不锈钢的碱浸工艺将钢丝浸泡在碱性熔盐或溶液中去除氧化皮的操作称为碱浸。碱浸可分为熔盐碱浸和溶液碱浸两种。
熔盐一般由碱金属或碱土金属的氢氧化物或碳酸盐和氧化剂组成。常用氧化剂有硝酸盐、重铬酸盐、过氧化钠、高锰酸钾及硼砂等,具体配方如表2-2。
表2-2 碱性熔盐常用配方
成 分,% 编号 NaOH NaNO3 Na2B7O4 NaH 使用温度,℃ |
1 80~75 20~25 450~600 2 75~82 15 3~10 480~550 3 95~98 5~2 370~400 |
熔盐碱浸操作过程是将钢丝置于熔融的碱性溶液中(400-600℃),浸泡一段时间,然后迅速淬水,其作用原理分两方面:一方面是钢丝氧化皮和基体金属的膨胀系数不一样,氧化皮可塑性小,钢丝淬水时部分氧化皮爆裂、脱落;另一方面是氧化皮中部分成分,如SiO2、MoO3、TiO2和Al2O3溶于碱性溶液中,Cr2O3也能与熔盐作用,形成高价铬酸盐,其反应方程式为:
Cr2O3+3NaNO3+4NaOH=2Na2CrO4+3NaNO2+2H2O
随着部分成分的溶解和高价铬盐的生成,氧化皮变得疏松,在随后的酸洗中易剥离。熔盐去除氧化皮的优点是不浸蚀基体金属,不产生酸洗氢脆。由于碱性熔盐有很强的氧化性,碱浸可以脱脂和消除钢丝表面黑灰,其反应方程式如下:
C+2NaNO3=2NaNO2+CO2↑
MoS2+6NaOH+9NaNO3=NaMoO4+2Na2SO4+9NaNO2+3H2O
反应生成的NaNO2能自动吸收空气中的氧,还原成NaNo3。
2NaNO2+O2=2NaNO3
所以氧化剂NaNO3实际上起触煤作用。碱浸时如熔盐保持无淤渣(碱泥)状态,只要按比例补充被带走的熔盐,就足以使碱浸处理连续进行。
碱浸操作时进入碱槽的钢丝必须干燥,不能带水,否则将引起爆炸,钢丝必须全部浸入熔盐中,碱浸后快速淬水。淬水后应及时清洗,去除表面残碱,防止钢丝碱蚀。熔碱槽使用一段时间后,底部沉积一层碱泥,落入碱泥中的钢丝未受碱作用,在随后的酸洗中会产生局部氧化皮洗不掉的缺陷,因此要定期去除沉淀的碱泥。
不锈钢丝熔盐碱浸工艺如表2-3。特别应注意部分不锈钢丝,如沉淀硬化钢丝和高铬铁素体钢丝,450~600℃碱浸会降低其塑性,应严格控制温度和时间(好<420℃和下限时间)。但氧化性熔盐熔点较高,420℃以下粘度增大,无法使用。国外也有采用还原性熔盐的,其成分如表2-2的3#配方,使用温度380~400℃,必要时可降至370℃,碱浸时间为1~20min。
熔盐碱浸的大缺点是需设专门的碱槽,碱槽升温周期长,能源消耗大。一些产量不大、不能连续生产的厂家多选用溶液碱浸工艺。
表2-3 不锈钢丝碱浸工艺
钢 种 | 奥氏体钢 | 马氏体钢 | 铁素体、奥氏体—铁素体、硅含量1.0%以上的钢 |
温度,℃ 时间,min | 500~600 30~60 | 450~550 20~50 | 450~500 5~10 |
溶液碱浸的工作原理与熔盐碱浸相同,但使用温度低于溶液沸点,碱浸时间相应要加长。国内外常用溶液配方如表2-4。
表2-4 碱性高锰酸钾碱浸工艺
溶液浓度,g/l 编号 NaOH KMnO4 KOH 温度,℃ 时间,h |
1 50~100 50~100 80~100 1.5~4.0 2 60 80 80~95 1.5~4.0 |
1#配方在加拿大和美国已使用30多年,主要用于疏松高合金钢氧化皮,也可用来去除钢丝表面残留油脂和润滑剂,去除钢丝表面酸洗残渣和黑灰。溶液中的高锰酸钾是一种强氧化剂,氢氧化钠(或氢氧化钾)的作用是促进高锰酸钾分解,放出原子氧,随着NaOH含量的增加,分解加快,如果KMnO4分解速度太快,原子氧不能充分利用,生产氧气跑掉,KMnO4消耗量增大,碱浸速度并不能加快,反应方程式为:
2KMnO4+2KOH=2K2Mn4+H2O+[O]
绿色的锰酸钾是中间产物,它很快继续分解,再生成高锰酸钾和氢氧化钾:
3K2MnO4+2H2O=2KMnO4+MnO2↓+4KOH
从反应方程式可看出氢氧化物消耗不大,KMnO4耗量较大。碱性溶液疏松不锈钢氧化皮的反应方程式如下:
Cr2O3+2KMnO4+2NaOH=K2CrO4+Na2CrO4+2MnO2↓+H2O
新配溶液呈紫色,使用中生成MnO2棕色沉淀,紫色逐渐消褪。实际生产中可按每吨钢丝200-1000g的比例及时添加KMnO4,NaOH的消耗远低于KMnO4,可根据分析结果定期补加。高锰酸钾耗尽时,中间产物锰酸盐(K2MnO4)使溶液变成绿色。
溶液碱浸与酸洗配合使用,可明显缩短时间。不锈钢丝去除氧化皮一般采用酸洗→水冲洗→溶液碱浸→水冲洗→三酸洗的工艺流程。 不锈钢的碱浸工艺,详情参考www.xianbuxiu.com