» » Травление сталей и чугуна
10.02.2017

Окалину с поверхности стали снимают в растворах серной, соляной кислот или их смесей. Состав раствора и режимы травления (продолжительность, температура) выбирают в зависимости от природы металла и характера продуктов окисления на его поверхности. Одним из важнейших вопросов является предотвращение растравливания стальной поверхности в процессе травления, которое связано с неравномерностью толщины оксидных пленок. Это приводит к тому, что отдельные участки на поверхности металла быстрее освобождаются от оксидной пленки и в этом месте происходит травление стали. Действие кислот на железо и его сплавы и оксиды различно. Соляная кислота быстрее растворяет оксиды железа, чем серная. Скорость растворения железа и его оксидов в соляной кислоте приведена на рис. 98.
Из рис. 98 видно, что в травильном растворе соляной кислоты оптимальной концентрации (10 %) скорость растворения железа в 10 раз выше, чем закиси железа. С увеличением концентрации HCI скорость растворения оксидов железа возрастает в большей степени, чем самого железа. В то же время в 10%-ной H2SO4 при температуре 40°C скорость растворения металлического железа в 70 раз выше, чем оксидов.
Травление сталей и чугуна

Максимальная скорость травления стали достигается в 25%-ном растворе серной кислоты. Однако при увеличении содержания FeSO4 в травильном растворе с 50 до 200 г/л скорость травления уменьшается в 2,5 раза. Предельно допустимое содержание солей железа в травильном растворе составляет 100 г/л.
Для увеличения скорости травления растворы серной кислоты подогревают до 60°С, соляной — до 30—40°C. При накоплении в травильном растворе солей FeSO4 более 50 г/л раствор необходимо подогревать до 70—80°C.
Считают, что травление стали в этих кислотах протекает по различным механизмам: в соляной кислоте происходит преимущественно химическое растворение окислов, в то время как в серной кислоте в основном растворяется металлическое железо с выделением водорода, который механически разрыхляет и взламывает окалину.
Взаимодействие серной и соляной кислот с железом и его оксидами протекает по следующим реакциям:
Травление сталей и чугуна

Из приведенных реакций с наибольшей скоростью протекают реакции (96), (97), (106) и (107).
Установлено, что при травлении в растворах серной кислоты наибольшая часть окалины удаляется именно за счет отрыва атомами водорода окалины от металла, а растворение окалины является второстепенным процессом.
Ускоренное растворение металла и выделение водорода в процессах травления в растворах соляной и серной кислот имеет ряд неблагоприятных последствий: большие потери металла (до 2—4 %) и кислоты (табл. 46), охрупчивание стали в результате внедрения в нее образующегося в процессе травления водорода.
В настоящее время в промышленности все шире применяют растворы на основе смеси соляной (6—10 %) и серной (10—20%) кислот или растворы только соляной кислоты с добавками ингибиторов травлении (например, уротропин, катапин, ЧМ), которые, не снижая скорости растворения окалины, препятствуют растворению железа. Например, добавление в растворы серной кислоты ингибиторов позволяет снижать ее расход па 30—70 %, а потери металла в 3—15 раз. Благодаря снижению скорости растворения стали уменьшается накопление железа в травильном растворе и, следовательно, сброс отработанных растворов. Также уменьшается газовыделение при травлении, что позволяет улучшить условия труда. Составы растворов I режимы травления приведены в табл. 47.
Продолжительность травления и температуру раствора подбирают в зависимости от характера и толщины слоя оксидов.
Травление сталей и чугуна
Травление сталей и чугуна

Травление в растворах серной кислоты производят двумя способами. При использовании первого способа начальная концентрация серной кислоты составляет 20 %. Травление в этом растворе ведут до тех пор, пока концентрация кислоты не уменьшится до 3—5 %, а сульфата железа увеличится до 100 г/л. Недостатком этого способа является снижение скорости травления стали по мере уменьшения концентрации серной кислоты.
При втором способе травления применяют менее концентрированный (10 %-ный) раствор H2SO4 и эту концентрацию раствора постоянно поддерживают путем добавления в него новых порций кислоты. Используют раствор до тех пор, пока в нем не накопится 100 г/л FcSO4. После этого серную кислоту в раствор уже не добавляют, а продолжают травление до снижения концентрации H2SO4 в растворе до 3—5 %.
После травления в серной кислоте на деталях остается травильный шлам, который перед цинкованием должен быть удален. Особенно много шлама образуется при травлении изделий из высокоуглеродистых, закаленных сталей и чугуна. В табл. 48 приведены составы растворов и режимы для снятия шлама с углеродистых сталей после травления их в растворах серной кислоты.
Травление в растворах соляной кислоты производят при более низких температурах из-за высокой летучести ее паров, вредно влияющих на организм человека и вызывающих коррозию оборудования. Травление ведут до снижения концентрации кислоты в растворе до 5—7 %.
Прецизионные детали иногда травят в растворах фосфорной кислоты, когда не допускается перетравливание поверхности. В этих растворах ингибиторы не применяют. Процесс не нашел широкого распространения из-за дефицитности и высокой стоимости Н3РО4.
Травление сталей и чугуна

В последнее время разработаны и широко применяются, в том числе на агрегатах цинкования полосы, проволоки и труб, струйные и циркуляционные способы травления, позволяющие в 4—5 раз интенсифицировать процесс и уменьшить наводороживание сталей.
Для этих целей обычно используют 7—15%-ные растворы соляной кислоты, которые подают на поверхность металла со скоростью до 25—30 м/с.
Реже применяют 15—20 %-ные растворы H2SO4 или Н3РО4. При введении в травильные растворы синтанола ДС-10 или сульфанола НП-3 при струйной обработке достигается хороший эффект одновременного обезжиривания и травления.
После травления необходимо тщательно промыть деталь сначала холодной, а затем горячей водой. Для операций промывки применяют водопроводную воду с требованиями по ГОСТ 2874—73. Если для приготовления электролитов цинкования используют обессоленную или дистиллированную воду, то такую же воду применяют для промывок, особенно для второй в горячей воде. Определение качества воды производят по значению электрического сопротивления, которое должно быть не менее 50 мкОм/см.
Промывку в холодной воде можно осуществлять в прямоточных или противоточных ваннах каскадной промывки (рис. 99).
Травление сталей и чугуна