DE60215629T2

DE60215629T2 - Verfahren zum beizen von rostfreiem stahl unter verwendung von wasserstoffperoxid

Info

Publication number: DE60215629T2
Application number: DE60215629T
Authority: DE
Inventors: N. Vijay Fairfield MADI; W. Jerald Trenton LEEKER; A. Clayton Butler VANSCOY
Original assignee: AK Steel Properties Inc
Current assignee: Cleveland Cliffs Steel Properties Inc
Priority date: 2001-04-09
Filing date: 2002-04-09
Publication date: 2007-09-06
Anticipated expiration: 2022-04-10
Also published as: CN1505696A; ES2272699T3; AU2002252617B2; DE60215629D1; CA2443695C; BR0208749B1; KR20030088127A; MXPA03009219A; KR100681099B1; EP1381714B8; US20020174880A1; EP1381714B1; JP4175463B2; CA2443695A1; ATE343663T1; WO2002081777A1; US6645306B2; JP2004524448A; ZA200307743B; EP1381714A1

Description

Diese Anmeldung beruht auf und beansprucht die Priorität der U.S. Provisional Patent Application Serial No. 60/282,565, Vijay N. Madi, Jerald W. Leeker, Clayton A. Van Scoy, eingereicht am 9. April 2001.
Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beizen von Stahllegierungen (Edelstählen). Spezieller betrifft diese Erfindung ein Verfahren zum Beizen von heißgewalzten und geglühten Edelstahlstreifen unter Verwendung einer Beizlösung, die Wasserstoffperoxid umfasst.
Hintergrund
Das Glühen von Edelstahlstreifen kann die Bildung von Oxiden auf der Oberfläche des Stahls zur Folge haben. Diese Oxide, die Eisen-, Chrom-, Nickel- und andere assoziierte Metalloxide umfassen, müssen vor der Verwendung des Stahls entfernt werden. Jedoch sind die Oxide von Edelstahl gegen die meisten der üblichen Säurebehandlungen resistent. Diese Oxide haften fest am Grundmetall, was so ein mechanisches Aufbrechen des Zunders, wie Abstrahlen, Biegewalzen oder Nivellieren des Stahlstreifens oder eine Behandlung in einem elektrolytischen Bad und/oder Bad aus geschmolzenem Salz erfordert, um vor dem Beizen entweder die Oxide zu lockern oder die Oberfläche poröser zu machen. Traditionell sind die Oxide auf der Oberfläche des Edelstahls unter Verwendung von Salpetersäure in Kombination mit Fluorwasserstoffsäure entfernt oder "abgebeizt" worden.
Es gibt einen Wunsch nach einem Verfahren zum Beizen von Edelstählen, welches die Verwendung von Salpetersäure ausschaltet.
Die US 5 908 511 offenbart ein Verfahren zum Edelstahlbeizen, in dem das zu behandelnde Material in ein Bad gegeben wird, das aus H₂SO₄, Fe³⁺, HF und stabilisiertem H₂O₂ und verschiedenen Zusätzen zusammengesetzt wird. Luft und stabilisiertes H₂O₂ werden kontinuierlich in das Bad eingespeist, um das Redoxpotential bei ≥ 250 mV zu halten.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beizen eines heißgewalzten, heißgewalzten und geglühten und kaltgewalzten und geglühten Edelstahlstreifens auf kontinuierliche Weise gemäß Anspruch 1. Das Verfahren umfasst das Eintauchen des Edelstahlstreifens in einen Vorbeiztank, der eine Lösung enthält, die aus Schwefelsäure und Fluorwasserstoffsäure besteht. Der Streifen wird dann in einen Beiztank eingetaucht, der eine Lösung enthält, die aus Schwefelsäure, Fluorwasserstoffsäure und stabilisiertem Wasserstoffperoxid besteht. In einer Ausführungsform enthält der Vorbeiztank (Tank 1 in 1) 90 g/l bis 200 g/l Schwefelsäure und 10 g/l bis 60 g/l Fluorwasserstoffsäure. Die Lösung in dem Vorbeiztank wird bei einer Temperatur von 54°C bis 77°C gehalten. Der Beiztank (Tank 3 in 1) besteht aus einer Mischung von stabilisiertem Wasserstoffperoxid, Schwefelsäure und Fluorwasserstoffsäure. In einer speziellen Ausführungsform besteht der Beiztank (Tank 3 in 1) aus einer Mischung von stabilisiertem Wasserstoffperoxid in einer Konzentration von 5 g/l bis 50 g/l, Schwefelsäure in einer Konzentration von 20 g/l bis 60 g/l und Fluorwasserstoffsäure in einer Konzentration von 2 g/l bis 50 g/l. In einer weiteren Ausführungsform beträgt die Konzentration an stabilisiertem Wasserstoffperoxid 20 g/l bis 40 g/l. In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt die Konzentration an stabilisiertem Wasserstoffperoxid 25 g/l bis 35 g/l. In einer weiteren Ausführungsform beträgt die Konzentration an Wasserstoffperoxid 5 g/l bis weniger als 10 g/l. Die Lösung in dem Beiztank wird bei einer Temperatur von 20°C bis 60°C gehalten und liegt vorzugsweise bei einer Temperatur von 35°C bis 50°C.
Vor dem Eintauchen des Stahlstreifens in dem Beiztank kann der Streifen gescheuert werden, vorzugsweise unter Verwendung einer Scheuerbürstenmaschine. Zusätzlich kann der Streifen auch in einen Tank zur Entfernung von Schmutz eingetaucht werden, unmittelbar bevor er gescheuert wird. Der Tank zum Entfernen von Schmutz enthält eine Lösung, welche aus Wasserstoffperoxid, Schwefelsäure und Fluorwasserstoffsäure besteht und die Überfluss-Beizlösung aus dem Beiztank ist, die in den Tank zum Entfernen von Schmutz zurückgeleitet wird.
In einer getrennten Ausführungsform liegen eine Filtrationsvorrichtung und ein Wärmeaustauscher außerhalb des Beiztankes und damit gekoppelt vor. Das Filtrationssystem und der Wärmeaustauscher sind in einer im Kreis geführten Schleife angeordnet, so dass zu jedem Zeitpunkt ein Teil der Lösung aus dem Beiztank durch das Filtrationssystem und den Wärmeaustauscher geleitet wird. Die resultierende Lösung wird durch mindestens eine Düse, die innerhalb des Beiztanks angeordnet ist, in den Beiztank zurückgeführt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1: Schema 1: Zweitank-Grundschema für das Wasserstoffperoxid-Beizen von Edelstahl.
2: Schema 2: Schema für das Wasserstoffperoxid-Beizen von Edelstahl mit einer Zwischenbehandlung in einem Tank zur Entfernung von Schmutz, gefolgt von einer Scheuerbürstenmaschine.
3: Schema 3: Schema für das Wasserstoffperoxid-Beizen von Edelstahl mit einer Zwischenbehandlung in einem Tank zur Entfernung von Schmutz, gefolgt von einer Scheuerbürstenapparatur, wobei der Tank 3 mit einer Filtrationseinheit und einem Wärmeaustauscher ausgestattet ist.
Beschreibung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beizen eines heißgewalzten, heißgewalzten und geglühten und kaltgewalzten und geglühten Edelstahlstreifens auf kontinuierliche Weise gemäß Anspruch 1. Das Verfahren umfasst mindestens einen Vorbeiztank und mindestens einen Beiztank und umfasst gegebenenfalls einen Scheuerbürstentank, einen Tank zur Entfernung von Schmutz, eine Filtrationseinheit und einen Wärmeaustauscher. Im Grundschema (siehe 1) wird der Stahlstreifen zuerst in mindestens einen Vorbeiztank (Tank 1 in 1) eingetaucht. Die Lösung, die in dem Vorbeiztank (Tank 1 in 1) enthalten ist, besteht aus einer Mischung von Schwefelsäure und Fluorwasserstoffsäure. In einer Ausführungsform liegt die Schwefelsäure in einer Konzentration von 90 g/l bis 200 g/l und die Fluorwasserstoffsäure in einer Konzentration von 10 g/l bis 60 g/l vor. Diese Lösung wird bei einer erhöhten Temperatur von 54°C bis 77°C gehalten. Der Beiztank (Tank 3 in 1) besteht aus einer Mischung von stabilisiertem Wasserstoffperoxid, Schwefelsäure und Fluorwasserstoffsäure. In einer speziellen Ausführungsform besteht der Beiztank (Tank 3 in 1) aus einer Mischung aus stabilisiertem Wasserstoffperoxid in einer Konzentration von 5 g/l bis 50 g/l, Schwefelsäure in einer Konzentration von 20 g/l bis 60 g/l und Fluorwasserstoffsäure in einer Konzentration von 2 g/l bis 50 g/l. In einer weiteren Ausführungsform beträgt die Konzentration an stabilisiertem Wasserstoffperoxid 20 g/l bis 40 g/l. In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt die Konzentration an stabilisiertem Wasserstoffperoxid 25 g/l bis 35 g/l. In einer weiteren Ausführungsform beträgt die Konzentration an Wasserstoffperoxid 5 g/l bis weniger als 10 g/l. Dieser Beiztank wird bei einer Temperatur von 20°C bis 60°C mit einem bevorzugten Temperaturbereich von 35°C bis 50°C behalten.
Zusätzlich zu der Ausführungsform, die für das Grund-Beizverfahren in 1 gezeigt ist, können auch weitere fakultative Schritte zu diesem Beizverfahren hinzugefügt werden. Eine Ausführungsform umfasst das Hinzufügen eines Scheuerbürstentanks und eines Tanks zum Entfernen von Schmutz zu dem Beizverfahren. Der Scheuerbürstentank dient dazu, zumindest teilweise Oxide (Zunder) von dem Edelstahlstreifen zu entfernen. Der Tank zum Entfernen von Schmutz (Tank 2 in 2) nimmt den Beizlösungsüberfluss aus Tank 3 auf. In dem Tank zum Entfernen von Schmutz kann das Oxid auf dem Edelstahlstreifen, der von Tank 1 erhalten wird, anfangen, mit der Wasserstoffperoxid-haltigen Beizlösung zu reagieren. Der anschließende Scheuerbürsten-Schritt (Scheuerbürste 1 in 2) entfernt mechanisch das Oxid von der Streifenoberfläche. Diese zusätzlichen Schritte hindert viel des Oxids daran, in Tank 3 einzutreten.
Eine weitere Ausführungsform des Grund-Beizverfahrens ist in 3 gezeigt. Das Beizverfahren im Tank 3 ist eine exotherme Reaktion. Die Wärme, die durch das Beizverfahren erzeugt wird, kann teilweise auf der Reaktion von losen Oxidteilchen in dem Tank mit der Beizlösung beruhen. Demgemäß ist es, um den Temperaturanstieg und die Zersetzung von Wasserstoffperoxid im Tank 3 zu minimieren, wünschenswert, die losen Oxidteilchen aus dem Beiztank herauszuhalten und die Tanktemperatur auf unter 54°C und bevorzugt unter 43°C zu steuern.
Dies wird durch die Verwendung einer Filtrationseinrichtung und eines Wärmeaustauschers bewerkstelligt, die an den Tank 3 gekoppelt sind. Das Filtrationssystem und der Wärmeaustauscher sind in einer im Kreis geführten Schleife angeordnet, so dass zu jedem Zeitpunkt ein Teil der Beizlösung aus Tank 3 durch das Filtrationssystem und den Wärmeaustauscher geleitet wird und die resultierende Beizlösungdurch mindestens eine Düse (als Verteilerdüsen in 3 gezeigt) zurück in den Beiztank (Tank 3) verteilt wird.
Beispiele
Beispiel 1:
Die folgenden heißgewalzten Edelstähle werden in einer kontinuierlichen Glühbeizlinie verarbeitet. Vor dem Beizen unter den nachstehenden Bedingungen wird der Stahl bei einer geeigneten Temperatur, abhängig von der Legierung, geglüht und dann mechanisch unter Verwendung einer Stahl-Abstrahlvorrichtung entzundert. Die Stahlstreifenoberfläche wird nach Tank 1 auch einem Scheuern unterzogen. Dieses Verfahren erzeugt Stahl mit einer Qualität bei einer Produktionsrate, welche mit dem Beizsystem vergleichbar sind, das Salpetersäure verwendet.
Beispiel 2:
Die folgenden kaltgewalzten Edelstähle werden in einer kontinuierlichen Glühbeizlinie verarbeitet. Vor dem Beizen unter den nachstehenden Bedingungen wird der Stahl bei einer geeigneten Temperatur, abhängig von der Legierung, geglüht und sein Oxid wird durch Behandlung desselben in einem geschmolzenen Salzbad konditioniert. Der Streifen wird auch einer Zwischenbehandlung zur Entfernung von Schmutz im Tank 2 unterzogen. Die Streifenoberfläche wird nach dem Tank zur Entfernung von Schmutz auch mit Bürsten gescheuert. Die Beizlösung in Tank 3 wird auch einer Temperatursteuerung durch einen Wärmeaustauscher und durch Filtration unterzogen. Das Verfahren erzeugt Stahl von kommerziell annehmbarer Qualität mit Produktionsraten, die mit den Beizsystemen vergleichbar sind, welche Salpetersäure verwenden.

Claims

Verfahren zum Abbeizen eines Edelstahlstreifens auf kontinuierliche Weise, umfassend die Schritte: a. Eintauchen des Streifens in einen Vorabbeiztank, wobei der Tank eine Vorabbeizlösung enthält, die aus Schwefelsäure und Fluorwasserstoffsäure besteht; b. Eintauchen des Streifens in einen Abbeiztank nach Schritt a, wobei der Tank aus einer Abbeizlösung von Schwefelsäure, Fluorwasserstoffsäure und stabilisiertem Wasserstoffperoxid besteht; und c. Entfernen von Wärme aus der Abbeizlösung von Schritt b.
Verfahren nach Anspruch 1, in dem ein Wärmeaustauscher sich außen an dem Abbeiztank befindet und damit gekoppelt ist und der Wärmeaustauscher in einer Umlaufschleife angeordnet ist, so dass zu jedem Zeitpunkt ein Teil der Lösung aus dem Abbeiztank durch den Wärmeaustauscher geleitet wird und die resultierende Lösung durch mindestens einen Einlass, der innerhalb des Abbeiztanks angeordnet ist, zurück in den Abbeiztank geleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, in dem die Konzentration an stabilisiertem Wasserstoffperoxid in dem Abbeiztank 5 g/l bis 50 g/l beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1, in dem die Konzentration an stabilisiertem Wasserstoffperoxid in dem Abbeiztank 5 g/l bis weniger als 10 g/l beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1, in dem der Streifen nach Schritt a und vor dem Eintauchen in den Abbeiztank abgebürstet wird.
Verfahren nach Anspruch 5, in dem der Streifen unmittelbar vor dem Abgebürstetwerden in einen Säuberungstank eingetaucht wird, wobei der Säuberungstank aus einer Lösung besteht, die Wasserstoffperoxid, Schwefelsäure und Fluorwasserstoffsäure umfasst.
Verfahren nach Anspruch 6, in dem die Lösung in dem Vorabbeiztank aus 90 g/l bis 200 g/l Schwefelsäure und 10 g/l bis 60 g/l Fluorwasserstoffsäure besteht.
Verfahren nach Anspruch 7, in dem die Lösung in dem Vorabbeiztank bei einer Temperatur von 54°C bis 77°C gehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 8, in dem die Lösung in dem Abbeiztank aus 20 g/l bis 60 g/l Schwefelsäure, 20 g/l bis 50 g/l Fluorwasserstoffsäure besteht.
Verfahren nach Anspruch 9, in dem die Lösung in dem Abbeiztank bei einer Temperatur von 20°C bis 60°C gehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 10, in dem die Lösung in dem Abbeiztank bei einer Temperatur von 35°C bis 50°C gehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 6, in dem die überfließende Lösung aus dem Abbeiztank in den Säuberungstank kanalisiert wird.
Verfahren nach Anspruch 2, in dem sich der Wärmeaustauscher und eine Filtervorrichtung außerhalb des Abbeiztanks befinden und damit gekoppelt sind.
Verfahren nach Anspruch 13, in dem die Filtervorrichtung und der Wärmeaustauscher so in einer Umlaufschleife angeordnet sind, dass zu jedem Zeitpunkt ein Teil der Lösung aus dem Abbeiztank durch die Filtervorrichtung und den Wärmeaustauscher geleitet wird und die resultierende Lösung durch mindestens einen Einlass, der innerhalb des Abbeiztanks angeordnet ist, zurück in den Abbeiztank geleitet wird.
Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 4 bis 12 und 14, in dem der Edelstahlstreifen ein heißgewalzter und geglühter Edelstahlstreifen ist.