DE19624436A1 - Verfahren zur Oberflächenbehandlung von aus Edelstahl bestehendem Behandlungsgut - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Ober­ flächenbehandlung von aus Edelstahl bestehendem, insbe­ sondere bandförmigen Behandlungsgut, bei dem das Behand­ lungsgut in mindestens zwei aufeinanderfolgenden Behältern mit einer Beizlösung behandelt und anschließend gespült und passiviert wird.

Edelstähle, dies sind nicht rostende bzw. rostbeständige, legierte Stähle, müssen zur Erreichung einer optimalen chemischen Beständigkeit eine metallisch saubere Oberfläche mit geringer Rauhtiefe besitzen. Um diese zu erreichen, müssen die bei der Warmformgebung bzw. Wärmebehandlung ent­ standenen Zunderschichten und Anlauffarben entfernt werden, da dieselben die Ausbildung einer korrosionshemmenden Passivschicht beeinträchtigen. Auch bei Edelstählen werden die Zunderschichten und Anlauffarben durch einen Beizvor­ gang beseitigt. Bei einem solchen Beizvorgang ist jedoch zu berücksichtigen, daß das Grundmetall gegenüber einem Säureangriff verhältnismäßig beständig ist und daß bei einem stärkeren Angriff der Säure die Oberfläche nicht gleichmäßig, sondern stellenweise stärker abgetragen wird. Die vorhandene Zunderschicht haftet auf dem Grundmetall verhältnismäßig stark und ist daher erheblich schwieriger und nur mit erhöhtem Aufwand zu beseitigen. Weiterhin ist bei Edelstählen zu berücksichtigen, daß die Zunderschicht neben den Eisenoxiden auch noch Oxide der Legierungsmetalle und Mischoxide enthält. Ferner ist zu berücksichtigen, daß für die Beizbarkeit von Edelstählen auch der Gefügezustand, der austenitisch, ferritisch, martensitisch, austenitisch- ferritisch und ferritisch-martensitisch sein kann, von Be­ deutung ist. Unter Berücksichtigung dieser Umstände wird ein aus Edelstahl bestehendes Band zunächst durch einen strahl- und Bürstvorgang mechanisch entzundert. Anschlie­ ßend wird das Band, je nach dem Gefügezustand, in mehreren Behältern mit unterschiedlichen Beizlösungen, wie Schwefel­ säure, Flußsäure und Zusätzen ohne Salpetersäure, Mischsäure (Flußsäure-Salpetersäure-Gemisch) oder in elektrolytischen Bädern von Schwefelsäure oder Neutralsalzen gebeizt. Nach einer ausreichenden Spülung wird dann das Edelstahlband passiviert.

Aufgrund der verwendeten Beizlösungen ist das Beizen von aus Edelstahl bestehendem Behandlungsgut verhältnismäßig aufwendig. Dies gilt auch für die Aufarbeitung bzw. Rege­ nerierung von verbrauchten Beizlösungen. Ferner ist zu be­ rücksichtigen, daß bei der Aufbereitung bzw. Regenerierung der Beizlösungen Schlamm anfällt, der kostbaren Deponie­ raum benötigt. Darüberhinaus arbeiten die bisher zum Beizen von Edelstahl eingesetzten Beizverfahren nicht abwasserfrei.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Ver­ fahren zur Oberflächenbehandlung von aus Edelstahl besteh­ endem, insbesondere bandförmigem Behandlungsgut aufzuzeigen, bei dem die mechanische Vorbehandlung entfallen kann, eine verhältnismäßig preiswerte Säure mit besonders guter Rege­ nerierbarkeit einsetzbar ist und welches abwasserfrei ar­ beitet. Dabei soll jedoch sichergestellt sein, daß bei dem Beizverfahren keine Rauhigkeitswerte von mehr als 3 µm auf­ treten.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Erfindung bei ei­ nem Verfahren der eingangs beschriebenen Gattung vorge­ schlagen, daß als Beizlösung eine Salzsäure als einzige Säure enthaltende Lösung verwendet wird, daß das Be­ handlungsgut zumindest im ersten Behälter zwischen sich weitgehend als Anoden und Kathoden abwechselnden Elek­ trodenpaaren elektrolytisch behandelt wird und daß das Behandlungsgut im Anschluß an das elektrolytische Beizen in mindestens einem weiteren Behälter mindestens einer Tauch- und/oder Spritzbehandlung mit einer ebenfalls Salzsäure als einzige Lösung enthaltenden Beizlösung unterzogen wird.

Salzsäure ist zwar als Beizlösung allgemein bekannt, wird jedoch zum Beizen von Edelstahl bisher nicht eingesetzt. Dies hängt damit zusammen, daß beim Beizen von Edelstahl mittels Salzsäure die Gefahr der sogenannten Spaltriß- und/oder interkristallinen Korrosion besteht, da die entstehen­ den Chloride normalerweise den Edelstahl angreifen. Darüber hinaus können beim elektrolytischen Beizen von Edelstahl mittels Salzsäure Chlorgase frei werden.

Umfangreiche Versuche haben jedoch ergeben, daß diese Ge­ fahren bei dem erfindungsgemäßen Verfahren, insbesondere durch die wechselnde Polarität der Elektroden nicht be­ steht. Das elektrolytische Beizen mit einer ausschließlich Salzsäure enthaltenden Lösung hat eine Wirkung ähnlich einer mechanischen Vorentzunderung, jedoch mit einem er­ heblich besseren Wirkungsgrad. Dies bedeutet, daß ein mechanisches Vorentzundern nicht mehr erforderlich ist. Durch den anschließenden Tauch- und/oder Spritzvorgang in bzw. mit der gleichen Beizlösung wird dann eine besonders glatte Oberfläche des Behandlungsgutes erzielt, die eine Rauhigkeit von mehr als 3 µm nicht überschreitet. Die ausschließlich Salzsäure enthaltende Beizlösung ist ver­ hältnismäßig preiswert, gut regenerierbar und ermöglicht eine abwasserfreie Oberflächenbehandlung.

Weitere Merkmale eines Verfahrens gemäß der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 11 offenbar.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in einer Zeich­ nung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.

In dieser Zeichnung ist das Verfahrensschema einer Anlage zur Oberflächenbehandlung eines aus Edelstahl bestehenden Bandes 1 gezeigt, welches entweder direkt von einer Walzen­ straße zugeführt oder von einem nicht dargestellten Bund abgewickelt wird. Dieses Band 1 wird zunächst durch einen Behandlungsbehälter 2 geführt, in dem das Band mittels einer Salzsäure als einzige Säure enthaltenden Lösung elektrolytisch gebeizt wird. Dabei ist dieses elektro­ lytisches Beizen als eine Art Vorbeizen zu bezeichnen, das in etwa der bisher vorgenommenen mechanischen Entzunderung entspricht.

In den Fig. 2 und 3 der Zeichnung ist der Behandlungs­ behälter 2 jeweils vergrößert, jedoch ebenfalls nur schematisch dargestellt. Gemäß der Fig. 2 der Zeichnung besteht der Behandlungsbehälter 2 aus mehreren hinter­ einander ausgebildeten Abteilen bzw. Elektrolysezellen 3 mit den einzelnen Elektroden 4. Dabei bilden die einzelnen Elektroden 4 in den aufeinanderfolgenden Elektrolysezellen 3 jeweils abwechselnd die Anode und die Katode, während das Band 1 dann in den entsprechenden Elektrolysezellen 3 eben­ falls abwechselnd die Kathode und die Anode ist, d. h., hier findet ein wechselweises kathodisches und anodisches Beizen statt. Über einen an sich bekannten Polumschalter bzw. Polwendeschalter kann bedarfsweise die Polarität der Elektroden 4 der aufeinanderfolgenden Abteile bzw. Elektro­ lysezellen 3 in verhältnismäßig kurzen Zeiträumen, beispiels­ weise innerhalb von 1 bis 2 Sekunden, geändert werden.

Die Fig. 3 der Zeichnung zeigt den Behandlungsbehälter 2, bei dem das Beizen mit dem sogenannten Mittelleiterver­ fahren erfolgt. Hier ist der Behandlungsbehälter 2 eben­ falls in einzelne Elektrolysezellen 3 bzw. Abteile mit wechselseitiger Anordnung der Kathoden und Anoden unter­ teilt. Auch dies führt dazu, daß das Stahlband 1 beim Durchzug einem wiederholten Wechsel der Polarität unter­ liegt, wodurch die Wasserstoffbeladung und die damit ver­ bundene Beizsprödigkeit vermieden werden.

Der Behandlungsbehälter 2 ist sowohl bei der Ausgestaltung nach der Fig. 2 als auch nach der Fig. 3 mit einer Beiz­ lösung gefüllt, die ausschließlich Salzsäure enthält, wo­ bei die Beizlösung etwa 70-140 Gramm, vorteilhaft etwa 90-120 Gramm, freie Salzsäure pro Liter Beizlösung ent­ hält. Die Temperatur der Beizlösung beträgt etwa 50-95°C, vorteilhaft etwa 70-85°C. Die Stromdichte beträgt bei der elektrolytischen Behandlung etwa 3 bis 40 A/dm², vor­ teilhaft etwa 20 A/dm². Die als Elektrolyt wirkende Beizlösung sollte einen Eisenchloridgehalt von etwa 30-120 Gramm pro Liter aufweisen.

Im Anschluß an den Behandlungsbehälter 2 gelangt das Stahl­ band 1 in einen weiteren Behandlungsbehälter 5, der als Tauchbeizbehälter ausgebildet ist und ebenfalls eine Salz­ säure als einzige Säure enthaltende Beizlösung aufnimmt. Hier ist es vorteilhaft, wenn die Beizlösung im Gegenstrom zur Bewegungsrichtung des Stahlbandes 1 geführt wird. Auch in diesem Behandlungsbehälter 5 weist die Beizlösung in etwa die gleiche Konzentration und die gleiche Temperatur wie im Behandlungsbehälter 2 auf. Bedarfsweise kann zwischen dem Behandlungsbehälter 2 und dem Behandlungsbehälter 5 ein nicht dargestellter Behandlungsbehälter angeordnet sein, der als sogenannter Spritzbehandlungsbehälter 6 aus­ gebildet ist, wie er im vorliegenden Fall dem Behandlungs­ behälter 5 nachgeordnet ist.

In dem dem Behandlungsbehälter 5 nachgeordneten Behandlungs­ behälter 6 wird das Stahlband 1 mittels einer ebenfalls aus­ schließlich Salzsäure enthaltenden Beizlösung unter Druck bespritzt. Auch die hier aufgespritzte Beizlösung kann mit den Beizlösungen der Behandlungsbehälter 2 und 5 identisch sein.

Im Anschluß an den Behandlungsbehälter 6 gelangt das Stahl­ band 1 zu einem Spülbehälter 7, in dem alle noch auf dem Stahlband 1 befindlichen Restchloride entfernt werden. In dem Spülbehälter 7 wird in vorteilhafter Weise voll ent­ salztes Wasser verwendet. Der Spülbehälter 7 kann entweder als Tauch- und/oder Spritzbehälter ausgebildet sein.

Im Anschluß an den Spülbehälter 7 wird dann das Stahlband 1 noch durch eine Passivierungsanlage 8 geführt, in der vorzugsweise Wasserstoffperoxid aufgebracht wird. Danach muß das Stahlband 1 nur noch getrocknet werden.

In Abänderung des erläuterten Ausführungsbeispieles ist es möglich, mindestens einen weiteren, als Tauchbeize wirken­ den Behandlungsbehälter 5 vorzusehen, dem jedoch dann eben­ falls ein getrennter, als Spritzbeize wirkender Behandlungs­ behälter 6 nachgeordnet ist.

Claims (11)

1. Verfahren zur Oberflächenbehandlung von aus Edelstahl bestehendem, insbesondere bandförmigen Behandlungsgut, bei dem das Behandlungsgut in mindestens zwei aufein­ anderfolgenden Behältern mit einer Beizlösung behandelt und anschließend gespült und passiviert wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Beizlösung eine Salzsäure als einzige Säure ent­ haltende Lösung verwendet wird, daß das Behandlungsgut zumindest im ersten Behälter zwischen sich weitgehend als Anoden und Kathoden abwechselnden Elektrodenpaaren elektrolytisch behandelt wird und daß das Behandlungs­ gut im Anschluß an das elektrolytische Beizen in min­ destens einem weiteren Behälter mindestens einer Tauch- und/oder Spritzbehandlung mit einer ebenfalls Salzsäure als einzige Säure enthaltenden Beizlösung unterzogen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich zumindest an eine Tauchbehandlung eine Spritz­ behandlung anschließt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Tauchbehandlung des Behandlungsgutes die Beizlösung zumindest weitgehend im Gegenstrom geführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Behandlungsgut zugeordneten Elektrodenpaare in verhältnismäßig kurzen Zeiten umgepolt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Behandlungsgut zugeordneten Elektroden über das sogenannte Mittelleiterverfahren mit Gleichstrom be­ aufschlagt werden.

6. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Beizlösung etwa 70 bis 140 Gramm freie Salzsäure pro Liter Beizlösung enthält.

7. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Beizlösung eine Temperatur von etwa 50 bis 90°C aufweist.

8. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die den Elektrolyt bildende Beizlösung etwa 30 bis 120 Gramm Eisenchlorid pro Liter Beizlösung enthält.

9. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrolytische Beizen mit einer Stromdichte von etwa 3 bis 40 A/dm² durchgeführt wird.

10. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die sich an den letzten Beizbehälter anschließende Spülung des Behandlungsgutes mit voll entsalztem Wasser durchgeführt wird.

11. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die sich an die Spülung des Behandlungsgutes an­ schließende Passivierung desselben vorzugsweise mit Wasserstoffperoxid durchgeführt wird.