去除鋼材的銹皮的方法
【專利摘要】一種去除鋼材的銹皮的方法，包含使一表面含有銹皮的鋼材進(jìn)行至少兩次的除銹處理，該除銹處理是由步驟(a)及步驟(b)所組成；步驟(a)是將該鋼材置于一處理試劑中，并利用化學(xué)浸漬法或化學(xué)電解法，使該銹皮自該鋼材表面松動但不脫離該鋼材；及步驟(b)是將該鋼材自該處理試劑中移出，利用機(jī)械方法，使已松動的銹皮自該鋼材表面脫離。本發(fā)明通過步驟(a)及步驟(b)進(jìn)行至少兩次的除銹處理，可以將銹皮自鋼材表面完全移除。
【專利說明】去除鋼材的銹皮的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種去除鋼材的銹皮的方法，特別是指一種可延長處理試劑的使用壽命的去除鋼材的銹皮的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鋼材的生產(chǎn)過程所包括的退火、淬火、焊接、鍛造及熱處理過程，會使鋼材表面產(chǎn)生一層不期望的黑色的氧化物質(zhì)，即是一般所稱的「銹皮」。銹皮的存在不僅影響鋼鐵表面質(zhì)量，同時(shí)會對后續(xù)的加工效果及成品質(zhì)量產(chǎn)生不良影響，因此必須去除。
[0003]目前，如碳鋼、不銹鋼及高合金鋼等鋼材一般采用酸洗方法去除銹皮，利用酸將不銹鋼表面的銹皮溶解，使銹皮與鋼材分離。具體的做法是在60至75°C環(huán)境下，以硝酸(HNO3)及氫氟酸(HF)的混合物作為酸洗液，進(jìn)行酸洗15至30分鐘。
[0004]但是，酸洗液所含的氫氟酸為管制品，酸洗后銹皮落入酸洗液中并逐漸溶解，使得酸洗液因含有高濃度的鐵、鉻及鎳等重金屬離子而必須更換。酸洗廢液需進(jìn)行特殊處理將重金屬離子去除，但即使是經(jīng)處理后的酸洗廢液仍無法再使用；目前是采用酸堿中和法使酸洗廢液中含金屬離子的污泥沉降，分離并固化干燥后再以掩埋法處理，但可供掩埋的區(qū)域有限，且勢必造成土壤污染。
[0005]此外，含硝酸的酸洗液于使用過程中會產(chǎn)生氮氧化物(NOx)，如一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2)。雖然于酸洗液中添加如過氧化氫(H2O2)等氧化劑有助于降低硝酸的使用量并減少氮氧化物生成，但仍無法解決酸洗廢液所造成的污染問題。
[0006]由上述可知，酸洗液本身及其廢液對環(huán)境及人體健康皆造成重大危害，因此，應(yīng)以環(huán)保綠色技術(shù)做為目標(biāo)，開發(fā)一種降低酸洗液使用量的去除銹皮的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種去除鋼材的銹皮的方法。本發(fā)明去除鋼材的銹皮的方法，包含:使一表面含有銹皮的鋼材進(jìn)行至少兩次的除銹處理，該除銹處理是由步驟(a)及步驟(b)所組成:
[0008]步驟(a):將該鋼材置于一處理試劑中，并利用化學(xué)浸潰法或化學(xué)電解法，使該銹皮自該鋼材表面松動但不脫離該鋼材；及
[0009]步驟(b):將該鋼材自該處理試劑中移出，利用機(jī)械方法，使已松動的銹皮自該鋼材表面脫離。
[0010]本發(fā)明的有益效果在于:通過步驟(a)及步驟(b)將鋼材表面的銹皮去除，且步驟(a)不會使該銹皮落入或溶解于該處理試劑中，因此可延長該處理試劑的使用壽命，確實(shí)減少處理試劑的用量。
【具體實(shí)施方式】
[0011]本發(fā)明去除鋼材的銹皮的方法，包含:使一表面含有銹皮的鋼材進(jìn)行至少兩次的除銹處理，該除銹處理是由步驟(a)及步驟(b)所組成:
[0012]步驟(a):將該鋼材置于一處理試劑中，并利用化學(xué)浸潰法或化學(xué)電解法，使該銹皮自該鋼材表面松動但不脫離該鋼材；及
[0013]步驟(b):將該鋼材自該處理試劑中移出，利用機(jī)械方法，使已松動的銹皮自該鋼材表面脫離。
[0014]當(dāng)步驟(a)使該銹皮結(jié)構(gòu)受到破壞并產(chǎn)生穿孔或裂縫等缺損，使該處理試劑可以滲入該銹皮組織中與銹皮作用，甚至穿透銹皮與銹皮下方局部與銹皮鄰接的極少量鋼材發(fā)生反應(yīng)，而使銹皮自該鋼材表面松動但不脫離該鋼材。
[0015]步驟(b)的機(jī)械除銹不限于任何方法或設(shè)備，只要可提供直接接觸或通過介質(zhì)接觸該鋼材表面已松動的銹皮的機(jī)械力均適用。較佳地，該機(jī)械力為刷磨或研磨。
[0016]現(xiàn)有技術(shù)曾在鋼材與該處理試劑反應(yīng)的同時(shí)啟用超音波去除銹皮的做法，但此舉會使銹皮脫落且逐漸溶解于處理試劑中，造成該處理試劑的金屬離子濃度提高，而無法再使用。本發(fā)明的機(jī)械處理并非于處理試劑中，而是于獨(dú)立區(qū)域使銹皮自鋼材表面脫落，以避免銹皮脫落污染該處理試劑，同時(shí)延長該處理試劑的使用壽命。
[0017]由于鋼材本身的成分及其制造條件會導(dǎo)致銹皮的組成、結(jié)構(gòu)，及銹皮與鋼材的結(jié)合強(qiáng)度大不相同，本發(fā)明方法對表面含有銹皮的鋼材進(jìn)行除銹處理的次數(shù)及處理?xiàng)l件需視該鋼材的種類、制造條件以及銹皮狀況的不同而調(diào)整，以防止因過度進(jìn)行除銹處理致使該鋼材耗損，并達(dá)到徹底將銹皮移除且不損傷該鋼材的的理想效果。
[0018]此外，由于步驟(a)使銹皮自該鋼材表面松動但不脫離該鋼材，所以本發(fā)明并不會因?yàn)橹貜?fù)進(jìn)行除銹處理而造成該處理試劑中的金屬離子濃度提高，該處理試劑經(jīng)多次使用仍可以具有良好的松動銹皮的效果；因此，建議步驟(a)重復(fù)使用該處理試劑，不需每次更換，將有助于大幅地減少處理試劑的用量，提升除銹效率并節(jié)約成本。
[0019]較佳地，該鋼材是選自于碳鋼、不銹鋼或高合金鋼。
[0020]雖然碳鋼表面的銹皮的主要成分為氧化鐵，若僅通過機(jī)械除銹方式除銹，可以將銹皮去除大部分，但無法將銹根(scale root)完全去除，因此一般采用酸洗方法處理，但又易造成有過度酸洗的情形發(fā)生。不銹鋼表面的銹皮成分包括N102、Cr2 O 3、Fe0.Cr203、Fe0.Cr2 O 3 * 3Fe2 O 3等致密的尖晶石型氧化物,與鋼材結(jié)合得相當(dāng)牢固,適用于碳鋼除銹的方法無法將不銹鋼銹皮去除；而高合金鋼含有更高比例的鎳和鉻元素，其銹皮與鋼材間的結(jié)合更為緊密。不過，上述鋼材經(jīng)由本發(fā)明方法的至少兩次除銹處理后，皆可通過使用少量的處理試劑，將銹皮有效去除。
[0021]較佳地，該化學(xué)電解法是選自于直接接觸該鋼材的導(dǎo)電方式，或非直接接觸該鋼材的變極方式。
[0022]較佳地，該處理試劑包含一含水溶液，該含水溶液是選自于硫酸水溶液、硫酸鈉水溶液、磷酸鈉水溶液、磷酸三鈉水溶液、氯化鈉水溶液、氯酸水溶液、硫酸銨水溶液，及磷酸銨水溶液。本發(fā)明所選用的含水溶液不包含硝酸和氫氟酸，不會產(chǎn)生造成工作安全和環(huán)保問題的含氮氧化物。
[0023]又較佳地，該含水溶液是選自于硫酸鈉水溶液、磷酸鈉水溶液、磷酸三鈉水溶液、氯化鈉水溶液、氯酸水溶液、硫酸銨水溶液，及磷酸銨水溶液。由于鋼材加工過程中可能有油脂或潤滑劑等物質(zhì)附著于鋼材表面，影響除銹效果，造成銹皮較難以去除甚至無法完全去除。前述含水溶液具有清潔該鋼材表面的效果，有助于將附著于鋼材表面的油脂或潤滑劑去除，使除銹效果更為理想。
[0024]較佳地，該含水溶液是選自于0.5至IOM硫酸水溶液、0.1至2M硫酸鈉水溶液、0.1至2M磷酸鈉水溶液、0.1至2M磷酸三鈉水溶液、0.1至5M氯化鈉水溶液、0.1至2M氯酸水溶液，及0.1至2M硫酸銨水溶液，及0.1至2M磷酸銨水溶液。雖然該含水溶液的濃度上限與該含水溶液所包含的化學(xué)品的溶解度有關(guān)，但是當(dāng)該含水溶液的濃度過低，則導(dǎo)電性不足，處理效率不佳；而濃度過高，則無法使化學(xué)品溶解或于低溫時(shí)有結(jié)晶產(chǎn)生。
[0025]將該鋼材置于該處理試劑中的時(shí)間需依據(jù)實(shí)際狀況而定，一般來說時(shí)間不需太長，只要銹皮結(jié)構(gòu)已受到初步破壞且自該鋼材表面松動即可。本發(fā)明通過反復(fù)進(jìn)行并調(diào)整步驟(a)及步驟(b)的操作參數(shù)，使得控制銹皮的松動程度變得可行。若為第一次進(jìn)行除銹處理，建議進(jìn)行步驟(a)處理選擇同時(shí)具有清潔鋼材表面效果的中性或堿性的處理試劑，且避免銹皮過度松動，即可進(jìn)行步驟(b);若為第二次或第二次以上進(jìn)行除銹處理，則建議進(jìn)行步驟(a)處理的處理試劑選用容易滲透到銹皮下層者(具體做法可例如添加界面活性劑，使處理試劑的表面張力降低)，但仍須避免銹皮過度松動，再進(jìn)行步驟(b)。
[0026]較佳地，該化學(xué)浸潰法的處理時(shí)間為10至30分鐘。
[0027]較佳地，該化學(xué)電解法的處理時(shí)間為I至120秒，電流密度為10至400安培/平方米。若電流密度太低，則銹皮去除效果不佳；電流密度太高，則電極將產(chǎn)生過多氫氣及氧氣，操作上較為不便，且造成不必要的電力消耗。
[0028]較佳地，該化學(xué)電解法的陰極材料為可導(dǎo)電的任何金屬材料，或?qū)щ姺墙饘俨牧?如石墨等)；陽極材料為表面不會產(chǎn)生絕緣氧化層的金屬材料或?qū)щ姺墙饘俨牧?，例如鉛、石墨、鉬、鉬的氧化物，或其他貴金屬族或其氧化物等。
[0029]較佳地，該步驟(a)是在O至90°C進(jìn)行。此溫度范圍是考量該處理試劑包含一含水溶液，需確保步驟(a)在該含水溶液不結(jié)冰的情況下即可以進(jìn)行。
[0030]較佳地，該處理試劑還包含一氧化劑。
[0031]更佳地，該氧化劑的濃度為0.1至2M，是選自于過氧化氫、氯酸、次氯酸、過氯酸，
或其鹽類。
[0032]本發(fā)明將就以下實(shí)施例來作進(jìn)一步說明，但應(yīng)了解的是，該實(shí)施例僅為例示說明用，而不應(yīng)被解釋為本發(fā)明實(shí)施的限制。
[0033]〈化學(xué)品及材料〉
[0034]鋼材:為表面含有銹皮的不銹鋼熱軋線材，購自于華新不銹鋼公司，型號「304J3」，直徑6.5mm，銹皮厚度為5 μ m。
[0035]刷磨材料:由3M公司生產(chǎn),表面含金鋼砂。
[0036]<實(shí)施例1至6及比較例I >
[0037][實(shí)施例1]
[0038]除銹處理
[0039]實(shí)施例1的除銹處理是依序進(jìn)行以下2次除銹處理:
[0040]第一次除銹處理
[0041] 步驟(a):配制0.5M的硫酸鈉水溶液作為處理試劑，采用化學(xué)電解法，即于30°C下將該表面含有銹皮的鋼材浸潰于該硫酸水溶液中進(jìn)行陽極電解24秒，電流密度為50安培/平方米。
[0042]步驟(b):將該鋼材自該處理試劑取出并去除表面多余的硫酸水溶液，再以該刷磨材料對該鋼材進(jìn)行刷磨，使已松動的銹皮自該鋼材表面脫離。
[0043]第二次除銹處理
[0044]步驟(a):配制0.5M的硫酸鈉水溶液作為處理試劑，采用化學(xué)電解法，即于50°C下將該表面含有銹皮的鋼材浸潰于該硫酸水溶液中進(jìn)行陽極電解12秒，電流密度為200安培
/平方米。
[0045] 步驟(b):將該鋼材自該處理試劑取出并去除表面多余的硫酸水溶液，再以該刷磨材料對該鋼材進(jìn)行刷磨，使已松動的銹皮自該鋼材表面脫離。
[0046]實(shí)施例1的除銹處理?xiàng)l件及各項(xiàng)操作參數(shù)詳細(xì)記載于表1。
[0047]除銹效果評估
[0048]觀察實(shí)施例1經(jīng)除銹處理2次后的鋼材表面，判斷其銹皮去除的程度，并以下記方式將評估結(jié)果詳細(xì)記載于表1。
[0049]◎:表示30倍放大觀察鋼材表面銹皮完全去除
[0050]O:表示目視觀察鋼材表面銹皮完全去除
[0051]Δ:表示鋼材表面仍有銹皮殘留
[0052][實(shí)施例2至4]
[0053]實(shí)施例2至4是以與實(shí)施例1類似的做法來去除鋼材的銹皮，不同的地方在于:改變除銹處理的次數(shù)、處理試劑的種類及濃度、化學(xué)電解法的操作參數(shù)及除銹處理的次數(shù)，該處理試劑、操作參數(shù)及處理次數(shù)如表1所示。
[0054]將所述經(jīng)去除銹皮的鋼材表面進(jìn)行與實(shí)施例1相同的除銹效果評估，結(jié)果如表1所示。
[0055][實(shí)施例5]
[0056]實(shí)施例5的除銹處理是依序進(jìn)行以下步驟(a)及步驟(b)，且需重復(fù)進(jìn)行該除銹處理2次，其中步驟(a)的處理試劑不需更換。
[0057]步驟(a):配制0.5M的硫酸水溶液作為處理試劑，并使該處理試劑還包含0.5M的過氧化氫。米用化學(xué)浸潰法于50°C下將該表面含有銹皮的鋼材浸潰于該處理試劑中15分鐘，使銹皮松動。
[0058]步驟(b):將該鋼材自該處理試劑取出并去除表面多余的處理試劑，再以該刷磨材料對該鋼材進(jìn)行刷磨，使已松動的銹皮自該鋼材表面脫離。
[0059]實(shí)施例5的除銹處理?xiàng)l件及各項(xiàng)操作參數(shù)詳細(xì)記載于表1，并將該經(jīng)去除銹皮的鋼材表面進(jìn)行與實(shí)施例1相同的除銹效果評估，結(jié)果如表1所示。
[0060][實(shí)施例6]
[0061]實(shí)施例6是以與實(shí)施例5類似的做法來去除鋼材的銹皮，即重復(fù)進(jìn)行除銹處理2次，且步驟(a)的處理試劑不需更換；不同的地方在于:改變處理試劑的種類及濃度及化學(xué)浸潰法的操作參數(shù)，該處理試劑、操作參數(shù)及處理次數(shù)如表1所示。
[0062]將實(shí)施例6經(jīng)去除銹皮的鋼材表面進(jìn)行與實(shí)施例1相同的除銹效果評估，結(jié)果如表1所示。
[0063][比較例I][0064]比較例I的除銹處理僅進(jìn)行I次，方法如下:
[0065]第一次除銹處理
[0066]步驟(a)-配制0.5M的硫酸鈉水溶液作為處理試劑，采用化學(xué)電解法于30°C下將該表面含有銹皮的鋼材浸潰于該硫酸水溶液中進(jìn)行陽極電解60秒，電流密度為100安培/平方米。
[0067]步驟(b)_將該鋼材自該處理試劑取出并去除表面多余的處理試劑，再以該刷磨材料對該鋼材進(jìn)行刷磨，使已松動的銹皮自該鋼材表面脫離。
[0068]比較例I的除銹處理?xiàng)l件及各項(xiàng)操作參數(shù)詳細(xì)記載于表1，并將該經(jīng)去除銹皮的鋼材表面進(jìn)行與實(shí)施例1相同的除銹效果評估，結(jié)果如表1所示。
[0069]
【權(quán)利要求】
1.一種去除鋼材的銹皮的方法，其特征在于:其包含使一表面含有銹皮的鋼材進(jìn)行至少兩次的除銹處理，該除銹處理是由步驟(a)及步驟(b)所組成: 步驟(a):將該鋼材置于一處理試劑中，并利用化學(xué)浸潰法或化學(xué)電解法，使該銹皮自該鋼材表面松動但不脫離該鋼材；及 步驟(b):將該鋼材自該處理試劑中移出，利用機(jī)械方法，使已松動的銹皮自該鋼材表面脫離。
2.如權(quán)利要求1所述的去除鋼材的銹皮的方法，其特征在于:該鋼材是選自于碳鋼、不銹鋼或高合金鋼。
3.如權(quán)利要求1所述的去除鋼材的銹皮的方法，其特征在于:該化學(xué)電解法是選自于直接接觸該鋼材的導(dǎo)電方式，或非直接接觸該鋼材的變極方式。
4.如權(quán)利要求1所述的去除鋼材的銹皮的方法，其特征在于:該處理試劑包含一含水溶液，該含水溶液是選自于硫酸水溶液、硫酸鈉水溶液、磷酸鈉水溶液、磷酸三鈉水溶液、氯化鈉水溶液、氯酸水溶液、硫酸銨水溶液，及磷酸銨水溶液。
5.如權(quán)利要求4所述的去除鋼材的銹皮的方法，其特征在于:該含水溶液是選自于0.5至IOM硫酸水溶液、0.1至2M硫酸鈉水溶液、0.1至2M磷酸鈉水溶液、0.1至2M磷酸三鈉水溶液、0.1至5M氯化鈉水溶液、0.1至2M氯酸水溶液，及0.1至2M硫酸銨水溶液，及0.1至2M磷酸銨水溶液。
6.如權(quán)利要求1所述的去除鋼材的銹皮的方法，其特征在于:該化學(xué)浸潰法的處理時(shí)間為10至30分鐘。
7.如權(quán)利要求1所述的去除鋼材的銹皮的方法，其特征在于:該化學(xué)電解法的處理時(shí)間為I至120秒，電流密度為10至400安培/平方米。
8.如權(quán)利要求1所述的去除鋼材的銹皮的方法，其特征在于:該步驟(a)是在O至90°C進(jìn)行。
9.如權(quán)利要求4所述的去除鋼材的銹皮的方法，其特征在于:該處理試劑還包含一氧化劑。
10.如權(quán)利要求9所述的去除鋼材的銹皮的方法，其特征在于:該氧化劑的濃度為0.1至2M，且選自于過氧化氫、氯酸、次氯酸、過氯酸，或其鹽類。
【文檔編號】C25F1/02GK103898525SQ201210585842
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2012年12月28日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月28日
【發(fā)明者】周宜錦, 周泰隆 申請人:周宜錦, 周泰隆