化皮。

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的数量,还取决于铁和合金元素对氧的亲和力。比铁更容易氧化的元素有Si.Ti.Al.Cr.W.V.Mn;比铁难氧化的元素是Cr.Ni.Cu.Co.Mo。绝大多数不锈钢氧化皮是在轧制或热处理过程中形成的。不锈钢氧化皮的组成见表1:

2.2不锈钢氧化皮的性质

不锈钢氧化皮通常是黑色或蓝绿色,必须使用更具侵蚀性的混合酸,如HNO3 HF或H2SO4 HNO3 HCl等待去除。但混合酸洗基体铁损伤较大,掌握不当容易过酸洗或点蚀,严重成为废品。因此,为了提高去除速度,保证表面质量,酸洗前应浸泡碱。

2.3.去除不锈钢氧化皮

不锈钢氧化皮去除分为化学酸洗法和机械除鳞法,有时两种方法交叉复合使用。机械除鳞有抛丸。.反复弯曲,轻轻拉破皮肤等。化学酸洗法以某种酸为主体,加入适当的添加剂和氧化剂.活化剂.缓蚀剂.渗透剂.抑雾剂等配制成酸洗液。化学酸洗法有普通酸洗法。.碱-酸复合酸洗法.电解酸洗等。目前广泛使用的碱-酸复合酸洗,碱-酸复合酸法分为碱浸和酸洗两个步骤。

不锈钢氧化皮预处理(碱浸)

碱浸是不锈钢酸洗前的预处理,使表面氧化皮破坏松散,然后酸洗易于去除。碱浸可分为熔融碱浸和溶液碱浸两类。

3.1熔融碱浸

熔碱浸渍分为氧化碱浸渍和还原碱浸渍。碱浸渍是基于高温热腐蚀的原理。熔液以氢氧化钠为基础,加入氧化或还原盐,加热至400℃以上使熔融物。当不锈钢盘条浸入其中时,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,导致成分变质.结构破坏、体积膨胀.龟裂.泡沫,变得松散,使部分氧化皮脱落,沉入槽底;另一部分可溶性铬酸盐在淬火过程中被蒸汽和水冲走,残留的亚铬酸盐和氧化物在随后的酸洗中被去除。

3.2溶液碱浸

溶液碱浸泡按氧化剂分为高锰酸钾和亚硝酸钠。处理温度接近水溶液的沸点。

酸洗不锈钢

4.1不锈钢酸洗液配方

不锈钢酸洗前,氧化皮用碱浸泡疏松,然后用含有强氧化剂和活化剂的混合酸强制酸洗,促进改性氧化皮溶解。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,但铬的高价氧化物易溶于酸;因此,在酸洗液中加入酸洗液,Fe3 .FeCl3.NO3-.NaNO3.NH4NO3.KMnO4.H2O2等强氧化剂,可同时放电还原Cr3 氧化成Cr6 ,去除氧化皮的目的。反应方程式如下:

Cr2O3 6Fe3 5H2O=2H2CrO4 6Fe2 6H

Cr2O3 3NO3- 2H2O=2H2CrO4 3NO2-

4.3活化剂的作用

卤素离子如F-.Cl-等离子体作为活化剂加入酸洗液,可以取代氧化皮中的氧气,改变氧化皮的结构,使其易溶于酸。从电化学的角度来看,这是因为X-吸附离子的特性形成双电层,促进表面氧化皮剥落。

4.4综合作用

目前国内外广泛采用碱-酸复合酸洗法,即高温碱浸和HNO3/HF混合酸洗,通过碱浸泡.酸洗.氧化.还原.一系列复杂的化学和电化学反应,如活化,借助搅拌.振动.涡流.超声波等机械作用,改变氧化皮结构,达到快速去除的目的。可见,不锈钢氧化皮的去除机理是熔碱.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,不锈钢酸洗原理也可归类为电化学腐蚀。

国内典型的酸洗工艺

不锈钢酸洗技术包括碱浸和酸洗两个系统,称为碱酸复合酸洗。碱浸常用于碱浸。NaOH/NaNO33氧化法,酸洗法HNO3/HF混合酸洗法,以获得高质量的表面。目前,我国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

碱浸系统一般包括预热.碱浸.淬水.每道工序的作用如下:

(1)预热:待处理的盘条采用碱浸加热炉排放的热烟,预加热至300℃左右,不仅缩短碱浸泡时间,而且节能,防止水进入碱槽引起蒸汽爆发,带出碱雾污染环境。

(2)碱浸:碱浸在氧化皮中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,导致成分变质.破坏结构,有利于酸洗。

(3)淬水:氧化皮通过蒸汽爆发开裂.疏松.脱落。

(4)洗涤:酸洗前清洗,减少残碱带入酸洗液。

5.2酸洗体系

酸洗系统主要包括预酸洗系统.水洗.混酸酸洗.高压水冲洗.硝酸钝化.水洗.中和工序,各工序的作用如下:

(1)预酸洗:洗掉部分Na2CrO2、中和表面残碱,防止碱液进入混酸中降低酸度。

(2)洗涤:洗去预酸洗后表面产生的黑灰残渣。

(3)混合酸洗:用混合酸洗强制溶解,去除氧化皮。

(4)高压水冲洗:彻底冲洗酸洗后表面的黑灰残渣。

(5)钝化:黑灰灰表面.残渣洗净漂白,加速铬钢钝化,防止生锈。

(6)洗涤:洗去钝化后的残酸,避免中和液。

(7)中和:用Ca(OH)2或Na2CO3溶液中和残酸,防止腐蚀。

国外典型的酸洗工艺

根据东北特钢集团搬迁改造交流情况,国外不锈钢酸洗多采用HNO3/HF混合酸洗。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)碱浸预热处理;

(3)采用氧化或还原型碱浸;

(4)成品采用硝酸钝化处理;

(5)采用Ca(OH)2溶液中和。

(1)还原型碱浸是各种合金钢去除氧化皮的方法,因为不产生危险排放物是环保的,是一种应用前景广阔的不锈钢去氧化皮技术。

(2)目前,我国普遍采用开放式酸洗生产线,以及氧化碱浸渍和氧化碱浸渍HNO3/HF混合酸洗技术,即“以碱浸为辅,混酸酸洗为主”。

(3)通过与德国.美国.日本.捷克等进行酸洗技术交流,隧道酸洗生产线广泛应用于国外,还原碱浸和还原碱浸和HNO3/HF混合酸洗技术,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混过滤与酸再生系统分离后回收,酸废水中和氢氧化钙,硫酸.用氢氧化钠喷洒盐酸废气,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五家公司的酸洗技术主要不同:史道勒使用还原碱浸泡→H2SO4/HF预酸洗→HNO3/HF混合酸洗;五十铃采用混合酸洗;H2SO4预酸洗→氧化型碱浸→HNO3/HF混酸酸洗;UVK干振动→还原型碱浸→HCl预酸洗→HNO3/HF混酸酸洗;HenKel采用还原型碱浸泡→H2SO4预酸洗→Cleanox酸洗;EKOMOR采用还原型碱浸泡→H2SO4预酸洗→HNO3/HF混酸酸洗。

(6)从实际生产效率来看,隧道酸洗生产线更适合批量生产


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