CN105780025B - 一种300系列不锈钢管材的室温低损型酸洗液及其酸洗方法 - Google Patents

一种300系列不锈钢管材的室温低损型酸洗液及其酸洗方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种300系列不锈钢管材的室温低损型酸洗液及其酸洗方法，属于钢铁表面处理技术领域。该酸洗液以质量百分比计，其配方为：浓硫酸10‑20，过硫酸铵3.0‑5.0，氟化钾3.0‑4.0，8‑羟基喹啉1.0‑1.5，酸雾抑制剂为0.1‑0.3硫脲+0.3‑0.5NaCl+0.05‑0.1十二烷基苯磺酸钠，余量为水。酸洗方法为：将配制好的酸洗液注入酸洗槽中，将300系列不锈钢管材直接浸入酸洗液中进行酸洗。酸洗温度为室温，酸洗时间为30‑60分钟。酸洗结束之后，取出300系列不锈钢管材，用水冲洗即可。通过酸洗去除钢铁表面的氧化铁皮，并在钢铁表面形成一层钝化层，以达到防止钢铁腐蚀的目的。本发明能够高效去除300系列不锈钢表面的氧化铁皮，且成本低廉。

Description

一种300系列不锈钢管材的室温低损型酸洗液及其酸洗方法
技术领域
本发明属于钢铁表面处理技术领域，具体涉及一种针对300系列不锈钢管材的室温低损型酸洗液配方及其酸洗方法。
背景技术
300系列不锈钢在从钢坯经热轧制成板材、线材或管材的过程中，由于不锈钢中除铁之外一般还含有铬、镍、硅、钛、钼、铝等合金元素，这些元素在高温下氧化后生成的氧化物的性质与铁的氧化物性质不同，使得不锈钢氧化后表面氧化皮的成分与结构变得复杂。如存在尖晶石型的FeO·Cr2O3(FeCr2)或Fe2O3·Cr2O3等，氧化铁皮厚度和层数也比普通碳钢多。传统不锈钢氧化铁皮的去除主要有化学除锈和机械除锈两种。
化学除锈通常是是将不锈钢管放入配制好的酸洗液中进行常温或控温酸洗，国内外传统酸洗工艺多为硝酸加氢氟酸的混合酸洗。如国内某不锈钢管厂生产的300系列不锈钢产品，采用的酸洗液配方为硝酸7-15％，氢氟酸3-5％，酸洗时间为12h。采用硝酸加氢氟酸酸洗工艺，具有酸洗效果好、酸洗量大、成本低等优点，但是该技术有以下缺点：
1)采用硝酸加氢氟酸酸洗液进行酸洗时，不锈钢会与酸液发生剧烈的化学反应，产生NOx等酸性气体，气体在上升的过程中会携带酸液，造成酸雾。不仅污染生产车间的空气，对操作工人产生身体伤害，而且腐蚀生产车间的仪器设备。如果将酸雾外排，则会对厂区周围环境和人民群众的身体健康造成严重影响。
2)不锈钢管经过多次酸洗之后，酸洗液中的金属离子增加到一定浓度，酸洗液中酸的浓度下降到一定程度就会失去酸洗效果而成为酸洗废液。废液中不仅有相当高浓度的酸，还有金属铁、铬、镍等盐类。硝酸和氢氟酸是腐蚀强度很大的酸类，而铬是剧毒物质。对此酸洗废液的处理不但难度大，而且处理成本很高。
3)硝酸氢氟酸酸洗后的不锈钢管失重率超过1％，不仅给企业带来巨大的经济损失，同时也使大量金属离子进入酸洗液，从而对后续废酸处理过程产生严重影响。
目前一些在传统酸洗液的基础上进行改良的专利也有很多的局限性。专利申请号为201410098104.0的专利提到一种不含硝酸的不锈钢酸洗液配方，以过氧化氢代替硝酸作为氧化剂。其缺点为过氧化氢非常不稳定，容易分解，酸洗液和钢铁表面进行反应后生成的三价铁离子又是过氧化氢分解的催化剂。所以这种酸洗液酸洗次数受到很大限制，从而增加了酸洗成本。专利申请号为2015101138 23.X的专利提供的酸洗液配方中，钝化剂中含有剧毒的重铬酸钠，酸洗液所产生的污水也难以处理，将对环境产生较大影响。
不锈钢棒材、管材、厚板和异型断面的轧材，还可采用喷砂对表面进行除锈，这种方法解决了酸洗工艺产生的废水和酸雾污染问题，但设备投资大，能耗高，噪音大且粉尘严重，影响操作工人的身心健康，应用有局限性。对卷带和盘条这类不锈钢产品机械除锈不适用，原因是其表面生成的氧化皮很薄且具有黏附性，起不到破碎剥离的效果。
发明内容
为了克服以上弊端，本发明基于传统酸洗工艺，开发了一种低损型室温氧化铁皮剥离技术，并提供一种更加环保，工艺更简单，成本更低的针对300系列不锈钢的室温酸洗液配方和酸洗方法。
本发明解决其技术问题的思路是：在详细调研了国内外现有的几种300系列不锈钢酸洗技术的基础上，本发明从节能降耗的思路出发，使用环保类型的氧化剂和高效催化剂，并在室温下处理。一方面杜绝NOx产生，减少对环境及操作人员的危害；另一方面缩短处理时间，大幅降低不锈钢的酸洗损失率，增加企业经济效益。
本发明提供了一种针对300系列不锈钢的室温低损型酸洗液。该酸洗液由浓硫酸、过硫酸铵、氟化钾、8-羟基喹啉、酸雾抑制剂和水组成。所述各物质质量比例如下：浓硫酸10-20wt％，过硫酸铵3.0-5.0wt％，氟化钾3.0-4.0wt％，8-羟基喹啉1.0-1.5wt％，氯化钠0.3-0.5wt％，硫脲0.1-0.3wt％，十二烷基苯磺酸钠0.05-0.1wt％，余量为水。
本发明提供了一种针对300系列不锈钢管材的室温酸洗方法：将配制好的酸洗液注入酸洗槽中，将300系列不锈钢管材直接浸入酸洗液中进行酸洗。酸洗温度为室温(0～30℃)，酸洗时间为30-60分钟。酸洗结束之后，取出300系列不锈钢管材，用水冲洗即可。通过酸洗去除钢铁表面的氧化铁皮，并在钢铁表面形成一层钝化层，以达到防止钢铁腐蚀的目的。
本发明所依据的科学原理如下：
1)浓硫酸 浓硫酸中的H+离子渗透进入致密的金属氧化物膜层中，与金属氧化物充分接触，为下列反应的发生创造条件：
MxOy+2yH+＝xM2y++yH2O
而化学反应的充分条件是，在该条件下反应的吉布斯函变△rGm<0和化学反应速度要足够快。由于金属氧化物多为碱性氧化物，故前者毋庸置疑。
2)氟化钾 氟离子的穿透能力极强，借助氟离子的活化作用，氢离子可以透过氧化铁皮的裂隙，进入到最里层的贫铬层，与铁发生反应，产生大量氢气，靠着氢气的剥离作用，可以将氧化铁皮撕裂脱落。氟离子对难溶的铁铬氧化物、锰氧化物、钼氧化物具有较强的溶解能力,而且氟离子是一种很好的络合剂，能与反应生成的金属离子形成络合离子，改善不锈钢表面质量，还能提高酸洗液的稳定性。
3)过硫酸铵 过硫酸铵是一种强氧化剂，可使不锈钢表面难溶于酸洗液的氧化铁皮结构发生变化，增强酸洗效果。过硫酸铵还可以使钢铁表面形成一层致密的钝化层，防止钢铁表面的腐蚀。
4)8-羟基喹啉 由于酸液和里层的钢铁反应后会产生二价铁离子，进而会与过硫酸铵发生氧化还原反应，这一反应对氧化铁皮的脱除是没有作用的，属于无效反应。而8-羟基喹啉恰好可以和二价铁发生络合反应，可以保护过硫酸铵不发生和二价铁的反应。因此8-羟基喹啉可以延长酸洗液的使用寿命。
5)酸雾抑制剂 为了减少甚至防止酸液挥发产生酸雾污染环境，我们使用配方为0.1-0.3wt％硫脲+0.3-0.5wt％NaCl+0.05-0.1wt％十二烷基苯磺酸钠的酸雾抑制剂。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)环保 由于目前大部分不锈钢工厂广泛应用的硝酸加氢氟酸酸洗工艺，酸雾污染极为严重。而新发明在酸洗过程中没有酸雾产生，不仅大幅降低对环境的污染，同时酸洗后的废液处理也相对简单。
2)高效 经过酸洗后的不锈钢管材表面呈银白色，没有氧化铁皮的残留，且不需要后续钝化就能正常存放和使用。
3)快速 传统混酸工艺处理时间约为12h，而本酸洗液仅需30-60分钟，处理效率提升1000％以上。
4)低损耗 多次实验数据表明，采用本发明酸洗液进行酸洗的不锈钢失重率在0.25％-0.35％之间，远低于传统酸洗液1％的失重率，从而大幅增加企业效益。
5)低成本 采用本发明进行室温催化酸洗效果已经达到硝酸加氢氟酸酸洗效果，同时，对水的损耗率降低了30％以上，对污水的处理成本下降40％以上，失重率大大降低，氧化铁皮处理成本可降低30-35％。
附图说明
图1为本发明酸洗工艺流程简图；
图2为实施例1样品酸洗前后电镜照片；
图3为实施例2样品酸洗前后电镜照片；
图4为实施例3样品酸洗前后电镜照片；
图5为实施例4样品酸洗前后电镜照片。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
300系列不锈钢管材，牌号12Cr17Ni7，含碳量≤0.15％,含磷量≤0.045％，含硫量≤1.0％。规格：内径25-28mm,壁厚3-4mm。
酸洗液由浓硫酸、过硫酸铵、氟化钾、8-羟基喹啉、酸雾抑制剂和水组成。所述各物质质量比例如下：浓硫酸浓度为18wt％，过硫酸铵4.0wt％，氟化钾3.0wt％，8-羟基喹啉1.5wt％，酸雾抑制剂为0.3wt％硫脲+0.5wt％NaCl+0.05wt％十二烷基苯磺酸钠，余量为水。
酸洗方法：将配制好的酸洗液注入酸洗槽中，将不锈钢管材直接浸入酸洗液中进行酸洗。酸洗温度为室温，酸洗时间为30分钟。酸洗结束后取出不锈钢管材，用水冲洗即可。
按照此方法进行酸洗的不锈钢管材表面无氧化铁皮残留，外观呈银白色，无过酸现象。酸洗损耗率为0.26％。附图2为实验前后不锈钢管材在电镜下的照片。
实施例2
300系列不锈钢管材，牌号为1Cr18Ni9，含碳量≤0.15％,含磷量≤0.035％，含硫量≤0.030％。规格：内径25-28mm,壁厚3-4mm。
酸洗液由浓硫酸、过硫酸铵、氟化钾、8-羟基喹啉、酸雾抑制剂和水组成。所述各物质质量比例如下：浓硫酸浓度为12wt％，过硫酸铵3.0wt％，氟化钾4.0wt％，8-羟基喹啉1.0wt％，酸雾抑制剂为0.2wt％硫脲+0.3wt％NaCl+0.1wt％十二烷基苯磺酸钠，余量为水。
酸洗方法：将配制好的酸洗液注入酸洗槽中，将不锈钢管材直接浸入酸洗液中进行酸洗。酸洗温度为室温，酸洗时间为60分钟。酸洗结束后取出不锈钢管材，用水冲洗即可。
按照此方法进行酸洗的不锈钢管材表面无氧化铁皮残留，外观呈灰白色，无过酸现象。酸洗损耗率为0.31％。附图3为实验前后不锈钢管材在电镜下的照片。
实施例3
300系列不锈钢管材，牌号为0Cr18Ni9，含碳量≤0.08％,含磷量≤0.045％，含硫量≤0.03％。规格：内径25-28mm,壁厚3-4mm。
酸洗液由浓硫酸、过硫酸铵、氟化钾、8-羟基喹啉、酸雾抑制剂和水组成。所述各物质质量比例如下：浓硫酸浓度为14wt％，过硫酸铵3.0wt％，氟化钾3.0wt％，8-羟基喹啉1.5wt％，酸雾抑制剂为0.2wt％硫脲+0.4wt％NaCl+0.1wt％十二烷基苯磺酸钠，余量为水。
酸洗方法：将配制好的酸洗液注入酸洗槽中，将不锈钢管材直接浸入酸洗液中进行酸洗。酸洗温度为室温，酸洗时间为45分钟。酸洗结束后取出不锈钢管材，用水冲洗即可。
按照此方法进行酸洗的不锈钢管材表面无氧化铁皮残留，外观呈灰白色，无过酸现象。酸洗损耗率为0.29％。附图4为实验前后不锈钢管材在电镜下的照片。
实施例4
300系列不锈钢管材，牌号为06Cr17Ni12Mo2，含碳量≤0.08％,含磷量≤0.045％，含硫量≤0.030％。规格：内径20-22mm,外径25-28mm。
酸洗液由浓硫酸、过硫酸铵、氟化钾、8-羟基喹啉、酸雾抑制剂和水组成。所述各物质质量比例如下：浓硫酸浓度为16wt％，过硫酸铵5.0wt％，氟化钾3.0wt％，8-羟基喹啉1.5wt％，酸雾抑制剂为0.2wt％硫脲+0.3wt％NaCl+0.1wt％十二烷基苯磺酸钠，余量为水。
酸洗方法：将配制好的酸洗液注入酸洗槽中，将不锈钢管材直接浸入酸洗液中进行酸洗。酸洗温度为室温，酸洗时间为35分钟。酸洗结束后取出不锈钢管材，用水冲洗即可。
按照此方法进行酸洗的不锈钢管材表面无氧化铁皮残留，外观呈银白色，无过酸现象。酸洗损耗率为0.28％。附图5为实验前后不锈钢管材在电镜下照片。

Claims (2)

1.一种300系列不锈钢管材的室温低损型酸洗液，其特征在于，以质量百分比计，该酸洗液的配方如下：
其中：氟化钾、过硫酸铵和8～羟基喹啉为催化添加剂；硫脲、氯化钠和十二烷基苯磺酸钠组成酸雾抑制剂。
2.如权利要求1所述的300系列不锈钢管材的室温低损型酸洗液的酸洗方法，其特征在于，将上述权利要求1配方配制好的酸洗液注入酸洗槽中，将不锈钢材直接浸入酸洗液中进行酸洗，酸洗温度为0～30℃，酸洗时间为30～60分钟，酸洗结束之后，取出不锈钢管材，用水冲洗即可。
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