鋼材酸洗必要性

熱軋廠生產(chǎn)的熱軋帶鋼板卷，是在高溫下進(jìn)行軋制和卷取的，帶鋼表面在相應(yīng)的條件下生成的氧化鐵皮等雜質(zhì)，能夠很牢固地覆蓋在帶鋼的表面，并掩蓋帶鋼表面的其他缺陷。

從軋鋼的角度來(lái)講，若將這些帶氧化鐵皮的帶鋼直接送到冷軋機(jī)去軋制將會(huì)帶來(lái)許多問(wèn)題：一是在大壓下量的條件下進(jìn)行軋制，會(huì)將氧化鐵皮壓入帶鋼的基體，影響冷軋板的表面質(zhì)量及加工性能，甚至造成廢品；二是氧化鐵皮破碎后進(jìn)入冷卻潤(rùn)滑軋輥的乳化液系統(tǒng)會(huì)損壞循環(huán)設(shè)備，縮短乳化液的使用壽命；三是損壞了表面光潔度和加工精度都很高并且價(jià)格昂貴的冷軋輥。因此，帶鋼在冷軋之前，必須清除其表面氧化鐵皮，以保證所生產(chǎn)的冷軋帶鋼的表面質(zhì)量。

從生產(chǎn)熱鍍鋅鋼板的角度來(lái)講，采用熱軋帶鋼直接進(jìn)行熱浸鍍鋅，也要同采用冷軋鋼板一樣，在鍍鋅前要使帶鋼具有潔凈并有活性的表面。為了獲得這樣的表面，需要對(duì)熱軋帶鋼進(jìn)行處理以除去表面的氧化鐵皮，通常的做法是進(jìn)行酸洗處理。

鋼管氧化鐵皮一般有兩種：一種是在常溫下、在潮濕的環(huán)境中，并且有SO2，CO2溶解于水分中起催化作用所生成的氧化物——鐵銹。這種銹層呈紅褐色，是由兩價(jià)和三價(jià)的鐵與氧的化合物以及結(jié)晶水構(gòu)成的；另一種是在高溫下生成的氧化物鐵皮，俗稱(chēng)鐵鱗，是暗黑色或黑褐色。它是在兩種情況下生成的：一是在軋制或焊接時(shí)生成的軋制鐵皮，另一是在熱處理過(guò)程中由于氧分壓大于鐵的平衡氧分壓所生成的氧化鐵皮 (在保護(hù)氣氛或還原氣氛下退火時(shí)除外)。

在生產(chǎn)熱鍍鋅鋼管、電鍍鍍鋅鋼管、涂層鋼管或塑料覆層鋼管時(shí)，這層鐵皮必須加以清除，否則會(huì)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量造成嚴(yán)重影響，甚至不能生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品。在鍍鋅前即使很薄的鐵皮存在，也不可能鍍上完整、連續(xù)的鋅層。在進(jìn)行涂層或復(fù)層處理時(shí)，如果不將表面氧化物清除，會(huì)引起鼓泡和降低涂復(fù)層的耐腐蝕性能。

其它最常見(jiàn)的鋼鐵型材的酸洗是熱軋角鋼（如輸電鐵塔用）。

對(duì)于線(xiàn)材，無(wú)論是熱軋線(xiàn)材或經(jīng)熱處理后的半成品鋼絲，其表面均有一層硬而脆的氧化鐵皮層。這些氧化鐵皮一方面影響以后的加工工序，使?jié)櫥繉硬荒芾喂痰睾弯摬幕w結(jié)合；另一方面，在拉拔時(shí)，因?yàn)檠趸F皮硬度很高而且比較脆，這樣會(huì)刮傷模具和鋼絲表面；再則氧化鐵皮夾在模具與鋼絲之間，不僅會(huì)增大鋼絲與模具的摩擦，增大了摩擦力，在嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起斷絲；有時(shí)氧化鐵皮可能被壓入鋼絲基體中，造成鍍層時(shí)產(chǎn)生“翅皮”等缺陷。因此，必需在鋼絲拉拔前去除這些氧化鐵皮層。

同樣對(duì)于不銹鋼材和特殊鋼熱軋材來(lái)說(shuō)，在進(jìn)行冷軋或冷拔工藝處理之前，都要進(jìn)行酸洗處理。鋼鐵零件、金屬制品，在進(jìn)行表面處理如電鍍、磷化、涂層前也都需要進(jìn)行酸洗處理。

熱軋鋼材的可酸洗性和氧化鐵皮的形成一樣與很多因素有關(guān)，如氧化鐵皮的粘附強(qiáng)度、鋼的成分、機(jī)械變形的種類(lèi)和程度、氧化鐵皮的結(jié)構(gòu)及厚度、表面污染(例如油脂引起的污染)、表面缺陷、酸洗劑的種類(lèi)和成分以及酸洗時(shí)的工作條件等。下面僅就氧化鐵皮的結(jié)構(gòu)、耐酸性進(jìn)行分析。

在氧化鐵皮中，富氏體只是在靠近鋼板的表面上存在，而鐵皮外層的Fe3O4和Fe2O3，在酸溶液中是比較難于溶解的。但由于鐵皮層存在著裂縫和氣孔(特別是通過(guò)破鱗或拉矯之后)，酸溶液便能通過(guò)這些裂縫、氣孔到達(dá)金屬表面和富氏體層。金屬鐵和富氏體的溶解，減少了鐵皮與金屬之間的附著力，并在酸液與金屬鐵反應(yīng)過(guò)程中生成的氫氣的作用下，氧化鐵皮便從基體上脫落。與此同時(shí)，難溶的Fe3O4及Fe2O3，也被還原成容易溶解的FeO，從而使氧化鐵皮從鋼材表面上剝離下來(lái)。

影響酸洗性的另一個(gè)重要因素是鐵皮的致密度。富氏體具有天然的最大孔隙率，而Fe2O3層及Fe3O4層是致密的，它們會(huì)把鐵皮中其他氧化層內(nèi)的氣孔全部堵死，從而阻礙了酸液的滲入。帶鋼在冷卻過(guò)程中雖然會(huì)形成一些裂紋，但也不能保證酸液滲入氧化鐵皮的深處。特別是現(xiàn)代化軋機(jī)生產(chǎn)的熱軋帶鋼，鐵皮的厚度是穩(wěn)定的，致密度是比較高的，因此，為了提高氧化鐵皮的可酸洗性，采用破鱗設(shè)備增加裂紋仍然是十分必要的。

在酸洗帶鋼時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)，帶鋼尾部(酸洗卷頭部)表面上的氧化鐵皮較容易洗掉。這是因?yàn)閹т撐膊康能堉茰囟纫话惚戎胁亢皖^部低30～50℃，并在卷取時(shí)受到從卷取機(jī)上落下來(lái)的水的強(qiáng)化冷卻，因此，帶鋼尾部鐵皮形成的過(guò)程結(jié)束得較早，氧化鐵皮較薄，而且FeO來(lái)不及轉(zhuǎn)化。

最難酸洗的是帶鋼頭部(酸洗帶卷尾部)的氧化鐵皮。這是因?yàn)閹т擃^部氧化鐵皮的形成過(guò)程比尾部結(jié)束得緩慢，而使氧化鐵皮層加厚的緣故。此外，氧化鐵皮的緩冷促使FeO分解成Fe3O4或Fe2O3，也是造成酸洗困難洗的原因。

在帶鋼酸洗時(shí)還會(huì)發(fā)現(xiàn)，帶鋼的邊緣上會(huì)出現(xiàn)未洗掉的黑邊，這是因?yàn)樵趲т撻L(zhǎng)度的中部邊緣上，氧化鐵皮冷卻的比較緩慢，而周?chē)难鯕獾綆т摫砻嫔系耐份^通暢，使這里的氧化鐵皮中Fe203層明顯增加所致。

如前所述，在鋼鐵表面生成的銹層中，不僅羥基氧化鐵比較疏松，容易溶解，而且銹層中的Fe還會(huì)進(jìn)一步氧化。

在工業(yè)區(qū)的鋼鐵銹層中已確認(rèn)有著FeSO4·7H2O、FeSO4·H2O 和 Fe2(SO4)3的存在。

氧化鐵皮的主要成分是鐵的三種氧化物（FeO、Fe3O4、Fe2O3）。它們都是難溶于水的兩性氧化物，它們可以在適當(dāng)?shù)臈l件下，與強(qiáng)堿和酸進(jìn)行復(fù)分解反應(yīng)，生成能溶于水的鹽。

通過(guò)復(fù)分解反應(yīng)，鋼鐵表面的氧化鐵皮就可經(jīng)從鋼材表面除去。但是在工業(yè)上，除了對(duì)不銹鋼表面進(jìn)行處理時(shí)使用強(qiáng)堿除去表面的鐵、鉻和硅的氧化物外，都是使用強(qiáng)酸的水溶液對(duì)鋼材進(jìn)行化學(xué)處理以除去鋼材表面的氧化鐵皮。

在工業(yè)生產(chǎn)中進(jìn)行酸洗化學(xué)處理時(shí)，還有的將鋼材作為電極，通以電流來(lái)提高酸洗的質(zhì)量和酸洗的速度，即所謂的電解酸洗方法。

目前在鋼鐵的酸洗上主要使用的硫酸酸洗和鹽酸酸洗的方法。

鋼鋼材表面上的氧化鐵皮（FeO、Fe3O4、Fe2O3）都是不溶解于水的氧化物，當(dāng)把它們浸泡在酸液里時(shí)，這些氧化物就分別與酸發(fā)生一系列化學(xué)反應(yīng)。

由于碳素結(jié)構(gòu)鋼或低合金鋼鋼材表面上的氧化鐵皮具有疏松、多孔和裂紋的結(jié)構(gòu)，加之氧化鐵皮在酸洗時(shí)隨同鋼材一起經(jīng)過(guò)矯直、拉矯、傳送的反復(fù)彎曲，使這些孔隙裂縫進(jìn)一步增加和擴(kuò)大。所以，酸溶液在與氧化鐵皮起化學(xué)反應(yīng)的同時(shí)，也可以通過(guò)裂縫和孔隙滲透而與鋼鐵基體的鐵起化學(xué)反應(yīng)。也就是說(shuō)，在酸洗一開(kāi)始就同時(shí)進(jìn)行著所有3種氧化物和金屬鐵與酸溶液之間的化學(xué)反應(yīng)，所以，酸洗的過(guò)程包括了以下3個(gè)方面的作用：

鋼材表面氧化鐵皮中各種鐵的氧化物與酸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成溶于水的鐵鹽而溶解于酸溶液內(nèi)。若用鹽酸或硫酸進(jìn)行酸洗時(shí)，生成可溶解于酸液的正鐵及亞鐵氯化物或硫酸鹽，從而把氧化鐵皮從帶鋼表面除去。這種作用，—般稱(chēng)作溶解作用。

鋼材表面氧化鐵皮中除鐵的各種氧化物之外，還夾雜著部分的金屬鐵，而且氧化鐵皮又具有多孔性，那么酸溶液就可以通過(guò)氧化鐵皮的孔隙和裂縫與氧化鐵皮中的鐵或基體鐵作用，并相應(yīng)產(chǎn)生大量的氫氣。由這部分氫氣產(chǎn)生的膨脹壓力，就可以把氧化鐵皮從鋼材表面上剝離下來(lái)。這種通過(guò)反應(yīng)中產(chǎn)生氫氣的膨脹壓力把氧化鐵皮剝離下來(lái)的作用，一般把它叫做機(jī)械剝離作用。

金屬鐵與酸作用時(shí)，首先產(chǎn)生氫原子。一部分氫原子相互結(jié)合成為氫分子，促使氧化鐵皮的剝離。另一部分氫原子靠其化學(xué)活潑性及很強(qiáng)的還原能力，將高價(jià)鐵的氧化物和高價(jià)鐵鹽還原成易溶于酸溶液的低價(jià)鐵氧化物及低價(jià)鐵鹽。

鋼材的酸洗處理廣泛地應(yīng)用于冷軋板材坯料即熱軋板材的表面氧化鐵皮的去除，如熱軋型鋼需進(jìn)行磷化或鍍層等表面處理加工前去除氧化鐵皮；焊接管材在鍍鋅或進(jìn)行其它熱浸鍍、電鍍加工前的表面預(yù)處理；退火處理后的鋼材如管材、型材、線(xiàn)材等冷拔加工前的表面處理；鋼鐵加工件進(jìn)行電鍍、電刷鍍前的除銹處理以及不銹鋼和特殊鋼生產(chǎn)過(guò)程中的類(lèi)似處理。目前酸洗仍是鋼鐵生產(chǎn)和鋼鐵表面處理時(shí)不可或缺的工藝過(guò)程。但是，鋼材酸洗處理工藝的采用也帶來(lái)如下的一些問(wèn)題：

在酸洗的過(guò)程中，有的主要通過(guò)酸與鐵皮的化學(xué)反應(yīng)，溶解相應(yīng)的金屬氧化物的溶解作用來(lái)除去鐵皮。有的，如使用硫酸進(jìn)行鋼材酸洗時(shí)，還要借助于酸與鋼鐵發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的氫氣泡的剝離作用來(lái)除去氧化鐵皮。因此在酸洗過(guò)程中，大量消耗酸是必然的。雖然在酸洗中使用酸洗緩蝕劑可以降低鋼鐵的金屬消耗，但是仍有相當(dāng)量的金屬鐵損失掉。

在酸洗過(guò)程中，金屬鐵和酸之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)并產(chǎn)生氫氣。由于酸洗液中的氫的化學(xué)位高于被酸洗的鋼材中氫的化學(xué)位，生成的氫會(huì)滲入鋼中并積存起來(lái)造成 氫脆，從而影響鋼材的機(jī)械性能或以后的加工處理。

采用酸洗工藝對(duì)鋼材或零件進(jìn)行表面處理，由于鋼材的品種、產(chǎn)品的規(guī)格和生產(chǎn)的規(guī)模各不相同，從而造成了在生產(chǎn)裝備和生產(chǎn)環(huán)境方面有著很大差別。如酸洗槽體的密封、對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的腐蝕、酸洗車(chē)間的通風(fēng)排風(fēng)、酸霧的排出和處理以及污水的處理和排放等方面，處理方法和處理水平相差懸殊。從而會(huì)帶來(lái)許多環(huán)境保護(hù)方面的問(wèn)題，而需要一一加以處理和解決。

鋼鐵的酸洗在消耗大量金屬鐵的同時(shí)還產(chǎn)生大量的廢酸液與相應(yīng)的酸和氧化鐵或生成的鐵鹽溶液。為了回收和利用這些廢酸液和鐵鹽，需要較大的投資來(lái)建設(shè)相應(yīng)的回收和處理設(shè)備。特別是對(duì)于一些小型的、小批量的鋼鐵件進(jìn)行酸洗處理時(shí)，往往會(huì)出現(xiàn)酸洗廢液難以集中進(jìn)行處理的情況，一旦發(fā)生直接排放的情況，就會(huì)對(duì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染。