第三节　钢管热镀锌前的预处理

一、钢管基体镀锌前表面状态分类

为保证钢管热浸镀锌过程的正常进行和得到高质量的热镀锌层，必须具备一个洁净的活化的基体表面，为此，将分析一下钢基体的表面状态（即存在的污物和锈层等）。

1.按表面覆盖物（或生成物）的性质划分

（1）物理性覆盖物　环境中的尘埃、固体颗粒、油污、残存的涂层、水垢、油垢等。

（2）化学覆盖物　钢铁在环境中氧化反应或高温状态下生成的氧化铁皮或铁锈。

（3）生物覆盖物　藻类、菌类等生物附着在金属表面所形成的微生物垢。

（4）混合覆盖物　物理、化学、生物共同形成的覆盖物，也是最常见的覆盖物。

2.钢管的制造过程形成的不同覆盖物划分（表4-8）

3.按钢铁制件镀锌前表面状态划分（表4-9）

由于钢铁制件种类较多，制造工艺差异很大，在上表中列出了五种不同的状态和方法，其中对序号3、4两项往往重视不够。从而降低镀层外观质量，应当引起热镀工作者的充分注意。

二、影响钢管表面状态的因素及对热镀锌的影响

1.表面粗糙的形成原因

（1）人为因素

①钢材的原始表面：由热轧钢表面较为粗糙，有时形成明显的纵向条纹。

②机械加工表面：由加工精度和表面粗糙度的级别来确定。

③热加工表面：由铸锻工艺来确定，普通铸件表面较为粗糙。铸件通常要经喷砂（丸）清理，丸或砂（统称磨料）的形状和粒度大小将直接影响到钢制品表面的粗糙度。

④酸洗过度：造成钢基体的腐蚀麻坑。

（2）自然因素。储存在大气环境中的各种钢材会发生不同程度的锈蚀，将会增加其表面的粗糙度。

2.粗糙度对镀锌层的不利影响

①粗糙表面锌层厚度明显增大，这是由于铁-锌合金反应过程加剧而造成。

②粗糙表面制件表面积增加，显著增加锌耗。

③粗糙表面，浸锌后会在制件表面产生稠密的凹坑和凸起点，造成麻点及锌瘤等缺陷。

三、钢管热镀锌前的表面预处理

（一）碱性脱脂

1.脱脂的重要性

脱脂亦称除油，其主要目的是得到清洁的表面，是钢制品热浸镀前处理的基本工序之一，也是整个前处理过程的基础。有的生产厂家，往往忽略产品脱脂工序，原因有二：一是酸洗有些除油作用；二是热浸镀过程是在较高温度下进行的，未除尽的油脂在浸镀时，可以自然燃烧掉，认为对镀层形成似乎不会有太大影响。脱脂不良使后续的前处理工序受到不利的影响，表现如下。

①油脂混溶于酸液和漂浮在酸液表面，影响酸洗化学反应过程，离开酸液后，特别是螺纹表面仍有油膜。

②产品表面会形成油膜部分和无油膜部分，酸洗强弱不一致造成除锈不均匀，延长酸洗时间，也会造成过酸洗，增加酸液消耗；酸洗过度造成紧固件表面粗糙，增加锌耗。

③造成溶剂处理不充分，不完整，产品表面的溶剂不均匀，从而影响到对锌液的净化并会使产品出现漏镀和附着强度降低。

2.钢管常用脱脂处理方法

热碱脱脂的原理和常用碱及碱性盐的种类与特性如下。

热碱脱脂是紧固件表面脱脂最常用的方法，其原理是：油污中的动植物油除去是靠皂化反应，所谓皂化就是油污与除油液中碱液起化学反应生成肥皂和甘油。一般动物油的主要成分是硬脂酸脂，它和碱液的反应如下。

　　 （4-4） 　　

油污中矿物油与碱不能皂化，但在一定条件下碱液可以与之进行乳化反应。所谓乳化就是工件表面的油膜与碱液中具有乳化功能的物质相互作用（分散、渗透、降低界面张力）把油膜剥离下来，形成很小的油珠，分散在碱液溶液中形成一种混合物（即乳化液），并让它们漂浮于液面，再把它们清除掉。皂化过程将会增强乳化反应，因为皂化时形成的肥皂就是一种良好的乳化剂。在碱性除油中常用的乳化剂有硅酸盐、磷酸盐及表面活性剂等。碱性溶液的化学除油，随温度升高，皂化与乳化反应作用均得到加强，同时溶液的对流也有利于油珠脱离金属表面并上浮于液面。碱及碱性盐类的脱脂剂是比较传统的常规方法，采用表面活性剂与之共用脱脂效果大大加强。

热碱脱脂常用碱及碱性盐的种类与特性，见表4-10。

3.常用热碱脱脂的化学药品

（1）氢氧化钠　它是热碱脱脂溶液的基础部分，高碱度在较高的温度下对油脂有很强的皂化能力，但是浸润性不好，洗净性较差。所以，一般不单纯使用，脱脂后必须用热水清洗，对钢铁材料的脱脂用量一般为30～80g/L，它对铝、铜等有色金属有腐蚀性。

（2）碳酸钠　它的碱性比氢氧化钠弱，对溶液的pH值有缓冲作用，具有一定的去污能力，其价格便宜，用量30～50g/L。

（3）碳酸三钠　具有较好的分散性、浸润性和一定的乳化作用，可提高皂类物质的可水洗性，所以是对氢氧化钠和碳酸钠的作用的有效补充，磷酸三钠水解可生成氢氧化钠，因此，它对溶液的碱度有良好的缓冲作用。但它的价格稍高，一般用量25～35g/L。

（4）硅酸钠　它包括正硅酸钠（俗称水玻璃，宜用模数SiO₂/Na₂O=3.0～3.25的水玻璃，其反絮作用较好）和偏硅酸钠（五水偏硅酸钠Na₂SiO₃·5H₂O、九水偏硅酸钠Na₂SiO₃·9H₂O及无水偏硅酸钠，均为白色晶体）。它们在脱脂方面的特性是相同的，在商品脱脂剂中多用偏硅酸钠。

硅酸钠是脱脂剂中必不可少的，因为它具有良好的浸润性、分散性、乳化性及pH值缓冲能力。它的弱点是对脱脂的水洗带来一定的困难，必须用热水充分清洗，否则会留下硅酸钠水解产物的薄膜或粉状残留物。通常用5～15g/L。硅酸钠在水溶液中水解呈胶体多硅酸，即：

　　 （4-5） 　　

带电荷的胶体附在各个油污微粒上，由于同种电荷的相斥，起到悬浮和乳化微粒作用，当硅酸钠与多种无机助剂和表面活性剂配用时，将会产生协同效应，产生奇佳的脱脂效果。

（5）三聚磷酸钠　它与硅酸钠相似，在水溶液中也是多电荷胶团结构的电解质，具有较强的分散、乳化、浸润作用。实践表明，在较重的油污的低温清洗中，应加入一定量的三聚磷酸钠效果显著，其加入量为5～10g/L。

（6）六偏磷酸钠　它类似聚磷酸盐，具有环状化合物结构，具有很强的分散性和抗硬水性。六偏磷酸钠与三聚磷酸钠配合去除重固体垢具有明显的效果。应当注意选用各种磷酸盐作助剂时会对环保治理带来一些困难。

4.常用表面活性剂的特性与应用

常用非离子表面活性剂的特性与应用，在常规的脱脂剂溶液中，需要添加一定量的表面活性剂，可以加快清洗速度。表4-11、表4-12所示为非离子表面活性剂和阴离子表面活性剂。

非离子表面活性剂与碱及碱性盐类混合配制都可以起到明显提高洗涤脱脂的效果，表现在降低表面张力，增加润湿、乳化作用，缩短时间，减低脱脂温度。特别是与偏硅酸钠、正硅酸钠配合使用效果显著。这里要强调非离子表面活性剂的特性：脱脂去污能力强；在低浓度的情况下，乳化剂脱脂效果仍较好。其原因是非离子表面活性剂比阴离子表面活性剂的临界胶束浓度低，即使浓度在较低时，仍可得到良好的脱脂能力。

表4-12所示的阴离子表面活性剂，具有一定去污能力，但明显低于非离子表面活性剂。但其来源广、种类多，且价格便宜。其特性与应用简介如下。

①十二烷基苯磺酸钠（ABS）。有效成分约在60％，是淡黄色膏状物，也有加入芒硝（硫酸钠）经喷雾干燥的颗粒状制品，为民用洗衣粉中的主要成分，是消费量最大的民用洗涤剂。

②脂肪醇聚氧乙硫酸钠（AES）。去油污能力强于十二烷基苯磺酸钠，适应于配置重垢型液体合成洗涤剂，成本较高。

③十二烷基硫酸钠（SDS）。去污效果好，是良好的稳泡剂，抗硬水性好，但其价格较高。

5.常用的脱脂剂配方

两种或多种表面活性剂混合后，在与各种无机盐配伍时产生比原来各自性能更高的使用效果，这种现象叫做协同作用或称复配效应。目前市场上出售的清洗剂（脱脂剂），都是按照上述原则配置的。下面介绍五种常用的清洗剂（脱脂剂）的典型配方，（按质量分数计算）。

配方1：平平加24％；TX-10（辛基酚聚氧乙烯醚）12％；6501（十二烷基二乙醇酰胺）24％；水40％。

配方2：净洗剂105 50％；油酸三乙醇胺皂25％；水余量。

配方3（适用于钢铁脱脂，温度20～25℃）：氢氧化钠10％；碳酸钠20％；硅酸钠18％～35％；三聚磷酸钠10％；脂肪醇聚氧乙烯醚4％～8％；聚氧乙烯失水山梨醇（使用浓度50g/L）6％～12％。

配方4：（低温使用）：氢氧化钠12％；碳酸钠44％；正硅酸钠25％；磷酸三钠10％；表面活性剂9％。

配方5：常温除油清洗剂（浓度g/L）：氢氧化钠20～25；碳酸钠15～20；偏硅酸钠8～12；三聚磷酸钠10～15；复合表面活性剂40～50；（JFC，AES，OP-10，AEO）RQJ（醇、醚、酮等）25～30；水余量。

6.热碱脱脂的工艺参数和控制

（1）溶液温度的控制　经验证明，每提高温度10℃，脱脂效率可提高50％，所以通常要对脱脂剂进行加热（间接加热法）。按脱脂温度可分为四挡，即高温脱脂（70～90℃）、中温脱脂（50～70℃）、低温脱脂（35～50℃）、常温脱脂（15～35℃）。从兼顾脱脂效果和节省能源两方面来看，推荐使用低温脱脂（中小规模）和中温脱脂（大规模生产）。只是在加热能源确有困难的情况下，才使用常温脱脂。这是因为以下原因。

①提高溶液温度脱脂效果明显改善，可缩短脱脂时间，提高生产效率。

②在50℃以下，提高溶液温度，能耗增加幅度小（图4-2）。

从图4-2中可以看出，槽液温度从80℃降到50℃，热能损耗减少了75％；而从50℃降到20℃时，热能损耗仅减少7％。各种油污在40～60℃条件下，如果采用合适的脱脂剂均能达到良好效果。所以，推荐使用50℃左右的脱脂温度。

③采用常温清洗时，其脱脂剂的成本将会成倍增长，脱脂液中有效成分的带出量也较大，因此，应对化工原料费用增加部分与节约能源费用进行切实的成本核算，做出合理的选择。

④如果考虑到热水清洗的必要性（清洗效果和漂洗水的消耗），则会出现降低脱脂温度，反而提高费用，所以应多方面综合考虑。

⑤高温脱脂已经逐渐被淘汰，因为它耗能较大、水的蒸发量也多、污染环境、对生产操作带来不便、易发生烫伤事故，现在已经很少采用。

⑥为了得到稳定的脱脂效果，必须有效地控制槽液温度，有条件时，可以采用自动控温系统。

（2）溶液浓度的控制与调整。

①溶液中脱脂剂主要成分一般不超过100～150g/L，其中表面活性剂的含量不超过2～5g/L，提高溶液浓度有利于降低脱脂温度，降低能耗，但脱脂剂的消耗增加（主要产品带走部分太多）。此外，若药剂复配不当，比如表面活性剂量过多使泡沫增加会造成清洗困难和表面活性剂的浪费。

②槽液分析、调整和维护。

a.碱脱脂液浓度应定期分析。

b.槽液的调整周期，应根据工作量确定，严格按周期更换陈旧槽液。

c.坚持经常性清除槽液表面浮油，必须保证紧固件提出时，液面清洁无油膜。

d.定期排放槽底污物，有条件时，可进行浮油、沉渣的回收及溶液过滤。

e.第一道清洗水（热水）应加回到碱液槽，以减少脱脂剂的消耗，并有利于废水处理。

③为了得到稳定的脱脂效果，必须有效地控制槽液温度，有条件时，可以采用自动控温系统。

7.脱脂方式选择与强化措施

①清洗方式有喷淋、浸渍、滚洗等几种形式，紧固件热浸镀锌大都采用浸渍法和滚洗法。

②强化措施是在脱脂过程辅以机械、电磁、电解等外加作用，以促进脱脂液与产品表面的有效接触和相对运动，加速脱脂剂的渗透和破坏油膜，促进油污卷离分散，可以成倍提高脱脂效率、缩短脱脂时间，其中常用的方法有：在槽底部设置压缩空气喷射管；在槽内安放叶轮搅拌器（适合小型溶液槽）；在槽外设置循环泵和过滤器装置。

若不采用上述的强化措施，在脱脂的浸洗过程中，采取人工多次上下抖动的方式也是有效的。

（二）常温酸性脱脂工艺

1.酸性脱脂工艺应用于发展

从20世纪50年代末，我国就开始生产聚氧乙烯型非离子表面活性剂。那时，市场上出售的海鸥牌液体洗涤剂在纺织、印染、日用化工、电镀等行业得到广泛的应用，其成分为：20％的聚氧乙烯脂肪醇醚硫酸钠、5％聚氧乙烯辛烷基酚醚、10％的十二烷基二乙醇酰胺，其余为水。这种液体洗涤剂呈中性，性质温和、去污能力强，在各种无机酸中具有良好的溶解性，明显降低溶液的表面张力，增加溶液的分散性和浸润能力。所以在各种电镀溶液、酸洗溶液中加入少许就可以提高其多种功效。

①在常温下的盐酸酸洗液中加入0.3％～0.5％的表面活性剂（亦称去油剂），即为去油酸洗一步法工艺。可在常温下进行，可在10～30min内同时完成工件的除油、除锈。对高强度紧固件谨慎选用。

②在硫酸和磷酸水溶液中加入0.5％～1.0％的表面活性剂，在40～50℃条件下可快速去除工件表面的较重的油和锈迹。这种方法在电镀行业的前处理工序中得到应用，但对高强度紧固件不可选用。

2.常温酸性脱脂处理新工艺

近几年来出现的单一的酸洗脱脂工艺引起了人们的重视。它是在常温的酸性脱脂液中进行的，以脱脂为主要目的的工艺方法。这种新工艺在欧洲各国的热浸镀行业前处理中应用较多，并取得了较好的经济效益，值得学习借鉴。

（1）国外常温酸性脱脂液组成与工艺参数

磷酸（工业级80％）5％±0.5％；pH1.7～2.2；温度10～30℃；添加剂（CL-7）3％～5％。

添加剂的主要成分为复配的表面活性剂和酸蚀抑制剂。前者可以增强脱脂能力，后者可以减缓溶液对产品的浸蚀，防止过度产生泥状物。表面活性剂的作用本节已经阐述，抑制剂将在酸洗一节中介绍。

（2）磷酸基脱脂反应机理　它与在盐酸中加表面活性剂的作用及反应机理不同之处是，磷酸基脱脂剂在反应过程中会在钢铁表面形成不溶性的二代磷酸盐（FeHPO₄）和三代磷酸盐［Fe（PO₄）₂］膜层。这一过程可以明显加速产品上的油膜与基体的分离。在一定的酸性条件下，产生如下反应：

　　 （4-6） 　　

　　 （4-7） 　　

　　 （4-8） 　　

　　 （4-9） 　　

由上述反应式中可以看出，由于二代及一代磷酸盐不稳定，发生分解，磷酸不断被还原，所以磷酸几乎不消耗。同时，在钢铁表面形成一层不溶于水的Fe₃（PO₄）₂和FeHPO₄膜层，上述过程会加速油膜的分离。可以观察到在钢基体表面形成大量的微细的油珠随之分离上浮。因此，磷酸基的脱脂液除油效果明显优于盐酸的去油-酸洗一步法处理液。

（3）以磷酸为基的酸性脱脂液的特点　除了具有良好的脱脂能力外，更为主要的优点如下所述。

①该酸性脱脂液的使用寿命非常长。从理论上说是无期限的，国外资料介绍为20年以上，无需更换槽液，只要滤出漂浮物及少量的泥状物即可。

②酸性脱脂后不需要水洗，转入下一道正常布置的酸洗除锈工序。在酸性脱脂液中，仅有微弱的除锈功能。若紧固件表面锈蚀较轻微，也可以不再进行酸洗，这些特点很重要，它可以省去除油的水洗工序及酸洗工序，为实现无漂浮水前处理工艺打下良好的基础。

（4）各种脱脂方法技术经济性指标对比　见表4-13。

（三）钢管的酸洗除锈

钢管酸洗是指钢管浸入酸液中，依靠界面化学反应来去除钢管表面残留的氧化皮、锈斑的过程。由于钢所使用的热轧钢带在生产过程中已去除表面的氧化皮层，所以这里的酸洗有两个作用：一是去除表面残留的氧化层、锈斑；二是有着对表面预活化的作用。

1.酸洗除锈机理

（1）与氧化物的反应　酸洗常用的酸（HCl、H₂SO₄等）对Fe₂O₃的溶解作用并不大，对Fe₃O₄的溶解度还要小些，因此，它们不是直接溶解于酸而主要是因为它们和铁基体之间的FeO先被溶解，才使重合于其上的Fe₂O₃、Fe₃O₄因失去和基体的附着而被脱落下来。其反应过程如下。

①酸液沿着Fe₂O₃和Fe₃O₄相层的缺陷处（如微细裂纹）进入FeO并与之进行溶解反应。

②FeO相层的生成热较低，稳定性差，它在酸液中的溶解速度较快，酸与FeO反应物为二价铁盐，它们在酸液中的溶解度很高，有利于反应的进行；而酸与Fe₂O₃及Fe₃O₄的反应物为三价铁盐，在酸液中的溶解度很低，故反应缓慢。

（2）酸液与钢基体的反应　在酸液与钢基体表面的氧化物接触的过程中，由于氧化皮的结构和厚度不均匀及缺陷的存在，酸液会逐渐与钢基体直接接触，发生置换反应，并产生大量的氢气，其作用如下。

①机械剥离作用，由于这部分氢气产生的膨胀压力，将氧化铁皮从钢基体上剥离下来。

②当铁与酸作用在铁溶解的同时，首先生成氢离子，它具有很强的还原能力，会将三价铁的氧化物还原成二价铁的氧化物，有助于氧化物的溶解。

上述两项作用的有益方面是将加速铁锈的氧化铁皮的去除速度，有害方面如下。

①裸露的基体金属的溶解度，会引起产品尺寸改变，可能发生过腐蚀现象，并导致酸液的无谓消耗。

②溶解铁时所析出的氢向铁基体内部扩散，会产生有害的氢脆现象。为了减轻这种不利影响，通常在酸液中添加一定数量的缓蚀剂，并尽量缩短酸洗时间。

2.酸洗工艺和操作

在钢管热浸镀中，常用的酸主要是盐酸和硫酸，两种方法各有优缺点。

（1）盐酸酸洗

①盐酸性质　盐酸分子式为HCl，纯HCl为无色、有强烈刺激气味的气体，其水溶液即为盐酸。工业盐酸中因含少量的铁、氯等杂质，外观为微黄色透明溶液。按照GB 320—93规定，合格品含酸量应≥31％，相当于358g/L，相对密度1.158。浓盐酸在空气中发烟，在空气中浓度达到0.004％时即影响呼吸，对动植物有害；盐酸能与许多金属反应，如铁、锌等放出氢气形成金属氧化物（与金属氧化物形成金属氯化物和水）。

②盐酸酸洗化学反应过程：

　　 （4-10） 　　

　　 （4-11） 　　

　　 （4-12） 　　

　　 （4-13） 　　

③盐酸酸洗的浓度要求　盐酸溶液通常按浓度15％～18％（或160～200g/L）配置，即浓盐酸:水=1:1，并定期补加新酸以维持一定浓度范围。

盐酸酸洗有一个重要特点，即必须在酸洗中含有一定量的二价铁离子方能达到最佳效果，如图4-3。

从图4-3酸洗曲线中可以看出，只有当HCl与Fe²⁺（或FeCl₂）含量处于一个适当的对应值时，才能具有最快的溶解度，取得最佳酸洗效果。如果铁离子超过最佳值之后，FeCl₂在酸液中处于过饱和状态，酸洗速度减缓。

新配溶液起始阶段FeCl₂含量较低，酸洗速度不是很快。产生这种情况的原因是FeCl₂具有一定除锈能力，当FeCl₂含量达到80～90g/L时酸洗速度最高，随后又有所降低。酸洗随使用时间的延长FeCl₂含量不断升高。当FeCl₂含量达到250～300g/L时盐酸浓度低于70～80g/L，此时酸液应予以更换。在此期间，应按照酸洗曲线调整酸浓度，方可取得最佳酸洗效果。当酸液温度降低时，曲线向左下方移动，上述影响更加明显。盲目追求高浓度酸洗是不科学的，酸的浓度增加，FeCl₂饱和浓度随之降低，不利于铁及其氧化物的溶解。

④温度的影响　盐酸酸洗的温度应不低于15℃，否则酸洗速度明显降低，最佳酸洗温度为18～21℃。钢管的盐酸酸洗通常不加温，其酸洗速度也能满足钢管热镀锌生产速度的要求。

⑤缓蚀抑物剂的应用　钢铁在酸洗过程中，产生的氢气逸出时，会明显加速酸雾的挥发，并会使钢铁产生氢脆，人们希望酸在和氧化铁皮、锈蚀反应时，尽量减轻对钢铁基体的腐蚀，那么只有加入微量的缓释剂才能解决。

a.缓释剂的作用机理一般可简单认为：缓释剂是一种带负电荷的极性分子化合物，钢铁裸露部分（呈阳性），会从中吸附一层难溶的保护膜，阻断酸液与钢基体的接触，达到缓蚀目的。

b.抑雾剂作用的机理：在酸洗过程中，能够在酸液表面形成密集连续的泡沫层，从而减少酸雾逸出。通常配置成或购买一种药剂，会同时具备缓蚀与抑雾两种作用。酸液中缓释抑雾剂的用量一定要适当，过少时作用不明显；过量时，会降低酸洗速度或形成过多的泡沫，影响后续的水洗工序。正确使用缓蚀抑雾剂，可以明显降低酸的消耗，从而降低酸洗成本。下面是三种盐酸常温使用的缓蚀抑雾剂的配方。

配方1：六亚甲基四胺19.7％；冰醋酸1.3％；苯胺79％。

配置过程是：依次放入反应器，均匀搅拌进行缩合反应，排出氨气后静止即可。酸洗使用量3～5g/L。

配方2：六亚甲基四胺0.1％～0.35％；X-102 0.05％～0.1％；SDS 0.05％～0.1％；水余量。

配方3：聚乙二醇0.2％；十二烷基硫酸钠0.3％；OP-10 0.6％；柠檬酸0.8％；水余量。

实践证明，当盐酸酸液温度低于15℃时，不宜使用乌洛托品，否则酸洗速度会明显减慢。

⑥酸洗操作注意事项

a.酸洗过程中应注意观察其表面状态，尽量缩短酸洗时间，防止过酸洗。

b.保证产品表面充分地与酸液接触。钢管在酸洗时应利用捆绑带提起钢管上下数次翻动。

c.出槽前必须清除酸液表面油污。

d.产品离开槽液时，应在液面上方停留片刻，尽量使用酸液流回酸槽。

e.补充新酸时，应排除槽底的泥状沉淀物，并保持液面原有高度。

f.坚持按周期规定分析调整酸液，以保持酸与亚铁的最佳浓度比例。

g.采用废酸去除返镀品的锌层。

（2）硫酸酸洗。

①硫酸的性质　工业硫酸（H₂SO₄）呈无色至微黄色，透明的油状液体，有很强的吸水性，可与水以任何比混溶，并大量放出热量，为无机强酸，腐蚀性很强，稀释时只能注酸入水，切不可将水加入酸中，以防飞溅。低于76％的硫酸与金属反应将放出氢气。按照GB 534─89要求，合格品含酸量应在92.5％～98％之间，相当于1689～1799g/L，相对密度1.488～1.50。

②硫酸的酸洗机理　硫酸去除氧化皮化学溶解过程如下：

　　 （4-14） 　　

　　 （4-15） 　　

　　 （4-16） 　　

　　 （4-17） 　　

③硫酸酸洗的工艺条件，见表4-14。酸洗温度：60～80℃。

酸液浓度高时，使用温度选择下限；酸液浓度低时，使用温度选择上限。

可加入适量的缓蚀抑雾剂，如若丁（二邻甲苯硫脲）和多种表面活性剂配伍使用。

④硫酸酸洗的操作　可参照盐酸酸洗，但因为在较高的温度下作业，所以更应该注意人身安全，注意不要造成过酸洗。

（3）盐酸和硫酸酸洗浓度与酸洗速度的比较　硫酸溶液的浓度与盐酸溶液的浓度对钢管的酸洗速度是不一样的。当使用硫酸溶液来酸洗钢管时，最适宜的浓度为10％～20％，可在一定的温度下保持较高的酸洗速度。如果浓度太高，反而会降低酸洗速度。我国生产的工业用稀硫酸浓度在65％以上，工业用浓硫酸浓度为92.5％～98％。所以，使用的时候需要进行稀释后才能使用。

当使用盐酸溶液来酸洗钢管的时候，使用的盐酸浓度是29％～30％，所以在对钢管酸洗的时候，要预先对浓度盐酸进行稀释后，才能使用，使用的浓度在15％～18％之间为宜。从长期对钢管热镀锌之前的酸洗速度经验，它们浓度的不同直接影响着酸洗速度，表4-15表示了钢管在不同浓度的硫酸和盐酸溶液中的酸洗速度。

（4）盐酸和硫酸酸洗温度与酸洗速度的比较　当使用硫酸溶液酸洗钢管的时候，应用较高的酸洗温度才能达到较快的酸洗速度。一般采用的酸洗温度为50～65℃。当硫酸溶液的浓度很低的时候，则可以把温度升高到65～75℃的温度下获得较快的酸洗速度。但是要注意，如果硫酸溶液中添加有缓蚀剂，则不允许温度过高，否则会破坏其酸洗速度。

当使用盐酸溶液对钢管酸洗的时候，一般对溶液不予加热，除非是严寒的冬季，环境温度在5℃以下的时候可以对盐酸溶液加热，才能满足钢管热镀锌的生产速度，在正常气温条件下，如需要对盐酸溶液加热，一般情况下要控制在35～45℃之间，尽管酸液中添加了酸雾抑制剂，但是还会有大量的酸雾逸出，影响污染车间环境。

表4-16是钢管在不同温度的硫酸和盐酸溶液中的酸洗速度的对比。

综合以上对两种酸液对钢管的酸洗时间和酸洗速度的分析比较，各有利弊，现列表如下，见表4-17。

综上所述，与硫酸酸洗相比，盐酸酸洗优点是：在常温下对氧化铁皮和铁锈具有较强溶解能力，酸洗速度快，对钢铁基体的溶解量较小，钢铁表面上的酸洗反应物容易清洗干净，从而保证了酸洗质量。产品产生的氢脆倾向比硫酸要小得多，能有效降低产品的氢脆倾向。所以，钢管热浸镀生产的酸洗工艺多采用盐酸酸洗工艺。

3.钢管酸洗的最佳浓度和酸洗液温度的控制

所谓酸洗溶液的最佳浓度和温度，是指获得最高的酸洗速度而言。但是，一般在钢管热镀锌生产中，如以酸洗作为钢管表面处理时，则都是采用盐酸或硫酸。因此，由于采用的酸洗溶液不同，其最佳浓度和温度也是不同的。当提高酸洗溶液的浓度时，盐酸溶液比硫酸溶液对钢管的酸洗速度要快得多。从表4-15中可以看出来，当浓度从2％增大到25％时，盐酸溶液的酸洗速度就增大了10倍，而硫酸溶液的酸洗速度仅增加了约1倍，一旦硫酸溶液的浓度大于25％后，酸洗的速度反而下降了。

当提高酸洗溶液的温度时，硫酸溶液比盐酸溶液对钢管的酸洗速度要快一些。从表4-16中可见，当硫酸溶液的温度从18℃增加到60℃时，其酸洗速度增快了10.4～15倍，而盐酸溶液的酸洗速度只增加了9～1倍。因此，当使用硫酸溶液来进行钢管的酸洗时，则浓度以10％～20％、温度50～70℃时为好，当使用盐酸溶液对钢管酸洗时，则浓度以18％～25％、温度在30～40℃为好。

4.盐酸酸洗溶液中的氯化铁（及氯化亚铁）对钢管酸洗的影响

我们已经知道用盐酸溶液对钢管进行酸洗，这样可以获得较快的酸洗速度和洁净的表面，但是在酸洗过程中，钢管基体与盐酸反应生成了氯化铁（FeCl₃）和氯化亚铁（FeCl₂），氯化铁是一种腐蚀剂，能提高酸洗速度。所以要获得较高的酸洗速度，可在配制新酸液中加入一定量的旧盐酸。从图4-4可以看出当钢管在盐酸溶液中酸洗时，其速度随氯化铁（FeCl₃）含量的增加而加快，但是当氯化铁（FeCl₃）含量达到16％时，酸洗速度就逐渐下降，由试验证明此时的盐酸溶液中氯化亚铁（FeCl₂）已经阻碍了酸洗速度。而当达到一定值时，氯化亚铁（FeCl₂）会开始结晶而黏覆于钢管表面上。此时如果漂洗不干净，将影响镀锌的黏覆性能。

铁盐，无论是氯化铁（FeCl₃）和氯化亚铁（FeCl₂）或者是硫酸亚铁，当它们存在于酸洗液中时，由于其含量的不同有利也有弊。例如：在用硫酸酸洗时，酸洗的速度会随着溶液中铁含量的增加而缓慢，尤其是当硫酸溶液的浓度为10％左右、硫酸亚铁含量在80g/L范围内时酸洗速度会急剧减慢，当其含量再度升高时，减缓的影响却不再明显。但是可以防止一定程度的过酸洗危险的产生。如果当硫酸溶液中含有10g/L的铁盐时，钢管表面会比较正常，不会出现难看的黑色薄膜。但是一旦铁盐含量升高时，除了减缓酸洗速度之外，会释放出较多的氢气（H₂）扩散到钢基体中而使镀锌层产生不良的影响。其化学反应式为：。随着铁盐的增加，黏覆在钢管表面上的铁盐数量也就越多（一般情况下约有7g/m²），因为1份铁盐能使25份的金属锌变为锌渣，这样就使锌锭消耗增加。此外，在钢管表面上没有除去铁盐的地方，其表面上产生的铁-锌合金层（一般是脆而厚处最容易脱落），如果镀锌后的钢管长期暴露在空气之中，则容易生白锈。因此，一般把硫酸溶液中的铁盐含量限制在200g/L的范围以内。

（四）钢管的水清洗

钢管在酸洗好以后从酸洗槽中取出来以后，表面上黏附有残留的酸洗液和铁盐等杂质，这些污物都对热镀锌十分不利，所以必须立即将钢管放在流动的冷水中或热水中进行清洗。据测定数据显示，当采用盐酸溶液酸洗时，铁盐的含量为2.3g/m³，若采用硫酸溶液酸洗钢管时，铁盐的含量为7g/m³，如果钢管在酸洗后进行水清洗，则钢管表面上的铁盐黏附量可下降到0.5～1.0g/m³。还可以除去钢管基体内的一部分氢气。由此可见钢管酸洗除锈以后的水清洗是非常必要的，其具体优点和做法如下。

1.盐酸酸洗后的水清洗

钢管经酸洗后，表面残存一定量的酸和铁盐等物质，残存数量的多少与酸液的种类、浓度、铁盐含量密切相关。如不将其清洗干净，就会带入下道工序——助镀剂溶液内，从而增加助镀剂含酸量和亚铁离子含量。最终进入锌锅会产生大量锌渣，增加锌耗，降低锌层质量；有些时候则使镀锌层的中间相变厚变脆。因此酸洗后必须立即进行彻底的清洗。

盐酸酸洗后的清洗酸酸洗一般都用冷水清洗，冷水清洗可以保持淡灰色金属表面。清洗次数不得低于两道。

①第一道水洗，可以是非流动水，但要定期更换，此水槽含有一定量酸液，可以做酸槽补充液。

②第二道水洗，应采用流动水，保持水的适当pH值，有条件时，采用多级漂洗，此时至少要3个水洗槽。

③每次清洗的时间长短及反复提动的次数，一般在1～2min；产品提出液面后应停留片刻，让清水充分流回槽内。

2.硫酸酸洗后的水清洗

硫酸酸洗的可水洗性较差。酸洗后如果在空中停留时间较长，钢铁表面的亚铁盐会更多地转变为水溶性差的三价铁盐，增加了水洗难度，所以硫酸酸洗后必须及时进行水清洗。

①第一道水洗。清洗时间一般为5～9min，清洗水必须经常更换。

②第二道水洗。可采用常温水（或50℃以下）清洗，清洗时间为1～3min。

③活化处理。残存的硫酸根（SO²-4）带入下一工序会影响热浸镀锌层的质量。所以，当采用硫酸酸洗时应设置活化槽，即浓度为50g/L的盐酸槽。使硫酸铁（或亚铁）发生复分解反应将硫酸亚铁转化为氯化亚铁，以增加产品表面的活性，故称为活化处理。活化槽液保持室温，浸渍时间为1～2min，活化后再进行冷水洗，洗去盐酸残液，然后进行助镀剂工序。

3.钢管的水漂洗方法与注意事项

酸洗后的钢管在酸洗溶液流尽以后，要立即放入水清洗槽内的结晶而流动的水中去进行清洗。否则，在空气中停留时间太长，会使钢管表面上黏附的铁盐由二价铁变为三价铁，这样就不容易被清水所溶解掉，在实际操作时，这一点是至关重要的。但是，又要注意将钢管内外的酸洗溶液流尽，否则会污染清洗水及增加盐酸的消耗量。

在钢管放入清洗槽内流动的水中以后，要将钢管吊出、放入清水中数次，以便使钢管管内壁上的铁盐及其他污物流带出来；外表面也可以因钢管的相互滑动及摩擦，使附着的铁盐及其他污物脱落。

经过酸洗后的钢管表面呈现出金属基体，应该立即进行浸粘助镀溶剂的工作，但有时因生产机组出现一些故障，使生产节奏出现不协调，则这些酸洗完后的钢管就应当立即储存在清水槽中去，千万不能使它长时间地暴露在空气中；否则，钢管的金属基体很快就会与空气中的氧气接触而发生氧化反应生成铁锈及较难被助镀溶剂除去的铁盐，这样会造成镀锌层的废次品。因此，如遇到上述情况应该立即将清洗过的钢管暂时储存在清水槽中。

4.清洗水中的铁盐含量的控制

钢管用清水进行漂洗时，要注意漂洗水中的铁盐含量，如果清水洗中的酸含量及铁盐含量过高都会使钢管在热镀锌时产生不良影响。因此一般规定清洗和冲洗水中的含酸浓度不应超过3.0g/L、铁盐含量不应超过3.7g/L。有些国家规定含酸浓度在4～5g/L、铁盐含量在6～8g/L。要达到以上要求，需要采用非闭路循环水才能实现，如果采用闭路循环水，就要特别注意其技术指标，同时还要注意处理后的水中的有机物的含量；否则，有可能引起钢管表面的镀锌质量下降。