06Cr25Ni20不銹鋼表面氧化層去除方法的研究與應用

周光明

（太鋼不銹冷軋廠技術科，山西 太原 030003）

耐熱鋼由于其含較高的鉻、鎳含量或加入一定量的硅、鋁合金元素，促使合金鋼在高溫作用下形成了致密的氧化膜，其中06Cr25Ni20（310S）如表1的鎳含量高，能夠形成高熱強性的奧氏體組織，其耐熱能力一般可達700～800℃，在高溫下能夠抗氧化、抗蠕變及抗破斷，并耐一定介質腐蝕。

表1 06Cr25Ni20鋼的化學成分要求 %

06Cr25Ni20合金在700℃已經開始在表面形成金黃色和藍色的氧化膜，隨著加熱溫度達到1000℃的高溫狀態，其表面生成了致密的保護性黑色氧化膜。該鋼種中的Cr在高溫時易形成FeO·Cr2O3,FeO·Fe2O3和尖晶石結構（FeCr2O4，NiCr2O4）等保護性氧化膜，是06Cr25Ni20具有良好的耐高溫氧化性能的重要原因。由于其表面在高溫狀態下生產的氧化膜致密難酸洗，在冷軋連續退火酸洗生產線上一次洗合率較低，嚴重影響生產效率和成本降低。本文從連續退火加熱爐中氧化層厚度控制、控制酸洗參數和刷洗工藝優化方面進行研究。

1 連續退火溫度對氧化層的影響與控制

06Cr25Ni20（310S）在不同加熱溫度下（700℃、800℃、900℃、1000℃）形成的氧化層形貌不同，當爐內溫度達到700℃時在鋼帶表面生成了輕微金黃色和藍色的氧化層，當退火爐內溫度上升至1000℃時氧化加劇，鋼板表面氧化膜厚度增加，形成的表面氧化膜致密無開裂色澤均勻、發黑。研究指出鋼帶的氧化時間和氧化溫度與表面氧化層的形成相關，隨著退火爐內溫度的不斷升高和加熱時間的延長，增加了鋼帶表面的氧化速率，使鋼板表面形成的氧化膜厚度增加。長時間高溫加熱后310S表面增厚致密氧化膜酸洗后不易去除，選擇一定的爐溫和加熱時間能夠提升后續的表面加工效果。

從生產實際和效果來看，由于不同鋼種、規格退火爐控制方法不同，在爐溫設置過程中應根據生產節奏設定爐溫，降低310S通過時的加熱時間和溫度以減少氧化層的厚度。試驗兩卷310S鋼種成分不變，厚度為3.0 mm，寬度為1500 mm的鋼卷如圖1，結果說明經過加熱時間在28.8 min從700～1100℃階梯組合升溫的鋼卷，經過酸洗后仍能夠去除表面氧化層，鋼板在連續退火爐中運行800℃加熱時間不超過19.2 min，900～1100℃加熱時間不超過9.6 min，在該范圍內加熱退火后表面形成的氧化層能夠通過后續酸洗加工去除。

圖1 加熱爐溫時間曲線

2 控制酸洗過程參數

不銹鋼連續紊流酸洗方法是在硫酸鈉（Na2SO4）中性鹽溶液中把帶鋼作為陽極進行電解，電化學反應如下：

從反應式中可以看出，由于電解液中的電解質不直接參與反應，在酸洗過程中不產生消耗。通過電解后不銹鋼表面氧化鐵皮主要成分的氧化鉻在溶解后可以去除，但表面上以其他鐵氧化物為主要成分的鐵鱗則被殘留下來了。

連續運行的鋼板經過電解硫酸鈉處理后通過浸入硝酸（HNO3）和氫氟酸（HF）的混合溶液中繼續酸洗，當不銹鋼板經過混酸酸洗槽時，硝酸與其表面Fe2O3、Fe、Cr、Ni等物質發生化學反應，生成各種溶解性的金屬鹽類：

3Ni（微量）+8H++2NO3-←→3Ni2+（微量）+2NO+4H2O而氫氟酸與溶液中的各種金屬離子發生反應，生成一些可溶或難溶的金屬氟化物：

由此可知，在混酸酸洗工藝中，發揮主要作用的是硝酸，氫氟酸作為反應過程中的促進劑，能夠加快鋼板表面氧化反應的進行，而且硝酸與氫氟酸在酸洗中的比率是非常重要的參數，不同的鋼種采用的比率也不相同。

在連續酸洗生產過程中，電解硫酸鈉酸耗成本少但經過電解酸洗后的表面氧化層沒有得到完全的去除，并且由于當w（Cr）達到25%時，在氧化后所生成的氧化層成分和結構出現明顯變化，使得生成的氧化層更加的致密難酸洗。在不同的鋼種銜接生產過程中，使用酸洗相對低的鉻鎳不銹鋼硝酸、氫氟酸濃度來酸洗06Cr25Ni20（310S）時，鋼板表面氧化鐵皮清洗不盡，只有通過增加硝酸濃度達到180 g/L、氫氟酸濃度達到30 g/L使硝酸與氫氟酸的比率達到1∶6，經過40～80 min的酸洗時間后表面氧化層才能得到完全清除，但由于各鋼種使用的酸濃度不一致并且酸耗的使用成本與企業的經濟效益有著直接的關系，使得在酸洗06Cr25Ni20前常常不能夠達到要求的濃度和混酸配比。

3 提高酸洗效率的方式

06Cr25Ni20（310S）表面氧化層的厚度緊密度內應力以及基體鐵的附著力強等原因使僅通過酸洗來達到表面合格要求比較困難，本文所述310S酸洗氧化層清除困難主要在冷軋后連續退火酸洗線上較為突出，根據冷板連退酸洗線設備布置特點，改進機械刷洗機刷輥的材質和參數能夠提升耐熱鋼表面氧化層的去除效率。

不銹鋼刷洗裝置主要有刷輥、軸承座、聯軸器、電機、噴淋裝置等組成。由于不銹鋼表面電解硫酸鈉酸洗后的殘留物與鋼板基體附著力高，僅通過噴淋裝置無法完全去除酸洗后殘留物，影響后續混酸酸洗時的酸洗效率。在刷洗過程中主要是通過電機驅動刷輥旋轉，使刷毛在鋼板上表面進行清掃，并在刷洗后進行水噴淋去除表面殘留物。刷洗機配置有位置調整機構，通過對刷輥上下位置的調節控制刷毛與板面的接觸幅度，調整清掃力并對刷毛磨損進行補償。

310S不銹鋼表面刷輥的選用從刷絲材質、刷絲直徑、磨料目數和刷毛相對密度等幾個參數來進行，刷絲材質的基本材料是聚酰胺，并在其中加入了30%～40%的碳化硅或氧化鋁磨料。刷絲直徑主要有Φ0.8 mm、Φ1.0 mm和Φ1.2 mm等,根據表面需要去除的缺陷類型和所要達到的粗糙度來進行選用。在冷板酸洗過程中使用混酸酸洗前刷輥以提升酸洗效率，通過增加刷洗電機轉矩達到12%～18%來提升碳化硅硬尼龍毛刷輥對鋼板的磨刷力度，使刷磨后的鋼板能夠更完全的清除電解硫酸鈉酸洗后的殘留物，這樣可以提升混酸酸洗時酸液浸入鋼板表面的有效酸洗面積，通過增加酸洗時酸液與帶鋼接觸表面積來提升酸洗效率并達到最終的表面質量。

在實際生產過程中，由于冷板表面質量要求高且酸洗減薄量較小，使用碳化硅粗粒刷毛如Φ1.0 mm、Φ1.2 mm容易產生鋼板劃痕且酸洗后無法消失，選用Φ0.8 mm碳化硅細粒度刷毛刷洗能夠在提高酸洗效率的同時避免刷洗時產生刷毛劃痕等次生缺陷。

4 應用效果

在生產過程中具體參數如下頁表2所示，控制鋼板加熱時間在要求范圍內，在硝酸質量濃度未達到170 g/L，氫氟酸質量濃度達到26 g/L時，通過加大刷輥壓下量提高酸洗效率，表面能夠達到成品要求；在硝酸質量濃度達到180 g/L，氫氟酸質量濃度達到28 g/L后，減小刷輥壓下量同樣能夠達到表面質量要求。

表2 06Cr25Ni20不銹鋼具體參數

5 結論

1）加熱時間和加熱溫度影響06Cr25Ni20的氧化層的形成，控制鋼板在連續退火爐內各加熱區間的最高溫度和加熱時間，降低后續表面氧化層的致密難酸洗程度。

2）硝酸和氫氟酸的酸濃度是06Cr25Ni20氧化層去除的重要條件，提升混酸質量濃度至180 g/L，氫氟酸質量濃度提升至28 g/L后能夠較好的去除310S表面氧化層。

3）使用碳化硅刷輥對鋼板表面進行刷磨后能夠提高酸洗效率，在硝酸質量濃度170 g/L，氫氟酸質量濃度達到26 g/L后，可以和碳化硅刷輥組合使用，提高酸洗效率和表面質量。