Металлопрокат
Металлоконструкции
Обработка металла
Удаление жировых и других загрязнений с поверхности изделий из черных металлов (обезжиривание) можно производить путем химической или электрохимической обработки их в щелочных растворах, а также путем отжига, в процессе которого эти загрязнения сгорают (окисляются). В процессе обезжиривания, помимо жиров и масел, происходит удаление и других механических загрязнений (стружка, пыль и др.).
Для обезжиривания широко используют водные щелочные растворы, содержащие едкий натр, тринатрийфосфат и жидкое стекло. Для уменьшения силы сцепления масла с поверхностью изделия в обезжиривающие растворы вводят поверхностно-активные вещества — эмульгаторы. После обезжиривания изделия тщательно промывают, чтобы удалить с их поверхности остатки обезжиривающего раствора.
На поверхности стальных изделий могут возникать оксиды различного состава и строения. Это прежде всего зависит от состава стали, способа изготовления и последующей обработки изделий, условий их хранения и транспортировки.
Обычно горячему цинкованию подвергают изделия из углеродистых и низколегированных сталей. Поверхность таких изделий обычно покрыта ржавчиной и окалиной.
Ржавчина (условно можно выразить формулой FeO*Fe2O3*nН2О) образуется на стальных изделиях в кислородсодержащей среде в присутствии влаги при комнатной температуре. Вначале на поверхности стали во влажной атмосфере образуется гидрат закиси железа Fe(OH)2, который в дальнейшем окисляется кислородом. Вследствие губчатого строения и наличия многочисленных капилляров ржавчина затрудняет обезжиривание поверхности стали.
Окалина на стальных изделиях обычно образуется в процессе их изготовления (например, при горячей прокатке, прессовании) или последующей термической обработки. В отличие от ржавчины окалина образуется при повышенных температурах (400°C и выше).
Состав, строение, толщина, равномерность распределения окалины по поверхности изделия зависит от многих факторов (например, состава стали, температуры и продолжительности окисления, содержания кислорода в окружающей среде).
В основном окалина состоит из оксидов железа, близких по составу к FeO (вюстит), Fe3O4 (магнетит), Fе2О3 (гематит). Непосредственно на стали находится вюстит, затем располагаются магнетит и гематит. Вюстит имеет пористое строение и низкую прочность, магнетит и гематит, наоборот, обладают высокой прочностью и плотным строением. Следует отметить, что окалина с трехслойным строением образуется на стали при температуре выше 570°C при избытке кислорода в атмосфере и достаточно быстром охлаждении до низких температур. В других случаях окалина состоит из двух или одного слоя. Чаще всего слои FeO—Fe3O4—Fе2О3 взаимно проникают друг в друга.
Обычно на стали образуется многокомпонентная сложного состава окалина, которая является результатом окисления не только железа, но и присутствующих в стали различных примесей (Mn, Si, Р, S, Ni, Cr, Cu и др.). Примеси в окалине находятся либо в виде металлических включений (например, Ni, Cu), либо в виде оксидов.
Окалина на кремнистых сталях существенно отличается от окалины, образующейся на углеродистых и нержавеющих сталях. В процессе термической обработки кремнистых сталей в окислительных средах наряду с внешним окислением происходит процесс внутреннего окисления стали. В слое, в котором происходит внутреннее окисление, появляются вкрапления двуокиси кремния. Пол этим слоем находится обезуглероженный слой чистого феррита.
Внешний слой окалины состоит из вюстита с вкраплениями магнетита. Таким образом, наличие в составе окалины кремнистых сталей большой доли чистого феррита и инертного кремнезема определяет особенности ее травления. При прокатке образуется, в основном, вюстит, который сравнительно легко растворяется в кислоте; при отжиге листов образуются гематит и магнетит — труднорастворимые при травлении. Следовательно, наилучшей сталью для цинкования является холоднокатаная. Следует отметить, что особенно разнообразная по толщине, структуре ii составу окалина может возникать на трубах, что обусловлено условиями их производства.
Удаление ржавчины и окалины можно производить химическим и механическим методами.
Химический метод (травление) получил широкое распространение при подготовке поверхности изделии перед горячим цинкованием. Обычно травлением удаляют ржавчину и окалину с поверхности листов,полосы, труб, проволоки и других стальных изделий при подготовке их к цинкованию. На практике для травления изделий из углеродистых и низколегированных сталей широко применяют 18—22%-ные водные растворы серной кислоты или 20—25 %-ные водные растворы соляной кислоты.
Сравнивая достоинства и недостатки травильных растворов на основе серной я соляной кислот, следует отметить, что при травлении в серной кислоте растворяется не более 15—20% окалины, в соляной до 40—50 %. Поверхность стали после травления в растворах соляной кислоты получается более гладкой, чем после травления в растворах серной кислоты. Травление в серной кислоте из-за «перетрава» поверхности стали нельзя проводить без ингибиторов (замедлителей) кислотной коррозии. В этой связи необходимо отметить, что с появлением надежных ингибиторов кислотной коррозии (ПКУ, ХОСП-10, БА-6, И-1-В и др.) достаточно хорошее качество поверхности достигается как при травлении в солянокислых, так и при травлении в сернокислых растворах. Выбор типа травильного раствора обусловлен в основном технико-экономическими соображениями.
Перспективно применение травильных растворов, содержащих смеси серной и соляной кислот.
Очистку стальной поверхности от ржавчины и окалины можно производить и механическим методом. Наиболее широко применяют дробеструйный или дробеметный способы, которые обеспечивают качественную подготовку поверхности стальных изделий.
Следует отметить, что для участков цинкования небольшой мощности (например, участки судоремонтных заводов), производящих цинкование изделий различной конфигурации, целесообразно использование дробеструйной обработки. Это позволяет получать качественно очищенную, достаточно шероховатую, реакционно активную поверхность на стальных изделиях сложной конфигурации.
После травления изделия промывают в воде для удаления с их поверхности остатков травильного раствора и солей железа. Количество железа на поверхности стальных изделий может достигать 3—3,2 г/м2 после сернокислотного и 2—2,5 г/м2 после солянокислого травления в зависимости от концентрации и вязкости травильного раствора. Поэтому промывку изделий после сернокислотного травления желательно проводить сначала в горячей (60°С) воде, а затем — в холодной. Если необходимо смыть остатки травильного шлама, применяют промывку из брандспойта или струйное промывание водой под давлением более 4*10в5 Па.
Учитывая, что после травления в соляной кислоте на поверхности стали остается примерно в 1,5 раза меньше солей железа, а также, что железные соли соляной кислоты смываются с протравленной поверхности значительно лучше, чем соли серной кислоты, производят обработку изделий в водном растворе соляной кислоты (50 г/л) при 18— 20°C (например, при цинковании труб). Эту операцию называют декапированием или подтравливанием. При этом происходит переход сульфата железа и хлорид:
Затем изделия промывают в холодной проточной воде.
При промывании полосы и проволоки применяют струйно-возвратный и эффективный струйный способы. Промывание целесообразно осуществлять водовоздушной плоской струей толщиной около 20 мм, подаваемой под углом 30—35° к поверхности промываемого металла. Иногда для улучшения очистки промывание проводят в щеточномоечных машинах.
Предельное содержание примесей в промывной воде зависит от их свойств. Если эти примеси не образуют нерастворимых соединений с рабочим раствором, то их содержание может достигать 3—5 г/л. В противоположном случае концентрация нерастворимых соединений должна быть ниже предела растворимости. В литературе опубликованы требования, предъявляемые к качеству промывной воды.
Для промывания проката из углеродистых сталей после травления применяют воду с pH = 6—9, общей жесткостью до 50 ммоль/л с сухим остатком 5 г/л, в том числе до 1 г/л хлоридов, до 3 г/л сульфатов, до 0,1 г/л железа общего.