Mechanismen beim Beizen von Stahlband in Schwefelsäure und Salzsäure

Abstract

Ein Ziel dieser Dissertation war die Quantifizierung der Parameter, die die Beizzeit und den Stahlabtrag in Schwefelsäure und Salzsäure bestimmen, um das Beizen von Stahlsorten, die repräsentativ für die Produktion der voestalpine Stahl GmbH sind, zu optimieren.<br />Darüber hinaus wurden ein Verfahren zur Beurteilung der Rissigkeit und Porigkeit der Probenoberfläche und eine optische Methode zur Beizendpunktbestimmung entwickelt und die zur Zunderphasenanalytik eingesetzte Röntgendiffraktionsmessung in Hinblick auf Bestimmungsgrenze und Reproduzierbarkeit optimiert. Zusatz von NaCl zu einer Schwefelsäurebeize ergab neben einer deutlichen Beizzeitverminderung auch ein verbessertes optisches Erscheinungsbild.<br />Das zweite Ziel dieser Arbeit war eine vertiefende Untersuchung der während des Beizens ablaufenden chemischen und elektrochemischen Vorgänge. Ein Vergleich des elektrochemischen Anteils an der Gesamtreaktion beim Schwefelsäure- und Salzsäurebeizen zeigte, daß die Wahl der Beizsäure kaum einen Einfluß auf die potentialunterstützte Reaktion aufweist. Der große Beizzeitunterschied zwischen den beiden Säuren läßt darauf schließen, daß der Beizprozeß noch durch weitere Prozesse beeinflußt wird, die bei den beiden Beizsäuren sehr unterschiedlich ausgeprägt sind. Bei schwefelsäuregebeizten Proben fällt mit zunehmender Beizdauer eine Tendenz zur Unterwanderung der Zunderschicht auf, während bei salzsäuregebeizten Proben neben einer Aufrauhung der Probenoberfläche eine relativ kompakte Aufweitung der vom Beizangriff betroffenen Stellen sowie eine sukzessive Abnahme der Zunderschichtdicke von oben beobachtet wird.<br />Zyclovoltammetrische Messungen an unlegierten und niedriglegierten Proben gewalzten Warmbands ergaben, daß ein hoher Gehalt an freiem Eisen zu einem deutlich ausgeprägten Oxidationspeak führt. Bei der Reduktion ist die Reaktion umso weniger gehemmt, je höher der Wüstitgehalt der Proben ist. Diese Ergebnisse wurden durch Polarisierungsversuche bestätigt. Zunderpulverproben und Zunderschollen wiesen bei Dreieckspannungsmessungen im Vergleich zu Proben gewalzten Warmbands eine geringere elektrochemische Reaktivität auf.

One aim of this thesis was to quantify the parameters that influence pickling time and steel loss during pickling with sulphuric acid and hydrochloric acid to optimise the pickling of steel qualities representative for the production of the voestalpine Stahl GmbH. Also, a method that enables determining the amount of cracks and pores on the sample surface and a method for optical endpoint determination were developed and the X-ray diffraction method used for scales phase analyses was optimised with regard to detection limit and reproducility.<br />Adding NaCl to a sulphuric acid pickling solution resulted in a reduction of pickling time and an improved optical appearance.<br />The second aim of this thesis was an in-depth research of the chemical and electrochemical processes that take place during pickling. The electrochemical fraction of the overall reaction that takes place during pickling with sulphuric or hydrochloric acid was also studied by applying an external electric potential to the samples. It showed that the choice of pickling acid did not have much influence on the electrochemical reaction when supported by a potential. It is assumed that the large difference in pickling time between sulphuric and hydrochloric acid in a standard pickling operation is caused by other processes that vary with the acids. Samples pickled with sulphuric acid show a tendency to sub-surface attack, while on samples pickled with hydrochloric acid both a relatively compact enlargement of areas affected by pickling attack and a gradual decrease in scale layer thickness from the top can be observed. Also, the scale surface is characterised by a rough and almost serrated appearance in the latter case.<br />Cyclovoltammetric measurements on samples of unalloyed and low-alloyed hot-rolled steel strip showed that a large amount of free iron in the scale leads to a clearly defined oxidation peak. The higher the amount of wustite, the less inhibited is the reduction. In comparison to samples of hot-rolled steel strip, scale powder samples and scale chips showed a lower electrochemical reactivity in cyclovoltammographic experiments.