Лако-красочные материалы — производство

Окалина с легированных сплавов удаляется с большим трудом, что связано с наличием в ее составе окиси хрома Сг203 и шпинели Fe0-Cr203, практически не растворяющихся при температурах до

80 °С в минеральных кислотах (H2S04, НС1, HN03). Поэтому при­ходится прибегать для удаления окалины с таких сплавов к сме­сям кислот или предварительному разрыхлению окалины. Один из рекомендованных [142] электролитов содержит: 47,5% НС!

(пл. 1,19)+5% HN03 (пл. 1,4) и 47,5% Н20. Режим травления для различных сталей следующий:

Рыхление и пассивирование производят в 7,8%-ной HN03 (40—50°С). Травление — в 18%-ной НС1 или 18% НС1 + 5% HN03.

Сообщается [144] также об успешном применении для травле­ния нержавеющих сталей смеси 15% H2SO4+10% Fe2(S04)3. Пред­полагают, что сульфат трехвалентного железа, являясь сильным окислителем, переводит низшие малорастворимые окислы хрома в высшие окислы (Сг03, СГ2О7), которые хорошо растворимы в кислотах. Однако, судя по данным наших работ [55], не исклю­чено, что сульфат трехвалентного железа выступает в качестве катодного деполяризатора, ускоряющего растворение чистого ме­талла под окалиной. Эффективность этого раствора была провере­на Жетвиным с сотр. [142] на стали Х25Н20С2. Оказалось, что по­тери металла в нем ниже, чем в электролите, содержащем НС1 и HN03 (1,5—1,9% вместо 3%).

Для облегчения удаления окалины с легированных сталей в электролит часто добавляют галогенид-ионы, которые являются активаторами. Вытесняя кислород из окислов, они облегчают их растворение. Для этих целей применяют фториды и хлориды. Кро­ме того, вводят также селитру NaN03, анион которой в кислых электролитах легко восстанавливается и выступает в качестве сильного катодного деполяризатора. Предложен и ряд других смесей электролитов [ 142]:

Применяется, когда необходимо получить блестящую поверхность.

Для предварительного рыхления окалины рекомендуется кис­лый электролит следующего состава:

H2S04 (пл. 1,84)—6—8%; НС1 (пл. 1,19)—2—4%; Н20 — до 100%.

Наибольшее распространение в металлургической промышлен­ности для рыхления окалины, возникающей на нержавеющих, жа­ропрочных я жаростойких сталях, получили растворы щелочи и селитры. Обработка сталей в расплаве каустической соды и се­литры (400—520 °С) сильно облегчает последующее удаление ока­лины кислотами. Значительная часть рыхлой окалины удаляется паром воды при охлаждении стали водой. Для удаления остальной окалины и придания поверхности блестящего вида сталь после обработки в расплаве и охлаждения травят 10—12% НС1 или смесью 15—18% H2SO4+3—5% NaCl (Г=60—70 °С, *=3-г10 мин). После травления сталь пассивируют в 5—8%-ной HN03 (Т = = 50—55°С, t=2-4-3 мин).

По данным [142], 15—18%-ная H2SO4 медленно удаляет ока­лину после щелочного рыхления. Добавка 3% Nad ускоряет про­цесс удаления окалины, а качество протравленной поверхности получается таким же, как при травлении в соляной кислоте. Хло­ристый натрий, кроме того, выступает в роли ингибитора наводо — роживания: количество абсорбированного сталью водорода умень­шается в несколько раз. Объясняется это тем, что хлорид-ионы выступают в качестве сильных ингибиторов коррозии, уменьшая скорость растворения стали после удаления окалины. Это хорошо иллюстрируют данные, приведенные в табл. 7,3.

Добавка хлористого натрия к серной кислоте в то же время ускоряет процесс растворения окалины, что можно видеть из дан­ных, приведенных в табл. 7,4. Таким образом, введение 3—5% Nad в 18% H2S04 ускоряет процесс растворения окалины с хромонике­левых и хромистых сталей и уменьшает коррозионное воздействие кислоты на чистый металл.

По данным Богоявленской [139, с. 17], хлористый натрий мо­жет облегчить удаление окалины с некоторых котельных трубных сталей (12Х1МФ, 15Х1М1Ф, ЭП756), если его применять и в про­цессе термической обработки. Рекомендуется перед термической обработкой в полости труб засыпать хлористый натрий из расчета 0,6—0,9 кг/м2. Такая солевая обработка способствует получению более рыхлой окалины, которая частично откалывается при охлаж­дении труб, остальная удаляется при кислотном травлении.

Исследования, выполненные на заводе «Серп и Молот» [142]. показали, что лучше всего разрыхляет окалину с минимальными потерями металла расплав следующего состава: NaOH (60—65%), NaN03 (ЗО—35%) и NaCl (5%) (7’=400—450°С). Механизм ще­лочного травления, по данным [139, 142], можно представить в следующем виде:

1) перевод труднорастворимой окиси хрома щелочью в хромит

Сг203 + 2NaOH——- >- 2NaCr02 + Н20 (7,9)

2) окисление хромита азотнокислым натрием до легко раство­римого хромата

2NaCr02 3NaNOs + 2NaOH ———- >- 2Na2Cr04 + 2НаО + 3NaN02 (7,10)

3) перевод хромита железа в окиси хрома и железа, а также окислов железа низшей валентности в окислы более высокой ва­лентности

2Fe0-Cr203 + NaN03 ——— v Fe203 + 2Cr203 + NaN02 (7,11)

2FeO + NaN03 ——— >• Fe203 + NaNOa (7,12)

2Fe304 + NaN03 ——— >- 3Fe203 + NaNOa (7,13)

Перевод окислов типа шпинелей (хромита железа), которые практически не растворяются во всех минеральных кислотах, сна­чала в окислы хрома, а потом в хорошо растворимые хроматы, несомненно, облегчает удаление окалины в кислотах. Что же ка­сается перевода окислов железа низшей валентности (FeO, Fe304)

Таблица /,5. Оценка качества травления легированных сплавов в различных электролитах [температура комнатная* предварительное рыхление окалины в NaOH (200 г/л) + КМп04 (50 г/л) при 80 °С; / = 30 мин]

Обозначения: X — Окалина удаляется полностью, поверхность светлая, нет растрава, шлам удаляется струей воды.

У — На поверхности остаются участки неудаленной окалины, легкое растравливание, шлам удаляется с трудом. П — Окалина удаляется не полностью, поверхность растравливается, шлам удаляется с трудом.

* Цифры при формулах — концентрации в г/л.

В ОКИСЛЫ более ВЫСОКОЙ валентности (Fe203), то это вряд ли мо­жет облегчить удаление окалины в кислотах, поскольку Fe203 труд­нее растворяется в кислотах, нежели FeO и Fe304.

Как предполагают авторы, в процессе высокотемпературного окисления в расплаве окалина, по-видимому, претерпевает объ­емные и структурные изменения, которые приводят к механиче­скому отслаиванию ее.

Весьма перспективным при удалении окалины является гид — ридный способ, в котором используются восстановительные свой­ства гидрида натрия. Обработка стали в щелочном расплаве с восстановителем NaH (360—400 °С) приводит к восстановлению труднорастворимых окислов до металла или окислов более низкой степени окисления:

Cr203 + NaH ———— > 2CrO + NaOH (7,14)

Fe304 + 4NaH >- 3Fe + 4NaOH (7,15)

Восстановленный слой металла или окисла легко удаляется во­дой или кислотой. Гидридный способ удаления окалины является универсальным и высокопроизводительным. Он позволяет удалить окалину с самых разнообразных сплавов и в 5—10 раз производи­тельнее щелочно-кислотного и кислотного методов. К его недостат­кам следует отнести сложность аппаратурного оформления.

Изучение большого числа электролитов, предложенных для травления нержавеющих сталей с окалиной, возникающей при термической обработке, проведенное нами совместно с Красноруц­кой, Остаповичем [145], показало, что ни один из них не обладает способностью удалять окалину одновременно со многих марок ста­лей (табл. 7,5). Это создает неудобства на машиностроительных за­водах, где, как правило, применяются стали ферритного, полуфер­ритного, мартенситного и аустенитного классов.

В процессе поиска оптимального состава электролита, способ­ного удалять окалину о большинства применяемых в промышлен­ности сплавов без существенного растворения основного металла и образования трудноудаляемого шлама, была всесторонне ис­следована двухкомпонентная смесь HN03 + HF. После широкой вариации состава было найдено, что наиболее универсальными свойствами обладает раствор HN03 (140-=-150 ry0i)+HF (50-f — — F60 т/л) (температура комнатная). Этот электролит обеспечивает быстрое удаление окалины почти со всех изученных сплавов, не травит основной металл после удаления окалины и не образует трудно удаляемого шлама. Время удаления окалины указано ниже[13]:

Сталь…………………………….. ЭП56 Х18Н9 Х17Н8 ЭП679 ЭП680

*, мин……………………………… 9,5—4 80 70-80 10 3

Сталь ………………………………… Х16Н6 ЭП699 ЭП750 ЭП731 ЭП835 ЭП57

t, мин…………………………………… 20 25 40 100 20 20

Растворение металла без

окалины, мкм… — 5,5—7,0 — 0,15 2,4 0,3

Изучение коррозионной стойкости сталей после удаления ока­лины этим электролитом показало, что он пассивирует поверх­ность, сталь не наводороживается и не приобретает склонности к коррозиоінному растрескиванию.