400系熱軋鐵素體不銹鋼無(wú)氟酸洗工藝生產(chǎn)實(shí)踐

吳月龍，葛憲偉，王 波

（山東泰山鋼鐵集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)南271100）

1 前 言

400系鐵素體不銹鋼以Cr為主要元素（Cr含量一般在12%～30%），含C 量≤0.25%（多數(shù)在0.12%以下），室溫下組織為鐵素體，是具有體心立方晶格結(jié)構(gòu)的鐵基合金［1］。鐵素體不銹鋼一般不含Ni，價(jià)格較奧氏體不銹鋼低廉，耐氯化物應(yīng)力腐蝕、孔蝕、縫隙腐蝕等局部腐蝕性能優(yōu)良，具有冷加工硬化傾向較低、導(dǎo)熱系數(shù)高、線膨脹系數(shù)低等獨(dú)特性能［2］，在諸多領(lǐng)域可取代300系不銹鋼。400系鐵素體不銹鋼主要以白皮進(jìn)行使用，酸洗方法為物理＋化學(xué)法，前期進(jìn)行破磷＋拋丸機(jī)械除磷，再通過(guò)化學(xué)酸洗方式去除剩余氧化皮并完成表面鈍化。酸洗主要存在以下問(wèn)題：1）鐵素體不銹鋼鉻元素含量較低，氧化鐵皮較厚，酸洗過(guò)程易出現(xiàn)過(guò)酸洗或欠酸洗缺陷。針對(duì)此現(xiàn)狀，為減輕酸洗壓力，一般需要提高預(yù)處理強(qiáng)度，但是破磷＋拋丸強(qiáng)度過(guò)高可能會(huì)導(dǎo)致酸洗板表面粗糙度偏高。2）氫氟酸價(jià)格較為昂貴，且氫氟酸易與酸液中的金屬離子結(jié)合，氫氟酸利用率低；含酸廢水中的氟離子處理難度大，焙燒法也難以有效回收400系酸洗廢液中的氟離子。

2 無(wú)氟酸洗原理

不銹鋼熱軋板表層氧化鐵皮與基體之間存在固相-固相間的吸附作用，這種吸附作用便是金屬鍵；因此，只需破壞氧化鐵皮與基體間的金屬鍵，便可進(jìn)行氧化鐵皮的剝離而不需要進(jìn)行氧化還原反應(yīng)。基于上述金屬鍵理論，結(jié)合當(dāng)前日益嚴(yán)峻的環(huán)保形勢(shì)及酸洗費(fèi)用居高不下的困境，經(jīng)泰鋼與有關(guān)單位合作研究，合成了能夠在液-固界面?zhèn)鬟f氫離子以破壞金屬鍵的酮胺結(jié)構(gòu)的表面活性劑，氧化鐵皮剝離示意圖見圖1。保證了不銹鋼酸洗表面質(zhì)量并提高了酸洗效率。

圖1 氧化皮剝離示意圖

該酮胺結(jié)構(gòu)的表面活性劑主要成分為（重量百分比）：羧甲基纖維素10%～15%，生化黃腐酸3%～5%，氨基乙醇20%～40%，8-羥基喹啉-5-磺酸5%～10%，水41%～51%。表面活性劑中各組分的具體含量需要根據(jù)鋼種特點(diǎn)進(jìn)行微調(diào)，以滿足不同鋼種酸洗的需要。

3 生產(chǎn)控制要求

無(wú)氟酸洗在不銹鋼酸洗線的現(xiàn)有設(shè)備基礎(chǔ)上，通過(guò)調(diào)整酸液濃度、溫度及工藝速度進(jìn)行生產(chǎn)。以酸洗段為例，酸洗段原包括硫酸段、混酸1段、混酸2 段共3 組酸洗槽，每組2 個(gè)酸洗槽，共計(jì)6 個(gè)酸洗槽。但實(shí)際生產(chǎn)中，4 個(gè)混酸槽只需使用2 個(gè)即可滿足生產(chǎn)需要，考慮到（硫酸＋表面活性劑）酸洗與硝酸鈍化溫度有所差別，同時(shí)鈍化前的鋼帶不宜長(zhǎng)時(shí)間暴露在空氣中，則將混酸1段（3#、4#酸槽）注入清水。由此可得到完善的無(wú)氟酸洗工藝流程，如圖2所示。

圖2 無(wú)氟酸洗工藝流程

無(wú)氟酸洗工藝（硫酸＋表面活性劑）酸洗＋硝酸鈍化與傳統(tǒng)的硫酸+混酸酸洗工藝存在明顯的差別。鋼帶表面的氧化鐵皮清理作業(yè)主要集中在破鱗、拋丸與硫酸＋表面活性劑酸洗階段，具體控制標(biāo)準(zhǔn)見表1、表2。

表1 酸洗工藝控制范圍

表2 預(yù)處理工藝控制標(biāo)準(zhǔn)

表面活性劑加入方式為生產(chǎn)前按照表面活性劑濃度控制中線水平添加，生產(chǎn)過(guò)程中根據(jù)化驗(yàn)結(jié)果及酸洗實(shí)物質(zhì)量及時(shí)補(bǔ)加表面活性劑，保證酸洗質(zhì)量。硝酸主要作用為鈍化，通過(guò)試驗(yàn)摸索發(fā)現(xiàn)，只需保證硝酸初始濃度為150 g/L，后期硝酸補(bǔ)加標(biāo)準(zhǔn)變更為≤80 g/L 時(shí)補(bǔ)加或酸洗效果不良時(shí)補(bǔ)加。硫酸、硝酸酸液優(yōu)先選擇正常使用的酸液，金屬離子濃度≤80 g/L時(shí)，可添加部分新酸。

4 無(wú)氟酸洗與常規(guī)工藝對(duì)比

4.1 工藝消耗對(duì)比

無(wú)氟酸洗與常規(guī)酸洗工藝對(duì)比如表3 所示。

表3 無(wú)氟酸洗與常規(guī)酸洗工藝對(duì)比

兩種工藝速度相差不大，但是酸耗方面有所差別，無(wú)氟酸洗硫酸消耗較常規(guī)工藝略高，硝酸明顯降低。就硝酸和硫酸消耗對(duì)比發(fā)現(xiàn)，無(wú)氟酸洗噸鋼成本低0.63 元。常規(guī)酸洗中氫氟酸消耗定額為19.2 元/t，無(wú)氟酸洗中表面活性劑消耗為17.5元/t，無(wú)氟酸洗噸鋼成本降低1.7 元。就酸耗而言，400 系不銹鋼無(wú)氟酸洗噸鋼酸耗成本較混酸工藝降低2.33 元/t。

4.2 環(huán)保指標(biāo)對(duì)比

使用無(wú)氟工藝進(jìn)行酸洗時(shí)，含酸廢水主要為廢酸及刷洗用的含酸廢水。一般來(lái)說(shuō)，噸鋼產(chǎn)生廢水量約0.5 t，環(huán)保費(fèi)用為40 元/t。使用無(wú)氟酸洗工藝進(jìn)行酸洗時(shí)，因生產(chǎn)過(guò)程為充分利用表面活性劑，廢酸較少排放，噸鋼產(chǎn)生廢水量約0.32 t，廢酸中氟離子濃度由1 213 mg/L 降到272.4 mg/L，刷洗水中氟離子濃度由352.2 mg/L 降低到16.2 mg/L。無(wú)氟酸洗工藝中液堿的使用量也有所降低，因此噸鋼環(huán)保費(fèi)用降低為29.4 元。環(huán)保運(yùn)行投入成本計(jì)算，使用無(wú)氟酸洗工藝較常規(guī)工藝噸鋼定額節(jié)省10.6 元。

4.3 產(chǎn)品實(shí)物質(zhì)量檢測(cè)

4.3.1 表面粗糙度檢測(cè)

分別對(duì)無(wú)氟酸洗生產(chǎn)的10Cr17 酸洗板和06Cr13 酸洗板取樣80 組進(jìn)行表面粗糙度檢測(cè)，并與常規(guī)工藝生產(chǎn)的兩鋼種產(chǎn)品進(jìn)行對(duì)比檢測(cè)，結(jié)果如表4所示。常規(guī)工藝產(chǎn)品表面粗糙度在3.4～3.5 μm，通過(guò)采用無(wú)氟酸洗工藝，產(chǎn)品表面粗糙度降低至≤2.9 μm。表面粗糙度改善明顯，可有效避免冷軋板麻點(diǎn)缺陷的產(chǎn)生。

表4 樣品表面粗糙度統(tǒng)計(jì) μm

4.3.2 鹽霧試驗(yàn)檢測(cè)

對(duì)無(wú)氟酸洗工藝生產(chǎn)的06Cr13 酸洗板和10Cr17酸洗板分別取樣，依據(jù)GB/T 10125—2012《人造氣氛腐蝕試驗(yàn) 鹽霧試驗(yàn)》進(jìn)行72 h 中性鹽霧試驗(yàn)，并與常規(guī)工藝生產(chǎn)的產(chǎn)品進(jìn)行對(duì)比。常規(guī)工藝樣品出現(xiàn)初始銹蝕時(shí)間為16 h，腐蝕比＞0.5%，保護(hù)評(píng)級(jí)級(jí)別為5級(jí)；無(wú)氟酸洗出現(xiàn)初始銹蝕時(shí)間為17 h，腐蝕比＜0.5%，保護(hù)評(píng)級(jí)級(jí)別為6級(jí)，由此可知，無(wú)氟酸洗中硝酸鈍化效果優(yōu)于常規(guī)酸洗工藝。

5 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)引進(jìn)無(wú)氟酸洗工藝，妥善處理了常規(guī)酸洗工藝中存在的產(chǎn)品表面粗糙度偏高、氟離子環(huán)境危害性大等問(wèn)題，同時(shí)保證了產(chǎn)品的耐蝕性，無(wú)氟酸洗工藝具有較高的推廣價(jià)值。