CN113088980B

CN113088980B - 一种盐酸酸洗铁铬铝合金热轧带钢表面氧化皮的生产方法

Info

Publication number: CN113088980B
Application number: CN202110363140.5A
Authority: CN
Inventors: 段秀峰; 武敏; 付金柱; 张晶晶; 李国平; 刘春来; 邹勇
Original assignee: Shanxi Taigang Stainless Steel Co Ltd
Current assignee: Shanxi Taigang Stainless Steel Co Ltd
Priority date: 2021-04-02
Filing date: 2021-04-02
Publication date: 2022-09-20
Anticipated expiration: 2041-04-02
Also published as: CN113088980A

Abstract

本发明提供了一种去除铁铬铝合金热轧带钢表面氧化皮的酸洗方法，包括：(1)对待处理的铁铬铝合金热轧带钢进行抛丸处理；(2)进行盐酸预处理；(3)采用由HNO₃和HF组成的混合酸进行酸洗；(4)清洗与烘干处理。本发明的方法通过使用盐酸介质，设计工艺参数，调整设备状态来提高酸洗效率和保证带钢温度，实现了连续线盐酸酸洗铁铬铝合金热轧带钢的稳定生产。

Description

一种盐酸酸洗铁铬铝合金热轧带钢表面氧化皮的生产方法

技术领域

本发明总体上涉及宽钢带铁铬铝合金带钢酸洗技术领域，具体地，本发明涉及一种盐酸酸洗铁铬铝合金热轧带钢表面氧化皮的生产方法。

背景技术

铁铬铝是一种低碳氮铁素体组织的电热合金材料，Cr、Al元素含量分别为13％-27％、3％-7％左右，主要牌号有：1Cr13Al4、0Cr15Al5、0Cr18Al4、0Cr21A16等。铁铬铝带材由于具有优异的耐高温性能及较高的电阻率，被广泛应用于家电、工业炉窑、机动车尾气净化载体等领域。

铁铬铝合金中由于铝的加入，容易产生比重偏析，合金固溶体的晶格畸变增大，加工过程中易发生脆裂等缺陷会引起铁素体强烈脆化，急剧降低合金的韧性。并且，铁素体不锈钢的韧性与材料的截面尺寸相关，随着材料截面尺寸的增大，其韧脆转变温度升高，韧性下降。

再者，铝是提高铁铬铝合金高温抗氧化性能的关键元素。在高温处理过程(如加热、热轧和退火)中，普通铁素体不锈钢热卷表面会生成Fe、Cr元素为主的氧化皮，而铁铬铝合金热卷表面会形成更加致密的含有Al₂O₃的氧化皮，其与基体附着力较强，后续酸洗难以去除。

连续退火酸洗方式具有生产效率高、成材率高和性能波动小等优点，适合生产宽钢带铁铬铝热轧带钢，但连续退火酸洗生产线具有活套弯曲多、张力大、生产窗口窄等特点。铁素体不锈钢热轧带钢的酸洗，通常采用喷丸处理+硫酸酸洗+混酸(HNO₃+HF)酸洗工艺。生产铁铬铝合金热轧带钢的难点在于，一方面，要考虑铁铬铝合金热轧带钢的低温脆性，提高铁铬铝带钢的温度，避免铁铬铝带钢过线时内部产生应力脆断。另一方面，Al₂O₃氧化膜不同于Fe₂O₃、Cr₂O₃，较为致密，在线酸洗时采用硫酸酸洗，氧化皮脱落不完全，酸洗速度较慢，严重影响酸洗效率。

因此，亟需针对铁铬铝合金热轧带钢，开发一种新型、便捷、高效的酸洗生产方法，在保证生产顺行的前提下，有效去除表面氧化皮，以满足后续的冷轧生产或者客户需求。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提出一种利用盐酸酸洗铁铬铝合金热轧带钢表面氧化皮的生产方法，可以生产宽度1000-1300mm、厚度2.5-4.5mm、重量大于10吨的热轧带钢，在保证连续线生产顺行的前提下，有效去除了含有Al₂O₃的氧化皮，提高了酸洗效率，保证了酸洗板表面质量。

具体来说，本发明通过如下技术方案实现的：

一种去除铁铬铝合金热轧带钢表面氧化皮的酸洗方法，包括：

(1)对待处理的铁铬铝合金热轧带钢进行抛丸处理；

(2)进行盐酸预处理；

(3)采用由HNO₃和HF组成的混合酸进行酸洗；

(4)清洗与烘干处理。

可选地，在步骤(1)中，抛丸处理的转速是1600-2100r/min，抛头电流为90-160A。

可选地，在步骤(2)中，盐酸预处理分两段进行；其中，第一段盐酸预处理的盐酸浓度是100-200g/L，酸洗温度是50-80℃，铁离子浓度不大于100g/L；第二段盐酸预处理的盐酸浓度是70-170g/L，酸洗温度是50-60℃，铁离子浓度不大于60g/L。

可选地，在步骤(3)中，在混合酸中，HNO₃的浓度为60-200g/L，HF的浓度为3-25g/L，酸洗温度为40-55℃，铁离子浓度不大于50g/L。

可选地，在步骤(4)中，采用热水进行清洗，其中，热水必须满足电导率≤100μs/cm，温度不低于50℃；烘干段温度不低于90℃。

可选地，酸洗速度为7-18m/min。

可选地，铁铬铝合金的牌号是1Cr13Al4、0Cr15Al5、0Cr18Al4和0Cr21Al6。

本发明的方法通过使用盐酸介质，设计工艺参数，调整设备状态来提高酸洗效率和保证带钢温度，实现了连续线盐酸酸洗铁铬铝合金热轧带钢的稳定生产。相比于现有技术，本发明的技术方案具有如下有益效果：

(1)有效去除了铁铬铝热轧带钢表面的Al₂O₃氧化皮，大幅提高连续线酸洗铁铬铝热轧带钢的效率，酸洗速度由原来的最高10m/min提升到18m/min。

(2)相比硫酸，盐酸对基体的溶解量更少，金属损耗低，减少了固体废弃物排放和酸泥的产生，解决了固体废弃物造成的环境污染问题。

(3)使得连续线盐酸酸洗稳定生产宽度1000-1300mm、厚度2.5-4.5mm、重量大于10吨的铁铬铝热轧带钢成为可能。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。

图1显示了本发明的生产方法的工艺流程。

具体实施方式

为了充分了解本发明的目的、特征及功效，通过下述具体实施方式，对本发明作详细说明。本发明的工艺方法除下述内容外，其余均采用本领域的常规方法或装置。下述名词术语除非另有说明，否则均具有本领域技术人员通常理解的含义。

热轧带钢是在高温下进行轧制和卷取的，酸洗的目的主要是去除氧化皮，以利于后续冷轧的顺行。不锈钢表面的氧化层结构较为复杂，一般外层为Fe₂O₃和Fe₃O₄，内层为FeCr₂O₄和Cr₂O₃，而铁铬铝合金表面的氧化层主要为更加致密的Al₂O₃，酸洗难度更大。本发明的铁铬铝合金热轧带钢，厚度为2.5-4.5mm，截面厚度的增加降低了材料的韧性；钢卷宽度较大(1000-1300mm)时，容易在带钢横向上产生应力不均，增加断带风险；而且，酸洗段工艺介质的温度严重影响酸洗时及酸洗后带钢的温度，若带钢温度低至30℃以下，铁铬铝材料韧性显著下降，脆断风险升高。因此，当前铁铬铝合金酸洗处理的难点在于如何有效去除Al₂O₃氧化层，同时还能保证铁铬铝带钢的顺利过线。

基于以上思路，本发明提供了一种去除铁铬铝合金热轧带钢表面氧化皮的酸洗方法，包括：(1)对待处理的铁铬铝合金热轧带钢进行抛丸处理；(2)进行盐酸预处理；(3)采用由HNO₃和HF组成的混合酸进行酸洗；(4)清洗与烘干处理。

下面结合图1，对本发明的一种优选实施方案进行详细说明如下。

本发明的去除铁铬铝合金热轧带钢表面氧化皮的酸洗方法具体包括以下步骤：

(1)抛丸处理

抛丸处理是利用压力和离心力使很小的钢丸以很高的速度喷射在运行带钢表面进行除鳞。酸洗前对铁铬铝合金热轧带钢进行抛丸处理，可除掉大部分的氧化层，疏松残留氧化层结构，利于后续酸工艺的进行。

优选地，抛丸转速设定为1600-2100r/min，抛丸机的抛头电流为90-160A。

本发明的方法可以适合任何铁铬铝合金热轧带钢，例如牌号是1Cr13Al4、0Cr15Al5、0Cr18Al4和0Cr21Al6的铁铬铝合金热轧带钢。

本发明的方法可以适合任何规格的铁铬铝合金热轧带钢，优选地，铁铬铝合金热轧带钢的规格是厚度2.5-4.5mm，宽度1000-1300mm，重量大于10吨。

(2)盐酸预处理

与硫酸相比，盐酸对Al₂O₃的溶解能力更强，所以酸洗铁铬铝热轧带钢时，最好使用盐酸。此外，盐酸对基体的溶解量比硫酸少，盐酸酸洗金属损耗比硫酸酸洗低20-25％，减小了酸洗后带钢表面的粗糙度，降低了过酸洗的废品率。盐酸酸洗时，要严格控制酸浓度和酸洗温度，防止发生过酸洗，使得点蚀倾向增加。

为了找到合适的工艺参数，发明人进行深入研究，创造性的提出了盐酸预处理分两段进行；其中，第一段(1#段)盐酸预处理需要较强的酸洗能力，以快速去掉残留的氧化皮，要求提高酸浓度和温度；盐酸浓度是100-200g/L(例如，100-150g/L、130-180g/L、150-200g/L，或者，100g/L、110g/L、120g/L、130g/L、140g/L、150g/L、160g/L、170g/L、180g/L、190g/L或200g/L等)，酸洗温度是50-80℃(例如，50℃、55℃、60℃、65℃、70℃、75℃或80℃等)，铁离子浓度不大于100g/L(例如，不大于90g/L，或者，不大于80g/L)。经历过第一段盐酸处理后，第二段(2#段)盐酸预处理要适当降低酸浓度和温度，防止发生过酸洗；盐酸浓度是70-170g/L(70-120g/L、90-140g/L、120-170g/L，或者，70g/L、80g/L、90g/L、100g/L、110g/L、120g/L、130g/L、140g/L、150g/L、160g/L或170g/L等)，酸洗温度是50-60℃(例如，50℃、52℃、54℃、56℃、58℃或60℃等)，铁离子浓度不大于60g/L(例如，不大于55g/L)。这样能够实现最佳的酸洗效果。同时，考虑到刷洗机冷水会显著降低带钢温度，停用刷洗机。

(3)混酸处理

铁铬铝热轧带钢经酸洗前预处理、盐酸酸洗后，表面仍残留少量的氧化层及贫铬层，需要用很强侵蚀能力的混酸来处理。其中，HNO₃+HF方法，具有酸洗时间短、基体侵蚀小和金属色泽光亮等优点。HF的侵蚀能力极强，浓度不易过高，并且需要匹配相应浓度的HNO₃来抑制反应过程，否则F^—会侵入到基体内部产生腐蚀作用。

综上，混合酸洗段工艺设计为：HNO₃酸浓度为60-200g/L(例如，60-100g/L、80-120g/L、160-200g/L，或者，60g/L、70g/L、80g/L、90g/L、100g/L、110g/L、120g/L、130g/L、140g/L、150g/L、160g/L、170g/L、180g/L、190g/L或200g/L等)，HF酸浓度为3-25g/L(例如，3-10g/L、5-15g/L、15-25g/L，或者，3g/L、5g/L、7g/L、9g/L、11g/L、13g/L、15g/L、17g/L、19g/L、21g/L、23g/L或25g/L等)，酸洗温度为40-55℃(例如，40℃、41℃、42℃、43℃、44℃、45℃、46℃、47℃、48℃、49℃、50℃、51℃、52℃、53℃、54℃或55℃等)，铁离子浓度不大于50g/L(例如，不大于45g/L，或者，不大于40g/L)。

盐酸预处理和混酸处理的各种参数如表1所示：

表1

(4)清洗烘干

酸洗完毕后，必须将带钢表面残余的Cl^-或F^-清洗掉，否则引起铁铬铝带钢的点蚀，污染辊道。这里，使用较为干净的除盐水来清洗带钢，并要求电导率≤100μs/cm，水温不低于50℃。同时，酸洗段后为活套，带钢完全展开裸露在空中，降温很快，为了保证带钢温度在卷取前达到30℃以上，要求烘干段温度不低于90℃。

在上述整个过程中，酸洗速度是7-18m/min，即带钢向前运行的速度是7-18m/min。

采用本发明的盐酸酸洗铁铬铝合金热轧带钢表面氧化皮的生产方法，通过使用盐酸介质，提高了酸洗效率，保证了热卷表面质量；通过调整工艺介质温度，提高了铁铬铝带钢的韧性，显著降低了钢卷断带风险。在保证铁铬铝合金热轧带钢表面氧化皮有效去除的前提下，酸洗速度最高由10m/min提升至18m/min，并且退火后带钢温度保证在30℃以上，保持了带钢良好的韧性。

实施例

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。

实施例1

以牌号为1Cr13Al4的铁铬铝合金热轧带钢为原料，其化学成分按质量百分比为：C：0.018％、Si：0.18％、Mn：0.05％、P：0.011％、S：0.001％、Cr：13.8％、Al：5.0％、Ti：0.30％、N：0.002％，其余为Fe及其它不可避免的杂质，该铁铬铝合金热轧带钢的规格为：厚度2.5mm，宽度1252mm。重量16.5吨。

实施例1的盐酸酸洗铁铬铝合金热轧带钢表面氧化皮的生产方法包括如下步骤：

(1)酸洗前抛丸处理，抛丸转速为1700r/min，抛头电流为100A。

(2)进行盐酸预处理，并关闭刷洗机的冷水。1#段HCl浓度和酸洗温度分别为140g/L和60℃，铁离子浓度为89g/L；2#段HCl浓度和酸洗温度分别为120g/L和52℃，铁离子浓度为55g/L。

(3)通过HNO₃与HF混合酸洗段。HNO₃酸浓度为80g/L，HF酸浓度为3g/L，酸洗温度为41℃，铁离子浓度为45g/L。

(4)酸洗后热水清洗，然后用高温热气烘干。热水电导率为83μs/cm，温度为51℃，烘干段温度为91℃。

实施例1生产的铁铬铝合金热轧带钢的过线最高速度为18m/min，卷取时带钢温度为34℃，生产顺利进行无阻碍，而且带钢表面无残留的氧化皮，色泽均匀一致。

实施例2

以牌号为0Cr18Al4的铁铬铝合金热轧带钢为原料，其化学成分按质量百分比为：C：0.021％、Si：0.23％、Mn：0.50％、P：0.014％、S：0.001％、Cr：17.1％、Al：4.1％、Ti：0.11％、N：0.004％，其余为Fe及其它不可避免的杂质，该铁铬铝合金热轧带钢的规格为：厚度3.5mm，宽度1257mm。重量15.9吨。

实施例2的盐酸酸洗铁铬铝合金热轧带钢表面氧化皮的生产方法包括如下步骤：

(1)酸洗前抛丸处理，抛丸转速为1800r/min，抛头电流为120A。

(2)进行盐酸预处理，并关闭刷洗机的冷水。1#段HCl浓度和酸洗温度分别为160g/L和65℃，铁离子浓度为86g/L；2#段HCl浓度和酸洗温度分别为130g/L和58℃，铁离子浓度为54g/L。

(3)通过HNO₃与HF混合酸洗段。HNO₃酸浓度为110g/L，HF酸浓度为9g/L，酸洗温度为44℃，铁离子浓度为43g/L。

(4)酸洗后热水清洗，然后用高温热气烘干。热水电导率为80μs/cm，温度为53℃，烘干段温度为93℃。

实施例2生产的铁铬铝合金热轧带钢的过线最高速度为13m/min，卷取时带钢温度为35℃，生产过程正常，无酸洗不净现象。

实施例3

以牌号为0Cr21Al6的铁铬铝合金热轧带钢为原料，其化学成分按质量百分比为：C：0.019％、Si：0.13％、Mn：0.07％、P：0.015％、S：0.001％、Cr：19.9％、Al：5.5％、Nb：0.08％、Ti：0.11％、N：0.004％，其余为Fe及其它不可避免的杂质，该铁铬铝合金热轧带钢的规格为：厚度3.0mm，宽度1240mm，13.0吨。

实施例3的盐酸酸洗铁铬铝合金热轧带钢表面氧化皮的生产方法包括如下步骤：

(1)酸洗前抛丸处理，抛丸转速为1950r/min，抛头电流为140A。

(2)进行盐酸预处理，并关闭刷洗机的冷水。1#段HCl浓度和酸洗温度分别为180g/L和75℃，铁离子浓度为79g/L；2#段HCl浓度和酸洗温度分别为140g/L和60℃，铁离子浓度为51g/L。

(3)通过HNO₃与HF混合酸洗段。HNO₃酸浓度为190g/L，HF酸浓度为19g/L，酸洗温度为46℃，铁离子浓度为40g/L。

(4)酸洗后热水清洗，然后用高温热气烘干。热水电导率为88μs/cm，温度为55℃，烘干段温度为95℃。

实施例3生产的铁铬铝合金热轧带钢的过线最高速度为9m/min，卷取时带钢温度为33℃，能够正常生产无断带现象，而且带钢表面酸洗干净，无残余氧化皮。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的替代、修饰、组合、改变、简化等，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种去除铁铬铝合金热轧带钢表面氧化皮的酸洗方法，其特征在于，包括：

(1)对待处理的铁铬铝合金热轧带钢进行抛丸处理；

(2)进行盐酸预处理；

(3)采用由HNO₃和HF组成的混合酸进行酸洗；

(4)清洗与烘干处理；

其中，在步骤(2)中，盐酸预处理分两段进行；其中，第一段盐酸预处理的盐酸浓度是140-180g/L，酸洗温度是60-75℃，铁离子浓度是79-89g/L；第二段盐酸预处理的盐酸浓度是120-140g/L，酸洗温度是52-60℃，铁离子浓度是51-55g/L；

其中，在步骤(3)中，在混合酸中，HNO₃的浓度为80-190g/L，HF的浓度为3-19g/L，酸洗温度为41-46℃，铁离子浓度是40-45g/L；

其中，在步骤(4)中，采用热水进行清洗，其中，热水必须满足电导率是80-88μs/cm，温度是51-55℃；烘干段温度是91-95℃。

2.根据权利要求1所述的酸洗方法，其特征在于，在步骤(1)中，抛丸处理的转速是1600-2100r/min，抛头电流为90-160A。

3.根据权利要求1所述的酸洗方法，其特征在于，酸洗速度为7-18m/min。

4.根据权利要求1所述的酸洗方法，其特征在于，铁铬铝合金的牌号是1Cr13Al4、0Cr15Al5、0Cr18Al4和0Cr21Al6。

5.根据权利要求1所述的酸洗方法，其特征在于，铁铬铝合金热轧带钢的厚度是2.5-4.5mm，宽度是1000-1300mm，重量大于10吨。