Wirkung von Inhibitoren auf das Beizen von warmgewalzten Stahlbändern

Abstract

In dieser Arbeit wird der Beizprozess von warmgewalzten niedriglegierten Stahlblechen näher untersucht. Das Hauptaugenmerk liegt dabei auf dem Einsatz von Alkinolen als Beizinhibitoren und ihrem Einfluss auf die Oberflächenqualität der gebeizten Bleche. Des Weiteren soll der Mechanismus, mit dem diese Inhibitoren in den Prozess eingreifen, erforscht werden. Zu diesem Zweck kommt ein weites Spektrum analytischer Methoden zur Anwendung. Der zeitliche Ablauf von Beizprozessen wird mit zwei unterschiedlichen Herangehensweisen beleuchtet. Einerseits werden Beizzeitserien, mit und ohne Inhibitoren, in einem Laborbeizaggregat durchgeführt. So gebeizter Weich-, Elektroband-, Phosphor-legierter, Dualphasen- und Komplexphasenstahl wird entsprechend präpariert und mit bildgebenden Verfahren untersucht. Von den untersuchten Stählen zeigt als einziger Elektrobandstahl eine deutlich veränderte Oberflächenmorphologie durch das Beizen mit Inhibitor. Bei allen anderen Stahlsorten werden bei inhibierter Beizung die gleichen Oberflächenstrukturen erzeugt wie bei nicht inhibierter Beizung, jedoch zeitlich verzögert. Andererseits kommen elektrochemische Messmethoden " Electrochemical Noise- und monofrequente Impedanzmessungen " zum Einsatz, um die Veränderungen des Systems während des Einsetzens der Inhibitorwirkung zu verfolgen. Aus diesen Experimenten geht hervor, dass der Inhibitor über Adsorption wirkt. Die Wirkungskraft des Inhibitors ist deutlich von der Temperatur abhängt. Je höher die Temperatur ist, umso schneller setzt die Inhibitorwirkung ein, desto schwächer ist sie jedoch absolut. Sowohl bei den Beizzeitversuchen als auch bei den monofrequenten Impedanzmessungen hat sich gezeigt, dass die Inhibierung einige Sekunden benötigen dürfte, um ihre volle Wirkung zu entfalten. Mit Hilfe von potentiodynamischen Polarisationsmessungen wird gezeigt, dass in der Beizlösung vorhandene mehrwertige Ionen einen deutlichen Einfluss auf die Inhibitorwirkung haben. Besonders in der Lösung vorhandenes Fe3+ hat eine stark schwächende Wirkung auf die Inhibierung. Die Bildung von Inhibitor-Adsorptionsschichten an Stahloberflächen wird mit Infrarot- und Ramanspektroskopie sowie Atomic Force und Scanning Electron Microscopy analysiert. Die Orientierung der Anlagerung von Alkinolen an einer Stahloberfläche wird mit Röntgenphotoelektronenspektroskopie untersucht. Generell zeigt sich, dass die sehr geringen an der Stahloberfläche angelagerten Inhibitormengen an und teilweise jenseits der Nachweisgrenze der verwendeten Analysentechniken liegen.

The subject of this study is the pickling process of low-alloyed hot-rolled steel. The main focus lies on the application of ynoles as pickling inhibitors. Their effect on the surface quality of the pickled steel sheets and the mechanism by which they influence the process is to be studied. To this end a wide variety of analytical methods are put to use. Two different approaches are used to look at the timing of pickling. On one hand pickling time series, with and without inhibitors, are carried out in a laboratory pickling unit. The surfaces of thus pickled mild, electrical-, phosphorus alloyed-, dual-phase- and complex-phase steels are visualised with imaging techniques. Of the examined steels only electrical steel shows a distinctly different surface morphology when pickled with inhibitor. All other steels develop the same surface structures when pickled with or without inhibitor, though the inhibited pickling is lagging behind. On the other hand electrochemical methods ¿ electrochemical noise and single frequency impedance measurements ¿ are used to record the changes of the system during the start of inhibition. These experiments reveal that the inhibitor operates through adsorption. The inhibitor effectivity is clearly temperature dependent. At higher temperatures its absolute power is lowered but its onset is accelerated. The result of the pickling time series as well as the single frequency impedance measurements is that the inhibitor seems to take a few seconds before it reaches its full potential. Potentiodynamic polarisation is used to study the influence of ions in the pickling solution on the inhibition. Especially Fe3+ has a huge adverse impact on the inhibitor effectivity. Inhibitor adsorption layers on steel are studied through IR-spectroscopy, Raman spectroscopy, atomic force- and scanning electron microscopy. The orientation of adsorbed ynoles was investigated with X-ray photoelectron spectroscopy. It turned out that the small quantities of the adsorbed inhibitor molecules lie at or beyond the limit of detection of these methods.