在基于硫酸的溶液中連續(xù)處理不銹鋼制成的層壓制件的表面的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種在基于硫酸的溶液中連續(xù)處理不銹鋼制成的層壓制件的表面的 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 本發(fā)明的方法尤其適合于處理不銹鋼制成的層壓制件，以將在對(duì)該層壓制件進(jìn)行 的各種熱處理過(guò)程中（包括熱壓合本身）不可避免地形成的表面氧化層（所謂的"鱗片"） 去除。
[0003] 眾所周知，從不銹鋼制成的層壓制件移除氧化皮是必要的以使其表面恢復(fù)到鋼的 基本化學(xué)成分，以便于使該層壓制件具有眾所周知的抵抗腐蝕的特性。
[0004] 移除鱗片的工藝，稱作"酸洗"，其目標(biāo)在于移除最外面的金屬氧化物表面層（其 相對(duì)于鋼的基本成分富含鉻）及下方的、相對(duì)于鋼的基本化學(xué)成分具有較低的鉻含量的合 金層（脫鉻層）。
[0005] 現(xiàn)有的酸洗工藝一般提供了三個(gè)獨(dú)特的步驟。在第一步驟（去除鱗片）中，引起 "鱗片"的化學(xué)-物理改性以促使從層壓制件脫離。該步驟例如是通過(guò)將制造的產(chǎn)品浸入到 熔融的氧化鹽浴中（比如溫度500°C左右的Kolene?。∟a0H、NaN0#PNaCl的混合物）（熱 化學(xué)脫鱗）或者在中性或酸性水溶液（例如硫酸鈉或硫酸水溶液）中電解（電解脫鱗）來(lái) 執(zhí)行的。根據(jù)鋼的類型以及鱗片的成分，去除鱗片的步驟還可以通過(guò)機(jī)械鱗片去除處理來(lái) 進(jìn)行（所謂的"破鱗"處理），像噴砂、噴丸和研磨擦除。
[0006] 在第二步驟（實(shí)際的酸洗）中，將層壓制件表面的殘余鱗片以及下面的脫鉻層一 起移除。該步驟一般是通過(guò)將層壓制件浸入到具有高氧化能力的酸浴中執(zhí)行的，比如存在 氧化化合物（例如像高錳酸鹽、過(guò)硫酸鹽或過(guò)氧化氫）的情況下的無(wú)機(jī)酸的混合物?。ɡ?如圓0 3和HF的混合物、H2S04、HC1和職04的混合物，等等）。
[0007] 在第三步驟（涂裝和鈍化，finishingandpassivation)中，在層壓制件表面上 形成氧化鉻保護(hù)層。該步驟一般是通過(guò)將制造的產(chǎn)品浸入到含有硝酸或無(wú)機(jī)酸混合物的 ?。ㄒ话阆鄬?duì)于酸洗步驟具有較低的濃度并且具有較低的組成鋼的金屬離子含量）中執(zhí)行 的。在某些情況下，在酸洗步驟中，除了移除鱗片和脫鉻層之外，還存在層壓制件的表面氧 化，從而使涂裝/鈍化步驟是多余的。
[0008] 現(xiàn)有的酸洗工藝在它們的潛在的環(huán)境影響、工作空間的安全性、方法的操作控制 以及設(shè)備成本和原料消耗方面具有許多缺陷。
[0009] 例如硝酸和氫氟酸的酸洗浴的使用導(dǎo)致形成大量氮的氧化物（N0X)和由硝酸鹽和 含氟化合物污染的廢水，這就有必要采取特定的方法來(lái)控制氣體排放和凈化廢水。要處理 或處置的污染化合物的量取決于在含有硝酸和氫氟酸的浴中從層壓制件移除的材料的量， 該量在所有其他條件相同的情況下進(jìn)而取決于在這些浴中處理的持續(xù)時(shí)間。
[0010] 現(xiàn)有酸洗工藝的效率還使得氧化皮的足夠移除僅可以在延長(zhǎng)層壓制件與酸洗浴 接觸時(shí)間的情況下實(shí)現(xiàn)。這意味著這些方法相當(dāng)慢而且必須在大尺寸的廠房中實(shí)施。
[0011] 在不銹鋼酸洗領(lǐng)域中，為了獲得高質(zhì)量產(chǎn)品使用基于硝酸和氫氟酸的酸洗浴目前 來(lái)看是不可避免的。一般地，在用于連續(xù)熱處理和酸洗的現(xiàn)代廠房中，使用這些浴移除的材 料量占酸洗工藝中總的材料移除量的60%至80%。因此，在工業(yè)廠房中，用于不銹鋼層壓 制件表面處理的生產(chǎn)線尺寸使得以最大處理速度執(zhí)行酸洗和鈍化涂裝步驟，對(duì)于熱乳層壓 制件具有不少于60s的最小持續(xù)時(shí)間和對(duì)于冷乳層壓制件不少于30s的最小持續(xù)時(shí)間。這 些持續(xù)時(shí)間一般添加到對(duì)于熱乳帶在酸溶液中執(zhí)行化學(xué)脫鱗所需要的時(shí)間（30-40S)和對(duì) 于冷退火層壓制件在中性或酸性溶液中電解脫鱗所需要的時(shí)間（35-45S)中。顯然，相對(duì)于 能夠以最大速度處理的層壓制件具有更大厚度的條帶，在熱處理爐中熱處理更長(zhǎng)的時(shí)間， 需要成比例更長(zhǎng)的脫鱗和酸洗步驟。
[0012] 例如在W002/12596A2和W000/15880A1中描述了具有改進(jìn)效率和較小環(huán)境影響的 用于酸洗不銹鋼制成的層壓制件的工藝。
[0013] W002/12596中描述的工藝包括在交流電中的電解酸洗步驟，該步驟是在存在Fe3+ 離子或存在至少一種從氫氟酸和磷酸中選出的第二酸的硫酸水溶液中執(zhí)行的。
[0014] W000/15880中描述的工藝包括在直流電中的電解酸洗步驟，該步驟是在存在Fe3+ 離子的硫酸水溶液中執(zhí)行的。該工藝還可以包括脫鱗（在熔融鹽浴中）、化學(xué)酸洗（在存在 Fe2+和Fe3+離子的H2S04和HF溶液中）和/或最終的鈍化（在H#04和H202中）步驟。
[0015] EP2102376A1和JP5222449描述了在酸洗之前在溫度和氧氣濃度條件下執(zhí)行熱處 理以降低在層壓制件上形成的總的氧化物的量的工藝。
[0016] W003/052165描述了一種不銹鋼制成的層壓制件的電解脫鱗工藝（在直流電中）， 該工藝是在含有三價(jià)鐵離子、二價(jià)鐵離子和氫氟酸的硫酸浴中執(zhí)行的，隨后是在硫酸水溶 液中的化學(xué)酸洗處理。電解脫鱗工藝中陽(yáng)極處理的時(shí)間與施加的電流密度和與本身根據(jù)經(jīng) 驗(yàn)的兩個(gè)參數(shù)有關(guān)。
[0017] EP1307609A1描述了一種不銹鋼制成的層壓制件的電解酸洗工藝，該工藝是在硫 酸浴中執(zhí)行的，其中利用頻率為40到70Hz的交流電以及10到250A/dm2的電流密度，持續(xù) 3s到60s的時(shí)間。
[0018] 文獻(xiàn)W002086199A2描述了一種不銹鋼制成的層壓制件的電解脫鱗工藝，該工藝 是利用直流或交流電在強(qiáng)酸（例如鹽酸、硫酸、氫氟酸等等）水電解溶液內(nèi)執(zhí)行的，其持續(xù) 時(shí)間與施加的電流密度和與本身根據(jù)經(jīng)驗(yàn)的兩個(gè)參數(shù)有關(guān)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0019] 本發(fā)明的主要目的是避免現(xiàn)有技術(shù)的不銹鋼制成的層壓制件的酸洗工藝的缺陷。
[0020] 在這樣的總體目的中，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種對(duì)不銹鋼制成的層壓制件進(jìn) 行酸洗的方法，其可以獲得高質(zhì)量處理的產(chǎn)品，但是具有低的環(huán)境影響和低的原料消耗，比 如具有低的無(wú)機(jī)酸和添加劑的消耗。
[0021] 本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種對(duì)不銹鋼制成的層壓制件進(jìn)行酸洗的方法，其具 有改進(jìn)的效率，以便于減小酸洗處理的持續(xù)時(shí)間以及執(zhí)行該方法所必要的廠房容量。
[0022] 本申請(qǐng)人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，這些以及其他目的是通過(guò)連續(xù)處理不銹鋼制成的層壓制件的 表面的方法達(dá)到的，所述方法至少包括如下的步驟：
[0023] (a)使所述層壓制件在包含硫酸水電解溶液的槽中連續(xù)地通過(guò)，所述層壓制件從 浸入在所述電解溶液中的并且布置在基本平行于層壓制件運(yùn)動(dòng)方向的方向上的至少兩個(gè) 電極之間通過(guò)，所述電極具有沿著所述方向測(cè)量的長(zhǎng)度U，所述電極面對(duì)所述層壓制件的 兩個(gè)相反的表面并且布置在彼此相對(duì)的位置中；
[0024] (b)通過(guò)施加頻率f為5Hz到150Hz的交流電對(duì)所述層壓制件進(jìn)行電解酸洗處理， 所述頻率f?通過(guò)關(guān)系式f?多（A?v)/U與層壓制件的前進(jìn)速度v和所述電極的所述長(zhǎng)度 關(guān)聯(lián)，其中A是大于1的有理數(shù)。
[0025] (c)對(duì)所述電解酸洗后的層壓制件進(jìn)行表面涂裝和表面鈍化處理。
[0026] 為了本發(fā)明的目的，不銹鋼制成的層壓制件（下文中也稱作"層壓制件"）意思是 由不銹鋼制成的具有不確定長(zhǎng)度的像平板、條帶（金屬絲、鐵棒、盤條、型鋼或類似物）的這 種半處理過(guò)的產(chǎn)品。這些半處理過(guò)的產(chǎn)品一般是通過(guò)熱或冷的層壓工藝獲得的，可以伴隨 有退火熱處理。
[0027] 在本發(fā)明的描述中，電解溶液、酸洗溶液和脫鱗溶液在沒有區(qū)分的情況下也標(biāo)示 為"酸洗浴"。
[0028] 根據(jù)本發(fā)明的方法可以用于有效地從層壓制件表面移除金屬氧化層（鱗片）以及 下方的脫鉻層，在其位置上形成防止層壓制件腐蝕的氧化鉻層。
[0029] 有利地，根據(jù)本發(fā)明的方法可以用于對(duì)各種鋼進(jìn)行酸洗，尤其是奧氏體、馬氏體和 鐵素體鋼，無(wú)論它們是通過(guò)熱還是冷層壓工藝（下文中分別標(biāo)示為"熱乳層壓制件"和"冷 乳層壓制件"）獲得的。
[0030] 根據(jù)本發(fā)明的方法包括至少一個(gè)對(duì)層壓制件進(jìn)行電解酸洗的步驟，該步驟是在交 流電（AC)中在至少包括硫酸的電解溶液中執(zhí)行的。
[0031]AC中的電解酸洗是通過(guò)根據(jù)電極相對(duì)于進(jìn)行處理的層壓制件的位置合適地選擇 所施加的交流電的頻率執(zhí)行的，正如將要在后面詳細(xì)闡述的。
[0032] 本申請(qǐng)人確實(shí)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)如果在電解浴的交叉路徑過(guò)程中防止層壓制件的給定的 一部分表面顯著暴露于使層壓制件