專利名稱：合金鋼鋼材表面氧化皮的去除方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于用溶液酸洗金屬材料領(lǐng)域。主要適用于去除合金棒線鋼材表面的氧化皮。
通常熱軋成品鋼材應(yīng)檢查表面質(zhì)量，但是熱軋鋼材表面已產(chǎn)生氧化皮，因此為準(zhǔn)確判定表面缺陷；首先必需清除氧化皮。冶金廠常規(guī)方法是采用化學(xué)酸洗工藝去除碳素鋼及合金鋼表面的氧化皮。
現(xiàn)行化學(xué)酸洗工藝的原理為酸液與FeO反應(yīng)使氧化皮部分溶解，同時(shí)酸液與鐵基反應(yīng)，由此產(chǎn)生氫氣的機(jī)械作用使尚未溶解但已相當(dāng)疏松的含有Fe2O3和Fe3O4的氧化皮成片剝落。在任何一種酸洗過程中，溶解和剝離都在起作用，只是其程度隨鋼類、酸液的濃度和溫度的不同而有很大差別。(《鋼鐵材料酸洗化學(xué)》，陶映初著，P8、9、10，科學(xué)出版社，1993；《高速軋機(jī)線材生產(chǎn)》，《高速軋機(jī)線材生產(chǎn)》編寫組編著，P391-410，冶金工業(yè)出版社，1995)。
對(duì)于合金鋼熱軋棒線材，特別是Cr-Ni不銹鋼的氧化皮主要成分是Cr2O3和NiO，其以鉻尖晶石(FeO.Cr2O3)和鎳尖晶石(NiO.Cr2O3)形態(tài)存在，組織致密、堅(jiān)韌，與基體結(jié)合牢固，很難用一般的酸洗去除，即使采用硫酸、鹽酸和硝酸，也需50分鐘才能去除，采用強(qiáng)腐蝕性的氫氟酸和硝酸混合酸液，也還需20分鐘以上才能將氧化皮去除。并且酸洗液都需加熱。為此，上述去除氧化皮的酸洗方法都存如下共同的缺點(diǎn)一是所需酸洗時(shí)間較長，生產(chǎn)率低，成本高，二是酸洗液均需加熱，環(huán)境污染嚴(yán)重，三是酸洗鋼材的損耗大。
本發(fā)明的目的在于提供一種對(duì)去除合金鋼鋼材表面氧化皮效果顯著，去除速度快，且無污染的合金鋼鋼材表面氧化皮的去除方法。
針對(duì)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案本發(fā)明合金鋼鋼材表面氧化皮的去除方法在常規(guī)的電解裝置上進(jìn)行，該裝置包括電解槽、直流電源、電流換向開關(guān)、試樣夾具及相關(guān)線路。
本發(fā)明合金鋼鋼材表面去除氧化皮的方法可采用陽極電解酸洗法、陰極電解酸洗法和陰陽交替電解酸洗法三種方法。現(xiàn)將三種方法分述如下1、采用陽極電解酸洗法，其工藝步驟為(1)將待處理的鋼材置于盛有電解液的電解槽中；(2)以待處理的鋼材為陽極，以常規(guī)鉛板為陰極，以直流電源為電解電源，進(jìn)行電解；(3)電解時(shí)的工藝參數(shù)如下電流密度 80-300A/dm2電解液溫度 20-50℃電解時(shí)間1-5min(4)電解液由硫酸水溶液和表面活性劑組成，其配比(重量％)為硫酸水溶液99.996-99.999％，表面活性劑0.001-0.004％；硫酸水溶液的配比(重量％)為硫酸15-45％，水55-85％；表面活性劑由十二烷基苯磺酸鈉、烷基酚聚氧乙烯醚和水組成，其配比(重量％)為十二烷基苯磺酸鈉 60-80％，烷基酚聚氧乙烯醚 5-20％，水為余量；(5)電解酸洗后，將鋼材取出，用水沖洗干凈，然后干燥，完成酸洗過程。
電解液中的表面活性劑既能夠加速電解進(jìn)程，提高電解速度，同時(shí)又是一種良好的酸霧抑制劑，能夠抑制鋼材與電解液反應(yīng)時(shí)產(chǎn)生的酸霧。
陽極電解酸洗法適用于Cr-Ni不銹鋼等高合金鋼。將浸入電解液中的鋼材作為陽極，鋼材表面氧化皮導(dǎo)電率較低，但存在相當(dāng)多的小孔，電流可通過小孔導(dǎo)向基體金屬表面，低價(jià)氧化物Cr2O3被氧化成高價(jià)CrO3，易于溶入酸中，而變得疏松，同時(shí)陽極上產(chǎn)生的大量氧氣將氧化皮迅速剝離。但在高電流密度下基體金屬表面迅速處于鈍化狀態(tài)。
陽極電極反應(yīng)式
2、采用陰極電解酸洗法，其工藝步驟為(1)將待處理的鋼材置于盛有電解液的電解槽中；(2)以待處理的鋼材為陰極，以常規(guī)鉛板為陽極，以直流電源為電解電源進(jìn)行電解；(3)電解時(shí)的工藝參數(shù)和電解液的組成配比與陽極電解酸洗法所述的工藝參數(shù)和電解液的組成配比相同；(4)電解酸洗后，將鋼材取出，用水沖洗干凈，然后干燥，完成酸洗過程。
該陰極電解酸洗法適用于碳結(jié)鋼、碳工鋼、及碳素彈簧鋼等碳素鋼。將浸入電解液中的試樣作為陰極，電流可通過氧化皮小孔導(dǎo)向基體金屬表面，導(dǎo)致陰極表面氫離子放電，使難溶的高價(jià)氧化物Fe2O3和Fe3O4還原成低價(jià)的FeO和純鐵，產(chǎn)生體積變化，致使氧化皮疏松，同時(shí)在陰極表面生成的大量分子氫滲至氧化皮下使其迅速剝落，其反應(yīng)式如下
3、陰陽極交替電解酸洗法，其工藝步驟為(1)將待處理的鋼材置于盛有電解液的電解槽中；(2)首先以待處理的鋼材為陰極，以常規(guī)鉛板為陽極，以直流電源為電解電源進(jìn)行陰極電解酸洗，電解1-3分鐘后切換電流方向，即以待處理的鋼材作為陽極，以常規(guī)鉛板為陰極進(jìn)行陽極電解酸洗；陰極電解酸洗法和陽極電解酸洗法交替一次即成。
(3)陰陽極交替電解酸洗法所采用的工藝參數(shù)和電解液的組成及配比與陽極電解酸洗法所采用的工藝參數(shù)和電解液的組成及配比相同。
(4)電解酸洗后將鋼材取出，用清水沖洗干凈，然后干燥，即完成酸洗過程。
該陰陽極交替電解酸洗法適用于含有Si、Cr、Mn、Mo等合金元素的中低合金鋼氧化皮的去除，其綜合了陰極電解酸洗法和陽極電解酸洗法的效果。試樣先經(jīng)陰極電解酸洗，切換電流方向再經(jīng)陽極電解酸洗，試樣表面經(jīng)O2和H2的機(jī)械作用都加速氧化皮的剝落。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)第一，對(duì)去除合金鋼鋼材表面氧化皮效果顯著。
第二，去除氧化皮速度快，僅用1-5min即洗凈，滿足鋼材在線快速檢查表面的要求并提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低了成本。
第三，電解過程金屬基體極少量溶解，損耗少。能客觀真實(shí)地反映鋼材表面質(zhì)量狀況。
第四，設(shè)備設(shè)計(jì)合理、體積小，操作方便、安全，易于掌握。
第五，電解液導(dǎo)電性能好、適用性廣，且無環(huán)境污染。
第六，電解液消耗少，使用壽命長，成本低。
實(shí)施例采用本發(fā)明所述的陽極電解酸洗法、陰極電解酸洗法和陰陽交替電解酸洗法，分別對(duì)三批不同的熱軋鋼材進(jìn)行去除表面氧化皮的處理。三個(gè)批次采用的酸洗方法類型、處理鋼號(hào)及規(guī)格、電解液成分及配比如表1所示。酸洗時(shí)的工藝參數(shù)如表2所示。
在實(shí)施例1和2的酸洗過程中，可觀察到鋼材表面上有大量氣泡產(chǎn)生，氧化皮成片剝落，2-3分鐘后氧化皮去除干凈，露出銀白色金屬本色的表面。實(shí)施例3中所處理的GCr15軸承鋼，其氧化皮較厚，難于去除，現(xiàn)有技術(shù)的電解液都不起作用，采用本發(fā)明所述的陰陽極交替電解酸洗法，陰極電解2分鐘，隨即切換電流方向，進(jìn)行陽極電解1分鐘，氧化皮便被全部去除，露出金屬本色表面。表1實(shí)施例所采用的酸洗方法、處理鋼種類型及電解液組成配比
表2實(shí)施例鋼材酸洗工藝參數(shù)
權(quán)利要求
1.一種合金鋼鋼材表面氧化皮的去除方法，其特征在于采用陽極電解酸洗法，其工藝步驟為(1)將待處理的鋼材置于盛有電解液的電解槽中；(2)以待處理的鋼材為陽極，以常規(guī)鉛板為陰極，以直流電源為電解電源，進(jìn)行電解；(3)電解時(shí)的工藝參數(shù)如下電流密度 80-300A/dm2電解液溫度20-50℃電解時(shí)間 1-5min；(4)電解液由硫酸水溶液和表面活性劑組成，其配比(重量％)為硫酸水溶液99.996-99.999％，表面活性劑0.001-0.004％；硫酸水溶液的配比(重量％)為硫酸15-45％，水55-85％；表面活性劑由十二烷基苯磺酸鈉、烷基酚聚氧乙烯醚和水組成，其配比(重量％)為十二烷基苯磺酸鈉 60-80％，烷基酚聚氧乙烯醚 5-20％，水為余量；(5)電解酸洗后，將鋼材取出，用水沖洗干凈，然后干燥，完成酸洗過程。
2.一種合金鋼鋼材表面氧化皮的去除方法，其特征在于采用陰極電解酸洗法，其工藝步驟為(1)將待處理的鋼材置于盛有電解液的電解槽中；(2)以待處理的鋼材為陰極，以常規(guī)鉛板為陽極，以直流電源為電解電源進(jìn)行電解；(3)電解時(shí)的工藝參數(shù)和電解液的組成及配比與陽極電解酸洗法所述的工藝參數(shù)和電解液的組成及配比相同；(4)電解酸洗后，將鋼材取出，用水沖洗干凈，然后干燥，完成酸洗過程。
3.一種合金鋼鋼材表面氧化皮的去除方法，其特征在于采用陰陽交替電解酸洗法，其工藝步驟為(1)將待處理的鋼材置于盛有電解液的電解槽中；(2)首先以待處理的鋼材為陰極，以常規(guī)鉛板為陽極，以直流電源為電解電源進(jìn)行陰極電解酸洗，電解1-3分鐘后切換電流方向，即以待處理的鋼材作為陽極，以常規(guī)鉛板為陰極進(jìn)行陽極電解酸洗；陰極電解酸洗法和陽極電解酸洗法交替一次即成。(3)陰陽極交替電解酸洗法所采用的工藝參數(shù)和電解液的組成及配比與陽極電解酸洗法所采用的工藝參數(shù)和電解液的組成及配比相同。(4)電解酸洗后將鋼材取出，用清水沖洗干凈，然后干燥，即完成酸洗過程。
全文摘要
本發(fā)明屬于用溶液酸洗金屬材料領(lǐng)域。主要適用于去除合金鋼鋼材表面的氧化皮。本發(fā)明所述的方法包括陽極電解酸洗法、陰極電解酸洗法和陰陽交替電解酸洗法。電解參數(shù):電流密度為80—300A/dm
文檔編號(hào)C25F1/00GK1267750SQ00102939
公開日2000年9月27日 申請(qǐng)日期2000年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2000年3月16日
發(fā)明者吳惠然, 夏學(xué)良 申請(qǐng)人:大連鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司