CN116005164A - 一种铁镍基耐热合金热轧卷板的表面处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铁镍基耐热合金热轧卷板的表面处理方法，依次包括：(1)退火后的热轧卷板通过破鳞机进行除鳞处理；(2)采用抛丸机对热轧卷板进行喷丸处理；(3)进行盐酸酸洗预处理；(4)采用HNO₃和HF混合酸液进行酸洗处理。本发明的方法有效解决了铁镍基耐热合金热轧卷板的表面质量问题，实现了铁镍基耐热合金热轧卷板产品的稳定批量生产。

Description

一种铁镍基耐热合金热轧卷板的表面处理方法

技术领域

本发明涉及铁镍基合金生产技术领域，更具体地，本发明涉及一种铁镍基耐热合金热轧卷板的表面处理方法。

背景技术

铁镍基合金一般含有高含量的Cr、Ni元素，以及抗氧化元素Al、Si等，具有优异的耐高温氧化性能、高温强度、抗腐蚀以及良好的焊接性能，被广泛应用于石油化工、能源、家电等领域，市场需求量大，前景广阔。

由于铁镍基耐热合金中的抗氧化元素含量高且种类多，在热轧以及高温退火处理过程中，热轧卷板表面会形成Cr₂O₃、NiO、NiCr₂O₄尖晶石型氧化物，同时复合Al₂O₃、TiO₂、SiO₂等氧化物，氧化层致密、坚韧，氧化物结构多样、性能各异，且与基体附着力强，酸洗难度较大。目前，行业内铁镍基合金热轧卷板一般选用“喷丸处理+硫酸预酸洗+混酸(HNO₃+HF)终酸洗”的酸洗工艺，该工艺采用硫酸酸洗，不可避免地会产生大量的固体废弃物和酸泥，其中含有Fe、Cr和Ni等重金属元素，属于危险固体废弃物，会引发严重的环境污染。同时在实际生产中发现，热轧卷板表面经常出现铁鳞残留、过酸、点蚀以及表面粗糙、色泽不均等质量问题，导致热轧卷板重洗或判废，严重影响产品交付，并且对于卷板的美观度、后续冷轧钢带的表面质量及耐热、耐蚀等使用性能也具有重要影响，不利于产品的推广应用。

因此，亟需开发一种铁镍基耐热合金热轧卷板的表面处理方法，高效、环保、有效地去除表面氧化层，降低卷板的表面粗糙度以及色泽不均等问题，获得表面质量优良的热轧卷板。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的铁镍基耐热合金热轧卷板的表面处理方法。

具体来说，本发明是通过如下技术方案实现的：

一种铁镍基耐热合金热轧卷板的表面处理方法，依次包括：

(1)退火后的热轧卷板通过破鳞机进行除鳞处理；

(2)采用抛丸机对热轧卷板进行喷丸处理；

(3)进行盐酸酸洗预处理；

(4)采用HNO₃和HF混合酸液进行酸洗处理。

可选地，在步骤(1)中，破鳞机的延伸率是A＝5.0-0.7×d，其中，A表示延伸率/％，d表示热轧卷板的厚度，单位是mm。

可选地，在步骤(2)中，抛丸机的抛头转速是1850～1950r/min，抛头电流是165～185A。

可选地，在步骤(2)中，抛丸机的抛头转速是1870～1930r/min，抛头电流是170～180A。

可选地，在步骤(3)中，盐酸酸洗预处理包括第一段盐酸酸洗预处理和第二段盐酸酸洗预处理；

其中，第一段盐酸酸洗预处理的盐酸浓度是200～280g/L，铁离子浓度是30～80g/L，Fe³⁺/Fe²⁺浓度比是2.5～3.5，酸洗温度是70～80℃，酸洗时间是2.0～3.0min；第二段盐酸酸洗预处理的盐酸浓度是180～230g/L，铁离子浓度是30～80g/L，Fe³⁺/Fe²⁺浓度比是2.5～3.5，酸洗温度是50～60℃，酸洗时间是2.0～3.0min。

可选地，第一段盐酸酸洗预处理的盐酸浓度是230～250g/L，铁离子浓度是50～65g/L，Fe³⁺/Fe²⁺浓度比是2.9～3.2，酸洗温度是70～75℃，酸洗时间是2.0～2.9min；第二段盐酸酸洗预处理的盐酸浓度是190～200g/L，铁离子浓度是50～60g/L，Fe³⁺/Fe²⁺浓度比是2.5～3.1，酸洗温度是55～60℃，酸洗时间是2.5～3.6min。

可选地，在步骤(4)中，在HNO₃和HF混合酸液中，HNO₃浓度是150～250g/L，HF浓度是25～35g/L，Fe³⁺浓度是20～50g/L，酸洗温度是55～60℃，酸洗时间是2.5～4.0min。

可选地，在HNO₃和HF混合酸液中，HNO₃浓度C1和Fe³⁺浓度C2满足关系式：100+2.5×C2≤C1≤250，其中，C1和C2的单位均为g/L。

可选地，所述热轧卷板是牌号为0Cr20Ni32AlTi、Cr20Ni30或Cr20Ni35的铁镍基耐热合金热轧卷板。

由上述技术方案可知，本发明的铁镍基耐热合金热轧卷板的表面处理方法，至少具有如下有益效果：

本发明的铁镍基耐热合金热轧卷板预酸洗采用盐酸替代硫酸，减少了固体废弃物和酸泥产生，减轻了环境污染；通过对破鳞工艺、抛丸工艺、酸液浓度、铁离子浓度以及酸洗时间、酸液温度等工艺参数进行合理匹配，有效解决了铁镍基耐热合金热轧卷板的表面质量问题，实现了铁镍基耐热合金热轧卷板产品的稳定批量生产。

具体实施方式

为了充分了解本发明的目的、特征及功效，通过下述具体实施方式，对本发明作详细说明。本发明的工艺方法除下述内容外，其余均采用本领域的常规方法或装置。下述名词术语除非另有说明，否则均具有本领域技术人员通常理解的含义。

针对铁镍基耐热合金的特殊性和现有工艺生产铁镍基耐热合金热轧卷板存在的表面质量问题，本发明的发明人进行了深入研究，从而创造性的提出了一种铁镍基耐热合金热轧卷板的表面处理方法，采用该方法制备的铁镍基耐热合金热轧卷板表面质量良好，可实现稳定批量生产。

在本发明中，铁镍基耐热合金的Ni含量不超过40％(重量)，例如，牌号为0Cr20Ni32AlTi、Cr20Ni30或Cr20Ni35等。

本发明的铁镍基耐热合金热轧卷板的表面处理方法具体包括如下步骤：

(1)采用破鳞机对热轧卷板进行除鳞处理。

在本步骤中，破鳞机的延伸率是A＝5.0-0.7×d，其中，A表示延伸率/％，d表示热轧卷板的厚度，单位是mm。

在本发明中，破磷的目的是为了使致密的氧化皮充分弯折，加剧板材表面氧化皮疏松、断裂，减少后工序的处理时间。通过大量的生产实践得到热轧卷板厚度与延伸率的最佳匹配方案，可获得最佳的破磷效果。

(2)采用抛丸机对热轧卷板进行喷丸处理。

在本步骤中，抛丸机的抛头转速控制在1850～1950r/min，抛头电流控制在165～185A。优选地，抛丸机的抛头转速控制在1870～1930r/min，抛头电流控制在170～180A。

发明人经过研究发现，抛头转速和电流对板材表面有较大影响，抛头转速和电流太小，丸粒冲击力小，板材表面氧化铁皮破碎效果不好；抛头转速和电流太大，丸粒易在板材表面打击出凹坑，造成板面损伤，增加板材表面粗糙度，进而导致板材表面出现色差、局部过酸，严重的话会造成冷轧板材砂金缺陷的产生。

(3)对热轧卷板进行盐酸酸洗预处理

在本步骤中，盐酸酸洗预处理分两段进行，包括第一段盐酸酸洗预处理和第二段盐酸酸洗预处理。

优选地，第一段盐酸酸洗预处理的盐酸浓度控制在200～280g/L，铁离子(包括Fe^{3 +}、Fe²⁺)浓度控制在30～80g/L，Fe³⁺/Fe²⁺浓度比控制在2.5～3.5，酸洗温度控制在70～80℃，酸洗时间控制在2.0～3.0min；第二段盐酸酸洗预处理的盐酸浓度控制在180～230g/L，铁离子(包括Fe³⁺、Fe²⁺)浓度控制在30～80g/L，Fe³⁺/Fe²⁺浓度比控制在2.5～3.5，酸洗温度控制在50～60℃，酸洗时间控制在2.0～3.0min。

更优选地，第一段盐酸酸洗预处理的盐酸浓度控制在230～250g/L，铁离子(包括Fe³⁺、Fe²⁺)浓度控制在50～65g/L，Fe³⁺/Fe²⁺浓度比控制在2.9～3.2，酸洗温度控制在70～75℃，酸洗时间控制在2.0～2.9min；第二段盐酸酸洗预处理的盐酸浓度控制在190～200g/L，铁离子(包括Fe³⁺、Fe²⁺)浓度控制在50～60g/L，Fe³⁺/Fe²⁺浓度比控制在2.5～3.1，酸洗温度控制在55～60℃，酸洗时间控制在2.0～2.9min。

发明人经过研究发现：

酸洗过程中，盐酸提供H⁺和Cl^-，其中，H⁺为去极化剂，通过与富Cr的致密氧化层发生反应，氢气溢出，加速氧化层剥离。此外，Cl^-吸附于金属表面，与溶解的金属离子结合形成盐膜，进一步加速剥离。对破鳞和抛丸预处理后的氧化层去除起到重要作用。盐酸酸洗时，其与Fe₂O₃、Cr₂O₃等直接反应，更易清洗掉氧化层，并且对基体的溶解量少，金属损耗低，酸洗后的板材表面粗糙度低。

此外，酸液中的铁离子(Fe³⁺、Fe²⁺)以及Fe³⁺/Fe²⁺浓度比对铁镍基耐热合金卷板表面的酸洗质量以及酸洗效率提升也具有重要影响。Fe³⁺有利于提高酸液的氧化还原电位，有助于提高酸洗速度，Fe²⁺可以降低酸液的氧化还原电位，进而影响酸洗效果。

发明人经过研究发现，Fe³⁺有利于提高酸液的氧化还原电位，增大腐蚀速率，但基体在过高电位条件下，板材酸洗失重增大，局部易产生过腐蚀；Fe²⁺可以降低酸液的氧化还原电位，降低酸洗速率。Fe³⁺/Fe²⁺浓度比对酸洗影响较大，Fe³⁺/Fe²⁺浓度比过大，酸洗失重率增大，并且易产生过腐蚀现象；Fe³⁺/Fe²⁺浓度比过小，则效果不明显。

(4)采用HNO₃和HF混合酸液对热轧卷板进行酸洗处理。

在本步骤中，在混合酸中，HNO₃浓度控制在150～250g/L，HF浓度控制在25～35g/L，Fe³⁺浓度控制在20～50g/L，并且，HNO₃浓度(C1，g/L)和Fe³⁺浓度(C2，g/L)满足关系式：100+2.5×C2≤C1≤250，酸洗温度控制在55～60℃，酸洗时间控制2.5～4.0min。

发明人经过研究发现，HNO₃+HF混酸酸洗，不仅能够去除合金表面残存的氧化皮，同时还可以在合金表面形成一层致密的钝化膜，提高合金的耐腐蚀性能，使合金表面光亮洁白。其中HNO₃主要作为氧化剂使得合金表面钝化；HF腐蚀性强，可去除板材表面不均匀的金属层，溶解氧化物，促进氧化反应进行，但是浓度不宜过高，否则易造成局部过腐蚀。Fe³⁺具有强氧化性，其与HNO₃、HF合理匹配，能有效提高酸洗速度，保证获得较佳的表面质量。

本发明的铁镍基耐热合金热轧卷板的表面处理方法通过各步骤的参数进行优化，从而使各步骤相互配合、协同作用，具体如下：

通过优化破鳞工艺和抛丸参数促进了卷板表面氧化铁鳞的脱落，有效去除了压入或残留在粗糙部位的氧化皮，同时降低了钢丸在卷板表面的打击力度，避免了打击力度过大造成的表面损伤，改善了表面粗糙，为后续酸洗提供了良好的表面基础；通过合理设计酸液浓度、铁离子浓度以及酸洗时间、酸液温度等参数，有效去除了铁镍基耐热合金热轧卷板表面难去除的Cr₂O₃、NiCr₂O₄尖晶石以及其它复合型氧化物，避免铁鳞残留、点蚀以及过酸等问题；相比传统的硫酸+混酸(HNO₃+HF)酸洗，本发明的盐酸+混酸(HNO₃+HF)酸洗工艺，金属损耗少，减少了固体废弃物排放以及酸泥的产生，更加环保。

采用本发明方法，可制备宽度1000～1270mm，厚度3.0～6.0mm的铁镍基耐热合金卷板，卷板表面色泽均匀、表面粗糙度Ra由4.5um降至2.5um以下。

实施例

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。

实施例1：

本实施例提供了一种0Cr20Ni32AlTi铁镍基耐热合金热轧卷板的表面处理方法，热轧卷板规格为3.0×1250×C(mm)；该方法包括以下步骤：1)退火后的热轧卷板通过破磷机进行破磷处理，破磷机的延伸率为2.9％；2)抛丸机的抛头转速为1870r/min，抛头电流为175A；3)盐酸预处理：第一段盐酸预处理的盐酸浓度为230g/L，铁离子(Fe³⁺、Fe²⁺)浓度为50g/L，Fe³⁺/Fe²⁺浓度比为3.0，酸洗温度73℃，酸洗时间2.0min；第二段盐酸预处理的盐酸浓度为200g/L，铁离子(Fe³⁺、Fe²⁺)浓度为60g/L，Fe³⁺/Fe²⁺浓度比为2.8min，酸洗温度是55℃，酸洗时间2.5min；4)混合酸酸洗，HNO₃浓度为187.5g/L，HF的浓度为29g/L，Fe³⁺浓度控制在35g/L，酸洗温度为60℃，酸洗时间2.5min。

本实施例制备的热轧卷板表面状态良好，无氧化铁鳞残留，无过酸现象，表面粗糙度良好，色泽均匀，表面粗糙度1.0-2.0um，热板表面质量良好。

实施例2：

本实施例提供了一种Cr20Ni30铁镍基耐热合金热轧卷板的表面处理方法，热轧卷板规格为4.0×1260×C(mm)；该方法包括以下步骤：1)退火后的热轧卷板通过破磷机进行破磷处理，破磷机的延伸率为2.2％；2)抛丸机的抛头转速为1900r/min，抛头电流为170A；3)盐酸预处理：第一段盐酸预处理的盐酸浓度为250g/L，铁离子(Fe³⁺、Fe²⁺)浓度为60g/L，Fe³⁺/Fe²⁺浓度比为3.2，酸洗温度75℃，酸洗时间2.4min；第二段盐酸预处理的盐酸浓度为190g/L，铁离子(Fe³⁺、Fe²⁺)浓度为50g/L，Fe³⁺/Fe²⁺浓度比为2.5，酸洗温度是60℃，酸洗时间2.4min；4)混合酸酸洗，HNO₃浓度为200g/L，HF的浓度为25g/L，Fe³⁺浓度控制在40g/L，酸洗温度为56℃，酸洗时间3.0min。

本实施例制备的热轧卷板表面状态良好，无氧化铁鳞残留，无过酸现象，表面粗糙度良好，色泽均匀，表面粗糙度1.0-2.0um，热板表面质量良好。

实施例3：

本实施例提供了一种Cr20Ni35铁镍基耐热合金热轧卷板的表面处理方法，热轧卷板规格为5.0×1230×C(mm)；该方法包括以下步骤：1)退火后的热轧卷板通过破磷机进行破磷处理，破磷机的延伸率为1.5％；2)抛丸机的抛头转速为1930r/min，抛头电流为180A；3)盐酸预处理：第一段盐酸预处理的盐酸浓度为230g/L，铁离子(Fe³⁺、Fe²⁺)浓度为65g/L，Fe³⁺/Fe²⁺浓度比为2.9，酸洗温度70℃，酸洗时间2.9min；第二段盐酸预处理的盐酸浓度为190g/L，铁离子(Fe³⁺、Fe²⁺)浓度为58g/L，Fe³⁺/Fe²⁺浓度比为3.1，酸洗温度是58℃，酸洗时间2.9min；4)混合酸酸洗，HNO₃浓度为240g/L，HF的浓度为35g/L，Fe³⁺浓度控制在50g/L，酸洗温度为56℃，酸洗时间3.6min。

本实施例制备的热轧卷板表面状态良好，无氧化铁鳞残留，无过酸现象，表面粗糙度良好，色泽均匀，表面粗糙度1.0-2.0um，热板表面质量良好。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的替代、修饰、组合、改变、简化等，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种铁镍基耐热合金热轧卷板的表面处理方法，其特征在于，依次包括：

(1)退火后的热轧卷板通过破鳞机进行除鳞处理；

(2)采用抛丸机对热轧卷板进行喷丸处理；

(3)进行盐酸酸洗预处理；

(4)采用HNO₃和HF混合酸液进行酸洗处理。

2.根据权利要求1所述的表面处理方法，其特征在于，在步骤(1)中，破鳞机的延伸率是A＝5.0-0.7×d，其中，A表示延伸率/％，d表示热轧卷板的厚度，单位是mm。

3.根据权利要求1所述的表面处理方法，其特征在于，在步骤(2)中，抛丸机的抛头转速是1850～1950r/min，抛头电流是165～185A。

4.根据权利要求4所述的表面处理方法，其特征在于，在步骤(2)中，抛丸机的抛头转速是1870～1930r/min，抛头电流是170～180A。

5.根据权利要求1所述的表面处理方法，其特征在于，在步骤(3)中，盐酸酸洗预处理包括第一段盐酸酸洗预处理和第二段盐酸酸洗预处理；

其中，第一段盐酸酸洗预处理的盐酸浓度是200～280g/L，铁离子浓度是30～80g/L，Fe^{3 +}/Fe²⁺浓度比是2.5～3.5，酸洗温度是70～80℃，酸洗时间是2.0～3.0min；第二段盐酸酸洗预处理的盐酸浓度是180～230g/L，铁离子浓度是30～80g/L，Fe³⁺/Fe²⁺浓度比是2.5～3.5，酸洗温度是50～60℃，酸洗时间是2.0～3.0min。

6.根据权利要求5所述的表面处理方法，其特征在于，第一段盐酸酸洗预处理的盐酸浓度是230～250g/L，铁离子浓度是50～65g/L，Fe³⁺/Fe²⁺浓度比是2.9～3.2，酸洗温度是70～75℃，酸洗时间是2.0～2.9min；第二段盐酸酸洗预处理的盐酸浓度是190～200g/L，铁离子浓度是50～60g/L，Fe³⁺/Fe²⁺浓度比是2.5～3.1，酸洗温度是55～60℃，酸洗时间是2.0～2.9min。

7.根据权利要求1所述的表面处理方法，其特征在于，在步骤(4)中，在HNO₃和HF混合酸液中，HNO₃浓度是150～250g/L，HF浓度是25～35g/L，Fe³⁺浓度是20～50g/L，酸洗温度是55～60℃，酸洗时间是2.5～4.0min。

8.根据权利要求7所述的表面处理方法，其特征在于，在HNO₃和HF混合酸液中，HNO₃浓度C1和Fe³⁺浓度C2满足关系式：100+2.5×C2≤C1≤250，其中，C1和C2的单位均为g/L。

9.根据权利要求1～8所述的表面处理方法，其特征在于，所述热轧卷板是牌号为0Cr20Ni32AlTi、Cr20Ni30或Cr20Ni35的铁镍基耐热合金热轧卷板。