酸洗時產生的缺陷引起的損壞事故

張永友

摘要：本文討論了機械加工后，為了去除鱗片而進行的酸洗所涉及到的有關問題.包括酸洗后產生的缺陷，缺陷形成的基理，缺陷的形態，缺陷存在的部位，影響缺陷的因素，以及避免酸洗缺陷的措施.并分別舉出了一些實例，以供同行參考.

關鍵詞：酸洗;氫脆;抑制劑;蝕坑

引言

在機械產品加工或處理的最后階段，往往為了除去產品表面的鱗片而進行酸洗，或者為了預防腐蝕，進行電鍍.在酸洗過程中，會發生一系列的化學反應，使得鐵原子變為陽離子，并發生了溶解，而原先存在于酸液中的氫，發生了還原，變成了氫的原子.這樣的化學反應有可能在產品內部留下隱患，造成產品在使用過程中發生事故.因為，在酸洗工藝不適當的時候，鐵原子的溶解會造成蝕坑.例如，使用過期了的酸液，或使用未加入抑制劑的酸液，或者產品在酸洗之前在軋制過程中有鱗片被埋入，而使得在酸洗過程中形成了微電池.在酸洗產品時，或者電鍍產品時，因為使用了酸液，化學反應產生了原子態的氫.，氫原子的一部分會在鋼鐵內部形成固溶體，使產品的脆性增加.氫原子的另一部分互相結合形成氫分子，成為氫氣而上浮.上浮的氫氣一部分會逸出，還有一部分會和夾雜物一樣，在晶界或相界等不致密的地方析出.此時，如果氫氣數量多，會產生非常大的氣體壓力，受這種壓力的直接作用，產品材料如果是塑性好的軟鋼，就形成氣孔，產品材料如果是塑性不好的硬鋼，就會產生裂紋.預防的辦法是往酸中添加抑制劑，同時，酸洗之后，將鋼制產品置放在庫房里，伴隨著時間的推移，產品內部固溶的氫，由于原子半徑小，擴散容易，大部分會向外部逸出.從而消除氫脆的隱患.如果想加快進度，也可以將鋼制產品加熱到150度左右，屆時，氫原子的擴散及逸出會比室溫下快很多，從而顯著地提高生產效率.

1 ??酸洗缺陷的形態

一般情況下，酸洗后的鋼件，會形成蝕坑.蝕坑的分布狀況是無序的，但不盡然;有時也會以條狀，帶狀或行列狀的形式出現.某產品在精加工工序的初期階段進行了酸洗，產生了酸洗蝕坑.該酸洗蝕坑同材料軋制引起的缺陷有相似之處，并不能憑肉眼明確地加以區別.蝕坑也可能沿軋制方向成行地出現.酸洗后的工件表面如果有小坑，既有可能是軋制導致的缺陷，也不能排除是酸洗造成的蝕坑.某帶鋼在一側的表面上，沿軋制方向成行排列著小坑，另一條帶鋼在正反兩面，在垂直于軋制方向上分布著許多小坑.經過分析機器判斷，結論是點狀腐蝕.不是軋制引起的缺陷.因為：在金相檢查中發現這種缺陷沒有氧化鐵皮的痕跡，也就是沒有出現敞開的孔，那么它的成因顯然是酸洗造成的蝕坑.另外，成行的酸洗蝕坑有時也會在酸洗過的鋼絲上出現.蝕坑的出現很有規律：主要排列在鋼絲的特定母線上.該母線是拉制成卷材的鋼絲，其各個圈在酸洗槽中堆放時，發生了互相接觸的地方.還有，某冷軋帶鋼的表面上，出現了特殊的斑點狀的表面缺陷.究其原因是在酸洗槽中長時間附著有板狀鐵鱗.在顯微鏡下觀察，有缺陷的地方是酸洗造成的蝕坑，在工件表面偏下一點的地方，有成行排列的爐渣夾雜物，該夾雜物含鋁量高，它促進了這種缺陷的生成.

下面是由于列狀夾雜物析出氫而產生氣孔的例子：某耐蝕不銹鋼拉深制作的罐密封性不好，不能使用，其原因是在罐的表面發現帶狀缺陷氣孔，氣孔的大部分已經裂開，通過觀察斷面的研磨面，裂紋是在表層下面的列狀夾雜物處產生的.這些列狀夾雜物主要由硫化鈦所構成.這些夾雜物是在澆注板坯時形成的塊狀夾雜物，在隨后的軋制加工時被壓延成了列狀.后來又進行了酸洗，酸洗時氫在列狀夾雜物的周圍析出.這些析出的氫在最初的中間退火中，形成了較大的氣體壓力，使鋼的薄表層拱起.詳細分析損壞事故發生的原因，是由于酸洗溶液不適當，或者是下面就要討論的過度酸洗.

2 ??酸洗程度的影響

酸洗程度包含兩層意思，其一是酸洗時間的長短，其二是酸洗時采用的是強酸還是弱酸.即酸液的化學成分及其濃度，這也是不能忽視的一個問題.直徑為15毫米的易切削鋼軋制線材，在硫酸中被過度酸洗，酸洗后其表面粗糙，在以后的冷加工中表面產生了裂紋.對其進行拉伸試驗，也發生了裂紋.總結起來是：經過強酸或長時間酸洗的鋼絲，受到塑性變形時，表面會發生剝離，產品性能下降，尤其是.斷面收縮率明顯下降，只有24%.而未酸洗的軋制線材的表面是平滑的，斷面收縮率高達62%.還有如下的現象應該注意，將經過酸洗的鋼絲加熱到400度，然后再進行拉伸試驗，其斷面收縮率會大幅上升，達到65%.還有一個重要現象是，該鋼絲在庫房里放置幾周之后，也經過400度的加熱，從每100克的鋼絲中，將釋放出2.8毫升的氫氣.而沒有被酸洗的鋼絲，氫氣的釋放量下降到八分之一，每100克鋼絲，只釋放出0.36毫升的氫氣，

3 ??缺陷存在的部位

氫氣的析出及聚集，容易發生在夾雜物的周圍.因此，非金屬夾雜物和酸洗氣泡之間存在一定的聯系.某沸騰鋼制成的鋼板的顯微組織，反映出這種聯系特別明顯.強酸洗之后，氣泡主要出現在鋼錠的心部，原因是心部有較多的偏析發生，非金屬夾雜物都聚集在該處，而在純凈度高的鋼錠表面很少出現氫氣的氣孔或氣泡.某鎮靜鋼鋼錠在被軋平之后，其硅酸鹽夾雜物的周圍也存在氫氣的氣泡.所以得出的結論是：即使不存在相當大的夾雜物，只要經過了酸洗無論是鎮靜鋼還是沸騰鋼，，鋼件內部都會存在酸洗氣泡.要預防酸洗氣泡引起的損壞事故，根本辦法不是依靠獲取高純凈度的特殊鋼（比如鎮靜鋼），而是通過采用合理的酸洗工藝來實現.

在加工材料酸洗之后又進行加熱，有兩種情況：

1.為了清洗酸洗附著物.

2.為了清洗熱浸鍍而黏附上的熔融金屬，

具體操作是：將工件放入沸騰的熱水中煮一段時間，無論哪種情況，加熱時，氫氣氣泡的逸出都會比不加熱多幾倍.

4 ??酸洗脆性的實例

前面提到過，酸洗時形成的氫氣存在于鋼件內部，會增加鋼的脆性.某不銹鋼刃具，不慎進行了深度酸洗，導致了酸洗裂紋.對于氫脆裂紋而言，鋼本身的抗拉強度越高，氫脆危害越大，越容易發生氫脆裂紋.鋼在淬火成馬氏體組織時，由于其內部應力高，所以特別容易發生氫脆.因此，為了搞清淬火鋼產生裂紋的原因，是不宜進行酸洗的.因為酸洗也會產生裂紋.基于這樣的原因，使得無法搞清裂紋到底是淬火產生的還是酸洗產生的.

5 ??結束語

酸洗是產品機械加工工藝過程中的一個必不可少的環節，如果酸洗工藝不當，將會導致蝕坑，氫脆，氣孔等缺陷，從而使得產品在隨后的使用過程中發生損壞事故.

根據上面的分析和論證，為防止酸洗缺陷所引起的損壞事故，應該盡量做到以下三點：

1，縮短酸洗的時間;

2，適時用新酸代替舊酸，盡量使其不含氰化氫之類的氫化物;

3，在酸洗槽中添加適當的抑制劑.

參考文獻

[1]劉軍 酸洗液的成分研究 [J] 鋼鐵 2014（12）45-46

[2]于立 氫脆形成的基理 [J]南方農機 2012（6）76-77