不锈钢在热轧、热处理等过程中表面产生的氧化铁皮会对后续加工及表面质量产生不良影响,需及时清除。而酸洗作为不锈钢热轧及冷轧带卷生产中去除氧化铁皮的重要工序,其原理及工艺对于实际生产有非常重要的指导作用。酸洗方法的选择、酸洗条件的确定等直接影响到不锈钢产品的*终质量。
3.1不锈钢氧化铁皮
3.1.1 不锈钢氧化铁皮的结构和特性
不锈钢在加热或轧制时表面会产生氧化铁皮。氧化铁皮的组成取决于钢号及铁和其他合金元素对氧的亲和力。300系不锈钢氧化铁皮中从上到下依次含有Fe2O3、Fe3O4、FeO•Cr2O3及NiO•Cr2O3、Cr2O3;400系不锈钢氧化铁皮中从上到下依次含有Fe2O3、Fe3O4、FeO•Cr2O3、Cr2O3。
不锈钢氧化铁皮中主要含有Cr2O3和尖晶石FeO·Cr2O3,通常呈黑色,有时呈蓝色或绿色,为八面体等轴晶系,玻璃光泽,贝壳状断面,相对密度为3.5-5.21,熔点高达2435℃,硬度为7.5-8.5,在80℃温度下也不溶解于H2SO4、HCl或HNO3等无机酸。
3.1.2 不锈钢氧化铁皮的清除
清除不锈钢带卷氧化铁皮的方法主要有化学酸洗法和机械破鳞法。
机械除鳞法用于热轧卷酸洗前的预处理,分为破鳞辊(反复弯曲法)和喷丸法,一般两者结合使用。
化学酸洗法有酸浸法和酸液电解法两大类。酸浸法在不锈钢酸洗中一般采用硫酸、硝酸+氢氟酸等酸。其中硫酸只有在较高温度下酸洗效果突出,所以一般用于热轧卷酸洗。酸液电解法分为硝酸电解(钝化)、硫酸电解法等。
另外,在冷轧卷酸洗前设中性盐电解段用于酸洗前的预处理。
3.2 热轧不锈钢带的酸洗工艺
热轧不锈钢带的酸洗现多采用硫酸+混酸(硝酸+氢氟酸)工艺。酸洗前需机械破鳞去除部分氧化铁皮或松脆氧化皮。
3.2.1 硫酸酸洗
在硫酸酸洗时,带钢表面发生下列化学反应:
Fe2O3 + 3H2SO4 → Fe2(SO4)3+ 3H2O
Fe3O4+4H2SO4 → Fe2(SO4)3+FeSO4+4H2O
FeO + H2SO4 → FeSO4 + H2O
3Cr2O3+4 H2SO4 → Cr2(SO4)3+CrSO4+4 H2O+5/2O2
NiO+ H2SO4 → NiSO4+ H2O(300系不锈钢)
氧化铁皮中各种金属氧化物溶解于硫酸溶液,生成可溶于水的硫酸化合物,从而把钢坯表面的氧化铁皮除去。另外,钢中的铁与硫酸溶液反应,产生大量氢气,氢气产生的膨胀压力把氧化铁皮从钢坯上剥下来,这种作用称为机械剥离作用。剥离作用能加快酸洗速度、减少硫酸消耗。
对于不同钢种,硫酸酸洗的条件略有区别,硫酸浓度、金属离子(Me)含量及温度见表1。
3.2.2 混酸酸洗
经过硫酸酸洗后,部分氧化层被清除,保留的氧化层以Fe-Cr-Ni氧化物的形式存在,一般采用硝酸+氢氟酸混合物来清除这些复杂的成分。
当不锈钢制品经过混酸酸洗槽时,HNO3 与其表面Fe2O3、Fe、Cr、Ni等物质发生化学反应,生成各种溶解性的金属盐类。