10分PK10

不锈钢的酸洗工艺及原理 

（论文节选） 

不锈钢的定义 

在EN10088-1标准中，对不锈钢的定义是： 

铬的最低含量（按重量）不应低于10.5％，碳的最大含量不应高于1.2％。 

不锈钢可以通过添加一些其它的合金元素还提高其耐腐蚀的能力，如：镍、钼、氮、钛、铌等。这些元素的添加可以大大的提高不锈钢应用范围，和它的一些物理性能，如：成型性、强度、耐热性等。 

不锈钢的酸洗工艺概述  

酸洗工艺分为两段： 

★  首先，由硫酸酸洗或电解硫酸钠 ★  其次，混酸酸洗.  

不锈钢为什么能耐腐蚀？ 有以下原因决定： 

1.是它具有钝化的性质； 2.是它富含铬； 

3.是它可以很自然的在钢铁表面形成氧化膜。这也就是大家所熟知的不锈钢的钝化。 当不锈钢的清洁表面直接暴露于富含氧的空气当中时，这时不锈钢就会很自然的形成一个铬氧化物表层。当钢铁表面有足够的氧时，这种现象就会自发的和立即发生。并且当这种情况发生后，也不会立即停止，而是要持续一段时间，直到有足够的厚度。 

钢铁表面一但发生破损，则钝化层就会立即出现。  

钝化膜形成的正常条件是：直接与空气接触或与富含氧的水接触。在这种情况下即使发生要机械破坏（例如：擦伤或划伤），那么它也可以很快的进行自我修复。 

由于在一些特殊的情况下，不锈钢钝化膜破损之后很难再生成，因此不锈钢不是在任何情况下都是可以应用的。若不锈钢表面的活性比较高，那么就会很容易的产生腐蚀。像机械连接处、未完全焊接的焊缝处等。 

1. 破鳞、酸洗、钝化与去油的区别 

破鳞、酸洗、钝化这三个词很容易混淆，但是他们都是属于不同的工艺。在不锈钢的表面处理工艺当中，知道他们之间的区别是非常重要的。 

什么是“破鳞”？破鳞就是去除钢材表面厚厚的一层氧化物。这层氧化物通常都是黑灰色的。因此在轧制工厂，去除铁鳞是很关键的一步。去除铁鳞的方法分两步，第一步是机械疏松铁鳞，第二步是将疏松的铁鳞从钢材表面去除掉。去除完铁鳞之后，就应立即进行酸洗，来清除铁鳞下面的薄层金属表面。 如图：

不锈钢表面的灰黑色鳞片

什么是“酸洗”？酸洗就是去除不锈钢表面的那一层薄薄的金属。通常在酸洗不锈钢时用的就是硝酸和氢氟酸的混酸。 

酸洗后的不锈钢表面

什么是“钝化”？钝化通常是会在不锈钢表面自发的形成，但是有时也需要用一些氧化酸来进行辅助处理。不像酸洗，辅助氧化是没有金属被从不锈钢表面去除掉的。 

什么是“除油”？钢材表面油污的存在影响了不锈钢钝化膜的形成，而单独进行酸洗是不能够去除钢材表面的油污的。因此有必要进行脱脂处理。 

2. 对电解酸洗方式的效率和安全性上来说，不需要特别专业的知识。但是对于酸洗的工艺必须进行严格的控制，否则酸洗完成后，不锈钢的表面腐蚀的情况会立即发生。对于不同钢级的不锈钢，有不同的酸洗时间。因此对于生产者来讲，知道不同的钢级要有不同的酸洗时间是非常重要的。  

不锈钢和耐酸合金钢在轧制和退火时，就会在带钢表面形成鳞层或氧化层。鳞层由铁铬氧化物、氧化铁和其它合金元素的氧化物组成。混合物的含量由铁、退火条件(温度、加热时间,气氛)和其它的参数决定。 

鳞层中有很大一部分金属氧化物形成一个棱形的结构，金属氧化物在酸中很难溶解.另外,在一定情况下, 在鳞层下面产生一定成分和厚度的贫铬区，为了保证材料的性能,带钢表面铬的含量必须与内部一致，通过多阶段不同形式的酸洗，鳞层和贫铬区从带钢表面被清除。 

不锈钢酸洗原理 

第一段酸洗: 化学酸洗   热轧材料用硫酸酸洗  

与前面所述的一样，鳞层一部分由氧化铁组成。氧化铁能够通过化学方法有效除去。在硫酸的溶液中酸洗是有效的。 

在H₂SO₄中酸洗时，在带钢表面发生了一系列的化学应.

 Fe₃O₄+4H₂SO₄=Fe₂(SO4)₃+FeSO₄+4H₂O

3CrO₃+4 H₂SO₄=Cr₂(SO)₄+CrSO₄+4 H₂O+O₂O₂

NiO+ H₂SO₄=NiSO₄+ H₂O

鳞层的成分例如Fe₂O₃、NiO和Cr₂O₃，按下面反应被溶解。 

Fe₂O₃-6e^-=2Fe³⁺+O₂

Cr₂O₃-6e^-=2Cr³⁺+O₂

NiO-2e^-=Ni²⁺+O₂

在经济允许和环境允许的情况下，用硫酸酸洗不锈钢来消除氧化铁层，消耗酸量小、排

放气体简单、酸洗速度快。 

   在硫酸酸洗之后，带钢表面将在研磨刷洗单元进行漂洗和刷洗，在这个单元残余的氧化层和污物将被清除。  

三、第一段酸洗：电解酸洗（硫酸钠），用于冷轧材料.  

尽管硫酸酸洗对于热轧产品来说，对部分的消除氧化层提供了一条经济的途径，但对于冷轧材料来说不理想，对冷轧材料而言,在第一段酸洗用硫酸钠来去除带钢表面的氧化层，酸洗在硫酸钠溶液中进行，用直流电源电解除鳞，根据中性系统不间断的交换带钢的阳极和阴极。 

电解酸洗中进行了一系列的反应如下: 阳极反应: 

硫酸根失去电子: SO₄^2--2e=SO₄ 

H₂SO₄生成: 2SO₄+2H₂O=2H₂SO₄+O₂↑ 

电解质产生: 2NaOH+ H₂SO₄= Na₂SO₄+2H₂O 铬生成: Cr³⁺ - 3e^-= Cr 

阴极反应: 

Na₂SO₄电解: Na₂SO₄=2Na⁺+SO₄^2-

2Na⁺ 失去电子: 2 Na⁺+2e⁻=2Na 

NaOH生成：2Na+2H₂O=2NaOH+H₂↑ 

氧化物的成分，例如Fe₂O₃、NiO和Cr₂O₃被溶解，反应如下: Fe₂O₃- 6e^-=2Fe³⁺+O₂                     

Cr₂O_3- 6e^-=2Cr+O₂

NiO-2e^-=Ni²⁺+O₂

同时氢氧化铁在溶液中形成. 

Fe+3H₂O=Fe(OH)₃↓+3H⁺ 

Cr+3H₂O= Cr (OH)₃+3H⁺

Ni+2H₂O= Ni (OH)₂+2H⁺

在氧化层溶解后,铁离子及部分的镍离子和铬离子以氢氧化物的形式沉淀下来，另外镍

也会形成. 

在用硫酸酸洗后,带钢表面用刷辊清洗，残余的氧化皮和氢氧化物沉淀被清除.  

四、第二段酸洗，混酸酸洗  

经过H₂SO₄/Na₂SO₄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. 

一般来说，用硝酸和氢氟酸混合物来清除这些复杂的成分。同时如果有必要贫铬区也要清除. 

混酸工艺分两个阶段进行,在最后的酸洗槽中，少量残余的氧化物被清除掉，同时形成一个光亮的带钢表面，这样得到一个表面质量高的酸洗材料。 

在酸洗过程中，氧化层被溶解后，与含金属的浓缩酸混合，氢氟酸将金属离子转化为稳定的金属氧化物。同时生产部分的金属离子,氮的氧化物和水。 

五、废水处理  

    废水中主要成分如下：酸性、SS、Cr⁶⁺、Ni²⁺、F^-。其中Cr⁶⁺、Ni²⁺都是国家严格控制排放的一类毒物。 

    废水经本工程处理后，出水清晰透明，各项指标均可达到国家允许的排放标准。废水可以回用于生产——这是环保治理的最高要求。 

 六、生产酸槽  

    它的设计必须满足如下要求  

    ①生产工件要求，一般酸槽根据管件、管材的长度设计为：长6～15米左右，宽、深各

为1米左右。  

    ②酸槽必须耐氢氟酸、硝酸和高温（≤80℃）。同时考虑防撞措施。      ③能够充分考虑废气处理的需要。  

    一般企业在工艺设计时①②点会充分考虑，③点则容易忽略，或者项目设计师缺乏环保

工程技术。这样形成的结果，往往生产中的酸雾弥漫，工作环境恶劣，外部环境污

 4

行业书店网络专家―――希望书店（http://www.hopebook.cn）                               

染，最终成为企业的包袱。 

七、废气处理  

    本项目的废气处理设计有三个关键地方要注意：  

    ①废气的收集，由于与工件操作面的矛盾，施工中要十分注意。        ②NOx废气不同于普通酸性废气，具有一定的处理难度。      ③废气是爆发型的。  

总之，不锈钢酸洗过程是不锈钢生产的一个必不可少的工段。酸洗的材料形态有带洗、管洗（含管件）、板洗、线材酸洗，间断或连续进行。但不管何种工艺的酸洗，不锈钢酸洗的生产线防腐，废水处理和废气处理都是极其重要的一个环节。而最终的表面质量和光洁度又是用户能否满意的关键。而这个关键又是由酸洗的配方中的具体参数决定的，如采用的温度、酸的浓度、配酸的比例、酸洗时间等因素决定。