不锈钢热带退火酸洗工艺的现状与发展趋势

张有超

中冶东方工程技术有限公司  山东青岛266555

摘要：不锈钢退火酸洗是不锈钢表面处理的重要方法，本文介绍了热轧不锈钢退火酸洗的主要生产方法，并对现有不锈钢退火酸洗工艺现状进行了简要介绍和分析，预判了未来不锈钢退火酸洗工艺发展的方向和趋势。

关键词：不锈钢；退火酸洗工艺；发展趋势

热轧退火酸洗工序是不锈钢加工过程中必不可少的一个工序，也是决定不锈钢产品质量的关键环节。热轧不锈钢卷通过退火酸洗，使其软化并去除表面氧化铁皮，不仅能够改善不锈钢的外观性能，而且能够提高表面质量和抗腐蚀的稳定性，从而使不锈钢发挥最大的耐腐蚀性，为冷轧提供高质量的No.1产品[1]。

一、热轧不锈钢退火工艺

热轧后的不锈钢带硬度都较高并有碳化物析出，且热轧不锈钢带厚度通常在2mm以上，为进一步冷轧加工，必须进行退火处理，以便对钢带进行软化。同时由于不锈钢种类众多，其退火方式也有很大区别。

1.1 不同类型不锈钢退火的目的

对于马氏体不锈钢（400 系），退火的目的是将马氏体分解为铁素体基体上均匀分布着球状碳化物，以使钢变软[2]。对于铁素体不锈钢（400 系），通常没有奥氏体至铁素体的转变，在高温和常温下都是铁素体组织。因此这类钢的退火目的是使其被拉长的晶粒变为等轴晶粒和使马氏体分解为铁素体和颗粒状或球状碳化物，以达到软化的目的[3]。对于奥氏体不锈钢（200、300 系），含有大量 Mn、Ni 等奥氏体形成元素，且在常温下也是奥氏体组织。奥氏体不锈钢经过热轧后将会析出一定量的碳化物，且组织的晶粒度也会因加工而变形。这种钢的退火目的是为了使析出的碳化物在高温下固溶于奥氏体中，同时利用急冷的方式使固溶了碳的奥氏体保持到常温，并在退火过程中调整组织晶粒度，实现软化目的。

1.2 不锈钢热带退火炉的选择

不锈钢热带退火炉主要有罩式炉和连续式退火炉两种，针对不同类型不锈钢，根据其退火目的和条件选择相应的炉型。热轧后的马氏体不锈钢通过退火使马氏体分解为铁素体和球状碳化物，碳化物的析出、聚集、球化需要很长时间，因此这种钢的热轧卷通常选用罩式炉进行退火。大部分热轧后的铁素体不锈钢几乎总存在马氏体，因此往往也选用罩式炉。奥氏体不锈钢通过退火使碳化物固溶在奥氏体内，即：使碳化物溶解和快速冷却防止再析出，所以只能用连续卧式退火炉。例如：AISI 201、AISI 304。

二、不锈钢热带酸洗工艺及设备

不锈钢经热轧及前序退火工序处理后，带钢表面存在大量氧化物，尽管经过破鳞机和抛丸机以物理方式去除了一部分，但依然无法完全去除。以奥氏体不锈钢为例，此部分氧化物分为三层：外层主要为 Fe2O3 和 Fe3O4，中间层为 FeO 和 Fe-Cr 氧化物，内层主要为 Fe-Cr、Fe-Ni 和 Fe-Cr-Ni 氧化物，其次，在内层氧化物与不锈钢基体间还存在一层贫铬层。酸洗的目的不仅是将带钢表面黑色的氧化物去除，同时为了防止贫铬层的存在，导致带钢表面防腐性能下降，在去除氧化物的同时还需将此部分贫铬层去除，终使得不锈钢带呈现表面光滑耐蚀的状态[4]。

近年来，我国不锈钢生产技术迅速发展，随着对环境保护、生产工况的要求越来越高，在酸洗方面也在不断改进提高。在不锈钢领域采用较多的有 H2SO4、电解 Na2SO4、电解 HNO3、HNO3+HF 混酸等酸洗方式。针对不同钢种、不同阶段采用不同的酸洗方式或多种方式的组合。目前较为典型的酸洗方式见表2-1；

不锈钢酸洗方式表                      表2-1 

生产阶段	热轧不锈钢	冷轧不锈钢
钢种	200/300/400系	200/300系	400系
第一阶段	H2SO4	电解 Na2SO4	电解 Na2SO4
第二阶段	HNO3+HF	HNO3+HF	电解 HNO3

    其中，热轧不锈钢表面的氧化物较厚，热轧退火酸洗后产品为No.1钢板，所以在第一阶段采用热H2SO4方式较多，在第二阶段采用HNO3+HF 的混酸，在整个混酸酸洗过程中，HNO3和 HF 起到了不同的作用，HNO3的作用是利用其强氧化性，与铁基氧化物反应去除表面氧化皮层，并腐蚀贫铬层后与基材生产致密均匀的Cr2O3膜，阻止反应进一步发生，这也是不锈钢保持不生锈的原因；HF的主要作用是为酸液补充 H+，加速氧化皮和贫铬层的反应并使之剥离，并使金属盐形成氟化物沉淀。

三、国内热轧不锈钢退火酸洗现状

3.1 不锈钢退火酸洗生产方式

目前，国内不锈钢退火酸洗有两种方式，一种是退火工序与酸洗工序单独生产，此种方法投资低，生产灵活，但是普遍产品质量不高，缺陷较多，且因不连线生产而控制水平和生产能力均较低。另一种是全连续式生产线，即带钢的退火、冷却、破鳞除鳞、预酸洗、酸洗、烘干等均在一条生产线上连续进行，此种方式投资较高，同时，生产效率、产品质量和控制水平都有很大的提高，是目前退火酸洗的主流生产工艺

[5]。

3.2 热轧不锈钢退火酸洗工艺及设备现状

当前，我国不锈钢热带连续退火酸洗生产线呈两级分化状态，一方面，窄规格不锈带钢通常采用国产技术和装备，其设备简单，造价低，产品质量和自动化程度还有待进一步提高。另一方面，以太钢、宝钢、浦项等为代表的大型企业，均采用引进国外奥钢联、DREVER、UVK等工艺和设备，或部分设备采用国外设计国内制造的模式，引进设备的造价较高，但其自动化程度高，工艺参数更精确，产品质量更可靠。国内大多数全连续式退火酸洗线所采用工艺和设备以国外引进为主，只有少数企业采用了国内制造的分段式退火酸洗或连续式退火酸洗。

近年来，随着我国不锈钢产业的发展，设备制造水平的不断提高，逐步消化和吸收国外先进技术，并结合国内优势，着力研发热轧不锈钢带退火酸洗工艺及设备，并取得显著成果，陆续有国内高性能生产设备涌现，逐步取代引进设备，从而，大大降低了不锈钢生产企业的工程投资和生产成本。

四、不锈钢退火酸洗工艺的发展趋势

1、提高不锈钢的表面质量

不锈钢以其自身所具有的高度稳定特性，在生活和工业中得到越来越广泛的应用，成为当今必不可少的材料之一。然而，不锈钢耐腐蚀能力的关键在于其表面层的质量，故进一步通过涂层及改变材料中的元素和含量（合金化）从而提高不锈钢表面质量是不锈钢发展的方向之一。

2、降低酸洗成本

不锈钢酸洗工艺流程长，工序多，酸洗成本高，且容易产生二次污染。为此，不锈钢酸洗工艺的改进方向是进一步降低酸洗成本。一是通过控制酸洗液的酸度和温度来控制酸洗速度，避免因酸洗剂溶解不完全导致的二次污染等因素干扰酸洗机组正常运行；二是不锈钢酸洗生产过程中工艺要求较高时采用超细精洗技术来减少酸洗的浪费。另外，在优化酸洗工艺中要根据产品用途、处理温度、废水种类等来控制酸洗次数和时间节点；三是根据生产工艺中存在的问题，制定出相应的不锈钢酸洗工艺。通过控制酸洗成本而提高市场竞争力。

结语

不锈钢退火酸洗工艺的发展方向主要是融合现代化的科技手段和创新技术，不断提高设备的性能和自动化水平，从操作、运行维护更简洁、及时等方面不断地改进，降低生产成本和人员劳动强度，兼顾节能环保，使之更加适应现代工业和市场的需求，最终，为提高不锈钢的产品质量和生产效率提供可靠的保证。

参考文献

[1]王继州.不锈钢热带退火酸洗工艺与设备研究[D].燕山大学,2015.

[2]李小军.不锈钢 APH 机组的退火工艺研究[J].科技创新与应用,2012, (20): 66-67.

[3]陈文忠,欧阳建明,罗辉如. 1Cr17 铁素体不锈钢带材焊接和冷轧工艺探讨[J]. 特钢技术, 2002, (01): 23-28.

[4]康书文. 不锈钢酸洗、钝化工艺研究[J]. 材料保护, 2006, (06): 23-26.

[5]李飞. 不锈钢连续退火炉加热段温度控制方法研究[D].东北大学,2012.

作者简介：张有超（1983-），男，汉，本科，高级工程师，长期从事板带热连轧、有色、不锈钢的生产工艺设计、研究工作。