ИДЕНТИФИЦИРОВАНИЕ МЕХАНИЗМА БЕСКОНТАКТНОГО БИПОЛЯРНОГО ТРАВЛЕНИЯ ХРОМОНИКЕЛЕВЫХ СТАЛЕЙ В НЕЙТРАЛЬНОМ РАСТВОРЕ СЕРНОКИСЛОГО НАТРИЯ

Несмотря на достаточно широкое использование так называемого нейтрального электрохимического травления в практике рулонного способа производства нержавеющих сталей [1, 2] до сих пор нет единства во взглядах на суть его электрохимического механизма [3], знание которого необходимо для рационального подбора режимов травления сталей и сплавов других классов, а также для усовершенствования конструкции ванны и электродов [4].

Лабораторная имитация электрохимических условий травления нержавеющей стали в нейтральном электролите была предпринята с использованием параметров ванны травления непрерывного закалочнотравильного агрегата

Челябинского металлургического комбината. Непосредственные измерения потенциалов травящейся полосы стали проведены в работающей ванне этого агрегата. Ванна представляет собой емкость, заполненную 15 %ным Na2S04 (60...75 °С) с шестью парами электродов (катод—анод), причем каждый электрод представлен двумя пластинами — полуэлектро дами, так что полоса стали, движущаяся горизонтально, располагается в промежутке между ними. Каждая пара катод— анод образует секцию с независимо регулируемой силой постоянного тока. Ток, протекающий между электродами, частично шунтируется полосой, которая становится своеобразным биполярным электродом с анодной стороной в пространстве катодов и катодной стороной в пространстве анодов.

Электрохимические условия травления воспроизводили с помощью потенциостата П5848 с учетом геометрических и электрических параметров рабочей ванны. Было принято допущение, что между разноименными электродами плотность тока на полосе изменяется линейно от максимальной анодной (первым электродом ванны является катод) до максимальной катодной, проходя через нулевое значение посередине расстояния зазора между катодом и анодом. Программу работы потенциостата разрабатывали, сочетая гальваностатический и гальванодинамический режимы. Длительность первого определяли из величины скорости движения полосы, длины электродов (по продольной оси ванны), а скорость изменения плотности тока в гальванодинамическом режиме и длительность этого режима по времени пребывания каждого участка полосы в зазоре между разноименными электродами.

Для экспериментов с электродом из стали 12Х18Н10Т применили ячейку ЯСЭ—2, термостатированную при 70 °С, неперемешиваемый 15 %ный Na2S04, находящийся в свободном контакте с воздухом. Зависимость потенциал — время записывали с помощью двухкоординатного самописца ЛКД4—003. На

рис. 1 приведена запись имитации травления при скорости движения полосы бм/мин и силе тока, в каждой из секций, равной 2 кА. Зависимость относится к прохождению полосы через две секции электродов и катода третьей секции.

Высокий анодный потенциал травящийся электрод имеет на стадии прохождения анодного тока. Поэтому травление стали протекает в области транспассивности с образованием шестивалентного иона хрома (подтверждено химическим анализом электролита). Параллельно проходит анодная реакция выделения кислорода. Высокий катодный потенциал полоса имеет при прохождении катодного тока, благодаря чему происходит выделение водорода [3].

Полученные результаты были подтверждены при измерении потёнциала полосы непосредственно в работающей ванне. Для осуществления эксперимента на верхней поверхности полосы стали 12Х18Н10Т закрепляли в специальной вставке хлорсеребряный электрод сравнения, который перемещался через ванну вместе с полосой, проходя последовательно через все шесть пар электродов (шесть секций). Изолированный провод от контакта с металлом полосы, находящимся в непосредственной близости от носика электрода сравнения ЭВЛ—1М, а экранированный провод от последнего выводили на вход вольтметра В7—26, с выхода которого сигнал подавали на осциллограф Н700. С помощью этого осциллографа фиксировали потенциал в течение прохождения устройства через ванну (рис. 2).

Зависимость потенциал — время, с одной стороны, показывает, как изменяется потенциал конкретного участка полосы при ее движении через ванну: каждый участок полосы 6раз является анодом и 6раз— катодом. В

анодной фазе на полосе выделяется кислород (подтверждено газовым анализом) и происходит растворение стали с образованием шестивалентного хрома (показано анализом электролита ванны). Сравнение значений анодных потенциалов с анодной поляризационной кривой стали 12Х18Н10Т в нейтральном 15 %ном NajS04 подтверждает предположение, что травление стали протекает в состоянии транспассивности в анодный полупериод. В катодный полупериод на полосе выделяется водород, способствующий отрыву от поверхности частиц окалины. С другой стороны, график изменения потенциала дает псевдоста ционарную картину распределения потенциала полосы по длине ванны, что косвенно. свидетельствует о распределении плотности тока на соответствующих участках полосы и отражает эффективность работы электродов и их состояние.

Таким образом, с использованием измерений в лабораторных и заводских условиях идентифицирован механизм бесконтактного электрохимического травления хромоникелевой стали в нейтральном электролите. Доказано, что травление стали протекает в транспассивном состоянии во время пребывания полосы в зоне катодов ванны (анодный полупериод). Выделение водорода на полосе во время катодного полупериода способствует отделению окалины. Определение механизма травления позволяет рационализировать конструкцию ванны (размеры электродов, соотношение их поверхностей) и оптимизировать режим (подбор плотности тока) с целью обеспечения возможности травления сталей и сплавов других классов.

СБОРНИК НАУЧНЫХ ТРУДОВ Черная металлургия России и стран СНГ в XXI веке. Т о м 5, Москва 1994