CN1131341C - 合金钢钢材表面氧化皮的去除方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于用溶液酸洗金属材料领域。主要适用于去除合金钢钢材表面的氧化皮。本发明所述的方法包括阳极电解酸洗法、阴极电解酸洗法和阴阳交替电解酸洗法。电解参数：电流密度为80-300A/dm²，电解液温度20-50℃，电解时间1-5min。电解液由硫酸水溶液和表面活性剂组成，表面活性剂由十二烷基苯磺酸钠、烷基酚聚氧乙烯醚和水组成。本发明对合金钢钢材表面氧化皮去除效果显著，且去除速度快，无污染。

Description

合金钢钢材表面氧化皮的去除方法

本发明属于用溶液酸洗金属材料领域。主要适用于去除合金棒线钢材表面的氧化皮。

通常热轧成品钢材应检查表面质量，但是热轧钢材表面已产生氧化皮，因此为准确判定表面缺陷；首先必需清除氧化皮。冶金厂常规方法是采用化学酸洗工艺去除碳素钢及合金钢表面的氧化皮。

现行化学酸洗工艺的原理为：酸液与FeO反应使氧化皮部分溶解，同时酸液与铁基反应，由此产生氢气的机械作用使尚未溶解但已相当疏松的含有Fe₂O₃和Fe₃O₄的氧化皮成片剥落。在任何一种酸洗过程中，溶解和剥离都在起作用，只是其程度随钢类、酸液的浓度和温度的不同而有很大差别。(《钢铁材料酸洗化学》，陶映初著，P8、9、10，科学出版社，1993；《高速轧机线材生产》，《高速轧机线材生产》编写组编著，P391-410，冶金工业出版社，1995)。

对于合金钢热轧棒线材，特别是Cr-Ni不锈钢的氧化皮主要成分是CrO₃和NiO，其以铬尖晶石(FeO.Cr₂O₃)和镍尖晶石(NiO.Cr₂O₃)形态存在，组织致密、坚韧，与基体结合牢固，很难用一般的酸洗去除，即使采用硫酸、盐酸和硝酸，也需50分钟才能去除，采用强腐蚀性的氢氟酸和硝酸混合酸液，也还需20分钟以上才能将氧化皮去除。并且酸洗液都需加热。为此，上述去除氧化皮的酸洗方法都存如下共同的缺点：一是所需酸洗时间较长，生产率低，成本高，二是酸洗液均需加热，环境污染严重，三是酸洗钢材的损耗大。

本发明的目的在于提供一种对去除合金钢钢材表面氧化皮效果显著，去除速度快，且无污染的合金钢钢材表面氧化皮的去除方法。

针对上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明合金钢钢材表面氧化皮的去除方法在常规的电解装置上进行，该装置包括电解槽、直流电源、电流换向开关、试样夹具及相关线路。

本发明合金钢钢材表面去除氧化皮的方法可采用阳极电解酸洗法、阴极电解酸洗法和阴阳交替电解酸洗法三种方法。现将三种方法分述如下：

1、采用阳极电解酸洗法，其工艺步骤为：

(1)将待处理的钢材置于盛有电解液的电解槽中；

(2)以待处理的钢材为阳极，以常规铅板为阴极，以直流电源为电解电源，进行电解；

(3)电解时的工艺参数如下：

电流密度    80-300A/dm²

电解液温度  20-50℃

电解时间    1-5min

(4)电解液由硫酸水溶液和表面活性剂组成，其配比(重量％)为：硫酸水溶液99.996-99.999％，表面活性剂0.001-0.004％；

硫酸水溶液的配比(重量％)为：硫酸15-45％，水55-85％；

表面活性剂由十二烷基苯磺酸钠、烷基酚聚氧乙烯醚和水组成，其配比(重量％)为：十二烷基苯磺酸钠60-77％，烷基酚聚氧乙烯醚5-20％，水为余量；

(5)电解酸洗后，将钢材取出，用水冲洗干净，然后干燥，完成酸洗过程。

电解液中的表面活性剂既能够加速电解进程，提高电解速度，同时又是一种良好的酸雾抑制剂，能够抑制钢材与电解液反应时产生的酸雾。

阳极电解酸洗法适用于Cr-Ni不锈钢等高合金钢。将浸入电解液中的钢材作为阳极，钢材表面氧化皮导电率较低，但存在相当多的小孔，电流可通过小孔导向基体金属表面，低价氧化物Cr₂O₃被氧化成高价CrO₃，易于溶入酸中，而变得疏松，同时阳极上产生的大量氧气将氧化皮迅速剥离。但在高电流密度下基体金属表面迅速处于钝化状态。

阳极电极反应式：

2、采用阴极电解酸洗法，其工艺步骤为：

(1)将待处理的钢材置于盛有电解液的电解槽中；

(2)以待处理的钢材为阴极，以常规铅板为阳极，以直流电源为电解电源进行电解；

(3)电解时的工艺参数如下：

电流密度    80-300A/dm²

电解液温度  20-50℃

电解时间    1-5min；

(4)电解液由硫酸水溶液和表面活性剂组成，其配比(重量％)为：硫酸水溶液99.996-99.999％，表面活性剂0.001-0.004％；

硫酸水溶液的配比(重量％)为：硫酸15-45％，水55-85％；

表面活性剂由十二烷基苯磺酸钠、烷基酚聚氧乙烯醚和水组成，其配比(重量％)为：十二烷基苯磺酸钠60-77％，烷基酚聚氧乙烯醚5-20％，水为余量；

(5)电解酸洗后，将钢材取出，用水冲洗干净，然后干燥，完成酸洗过程。

该阴极电解酸洗法适用于碳结钢、碳工钢、及碳素弹簧钢等碳素钢。将浸入电解液中的试样作为阴极，电流可通过氧化皮小孔导向基体金属表面，导致阴极表面氢离子放电，使难溶的高价氧化物Fe₂O₃和Fe₃O₄还原成低价的FeO和纯铁，产生体积变化，致使氧化皮疏松，同时在阴极表面生成的大量分子氢渗至氧化皮下使其迅速剥落，其反应式如下：

3、阴阳极交替电解酸洗法，其工艺步骤为：

(1)将待处理的钢材置于盛有电解液的电解槽中；

(2)首先以待处理的钢材为阴极，以常规铅板为阳极，以直流电源为电解电源进行阴极电解酸洗，电解1-3分钟后切换电流方向，即以待处理的钢材作为阳极，以常规铅板为阴极进行阳极电解酸洗；阴极电解酸洗法和阳极电解酸洗法交替一次即成。

(3)电解时的工艺参数如下：

电流密度    80-300A/dm²

电解液温度  20-50℃

电解时间    1-5min；

(4)电解液由硫酸水溶液和表面活性剂组成，其配比(重量％)为：硫酸水溶液99.996-99.999％，表面活性剂0.001-0.004％；

硫酸水溶液的配比(重量％)为：硫酸15-45％，水55-85％；

表面活性剂由十二烷基苯磺酸钠、烷基酚聚氧乙烯醚和水组成，其配比(重量％)为：十二烷基苯磺酸钠60-77％，烷基酚聚氧乙烯醚5-20％，水为余量；

(5)电解酸洗后将钢材取出，用清水冲洗干净，然后干燥，即完成酸洗过程。

该阴阳极交替电解酸洗法适用于含有Si、Cr、Mn、Mo等合金元素的中低合金钢氧化皮的去除，其综合了阴极电解酸洗法和阳极电解酸洗法的效果。试样先经阴极电解酸洗，切换电流方向再经阳极电解酸洗，试样表面经O₂和H₂的机械作用都加速氧化皮的剥落。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

第一，对去除合金钢钢材表面氧化皮效果显著。

第二，去除氧化皮速度快，仅用1-5min即洗净，满足钢材在线快速检查表面的要求并提高了劳动生产率，降低了成本。

第三，电解过程金属基体极少量溶解，损耗少。能客观真实地反映钢材表面质量状况。

第四，设备设计合理、体积小，操作方便、安全，易于掌握。

第五，电解液导电性能好、适用性广，且无环境污染。

第六，电解液消耗少，使用寿命长，成本低。

实施例

采用本发明所述的阳极电解酸洗法、阴极电解酸洗法和阴阳交替电解酸洗法，分别对三批不同的热轧钢材进行去除表面氧化皮的处理。三个批次采用的酸洗方法类型、处理钢号及规格、电解液成分及配比如表1所示。酸洗时的工艺参数如表2所示。

在实施1和2的酸洗过程中，可观察到钢材表面上有大量气泡产生，氧化皮成片剥落，2-3分钟后氧化皮去除干净，露出银白色金属本色的表面。实施例3中所处理的GCr15轴承钢，其氧化皮较厚，难于去除，现有技术的电解液都不起作用，采用本发明所述的阴阳极交替电解酸洗法，阴极电解2分钟，随即切换电流方向，进行阳极电解1分钟，氧化皮便被全部去除，露出金属本色表面。

                        表1实施例所采用的酸洗方式、处理钢种类型及电解液组成配比

                                 表2实施例钢材酸洗工艺参数

Claims (3)

1、一种合金钢钢材表面氧化皮的去除方法，其特征在于采用阳极电解酸洗法，其工艺步骤为：

(1)将待处理的钢材置于盛有电解液的电解槽中；

(2)以待处理的钢材为阳极，以常规铅板为阴极，以直流电源为电解电源，进行电解；

(3)电解时的工艺参数如下：

电流密度    80-300A/dm²

电解液温度  20-50℃

电解时间    1-5min；

(4)电解液由硫酸水溶液和表面活性剂组成，其配比(重量％)为：硫酸水溶液99.996-99.999％，表面活性剂0.001-0.004％；

硫酸水溶液的配比(重量％)为：硫酸15-45％，水55-85％；

表面活性剂由十二烷基苯磺酸钠、烷基酚聚氧乙烯醚和水组成，其配比(重量％)为：十二烷基苯磺酸钠60-77％，烷基酚聚氧乙烯醚5-20％，水为余量；

(5)电解酸洗后，将钢材取出，用水冲洗干净，然后干燥，完成酸洗过程。

2、一种合金钢钢材表面氧化皮的去除方法，其特征在于采用阴极电解酸洗法，其工艺步骤为：

(1)将待处理的钢材置于盛有电解液的电解槽中；

(2)以待处理的钢材为阴极，以常规铅板为阳极，以直流电源为电解电源进行电解；

(3)电解时的工艺参数如下：

电流密度    80-300A/dm²

电解液温度  20-50℃

电解时间    1-5min；

(4)电解液由硫酸水溶液和表面活性剂组成，其配比(重量％)为：硫酸水溶液99.996-99.999％，表面活性剂0.001-0.004％；

硫酸水溶液的配比(重量％)为：硫酸15-45％，水55-85％；

表面活性剂由十二烷基苯磺酸钠、烷基酚聚氧乙烯醚和水组成，其配比(重量％)为：十二烷基苯磺酸钠60-77％，烷基酚聚氧乙烯醚5-20％，水为余量；

(5)电解酸洗后，将钢材取出，用水冲洗干净，然后干燥，完成酸洗过程。

3、一种合金钢钢材表面氧化皮的去除方法，其特征在于采用阴阳交替电解酸洗法，其工艺步骤为：

(1)将待处理的钢材置于盛有电解液的电解槽中；

(2)首先以待处理的钢材为阴极，以常规铅板为阳极，以直流电源为电解电源进行阴极电解酸洗，电解1-3分钟后切换电流方向，即以待处理的钢材作为阳极，以常规铅板为阴极进行阳极电解酸洗；阴极电解酸洗法和阳极电解酸洗法交替一次即成；

(3)电解时的工艺参数如下：

电流密度    80-300A/dm²

电解液温度  20-50℃

电解时间    1-5min；

(4)电解液由硫酸水溶液和表面活性剂组成，其配比(重量％)为：硫酸水溶液99.996-99.999％，表面活性剂0.001-0.004％；

硫酸水溶液的配比(重量％)为：硫酸15-45％，水55-85％；

表面活性剂由十二烷基苯磺酸钠、烷基酚聚氧乙烯醚和水组成，其配比(重量％)为：十二烷基苯磺酸钠60-77％，烷基酚聚氧乙烯醚5-20％，水为余量；

(5)电解酸洗后将钢材取出，用清水冲洗干净，然后干燥，即完成酸洗过程。