1、 1 钢铁 酸洗 的 必要性 热轧 厂生 产 的热轧 带钢 板卷， 是在 高温 下 进行轧 制和 卷取的 ， 带 钢表 面在 相应的 条件 下生 成的氧 化铁 皮， 能够 很牢 固 地覆 盖在 带 钢的表 面上 ，并掩 盖着 带 钢表面 的缺 陷。 从 轧 钢的角 度 来讲，若 将这些 带 氧化铁皮的 带钢 直接送 到冷轧 机去 轧制将 会带 来许多问 题 ：一 是在大 压 下量的条 件 下进 行轧制 ，会将 氧化 铁 皮压 入带钢 的基体 ，影 响冷 轧 板的表 面 质量 及加 工 性能， 甚至 造成废 品； 二是 氧化 铁 皮破碎后 进 入冷却 润滑 轧辊 的乳化 液系 统会 损 坏循 环
2、设备 ，缩短 乳化 液 的使 用寿命 ；三是 损坏 了 表面 光洁度 和加 工精度 都很高并 且 价 格昂贵 的 冷轧辊 。 因 此， 带钢在 冷轧 之前 ， 必 须清 除其 表面氧 化铁 皮， 以保 证所生 产的 冷轧 带 钢的 表面 质 量。 从生 产热 镀 锌钢板 的角 度来讲 ， 采 用热 轧带 钢直 接进行 热浸 镀锌 ， 也 要同 采用 冷轧钢 板一 样， 在镀 锌前 要 使带钢具 有 洁净 并有 活 性的表 面。 为了获 得这 样的 表面 ， 需 要对热 轧 带钢 进 行处 理以除 去表 面的 氧化 铁 皮， 通常 的做 法 是进行 酸洗 处理。 钢管 氧化 铁 皮一般 有两 种
3、： 一种 是在 常 温下 、 在 潮 湿的环 境中 ， 并且 有 2 ， CO2 溶解于 水分中 起 催化作 用所 生成 的氧化 物 铁 锈。 这种 锈层呈 红褐 色， 是由 两价 和 三价 的铁 与 氧 的化合 物 以及结 晶水 构成 的； 另一 种是 在 高温下生 成 的氧 化物 铁 皮， 俗 称铁 鳞， 是暗 黑色 或 黑褐色 。 它是 在两种 情况 下生成 的 ： 一 是在轧 制 或焊接时 生 成的轧 制铁 皮， 另一是 在热 处理 过 程 中 由 于 氧 分 压 大 于 铁 的 平 衡 氧 分 压 所 生 成 的 氧 化 铁皮 ( 在 保 护 气 氛 或 还 原 气 氛 下退火 时除
4、 外) 。 在生 产热 镀 锌钢管 、 电 镀 镀锌钢 管、 涂层 钢管 或 塑料 覆层钢 管时 ， 这 层铁 皮必 须 加以清 除 ， 否则会 对产 品质 量造 成 严重影响 ， 甚 至不 能生 产出 合格的 产品 。 在 镀锌 前即 使很薄 的铁 皮存 在， 也 不可 能镀 上完 整、 连 续的锌 层 。 在进 行涂 层 或复层处 理 时， 如 果不 将表 面氧化 物清 除， 会引起 鼓泡 和降 低涂 复 层的耐腐 蚀 性能。 其它 最常 见 的钢铁 型材 的酸洗 是热 轧的 角钢 （如 输电铁 塔 用） 在 镀锌 前也 必须进 行的 酸洗 处理。 对于 线材 ， 无 论是 热轧 线材或
5、经热 处理 后的 半 成品钢丝 ， 其 表面 均有 一层 硬而脆 的氧 化铁 皮 层。 这些 氧化 铁 皮一方 面影 响以后 的加 工工 序， 使润滑 涂层 不能 牢固 地 和钢铁基 体 结合； 另一方面 ，在 拉拔时 ，因 为氧化 铁 皮硬度很 高 而且比较脆 ，这样 会刮 伤 模具和钢 丝 表面； 再则氧 化铁 皮夹 在模 具 与钢丝之 间 ， 不 仅会增 大 钢丝与模 具 的摩擦 ， 增 大了 摩擦 力， 在严 重 时会 引起断丝；有时氧化铁 皮可能被压 入钢丝基体 中，造成镀层 时产生 翅皮 等缺陷。因 此，必 需在 钢丝 拉拔 前去 除 这些 氧化 铁 皮层。 同样 对于 不 锈钢铁
6、 和特 殊钢热 轧材 来说 ， 在 进行 冷轧 或冷拔 工艺 处理 之前 ， 都要 进行 酸 洗 处理。 钢铁 零件、 金属 制品 ， 在进 行表 面 处理如 电镀 、 磷化、 涂层 前也 都 需要进 行 酸 洗处理 。 2 钢铁 表面 氧 化皮的 可酸 洗性 （1） 热轧 钢铁 表 面氧化 铁 皮 热轧 钢铁 的 可酸洗 性和 氧化铁 皮的 形成 一样 与 很多因素 有 关， 如 氧化 铁皮 的粘附 强度 、钢 的成分 、 机 械变 形的 种类 和程度 、 氧 化铁 皮的 结构 及厚度 、 表 面污 染( 例 如油 脂引 起的污 染) 、 表面缺 陷 、 酸 洗剂的 种 类和成分 以 及酸洗
7、 时的 工作 条件等 。 下面 仅就氧 化铁 皮的结 构 、 耐 酸 性进行 分析 。 在氧化 铁皮 中， 富氏 体只 是 在靠 近钢 板 的表面 上存 在，而 铁皮 外层 的 4 和 O3，在 酸溶液中 是比较难于 溶解的。但由于铁皮 层 存 在 着 裂 缝和气孔( 特 别 是 通 过 破鳞或拉矫 之 后) ，酸溶液便 能 通过这些裂 缝、气孔到达 金 属表面和 富 氏体层；金属铁和 富 氏体的溶 解 ， 减少了 铁皮 与金 属之 间 的附着力 ， 并 在酸 液与 金属 铁反应 过程 中生 成 的氢气 的作 用下， 氧化 铁皮便 从基 体上 脱 落。 与 此同时 ， 难 溶 的 3O4 及
8、e2O3 ， 也被 还原 成 容易溶 解的 FeO，从 而使氧 化 铁皮从 钢铁 表面 上剥离 下来 。 影 响 钢 材 酸 洗性的另一 个 重 要 因 素 是铁皮的致 密 度 。 富 氏 体 具 有 天然的最大 孔隙率，而 3 层及 3O4 层是 致密的， 它们 会把 铁 皮中其 他氧 化层内 的气 孔全 部堵 死 ；从 而阻 碍 了 酸液 的渗 入 ； 带钢 在冷 却 过程 中虽 然 会形成 一些 裂纹， 但也 不能 保 证酸液 渗入 氧化铁 皮的 深处。 特别 是现 代 化轧机 生产 的热轧 带钢 ， 铁 皮的 厚度 是稳定 的， 致密 度是 比 较高 的， 因此， 为了提 高氧 化铁
9、皮的 可 酸洗性， 采用 破鳞 设 备增加 裂纹 仍然是 十分 必要 的。 在酸 洗带 钢 时会发 现， 带钢尾 部( 酸 洗卷 头部 ) 表面 上的氧 化铁 皮较 容 易洗掉 。 这是 因为 带 钢尾部的 轧 制温度一 般 比中部和 头 部低 3050 ， 并在卷取 时 受到从卷 取 机上落下 来 的水 的强化 冷却 ， 因此 ， 带 钢 尾部铁 皮形 成的 过 程结束 得较 早， 氧化 铁皮 较 薄， 而且 来不 及 转化 。 最难 酸洗 的 是带钢 头部 ( 酸洗带 卷尾 部) 的 氧化 铁皮 。 这是 因为 带 钢头部 氧化 铁皮的 形成 过 程比尾 部 结束得 缓慢 ，而 使氧化 铁
10、 皮层加 厚的 缘故 。此外 ，氧 化铁 皮的 缓冷 促使 eO 分解 成 或 3， 也是 造 成酸 洗困难 洗的 原因 。 在带 钢酸 洗 时还会 发现 ， 带钢 的边 缘 上会出 现未 洗掉的 黑边 ， 这 是因 为在 带钢长 度的 中部 边缘上 ， 氧化 铁皮冷 却的 比较 缓 慢 ， 而 周围的 氧 气到带钢 表 面上的 通路 较通 畅， 使这 里的 氧 化铁皮 中 e203 层 明显增 加所 致。 （2） 较长 时间 暴 露在大 气 中 产生 的锈 层 如前 所述 ， 在 钢铁 表面 生成的 锈层 中， 不仅 羟基 氧 化铁 比较 疏 松， 容 易溶 解， 而 且锈 层中 的 Fe
11、还会 进 一 步 氧 化 。 在 工 业 区 的 钢 铁 锈 层 中 已 确 认 有 着 、 和 Fe2(SO4)3 的存 在。 氧化 铁皮 的 主要成 分是 铁的三 种氧 化物 （FeO 、 、 ） 。 它们 都是 难 溶于 水的 两 性氧化 物， 它们 可以 在 适当的条 件 下，与 强碱 和酸 进行复 分解 反应 ，生 成能 溶于 水的盐 。 通过 复分 解 反应， 钢铁 表面的 氧化 铁皮 就 可经从 钢铁 表面除 去 。 但是 在工 业 上 ， 除 了对 不 锈 钢表 面进 行 处理时 使用 强碱除 去表 面的 铁、 铬和 硅的氧 化物 外， 都是 使用 强 酸的 水溶 液 对 钢铁
12、进 行 化学处 理以 除去 钢铁表 面的 氧化 铁 皮。 在工业 生产 中进 行酸 洗 化学处理 时 ， 还有 的将 钢 铁作为电 极 ， 通以 电流 来 提高酸洗 的 质量和 酸洗 的速度 ，即 所谓 的电 解酸洗 方法 。 目前 在钢 铁 的酸洗 上主 要使用 的硫 酸酸 洗和 盐 酸 酸洗的 方 法。 3 钢铁 酸洗 的 基本原 理 钢铁 表面 上 的氧化 铁皮 （FeO 、 、 ） 都是不溶 解 于水的 氧化 物， 当把它 们浸 泡 在酸液 里 时，这 些氧 化物 就分别 与酸 发生 一系 列 化学反应 。 由于碳 素结 构钢 或低 合 金钢钢铁 表 面上的 氧化 铁皮 具有疏 松、
13、多孔 和裂 纹 的结构， 加之 氧化 铁 皮在 酸洗 时 随同钢 铁一 起经过 矫直 、 拉矫 、 传 送 的反复 弯曲 ， 使这些 孔隙 裂缝进 一步 增加 和扩大 。 所以 ， 酸 溶液 在 与 氧化 铁皮 起 化学反 应的 同时 ， 也 可以 通过 裂缝和 孔隙 渗透而 与钢 铁基体 的铁 起化 学反 应 。 也就是 说， 在酸 洗一 开 始就同时 进 行着所 有 种氧 化物和 金属 铁与 酸 溶液 之间 的 化学反 应， 所以， 酸洗 的过 程 包括了 以下 3 个方 面的 作用 ： (1) 溶解 作用 钢材 表面 氧 化铁皮 中各 种铁的 氧化 物与 酸发 生 化学反应 ， 生成 溶
14、于 水 的铁盐 而溶 解于酸 溶 液 内 。 若 用盐 酸或 硫酸进 行酸 洗时 ， 生 成可溶 解 于酸液的 正 铁及亚 铁氯 化物 或硫酸 盐 ， 从 而 把氧化 铁皮 从带 钢 表面除 去。这 种作 用， 般 称作 溶解 作用。 (2) 机械 剥离 作 用 钢铁 表面 氧 化铁皮 中除 铁的各 种氧 化物 之外 ， 还 夹杂着 部 分的金 属铁 ， 而 且氧化 铁 皮又具 有多 孔性， 那么 酸溶 液 就可以通 过 氧化铁 皮的 孔隙 和裂缝 与氧 化铁 皮 中的铁 或基 体铁作 用 ， 并相应 产生 大量 的氢 气 。 由这部 分氢 气产 生的 膨 胀压力， 就可 以把 氧 化铁皮 从
15、钢 铁表面 上剥 离下来 。 这 种通 过反 应中 产生氢 气的 膨胀 压 力把氧 化铁 皮剥离 下来 的作 用， 一般把 它叫 做机 械剥离 作用 。 (3) 还原作 用 金属 铁与 酸 作用时 ， 首 先产生 氢 原子 。 一部 分氢 原 子相 互结 合 成为氢 分子 ， 促 使氧 化铁 皮 的剥离 。 另 一部 分氢 原子 靠其化 学活 泼性 及 很强的 还原 能力， 将高 价铁 的 氧化物和 高 价铁盐 还原 成易溶 于酸 溶液 的低 价 铁氧 化物 及 低价铁 盐。 4 钢铁 酸洗 工 艺的缺 点 钢 材 的酸洗 处 理广泛地 应 用于 冷轧板 材坯料 即热 轧板材的 表 面氧化铁
16、皮 的去除，如 热轧 型钢 需进行磷 化 或镀层等 表 面处 理加工 前去除 氧化 铁皮；焊 接管材 在 镀锌或 进行 其它热浸 镀 、 电 镀加 工前 的表 面预 处 理； 退火 处理 后 的钢铁 如管 材、 型 材、 线材 等冷 拔 加工 前的 表 面 处理；钢 铁加工 件 进行电 镀、电刷 镀前 的 除锈处理 以 及不 锈钢和 特殊 钢生产 过程中的 类 似 处理 。 目 前酸 洗仍 是钢铁 生产 和钢铁 表面 处理 时不 可 或缺 的工 艺 过程。 但是 ， 钢 铁酸 洗处 理 工艺的 采 用也带 来如 下的 一些问 题： （1） 大量 消耗 钢 铁材料 和 酸 在酸 洗的 过 程中，
17、 有的 主要通 过酸 与铁 皮 的化学 反应 ， 溶解 相应 的 金属氧 化物 的溶解 作用 来除去 铁皮 。 有的 ， 如 使 用硫酸 进行 钢铁 酸 洗时， 还要借 助于 酸与 钢铁 发 生化学反 应 产生的 氢气 泡的剥 离作 用来 除去 氧 化铁 皮 。 因 此在酸 洗 过程中 ， 大 量消 耗酸 是必然 的。 虽然 在酸 洗 中使用 酸洗 缓蚀 剂可 以 降低钢铁 的 金属消 耗， 但是 仍有相 当量 的金 属 铁损失 掉。 （2）可 能 降低 钢 铁的物 理 性 能 在酸 洗过 程 中， 金 属铁 和酸 之间发 生化 学反 应并 产 生氢 气。 由于 酸洗 液 中的氢的 化 学位高
18、 于被 酸洗的钢 铁 中氢的化 学 位， 生成的 氢会 渗入钢 中并 积存起来 造 成 氢脆， 从而影响 钢 铁 的机械 性 能或以 后的 加工 处理。 （3） 会带 来一 系 列的环 境 污 染问 题 采用 酸洗 工 艺对钢 铁或 零件进 行表 面处 理， 由于 钢铁的 品种 、 产 品的 规格 和生产 的规 模各 不相同 ， 从而 造成了 在生 产装备 和生 产环 境 方面有 着很 大差别 。 如酸洗 槽体 的密封 、 对生 产 设备 的腐蚀 、 酸洗车 间的 通风排 风 、 酸 雾的排 出 和处理以 及 污水的 处理 和排 放等方 面 ， 处 理 方法和 处理 水平 相 差悬殊 。 从而 会带 来 许多环 境保 护方面 的问 题， 而需 要一 一 加以 处理 和 解 决。 （4） 废酸 和铁 盐 的处理 问 题 钢材酸 洗在 消耗大 量金 属铁的同 时 还产生大 量 的废酸液 与 相应的酸和 氧化 铁或生 成的铁 盐溶 液。 为了 回收 和 利用这 些废 酸液和 铁盐 ， 需要 较大 的 投资 来建 设 相应的 回收 和处理 设备 。 特别是 对于 一些 小型 的 、 小批量 的钢 铁件 进行 酸 洗处理时 ， 往 往会 出现 酸洗 废液难 以集 中进 行 处 理 的 情 况 ， 一 旦 发 生 直 接 排放的情 况 ， 就 会 对 对 环 境 造 成 严 重 污染。
