不锈钢的酸洗工艺及原理
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不锈钢的酸洗工艺及原理
（论文节选）
不锈钢的定义
在EN10088-1标准中，对不锈钢的定义是：
铬的最低含量（按重量）不应低于10.5％，碳的最大含量不应高于1.2％。
不锈钢可以通过添加一些其它的合金元素还提高其耐腐蚀的能力，如：镍、钼、氮、钛、
铌等。这些元素的添加可以大大的提高不锈钢应用范围，和它的一些物理性能，如：成型性、
强度、耐热性等。
不锈钢的酸洗工艺概述
酸洗工艺分为两段：
★ 首先，由硫酸酸洗或电解硫酸钠
★ 其次，混酸酸洗.
不锈钢为什么能耐腐蚀？
有以下原因决定：
1.是它具有钝化的性质；
2.是它富含铬；
3.是它可以很自然的在钢铁表面形成氧化膜。这也就是大家所熟知的不锈钢的钝化。
当不锈钢的清洁表面直接暴露于富含氧的空气当中时，这时不锈钢就会很自然的形成一
个铬氧化物表层。当钢铁表面有足够的氧时，这种现象就会自发的和立即发生。并且当这种
情况发生后，也不会立即停止，而是要持续一段时间，直到有足够的厚度。
钢铁表面一但发生破损，则钝化层就会立即出现。
钝化膜形成的正常条件是：直接与空气接触或与富含氧的水接触。在这种情况下即使发
生要机械破坏（例如：擦伤或划伤），那么它也可以很快的进行自我修复。
由于在一些特殊的情况下，不锈钢钝化膜破损之后很难再生成，因此不锈钢不是在任何
情况下都是可以应用的。若不锈钢表面的活性比较高，那么就会很容易的产生腐蚀。像机械
连接处、未完全焊接的焊缝处等。
1. 破鳞、酸洗、钝化与去油的区别
破鳞、酸洗、钝化这三个词很容易混淆，但是他们都是属于不同的工艺。在不锈钢的表
面处理工艺当中，知道他们之间的区别是非常重要的。
什么是“破鳞”？破鳞就是去除钢材表面厚厚的一层氧化物。这层氧化物通常都是黑灰
色的。因此在轧制工厂，去除铁鳞是很关键的一步。去除铁鳞的方法分两步，第一步是机械
疏松铁鳞，第二步是将疏松的铁鳞从钢材表面去除掉。去除完铁鳞之后，就应立即进行酸洗，
来清除铁鳞下面的薄层金属表面。
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如图：
不锈钢表面的灰黑色鳞片
什么是“酸洗”？酸洗就是去除不锈钢表面的那一层薄薄的金属。通常在酸洗不锈钢时
用的就是硝酸和氢氟酸的混酸。
酸洗后的不锈钢表面
什么是“钝化”？钝化通常是会在不锈钢表面自发的形成，但是有时也需要用一些氧化
酸来进行辅助处理。不像酸洗，辅助氧化是没有金属被从不锈钢表面去除掉的。
什么是“除油”？钢材表面油污的存在影响了不锈钢钝化膜的形成，而单独进行酸洗是
不能够去除钢材表面的油污的。因此有必要进行脱脂处理。
2. 对电解酸洗方式的效率和安全性上来说，不需要特别专业的知识。但是对于酸洗
的工艺必须进行严格的控制，否则酸洗完成后，不锈钢的表面腐蚀的情况会立即发生。对于
不同钢级的不锈钢，有不同的酸洗时间。因此对于生产者来讲，知道不同的钢级要有不同的
酸洗时间是非常重要的。
不锈钢和耐酸合金钢在轧制和退火时，就会在带钢表面形成鳞层或氧化层。鳞层由铁铬
氧化物、氧化铁和其它合金元素的氧化物组成。混合物的含量由铁、退火条件(温度、加热
时间,气氛)和其它的参数决定。
鳞层中有很大一部分金属氧化物形成一个棱形的结构，金属氧化物在酸中很难溶解.另
外,在一定情况下, 在鳞层下面产生一定成分和厚度的贫铬区，为了保证材料的性能,带钢表
面铬的含量必须与内部一致，通过多阶段不同形式的酸洗，鳞层和贫铬区从带钢表面被清除。
不锈钢酸洗原理
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第一段酸洗: 化学酸洗 热轧材料用硫酸酸洗
与前面所述的一样，鳞层一部分由氧化铁组成。氧化铁能够通过化学方法有效除去。在
硫酸的溶液中酸洗是有效的。
在H2SO4中酸洗时，在带钢表面发生了一系列的化学反应.
Fe3O4+4H2SO4=Fe2(SO4)3+FeSO4+4H2O
3CrO3+4 H2SO4=Cr2(SO)4+CrSO4+4 H2O+5/2O2
NiO+ H2SO4=NiSO4+ H2O
鳞层的成分例如Fe2O3、NiO和Cr2O3，按下面反应被溶解。
Fe2O3-6e=2Fe
−−3++2O2Cr2O3-6e=2 Cr+3
2O2
NiO-2e=Ni−2+3++1
2O2
在经济允许和环境允许的情况下，用硫酸酸洗不锈钢来消除氧化铁层，消耗酸量小、排
放气体简单、酸洗速度快。
在硫酸酸洗之后，带钢表面将在研磨刷洗单元进行漂洗和刷洗，在这个单元残余的氧化
层和污物将被清除。
三、第一段酸洗：电解酸洗（硫酸钠），用于冷轧材料.
尽管硫酸酸洗对于热轧产品来说，对部分的消除氧化层提供了一条经济的途径，但对于
冷轧材料来说不理想，对冷轧材料而言,在第一段酸洗用硫酸钠来去除带钢表面的氧化层，
酸洗在硫酸钠溶液中进行，用直流电源电解除鳞，根据中性系统不间断的交换带钢的阳极和
阴极。
电解酸洗中进行了一系列的反应如下:
阳极反应:
硫酸根失去电子: SO42−-2e=SO4 −
H2SO4生成: 2SO4+2H2O=2H2SO4+O2↑
电解质产生: 2NaOH+ H2SO4= Na2SO4+2H2O
铬生成: Cr - 3e= Cr
阴极反应:
Na2SO4电解: Na2SO4=2Na+SO4
++−+2−3+−6+ Na 失去电子: 2 Na+2e=2Na
NaOH生成：2Na+2H2O=2NaOH+H2↑
氧化物的成分，例如Fe2O3、NiO和Cr2O3被溶解，反应如下:
Fe2O3- 6e=2Fe
−3++32O2
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−3+ Cr2O3- 6e=2Cr
NiO-2 e=Ni−2++3O2 +1
O2
同时氢氧化铁在溶液中形成.
Fe
Cr
Ni3++3H2O=Fe(OH)3↓+3H +3H2O= Cr (OH)3+3H +2H2O= Ni (OH)2+2H +++3+2+
在氧化层溶解后,铁离子及部分的镍离子和铬离子以氢氧化物的形式沉淀下来，另外镍
也会形成.
在用硫酸酸洗后,带钢表面用刷辊清洗，残余的氧化皮和氢氧化物沉淀被清除.
四、第二段酸洗，混酸酸洗
经过H2SO4/Na2SO4酸洗后，部分氧化层被清除，保留的氧化层以Fe-Cr-Ni氧化物的
形式存在.
一般来说，用硝酸和氢氟酸混合物来清除这些复杂的成分。同时如果有必要贫铬区也要
清除.
混酸工艺分两个阶段进行,在最后的酸洗槽中，少量残余的氧化物被清除掉，同时形成
一个光亮的带钢表面，这样得到一个表面质量高的酸洗材料。
在酸洗过程中，氧化层被溶解后，与含金属的浓缩酸混合，氢氟酸将金属离子转化为稳
定的金属氧化物。同时生产部分的金属离子,氮的氧化物和水。
五、废水处理
废水中主要成分如下：酸性、SS、Cr6+、Ni2+、F-。其中Cr6+、Ni2+都是国家严
格控制排放的一类毒物。
废水经本工程处理后，出水清晰透明，各项指标均可达到国家允许的排放标准。废
水可以回用于生产——这是环保治理的最高要求。
六、生产酸槽
它的设计必须满足如下要求
①生产工件要求，一般酸槽根据管件、管材的长度设计为：长6～15米左右，宽、深各
为1米左右。
②酸槽必须耐氢氟酸、硝酸和高温（≤80℃）。同时考虑防撞措施。
③能够充分考虑废气处理的需要。
一般企业在工艺设计时①②点会充分考虑，③点则容易忽略，或者项目设计师缺乏环保
工程技术。这样形成的结果，往往生产中的酸雾弥漫，工作环境恶劣，外部环境污
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染，最终成为企业的包袱。
七、废气处理
本项目的废气处理设计有三个关键地方要注意：
①废气的收集，由于与工件操作面的矛盾，施工中要十分注意。
②NOx废气不同于普通酸性废气，具有一定的处理难度。
③废气是爆发型的。
总之，不锈钢酸洗过程是不锈钢生产的一个必不可少的工段。酸洗的材料形态有带洗、
管洗（含管件）、板洗、线材酸洗，间断或连续进行。但不管何种工艺的酸洗，不锈钢酸洗
的生产线防腐，废水处理和废气处理都是极其重要的一个环节。而最终的表面质量和光洁度
又是用户能否满意的关键。而这个关键又是由酸洗的配方中的具体参数决定的，如采用的温
度、酸的浓度、配酸的比例、酸洗时间等因素决定。