CN103898525A

CN103898525A - 去除钢材的锈皮的方法

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Publication number: CN103898525A
Application number: CN201210585842.9A
Authority: CN
Inventors: 周宜锦; 周泰隆
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-12-28
Filing date: 2012-12-28
Publication date: 2014-07-02

Abstract

一种去除钢材的锈皮的方法，包含使一表面含有锈皮的钢材进行至少两次的除锈处理，该除锈处理是由步骤(a)及步骤(b)所组成；步骤(a)是将该钢材置于一处理试剂中，并利用化学浸渍法或化学电解法，使该锈皮自该钢材表面松动但不脱离该钢材；及步骤(b)是将该钢材自该处理试剂中移出，利用机械方法，使已松动的锈皮自该钢材表面脱离。本发明通过步骤(a)及步骤(b)进行至少两次的除锈处理，可以将锈皮自钢材表面完全移除。

Description

去除钢材的锈皮的方法

技术领域

本发明涉及一种去除钢材的锈皮的方法，特别是指一种可延长处理试剂的使用寿命的去除钢材的锈皮的方法。

背景技术

钢材的生产过程所包括的退火、淬火、焊接、锻造及热处理过程，会使钢材表面产生一层不期望的黑色的氧化物质，即是一般所称的「锈皮」。锈皮的存在不仅影响钢铁表面质量，同时会对后续的加工效果及成品质量产生不良影响，因此必须去除。

目前，如碳钢、不锈钢及高合金钢等钢材一般采用酸洗方法去除锈皮，利用酸将不锈钢表面的锈皮溶解，使锈皮与钢材分离。具体的做法是在60至75℃环境下，以硝酸(HNO₃)及氢氟酸(HF)的混合物作为酸洗液，进行酸洗15至30分钟。

但是，酸洗液所含的氢氟酸为管制品，酸洗后锈皮落入酸洗液中并逐渐溶解，使得酸洗液因含有高浓度的铁、铬及镍等重金属离子而必须更换。酸洗废液需进行特殊处理将重金属离子去除，但即使是经处理后的酸洗废液仍无法再使用；目前是采用酸碱中和法使酸洗废液中含金属离子的污泥沉降，分离并固化干燥后再以掩埋法处理，但可供掩埋的区域有限，且势必造成土壤污染。

此外，含硝酸的酸洗液于使用过程中会产生氮氧化物(NO_x)，如一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO₂)。虽然于酸洗液中添加如过氧化氢(H₂O₂)等氧化剂有助于降低硝酸的使用量并减少氮氧化物生成，但仍无法解决酸洗废液所造成的污染问题。

由上述可知，酸洗液本身及其废液对环境及人体健康皆造成重大危害，因此，应以环保绿色技术做为目标，开发一种降低酸洗液使用量的去除锈皮的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种去除钢材的锈皮的方法。本发明去除钢材的锈皮的方法，包含：使一表面含有锈皮的钢材进行至少两次的除锈处理，该除锈处理是由步骤(a)及步骤(b)所组成：

步骤(a)：将该钢材置于一处理试剂中，并利用化学浸渍法或化学电解法，使该锈皮自该钢材表面松动但不脱离该钢材；及

步骤(b)：将该钢材自该处理试剂中移出，利用机械方法，使已松动的锈皮自该钢材表面脱离。

本发明的有益效果在于：通过步骤(a)及步骤(b)将钢材表面的锈皮去除，且步骤(a)不会使该锈皮落入或溶解于该处理试剂中，因此可延长该处理试剂的使用寿命，确实减少处理试剂的用量。

具体实施方式

本发明去除钢材的锈皮的方法，包含：使一表面含有锈皮的钢材进行至少两次的除锈处理，该除锈处理是由步骤(a)及步骤(b)所组成：

当步骤(a)使该锈皮结构受到破坏并产生穿孔或裂缝等缺损，使该处理试剂可以渗入该锈皮组织中与锈皮作用，甚至穿透锈皮与锈皮下方局部与锈皮邻接的极少量钢材发生反应，而使锈皮自该钢材表面松动但不脱离该钢材。

步骤(b)的机械除锈不限于任何方法或设备，只要可提供直接接触或通过介质接触该钢材表面已松动的锈皮的机械力均适用。较佳地，该机械力为刷磨或研磨。

现有技术曾在钢材与该处理试剂反应的同时启用超音波去除锈皮的做法，但此举会使锈皮脱落且逐渐溶解于处理试剂中，造成该处理试剂的金属离子浓度提高，而无法再使用。本发明的机械处理并非于处理试剂中，而是于独立区域使锈皮自钢材表面脱落，以避免锈皮脱落污染该处理试剂，同时延长该处理试剂的使用寿命。

由于钢材本身的成分及其制造条件会导致锈皮的组成、结构，及锈皮与钢材的结合强度大不相同，本发明方法对表面含有锈皮的钢材进行除锈处理的次数及处理条件需视该钢材的种类、制造条件以及锈皮状况的不同而调整，以防止因过度进行除锈处理致使该钢材耗损，并达到彻底将锈皮移除且不损伤该钢材的的理想效果。

此外，由于步骤(a)使锈皮自该钢材表面松动但不脱离该钢材，所以本发明并不会因为重复进行除锈处理而造成该处理试剂中的金属离子浓度提高，该处理试剂经多次使用仍可以具有良好的松动锈皮的效果；因此，建议步骤(a)重复使用该处理试剂，不需每次更换，将有助于大幅地减少处理试剂的用量，提升除锈效率并节约成本。

较佳地，该钢材是选自于碳钢、不锈钢或高合金钢。

虽然碳钢表面的锈皮的主要成分为氧化铁，若仅通过机械除锈方式除锈，可以将锈皮去除大部分，但无法将锈根(scale root)完全去除，因此一般采用酸洗方法处理，但又易造成有过度酸洗的情形发生。不锈钢表面的锈皮成分包括NIO₂、Cr₂Ｏ₃、FeO·Cr₂O₃、FeO·Cr₂Ｏ₃·3Fe₂Ｏ₃等致密的尖晶石型氧化物，与钢材结合得相当牢固，适用于碳钢除锈的方法无法将不锈钢锈皮去除；而高合金钢含有更高比例的镍和铬元素，其锈皮与钢材间的结合更为紧密。不过，上述钢材经由本发明方法的至少两次除锈处理后，皆可通过使用少量的处理试剂，将锈皮有效去除。

较佳地，该化学电解法是选自于直接接触该钢材的导电方式，或非直接接触该钢材的变极方式。

较佳地，该处理试剂包含一含水溶液，该含水溶液是选自于硫酸水溶液、硫酸钠水溶液、磷酸钠水溶液、磷酸三钠水溶液、氯化钠水溶液、氯酸水溶液、硫酸铵水溶液，及磷酸铵水溶液。本发明所选用的含水溶液不包含硝酸和氢氟酸，不会产生造成工作安全和环保问题的含氮氧化物。

又较佳地，该含水溶液是选自于硫酸钠水溶液、磷酸钠水溶液、磷酸三钠水溶液、氯化钠水溶液、氯酸水溶液、硫酸铵水溶液，及磷酸铵水溶液。由于钢材加工过程中可能有油脂或润滑剂等物质附着于钢材表面，影响除锈效果，造成锈皮较难以去除甚至无法完全去除。前述含水溶液具有清洁该钢材表面的效果，有助于将附着于钢材表面的油脂或润滑剂去除，使除锈效果更为理想。

较佳地，该含水溶液是选自于0.5至10M硫酸水溶液、0.1至2M硫酸钠水溶液、0.1至2M磷酸钠水溶液、0.1至2M磷酸三钠水溶液、0.1至5M氯化钠水溶液、0.1至2M氯酸水溶液，及0.1至2M硫酸铵水溶液，及0.1至2M磷酸铵水溶液。虽然该含水溶液的浓度上限与该含水溶液所包含的化学品的溶解度有关，但是当该含水溶液的浓度过低，则导电性不足，处理效率不佳；而浓度过高，则无法使化学品溶解或于低温时有结晶产生。

将该钢材置于该处理试剂中的时间需依据实际状况而定，一般来说时间不需太长，只要锈皮结构已受到初步破坏且自该钢材表面松动即可。本发明通过反复进行并调整步骤(a)及步骤(b)的操作参数，使得控制锈皮的松动程度变得可行。若为第一次进行除锈处理，建议进行步骤(a)处理选择同时具有清洁钢材表面效果的中性或碱性的处理试剂，且避免锈皮过度松动，即可进行步骤(b)；若为第二次或第二次以上进行除锈处理，则建议进行步骤(a)处理的处理试剂选用容易渗透到锈皮下层者(具体做法可例如添加界面活性剂，使处理试剂的表面张力降低)，但仍须避免锈皮过度松动，再进行步骤(b)。

较佳地，该化学浸渍法的处理时间为10至30分钟。

较佳地，该化学电解法的处理时间为1至120秒，电流密度为10至400安培/平方米。若电流密度太低，则锈皮去除效果不佳；电流密度太高，则电极将产生过多氢气及氧气，操作上较为不便，且造成不必要的电力消耗。

较佳地，该化学电解法的阴极材料为可导电的任何金属材料，或导电非金属材料(如石墨等)；阳极材料为表面不会产生绝缘氧化层的金属材料或导电非金属材料，例如铅、石墨、铂、铂的氧化物，或其他贵金属族或其氧化物等。

较佳地，该步骤(a)是在0至90℃进行。此温度范围是考量该处理试剂包含一含水溶液，需确保步骤(a)在该含水溶液不结冰的情况下即可以进行。

较佳地，该处理试剂还包含一氧化剂。

更佳地，该氧化剂的浓度为0.1至2M，是选自于过氧化氢、氯酸、次氯酸、过氯酸，或其盐类。

本发明将就以下实施例来作进一步说明，但应了解的是，该实施例仅为例示说明用，而不应被解释为本发明实施的限制。

＜化学品及材料＞

钢材：为表面含有锈皮的不锈钢热轧线材，购自于华新不锈钢公司，型号「304J3」，直径6.5mm，锈皮厚度为5μm。

刷磨材料：由3M公司生产，表面含金钢砂。

＜实施例1至6及比较例1＞

[实施例1]

除锈处理

实施例1的除锈处理是依序进行以下2次除锈处理：

第一次除锈处理

步骤(a)：配制0.5M的硫酸钠水溶液作为处理试剂，采用化学电解法，即于30℃下将该表面含有锈皮的钢材浸渍于该硫酸水溶液中进行阳极电解24秒，电流密度为50安培/平方米。

步骤(b)：将该钢材自该处理试剂取出并去除表面多余的硫酸水溶液，再以该刷磨材料对该钢材进行刷磨，使已松动的锈皮自该钢材表面脱离。

第二次除锈处理

步骤(a)：配制0.5M的硫酸钠水溶液作为处理试剂，采用化学电解法，即于50℃下将该表面含有锈皮的钢材浸渍于该硫酸水溶液中进行阳极电解12秒，电流密度为200安培/平方米。

实施例1的除锈处理条件及各项操作参数详细记载于表1。

除锈效果评估

观察实施例1经除锈处理2次后的钢材表面，判断其锈皮去除的程度，并以下记方式将评估结果详细记载于表1。

◎：表示30倍放大观察钢材表面锈皮完全去除

○：表示目视观察钢材表面锈皮完全去除

△：表示钢材表面仍有锈皮残留

[实施例2至4]

实施例2至4是以与实施例1类似的做法来去除钢材的锈皮，不同的地方在于：改变除锈处理的次数、处理试剂的种类及浓度、化学电解法的操作参数及除锈处理的次数，该处理试剂、操作参数及处理次数如表1所示。

将所述经去除锈皮的钢材表面进行与实施例1相同的除锈效果评估，结果如表1所示。

[实施例5]

实施例5的除锈处理是依序进行以下步骤(a)及步骤(b)，且需重复进行该除锈处理2次，其中步骤(a)的处理试剂不需更换。

步骤(a)：配制0.5M的硫酸水溶液作为处理试剂，并使该处理试剂还包含0.5M的过氧化氢。采用化学浸渍法于50℃下将该表面含有锈皮的钢材浸渍于该处理试剂中15分钟，使锈皮松动。

步骤(b)：将该钢材自该处理试剂取出并去除表面多余的处理试剂，再以该刷磨材料对该钢材进行刷磨，使已松动的锈皮自该钢材表面脱离。

实施例5的除锈处理条件及各项操作参数详细记载于表1，并将该经去除锈皮的钢材表面进行与实施例1相同的除锈效果评估，结果如表1所示。

[实施例6]

实施例6是以与实施例5类似的做法来去除钢材的锈皮，即重复进行除锈处理2次，且步骤(a)的处理试剂不需更换；不同的地方在于：改变处理试剂的种类及浓度及化学浸渍法的操作参数，该处理试剂、操作参数及处理次数如表1所示。

将实施例6经去除锈皮的钢材表面进行与实施例1相同的除锈效果评估，结果如表1所示。

[比较例1]

比较例1的除锈处理仅进行1次，方法如下：

第一次除锈处理

步骤(a)-配制0.5M的硫酸钠水溶液作为处理试剂，采用化学电解法于30℃下将该表面含有锈皮的钢材浸渍于该硫酸水溶液中进行阳极电解60秒，电流密度为100安培/平方米。

步骤(b)-将该钢材自该处理试剂取出并去除表面多余的处理试剂，再以该刷磨材料对该钢材进行刷磨，使已松动的锈皮自该钢材表面脱离。

比较例1的除锈处理条件及各项操作参数详细记载于表1，并将该经去除锈皮的钢材表面进行与实施例1相同的除锈效果评估，结果如表1所示。

由表1可知，实施例1至6均进行至少两次的除锈处理，是通过化学电解法或化学浸渍法使锈皮自钢材表面松动，再搭配机械除锈，都可以将锈皮完全移除，除锈效果良好。其中，实施例5及实施例6的第一次及第二次除锈处理所用的处理试剂分别为同一处理试剂，并未更换，大幅地减少了处理试剂的用量。

反观仅进行1次除锈处理的比较例1，是采用化学电解法及机械除锈，即使化学电解时间明显较实施例1的两次化学电解的总时间长，且电流密度为实施例1的两倍，仍无法完全将锈皮自钢材表面移除。

由上述可知，采用单次除锈处理且步骤(a)的处理时间长的方式[比较例1]，其效果比多次除锈处理且步骤(a)的处理时间短[实施例1]的差；此外，步骤(a)的处理时间越长，锈皮可能脱落或溶解于该处理试剂的机会增加，可能会造成处理试剂无法重复使用而必须更换，因此，通过缩短步骤(a)的处理时间并增加除锈处理的次数，可以有效地维持该处理试剂的效力。

综上所述，本发明通过步骤(a)的化学电解法或化学浸渍法及步骤(b)的机械除锈进行至少两次的除锈处理，可以将锈皮在不损伤钢材的情况下自钢材表面完全移除，且可延长该处理试剂的使用寿命，大幅地降低将严重污染环境的处理试剂废液产量。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，不能以此限定本发明实施的范围，即凡是根据本发明申请专利范围及发明说明内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明专利涵盖的范围内。

Claims

1.一种去除钢材的锈皮的方法，其特征在于：其包含使一表面含有锈皮的钢材进行至少两次的除锈处理，该除锈处理是由步骤(a)及步骤(b)所组成：

2.如权利要求1所述的去除钢材的锈皮的方法，其特征在于：该钢材是选自于碳钢、不锈钢或高合金钢。

3.如权利要求1所述的去除钢材的锈皮的方法，其特征在于：该化学电解法是选自于直接接触该钢材的导电方式，或非直接接触该钢材的变极方式。

4.如权利要求1所述的去除钢材的锈皮的方法，其特征在于：该处理试剂包含一含水溶液，该含水溶液是选自于硫酸水溶液、硫酸钠水溶液、磷酸钠水溶液、磷酸三钠水溶液、氯化钠水溶液、氯酸水溶液、硫酸铵水溶液，及磷酸铵水溶液。

5.如权利要求4所述的去除钢材的锈皮的方法，其特征在于：该含水溶液是选自于0.5至10M硫酸水溶液、0.1至2M硫酸钠水溶液、0.1至2M磷酸钠水溶液、0.1至2M磷酸三钠水溶液、0.1至5M氯化钠水溶液、0.1至2M氯酸水溶液，及0.1至2M硫酸铵水溶液，及0.1至2M磷酸铵水溶液。

6.如权利要求1所述的去除钢材的锈皮的方法，其特征在于：该化学浸渍法的处理时间为10至30分钟。

7.如权利要求1所述的去除钢材的锈皮的方法，其特征在于：该化学电解法的处理时间为1至120秒，电流密度为10至400安培/平方米。

8.如权利要求1所述的去除钢材的锈皮的方法，其特征在于：该步骤(a)是在0至90℃进行。

9.如权利要求4所述的去除钢材的锈皮的方法，其特征在于：该处理试剂还包含一氧化剂。

10.如权利要求9所述的去除钢材的锈皮的方法，其特征在于：该氧化剂的浓度为0.1至2M，且选自于过氧化氢、氯酸、次氯酸、过氯酸，或其盐类。