СПОСОБ ТРАВЛЕНИЯ ВЫСОКОКАЧЕСТВЕННОЙ СТАЛИ Российский патент 1997 года по МПК C23F1/00 C23F1/28 

Изобретение относится к металлургии и касается способа травления высококачественных сталей, используемых преимущественно для создания теплых энергетических зон, при котором сталь подвергается травлению нейтральным электролитом с последующей обработкой нитрующей азотной кислотой или смесью фторида железа с фтористоводородной кислотой.

Известен способ травления высококачественной стали, включающий механическую обработку, электрохимическую обработку в нейтральном растворе сульфата натрия, травление в растворе серной кислоты и последующее травление в смеси азотной и фтористоводородной кислот [1]
Способ согласно изобретению отличается тем, что обработку серной кислотой осуществляют перед электрохимическим травлением, а в качестве смеси на основе неорганических кислот используют смесь азотной и фтористоводородной кислот, смесь азотной и серной кислот или смесь фтористоводородной кислоты и фторида железа. После протравливания в нейтральном электролите лента нержавеющей стали практически свободна от окалины. В последующей обработке смешанной кислотой или раствором FeF₃ лишь в основном с поверхности снимается обедненный хромом слой и проявляются свойства нержавеющей стали.

Преимущества способа согласно изобретению заключаются не только в экономии электроэнергии, но и в экономии кислот как серной, так и смешанной, при этом снижаются и затраты на их нейтрализацию и защиту окружающей среды. Так как окалина удаляется в нейтральном растворе, растворенные металлы из нержавеющей стали выпадают в виде гидроокисей, которые легко могут быть выделены из раствора.

Кроме того, за счет последующей обработки лишь одной кислотой после электролитической протравки получается более жаркая поверхность ленты нержавеющей стали, которая в последующем этапе холодной прокатки ведет к уменьшенному износу рабочих валков. Наконец, за счет оптимальной настройки последовательности этапов обработки в итоге сокращаются затраты рабочего времени, что повышает производительность существующих протравочных установок.

В соответствии с изобретением указанные преимущества достигаются за счет того, что травлению с использованием нейтрального электролита предшествует обработка серной кислотой. При этом указанная обработка проводится при температуре 60-95^oC, оптимально в диапазоне температур от 75 до 85^oC. Одна из особенностей предлагаемого метода состоит в том, что концентрация серной кислоты составляет 200-500 г/л, оптимально 300-400 г/л.

Предварительная обработка серной кислотой составляет от 5 до 30% от общего времени обработки, продолжительность травления в нейтральном электролите соответственно 25-50%
Преимущество предлагаемого в соответствии с изобретением трехстадийного метода травления состоит в том, что он может быть использован как для аустенитной (AJSJ 304 и 316), так для ферритной стали (AJSJ 430), и в обоих случаях дает значительное сокращение времени травления.

Непродолжительная по времени обработка высококачественной стали предпочтительно разбавленной серной кислотой перед погружением в нейтральный электролит может значительно сократить время травления в нейтральном электролите и последующей обработки смесью азотной и серной кислот, что обеспечит значительное повышение мощностей на тех же производственных площадях. С другой стороны, новые установки при той производительности, что и существующие, могут иметь значительно меньшие размеры, а следовательно, являются выгодны экономически, что позволит сэкономить капиталовложения.

Так же, как и в предлагаемых ранее способах, эффект травления можно значительно повысить за счет очистки обрабатываемого материала между отдельными стадиями обработки.

Очистка с применением щеток проводится в интервале между предварительной обработкой серной кислотой и травлением электролитом, обработкой электролитом и смесью азотной и серной кислот или в том и другом случаях, а также после обработки смесью кислот. Подобная очистка не оказывает влияния на продолжительность травления, но снижает расход кислот, поскольку окалина удаляется с чистой поверхности.

Пример 1. Полосу из высококачественной стали марки AJSJ 304, толщиной 3,1 мм обрабатывали сначала серной кислотой с концентрацией 350 г/л при температуре 85^oC, а затем нитрующей кислотой (концентрация 25 г/л HF и 150 г/л HNO₃) при температуре 55^oC. Продолжительность травления составляла в общей сложности 180 с; соотношение этапов обработки 2:1. При применении нейтрального электролита, в данном случае Na₂SO₄ с концентрацией 150 г/л, вместо серной кислоты и последующей обработки смесью азотной и серной кислот с теми же компонентами, что и ранее, удалось сократить продолжительность травления до 120 с, причем соотношение стадий определялось как 1:1. Изменялось поляризация полосы с плотностью тока на аноде 10 А/дм², на катоде 20 А/дм², затем снова на аноде 10 А/дм². Температура нейтрального электролита составляла 80^oC. После введения стадии предварительной обработки серной кислотой удалось сократить продолжительность последующего травления в электролите и довести общий цикл обработки до 90 с, причем соотношение времени на отдельных стадиях выражалось теперь как 1: 2:4. Значения концентраций и температур, соответствовали вышеуказанным значениям.

Пример 2. Полосу из высококачественной стали AJSJ 316, толщиной 6 мм, подвергали одинаковой для всех трех примеров обработке, описанной в примере 1, с сохранением тех же параметров. Продолжительность травления 360 с в серной кислоте и смеси азотной и серной кислот удалось сократить до 240 с, в нейтральном электролите в нитрующей кислоте до 140 с. Такие результаты были достигнуты после предварительной обработки серной кислотой с травлением в нейтральном электролите и при последующей обработке смесью азотной и серной кислот.

Пример 3. Для полосы из ферритной стали (AJSJ 430) продолжительность травления для первых двух методов в соответствии с приведенными выше примерами составляла 270 с. После дополнительной обработки серной кислотой перед травлением нейтральным электролитом удалось сократить продолжительность обработки до 210 с. При сравнении образцов после трех примененных способов травления смогли констатировать, что поверхности оптически имеют одинаковый коэффициент отражения, были безупречно протравлены и свободны от окалины.

Пример 4. Для ферритной полосовой стали квалитета AJSJ 409 время травления без предварительной обработки в серной кислоте при всех остальных одинаковых условиях как и в примере 1 исполнения составило 150 с. При дополнительной предварительной обработке серной кислотой время травления было уменьшено до 120 с. Такого же уменьшения времени травления смогли достигнуть, когда травильный чан для химического травления был заполнен только азотной кислотой с концентрацией 150 г/л. При заполнении этого травильного чана смесью фторида железа с концентрацией 60 г FeF₃ на 1 л и плавиковой кислотой с концентрацией 35 г/л время травления составило 130 с и, тем самым также было еще короче, чем при способе без ступени предварительной обработки серной кислотой.

Пример 5. Операция по примерам с 1 до 4 была повторена, причем полоса подвергалась обработке щеткой в начале однократно между двумя любыми операциями по обработке и в конце между всеми операциями. При этом было найдено, что расход кислоты при использовании щеток на 10-15% меньше, чем при выключенных щетках. Анализ стоков из установок для обработки щетками показал, что щетками механически было удалено соответствующее количество металла с поверхности высококачественной стали.

Использование: изобретение относится к металлургии и касается способа травления высококачественных сталей, используемых, преимущественно, для создания теплых энергетических зон, при котором сталь подвергается травлению нейтральным электролитом с последующей обработкой нитрующей азотной кислотой или смесью фторида железа с фтористоводородной кислотой. Сущность изобретения: способ травления полос из высококачественной стали включает обработку водным раствором серной кислоты концентрацией 200-500 г/л, предпочтительно 300-400 г/л, при температуре 60-95^oC, предпочтительно 75-85^oC, электрохимическое травление нейтральным раствором сульфата натрия и окончательную обработку смесью кислот азотной и серной или смесью фтористоводородной кислоты и фторида железа /III/. Между обработкой серной кислотой и/или окончательной обработкой смесью кислот стальную полосу очищают щетками. Продолжительность обработки серной кислотой составляет от 5 до 30%, а электрохимическое травление - от 25 до 50% общего времени обработки. 4 з.п. ф-лы.

1. Способ травления высококачественной стали, преимущественно полос, включающий электрохимическое травление нейтральным раствором сульфата натрия, обработку в водном растворе серной кислоты при нагревании и окончательную обработку смесью на основе неорганических кислот, отличающийся тем, что обработку серной кислотой осуществляют перед электрохимическим травлением, а в качестве смеси на основе неорганических кислот используют смесь азотной и фтористоводородной кислот, смесь азотной и серной кислот или смесь фтористоводородной кислоты и фторида железа (III). 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что обработку серной кислотой ведут при 60 95^oС, предпочтительно 75 85^oС. 3. Способ по п.2, отличающийся тем, что обработку ведут серной кислотой концентрацией 200 500 г/л, предпочтительно 300 400 г/л. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что между обработкой серной кислотой и электрохимическим травлением и/или электрохимическим травлением и окончательной обработкой стальную полосу очищают щетками. 5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что продолжительность обработки серной кислотой составляет 5 30% а электрохимического травления 25 50% общего времени обработки.