不銹鋼的酸洗機理、工藝及質(zhì)量控制概述不銹鋼是一種高技術(shù)含量的產(chǎn)品，由于其具有優(yōu)異的耐蝕性、成型性、相容性以及在很寬溫度范圍內(nèi)的強韌性等系列特點，所以在石油化工、原子能、輕工、紡織、食品、家用器械等方面得到廣泛的應(yīng)用。不銹鋼同普碳鋼有著本質(zhì)的區(qū)別，因此它的加工過程同普碳鋼也有很大的區(qū)別。狹義的不銹鋼是指在大氣中不容易生銹的鋼。不銹鋼的不銹性和耐蝕性是由于鋼的表面上富銘氧化膜（鈍化膜）的形成，這種不銹性和耐蝕性是相對的。實驗證明，鋼在大氣，水等弱介質(zhì)中和硝酸等氧化性介質(zhì)中，其耐蝕性隨鋼中銘含量的提高而增加，當銘含量N10%時，鋼的耐蝕性發(fā)生突變，即從易生銹到不易生銹，從不耐蝕到耐腐蝕。所以稱不銹鋼是銘含量為12%以上的鐵基合金。所謂不銹鋼的酸洗即是為了保證表面具有充分的耐蝕性。不銹鋼加工過程中的酸洗對其表面及內(nèi)在性能有很大的影響，也是加工好的不銹鋼產(chǎn)品的必備工序，因此如何更好的控制不銹鋼的酸洗條件及酸洗設(shè)備對不銹鋼的產(chǎn)品質(zhì)量是至關(guān)重要的。不銹鋼酸洗機理1.1不銹鋼的分類不銹鋼按其種類可分為奧氏體不銹鋼（300系列）、鐵素體不銹鋼（400系列）、馬氏體不銹鋼（420J2）、奧氏體一鐵素體雙相不銹鋼、沉淀硬化型不銹鋼。在這些鋼種中最常用的是奧氏體不銹鋼和鐵素體不銹鋼。因此這兩個鋼種的生產(chǎn)工藝就更加成熟。下面就以這兩個鋼種為例介紹不銹鋼的酸洗機理、酸洗工藝及質(zhì)量控制。1.2不銹鋼的酸洗機理（以300系列、400系列為例）1.2.1不銹鋼的酸洗目的a） 除去氧化鐵皮，恢復金屬光澤b） 冷軋品表面的鈍化c） 消除貧銘層1.2.2不銹鋼氧化鐵皮的組成300系列400系列FeQFeQFe：。：Fe；O3FeO-Cr2O3NiOCrQFeO?Cr4O ^-3 2CrO23 ^-3 CrO ^-3 基層基層從上圖可以看出，300系列比400系列要難酸洗，因為其氧化層的成分比較復雜。不銹鋼的酸洗的目的就是要洗掉這些氧化鐵皮，得到用戶要求的產(chǎn)品。不銹鋼的酸洗工藝2.1酸洗之前的預處理由于不銹鋼的鐵磷中含有與基體結(jié)合更為緊密的氧化銘，造成酸洗困難。因此，為提高酸洗效果，必須在酸洗之前進行酸洗之前的預處理。酸洗之前的預處理有兩種方方式：一是機械破鱗，通常用于熱軋卷。這種方法主要有兩種：一是噴丸機處理；另一種破鱗輥處理。二是化學方法，通常用于冷軋卷。由于熱卷的酸洗和冷卷的比較相似，只是熱卷的酸用量要大一些，相比之下冷卷的酸洗工藝和控制要更復雜一些，因此這里就以冷卷的酸洗為例講解不銹鋼的酸洗工藝目前常用的化學處理方法是中性鹽電解法。一般采用NaSO溶液作為電解質(zhì)，帶鋼在電極的作用下，表面產(chǎn)生正負交替的感應(yīng)電動勢，從而產(chǎn)生化學反應(yīng)起到除氧化層的作用。NaSO電解的最大好處是可以溶解銘氧化物，在電流作用下使之轉(zhuǎn)化為溶于水的TOC\o"1-5"\h\z2 4CrO2-。特別對于冷帶，破壞了致密的氧化層而使接下來的酸洗液能發(fā)揮更大的作用。另外，帶鋼表面的水被電解成H2和02從帶鋼表面逸出形成的力可以將表面的氧化物剝離。 2 2反映方程式為：Cr0+5H0=2CrO2-+10H++6e-,23 2 4Cr+4HO=CrO2-+8H++6e-,史。一2O2+2H++2e-,H2O+2e--H2t+2OH-。整個反映過程中，NaSO只是作為一個導電介質(zhì)，負責電子的轉(zhuǎn)移，本身并不發(fā)生化學反應(yīng)，只是隨著帶鋼的運行和沉淀物的排出會被帶出槽體，蒸發(fā)也會帶走一部分。影響電解效果的主要因素有：Na2SO4的濃度、成分、PH值、溫度。2.2酸洗方法經(jīng)過預處理后的帶鋼送往酸槽進行的酸洗。酸洗方法可以分為兩類:一是酸浸法；二是酸液電解法。大多數(shù)情況都是兩種方法組合使用。酸浸法單獨或混合使用的酸有HNO、HF、HSO等。硝酸是氧化劑，可促使不銹鋼鈍化，但單獨使用沒有除鱗作用。3HF酸腐蝕大，不僅侵蝕鐵鱗，也侵蝕基體金屬，使表面粗糙。因此，這兩種酸都不能單獨使用，而使用他們的混合物效果最好，短時間內(nèi)就可以獲得良好的表面，點蝕的危險也小，所以不管是什么鋼種，大都采用這種混酸。在混酸中反映的方程式為：FeO+HNO+HF=FeFx(NO)y+HO，23 3 3 2形成的FeFx(NO)y為溶于水的絡(luò)合物。硫酸一般在較高溫度下酸洗效果良好，3但溫度低時卻很差，所以一般很少用。有時為了改善銘系鋼種熱軋卷的除鱗性，設(shè)置熱硫酸槽與硝酸、HF酸的混合酸槽組合使用。2）酸浸電解法（也叫電解酸洗）電解酸洗是僅用酸浸法難以完全除鱗的情況下所采用的一種加速除鱗方法，與酸浸法組合使用可提高酸洗效率。這種方法的特點是：由于電化學的作用，表面均勻光澤度良好。電解酸洗中通常使用的是HNO電解。HNO單獨作為酸液使用時沒有除鱗作用，但是通過電極（硅鑄鐵）產(chǎn)生電流流通時，3由于電化學作用使氧化膜離子化，就能進行酸洗，不過因腐蝕性較低，除鱗能力較小，一般不單獨使用。帶鋼的酸洗是連續(xù)進行的，是將各種酸洗方法包括預處理采用不同方式組合起來使用。組合方式根據(jù)鋼種、帶鋼表面狀態(tài)和設(shè)備條件決定。針對市場的需求情況，寶新公司將不銹鋼的酸洗工藝制定如下：300系列熱卷一連退爐退火+Na2SO4電解+H2SO4電解酸洗+HNO3、HF混酸酸洗400系列熱卷一罩式爐退火+NaSO電解+HSO電解酸洗+HNO、HF混酸酸2 4 2 4 3洗300系列冷卷一連退爐退火+Na2SO4電解+HNO3、HF混酸酸洗400系列冷卷一連退爐退火+Na2SO4電解+HNO3電解酸洗說明：對于400系列（主要是430鋼種）歐洲市場主要是需求表面發(fā)白的產(chǎn)品，因此用的工藝是400系列冷卷一連退爐退火+NaSO電解+HNO、HF混酸酸洗，這樣由于HF酸的作用使表面發(fā)白；而亞洲市場需求的是表面發(fā)亮的400系列產(chǎn)品，這樣，由于我公司主要是做亞洲的市場，所以采用上面所說的工藝。質(zhì)量控制不銹鋼酸洗的質(zhì)量控制包括兩個方面，一方面是酸洗工藝方面的控制；另一方面是酸洗設(shè)備的控制這兩方面要協(xié)調(diào)配合，哪一個環(huán)節(jié)出了問題都會給不銹鋼的酸洗帶來質(zhì)量缺陷。3.1從酸洗工藝的角度來看，質(zhì)量控制主要有以下幾個方面：3.1.1酸洗的工藝控制主要包括：1） 酸液濃度控制一般來說提高酸液濃度能夠加大酸洗的力度，但是由于混酸的反映比較復雜，F(xiàn)e2O3+HNO3+HF=FeFx（NO3）y+H2O，各個廠應(yīng)根據(jù)實際經(jīng)驗來配比，這里要指出的是HF酸的濃度不應(yīng)太大，否則會造成金屬損失增加，使表面粗糙、發(fā)白。從另外一個角度來考慮，加大濃度會增加酸的投入量，會增加成本，因此應(yīng)該根據(jù)實際情況控制酸液濃度。2） 酸液溫度控制提高溫度同提高濃度一樣能夠增加酸洗效果，當金屬離子濃度超過45g/l時，提高溫度酸洗效果比提高濃度更明顯。所以多采用〃低濃度，高溫度〃的酸洗工藝。溫度增加，反映快，酸洗效果好。但溫度太高，酸液蒸發(fā)嚴重，特別是HF酸，同時要考慮到酸槽的耐熱程度。所以溫度不能太高，通常在50-60°C，酸液溫度通常要自動控制，需定期檢查。另外，溫度過高，會造成H2O中H2、O2增多，會造成黃斑這種缺陷。（H2、O2附著在帶鋼下表面，阻礙反映進行）3） Fe離子濃度控制酸洗時，酸液會和基體金屬中的Fe、Cr等金屬元素發(fā)生反映造成金屬鹽。這樣隨著Fe離子濃度的增加，使游離酸成分降低，從而使酸洗效果降低。此外，溶液中金屬離子濃度過高，會形成難溶的氟化物（FeF3）堵塞管道及泵。因此要嚴格控制Fe離子濃度＜45g/l。另外，除了以上影響酸洗效果的因素之外，還有幾種：a） 電參數(shù)（包括電壓、電流、電流密度、電解時間、電極排布等）b） 鋼種氧化層成分、厚度等。3.1.2由于酸洗工藝產(chǎn)生的質(zhì)量缺陷主要有：1） 黃色臟污這種缺陷一般只是在電解段產(chǎn)生，而且是在生產(chǎn)430鋼種時產(chǎn)生，304鋼種一般沒有。原因是304鋼種的最后工序是混酸酸洗，即使有臟污也被洗掉了，而430鋼種的最后工序是HNO3電解，如前所述，HNO3的酸洗效果不強，因此會產(chǎn)生這種缺陷。這種缺陷的產(chǎn)生原因有兩種：a） Na2SO4溶液臟。經(jīng)過工作一段時間后，NaSO溶液中會有很多雜質(zhì)和金屬離子，溶液會變的很臟，如果不及時排掉就會產(chǎn)生黃斑這種缺陷。產(chǎn)生這種缺陷的解決辦法是排掉一部分溶液，再重新添加一些NaSO配置成新的溶液。同時要注意溶液的溫度不能太高，2 4否則經(jīng)過電解段后殘留在帶鋼表面的溶液在高溫下很快就十了，這使下一步的刷洗很難將其洗去，也會產(chǎn)生上面的缺陷。b） 在帶鋼下表面產(chǎn)生了汽化膜這種情況是由于電解過程中產(chǎn)生了大量的H2，聚集在帶鋼下表面阻礙了反映的進一步反映，從而產(chǎn)生黃斑。對于這種情況的解決辦法是嚴格控制電解溫度，電解電流。一般430鋼種應(yīng)控制整流器在就地模式電流4500A，Na2SO4溶液濃度150g/l，溫度70°C左右。 242） 過酸洗這種情況是由于混酸中的HF比例太大了。一般表現(xiàn)為表面明顯粗糙、發(fā)白。解決的辦法是加水重新配酸，并做酸分析來跟蹤酸的濃度的變化，使其符合工藝規(guī)程的規(guī)定。3） 欠酸洗這種情況是由于混酸中酸量不足造成的或電解段預處理的能力不夠造成的。解決的辦法是加大酸的投入量重新配酸或調(diào)整電解段參數(shù)，使其與工藝規(guī)程相對應(yīng)。比如分廠常常會出現(xiàn)阿維斯塔來料的欠酸洗缺陷，我認為在這方面來考慮一下，加大酸的投入量，同時調(diào)整電解段的參數(shù)，提高酸洗效果應(yīng)該可以消除這種缺陷。4） 酸洗花紋這種缺陷表現(xiàn)為帶鋼表面全面或局部性變白或咖啡色。這是由于酸和水的配比不當造成的。解決的辦法是重新調(diào)整酸和水的配比來消除缺陷。3.2從設(shè)備本身來控制由于酸洗段有設(shè)備多，生產(chǎn)線長等特點，因此設(shè)備本身也上缺陷產(chǎn)生的易發(fā)部位。嚴格確保設(shè)備的清潔（包括輥子、相關(guān)的機械設(shè)備、與帶鋼接觸的設(shè)備）是消除設(shè)備造成的缺陷的主要方法。酸洗段由設(shè)備造成的主要缺陷有：1） 壓入（包括擠十輥、密封輥、張緊輥、轉(zhuǎn)向輥壓入）壓入是酸洗段產(chǎn)生最多的缺陷之一，產(chǎn)生的原因主要是輥子上粘有異物壓在帶鋼表面造成的。針對不同的輥子解決的方法也不同，但其最終的目的都是要清除異物。對于擠干輥、密封輥產(chǎn)生的壓入，間距一般為785mm左右。對于擠干輥產(chǎn)生的壓入可以捆帶將限位擋住，然后打開輥子來處理。但是對于密封輥就不能這樣處理，因為它直接和溶液接觸，打開會造成溶液泄露，因此，對于這種缺陷只能通入過度帶停機處理。對于張緊輥、轉(zhuǎn)向輥產(chǎn)生的壓入，間距為3.7m，要看現(xiàn)場情況來處理。一般可以以5m/s的速度邊低速運行邊處理或通過渡帶停機處理。2） 劃傷劃傷一般產(chǎn)生在帶鋼的R面，以電解段產(chǎn)生的最多。其產(chǎn)生原因主要有：a）板形不好；b）張力不穩(wěn)；c）電極護板松動垂下d）電極位置不合適。當發(fā)生這種缺陷時，應(yīng)逐一原因去查找，對板形不好的應(yīng)該調(diào)整張力，并且適當降速；對于張力不穩(wěn)的應(yīng)該穩(wěn)定張力，并查找是否是設(shè)備原因；對于電極護板松動垂下的應(yīng)該打開電解段槽蓋進行確認，同時通知二十冶相關(guān)人員來處理；對于電極位置不合適的應(yīng)該重新調(diào)整電極位置（上、中、下三個位置）。3） 擦傷擦傷一般是比較小的帶鋼表面?zhèn)?，在與帶鋼相接觸的地方都有可能產(chǎn)生，因此要全線逐一檢查清除。4） 筋狀拉伸一般這種缺陷都是在連退爐中產(chǎn)生的，但是有時候也會在酸洗段產(chǎn)生。我們分廠就曾經(jīng)有過一次，由于密封輥兩側(cè)壓力不等造成受力不均衡，在加上帶鋼跑偏從而造成筋狀拉伸。因此如果產(chǎn)生這種缺陷后，當判斷不是爐子段產(chǎn)生的，而是酸洗段產(chǎn)生的時候，就要檢查各個擠干輥、密封輥的兩側(cè)壓力是否合適，然后處理。5） 邊損這種缺陷一般是帶鋼跑偏是造成的。消除的方法是調(diào)整張力并且適當降速使帶鋼恢復到原來的運行位置。6）