Verfahren zum elektrolytischen Beizen von Edelstahl

Beschreibung

[0001] Der Erfindung betrifft ein Verfahren zum elektrolytischen Beizen von Edelstahlband, insbesondere von Edelstahl-Warmband, bei welchem das Edelstahl-Warmband vorerst in einer wässrigen neutralen Lösung von Na₂SO₄ abwechselnd anodisch und kathodisch gebeizt wird.

[0002] Verfahren zum elektrolytischen Beizen von Edelstahl in verschiedenen Säuren, wie beispielsweise Schwefelsäure oder Salpetersäure, sind seit vielen Jahren bekannt und haben sich bereits weltweit durchgesetzt. Derartige Verfahren benötigen jedoch als nachfolgenden Schritt eine Behandlung in einer Mischsäure, wie beispielsweise einer Mischung von Salpetersäure und Flußsäure, um die chromverarmte Schicht an der Oberfläche zu entfernen. Ein seit längerer Zeit bekanntes Problem bei diesen Verfahren liegt nun darin, daß bei dieser Säurenachbehandlung gefährliche Gase,wie nitrose Gase, frei werden.

[0003] Infolgedessen wurden verschiedene Verfahren entwickelt, um diese nitrosen Gase durch Zusatz von Harnstoff oder Wasserstoffperoxid zur Mischsäure zu vermeiden.

[0004] Des weiteren wurde versucht, den Edelstahl in einer wässrigen Neutralsalzlösung vorzubehandeln und anschließend mit Mischsäure fertigzubeizen. So beschreiben etwa die AT-PS 252 685 und die AT-PS 240 674 zweistufige elektrolytische Beizverfahren, wobei das erste Beizbad eine wässrige Lösung eines neutralen Alkalisalzes einer Mineralsäure, vorzugsweise Natriumsulfat ist. Anschließend folgt eine elektrolytische Beize in wässrigen Lösungen von Mineralsäuren, wofür Schwefel-, Salpeter-, Salz- oder Mischsäuren als Beispiele angegeben werden. In all diesen genannten Verfahren ist es jedoch nicht oder nur unzureichend gelungen, die Bildung giftiger Dämpfe, unter anderem nitroser Gase, wirksam zu verhindern.

[0005] Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt nun darin, ein Verfahren zu elektrolytischen Beizen von Edelstahlbändern zu schaffen, bei welchem in der Nachbehandlung die Bildung nitroser Gase vollständig vermieden wird, welches des weiteren mit einem geringen Kosten- und Arbeitsaufwand arbeitet und ein zunderfreies, hell glänzendes Edelstahlband liefert.

[0006] Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Edelstahl-Warmband anschließend in einer wässrigen Neutralsalzlösung, welche die selben Anionen enthält wie die herkömmliche HNO₃/HF-Mischsäure, abwechselnd anodisch und kathodisch gebeizt wird, wobei nach einem weiteren Merkmal die wässrige Neutralsalzlösung eine Lösung von NaNO₃ und NaF ist.

[0007] Ein weiteres Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, daß die Konzentration an NaNO₃ zwischen 100 und 400 g/l, vorzugsweise 200 bis 300 g/l und die Konzentration von NaF Zwischen 10 und 100 g/l, vorzugsweise zwischen 40 und 60 g/l beträgt.

[0008] Nach einem weiteren Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens beträgt die Temperatur in der Lösung von NaNO₃ und NaF zwischen 20 und 90°C, vorzugsweise zwischen 60 und 80°C.

[0009] Als weiteres Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, daß die anodische und die kathodische Stromdichte beim elektrolytischen Beizen in der Lösung von NaNO₃ und NaF zwischen 1 und 50 A/dm², vorzugsweise zwischen 10 und 30 A/dm² beträgt.

[0010] Nachdem das verzunderte Edelstahlband in einer wässrigen Lösung von Na₂SO₄ abwechselnd anodisch und kathodisch gebeizt wurde, wird es gespült und mit Kunststoffbürsten gebürstet. Hierauf wird es zur Entfernung des restlichen anhaftenden Zunders in einer wässrigen Neutralsalzlösung, welche die selben Anionen enthält wie die herkömmliche Salpeter-Flußsäure-Mischung, abwechselnd anodisch und kathodisch gebeizt. Vorzugsweise wird zu diesem Zweck eine Lösung von NaNO₃ und NaF angesetzt. Nach der anschließenden Schlußspülung, welche ebenfalls eine mechanische Bandreinigung mit Bürsten enthält, erhält man ein zunderfreies, hell glänzendes Edelstahlband.

[0011] Die Neutralsalzlösung wird im allgemeinen durch Zugabe der jeweiligen Nitrate bzw. Fluoride in der gewünschten Menge in Wasser hergestellt. Jedoch sind auch andere Herstellwege möglich, insbesondere im Zuge von Versuchsanlagen kleiner Dimensionen, wo z.B. ein Neutralisieren von HNO₃/HF-Mischsäure mit Alkalilaugen erfolgen kann. Wirtschaftliche Überlegungen führen zur Verwendung der Natriumsalze, da diese preislich am günstigsten sind, doch ist die Verwendung von Nitraten und Fluoriden mit anderen Kationen, wie etwa Kalium, genausogut möglich.

[0012] Durch die elektrolytische Beize mit NaNO₃ und NaF wird die Bildung von nitrosen Gasen vermieden, da das Edelstahlband nicht in Säure gebeizt wird, sondern die Säure nur dort, wo sie benötigt wird, durch Elektrolyse hergestellt wird.

[0013] Ein weiterer Vorteil dieses erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, daß der gelöste Zunder nicht als Salz in Lösung geht und somit Säure verbraucht, sondern gleich als Hydroxid ausfällt.

[0014] Dieser beim Beizen entstehende Metallhydroxidschlamm wird durch mechanische Methoden, wie beispielsweise Filter, Eindicker oder Zentrifugen, von der Lösung abgetrennt. Damit wird nicht nur der Chemikalienverbrauch reduziert, sondern es entstehen auch leicht deponierbare Metallhydroxide.

[0015] Nachfolgend werden anhand von Ausführungsbeispielen weitere Einzelheiten bzw. Vorteile des vorliegenden erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben:

Beispiel 1:

[0016] Ein Edelstahl-Warmband der Qualität AISI 304 wurde in einer kombinierten Glüh- und Beizlinie vor dem Beizen bestrahlt, um den Zunder an der Oberfläche teilweise zu entfernen und anschließend elektrolytisch in einer wässrigen Na₂SO₄-Lösung, einer Konzentration von 150 g/l mit 10 A/dm² abwechselnd anodisch und kathodisch gebeizt, wobei die Temperatur im Bereich zwischen 60 und 80°C gehalten wurde. Zum Vergleich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wurde das Edelstahlband zuerst auf rein chemische Weise im selben Temperaturbereich in einer wässrigen Lösung von 150 g/l HNO₃ und 25 g/l HF zur Entfernung der chromverarmten Schicht fertig gebeizt. Das Band war zunderfrei, doch entstanden beim Beizen in der Säure nitrose Gase in einer Konzentration von 500 - 800 ppm, die in der Abgasreinigungsanlage aus dem Abgas entfernt werden mußten.

Beispiel 2:

[0017] Bei der gleichen Anlage und unveränderten Parametern wurde zur Verringerung der Emission an nitrosen Gasen dem zweiten Beizbad eine wässrige 10-20%ige Lösung von Harnstoff zugesetzt, wodurch die Konzentration an nitrosen Gasen von 500 - 800 ppm auf 100 - 150 ppm verringert wurde, aber nicht vollständig vermieden werden konnte.

Beispiel 3:

[0018] Um ein Band nunmehr nach dem Verfahren gemäß der Erfindung behandeln zu können, wurde die Säure anschließend mit Natronlauge neutralisiert sodaß eine wässrige, neutrale Lösung mit einer Konzentration von 200 g/l NaNO₃ und 50 g/l NaF erhalten wurde. Der Beizbottich wurde mit Elektroden ausgestattet und diese an einen Gleichrichter angeschlossen. Bei gleicher Behandlungsgeschwindigkeit in der Anlage wurde bei einer Stromdichte von 20 A/dm² und in demselben Temperaturbereich wie in Beispiel 1 ebenfalls ein zunderfreies Band erhalten, es kam jedoch zu keiner Emission von nitrosen Gasen in der Absauganlage.

Beispiel 4:

[0019] Die Versuche wurden mit identischen Parametern wie in den ersten drei Beispielen bei einem ferritischen Warmband der Qualität AISI 430 wiederholt. Beim Beizen mit Säure entstanden dabei 3000 -5000 ppm nitrose Gase, die durch Zugabe von Harnstoff auf 500 - 750 ppm reduziert werden konnten. Wurde dagegen die Nachbehandlung mit einer wässrigen NaNO₃- und NaF-Lösung durchgeführt, entstanden keine nitrogen Gase und das Edelstahlband war bei gleicher Behandlungslänge und Anlagengeschwindigkeit ebenfalls zunderfrei.

Beispiel 5:

[0020] Beide Edelstahlbänder wurden im Kaltwalzwerk gewalzt, anschließend geglüht und nochmals gebeizt. Auch hier entstanden bei der Nachbehandlung in der NaNO₃-NaF-Lösung keine nitrosen Gase, während beim Beizen in Säure bei AISI 304 300 - 500 ppm und bei AISI 430 800 - 1000 ppm nitroser Gase im Abgas gemessen wurden.

Ansprüche

1. Verfahren zum elektrolytischen Beizen von Edelstahlband, insbesondere eines Edelstahl-Warmbander, bei welchem das Edelstahl-Warmband vorest in einer wässrigen neutralen Lösung von Na₂SO₄ abwechselnd anodisch und kathodisch gebeizt wird, wobei die Konzentration an Na₂SO₄ in der wässrigen Lösung zwischen 50 und 300 g/l, vorzugsweise zwischen 100 und 200 g/l, die Temperatur zwischen 20 und 90°C, vorzugsweise zwischen 60 und 80°C, und die anodische und die kathodische Stromdichte beim elektrolytischen Beizen zwischen 1 und 50 A/dm², vorzugsweise zwischen 10 und 30 A/dm², beträgt, dadurch gekennzeichnet, daß das EdelstahlWarmband anschließend in einer wässrigen Neutralsalzlösung, welche die selben Anionen enthält, wie die herkömmliche HNO₃/HF-Mischsäure, abwechselnd anodisch und kathodisch gebeizt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die wässrige Neutralsalzlösung eine Lösung von NaNO₃ und NaF ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration an NaNO₃ zwischen 100 und 400 g/l, vorzugsweise zwischen 200 und 300 g/l, und die Konzentration von NaF zwischen 10 und 100 g/l vorzugsweise zwischen 40 und 60 g/l, beträgt.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur in der NaNO₃/NaF-Lösung zwischen 20 und 90 °C, vorzugsweise zwischen 60 und 80°C beträgt.

5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die anodische und die kathodische Stromdichte beim elektrolytischen Beizen in der NaNO₃/NaF-Lösung zwischen 1 und 50 A/dm², vorzugsweise zwischen 10 und 30 A/dm², beträgt.