酸洗原理

一、锈皮组成：

钢材经热轧及后续冷均会有锈皮生成，其组成由内而外依序大致为：FeO、Fe₃O₄、Fe₂O₃,由于含氧量的不同，Fe₂O₃在最外层、Fe₃O₄居中、FeO在最内层。

此种锈皮颇为细密，具有保护底材不受氧化腐蚀之作用。

二、酸洗原理：

锈皮与盐酸的反应中，FeO反应速率最快，Fe₃O₄次之，Fe₂O₃最慢。进行酸洗时，酸液会经由锈皮缝隙、孔洞等缺陷，到达内部先行溶解FeO，当FeO溶解后，酸液建立起Fe/酸液/Fe₃O₄局部电池，使Fe₃O₄进行还原溶解，同时若有大面积之底材裸露，将和酸液反应产生H2，氢气之压力发生剥离作用，使外层锈皮脱离而达成酸洗之目的。其反应式如下：

FeO+2H⁺ Fe⁺²+H₂O

Fe+2H⁺ Fe⁺²+H₂

Fe₃O₄+Fe+8H⁺ 4Fe⁺²+4H₂O

因此，于静态酸洗过程中，内层锈皮的酸洗是靠溶解来进行，而外层锈皮则一部分利用剥离作用来完成，另一部分以溶解方式进行。

实际上若为连续酸洗作业，则大部分的外层锈皮是利用钢材与酸液之相对运动来冲除的。

三、影响酸洗速率之因素：

影响酸洗速率之因素很多，举凡锈皮厚度与组成、锈皮缺陷率、酸液浓度与温度、铁离子浓度、抑制剂、钢材与酸液之相对运动速度、凡及钢材之合金成份等均与酸洗速率息息相关。兹依序分别描述如下：

1、锈皮厚度与组成：

锈皮之厚度及组成与底材厚度、轧延温度、盘卷温度及冷却速率有关；底材厚度、轧延温度、盘卷温度越高或冷却速率越慢，则锈皮就越厚。反之，则越薄。锈皮厚度越厚，所需的酸洗时间就越长。

由Fe-O平衡相图可知在570⁰C以上有FeO，Fe₃O₄、Fe₂O₃三种锈皮存在，而在570⁰C以下只生成Fe₃O₄和Fe₂O₃，此时FeO为不稳定相不会生成。图中显示当温度于570⁰C以上甚至高达1000⁰C时，FeO含量占锈皮大部分；若温度降至570⁰C以下时，FeO会开始分解成Fe₃O₄和ɑ-Fe，但如果冷却速率够快时，仍会有部分FeO残留。于是若钢材经热轧后之冷却速率越快，其氧化锈皮中所含FeO比例则越高。由于FeO与盐酸之反应速率远比Fe₃O₄、Fe₂O₃快，因此，锈皮中含比例越高，酸洗速率越快。

2、锈皮缺陷率：

锈皮缺陷率越高，酸液经由孔隙进入锈皮内部溶解FeO及造成Fe/酸液/Fe₃O₄局部电池的机率也越大，故有提高酸洗速率之作用。

3、酸液浓度与温度：

酸液通常含有游离酸、Fe⁺²和微量的Fe⁺³。一般再生酸浓度约为190~195g HCL/L，，理论上，盐酸之共沸点浓度约为20%或220 g HCL/L。当盐酸浓度高于此点时，HCL之蒸发速率较H₂0快，酸之损耗大；反之，则水之蒸发速率较HCL快，酸之损耗小，符合经济效益。因而，一般酸洗应避免使用高于18%或196 g HCL/L之盐酸进行酸洗作业，以免酸液因蒸发逸失太多而徒增成本。

酸洗速率有随着酸液浓度及温度之升高而提高的趋势。其中，温度对酸洗速率之影响远大于浓度。由下列图表可更清楚地了解温度及浓度与酸洗速率间之关系：

4、铁离子浓度：

酸液中之铁离子多半为Fe⁺²，Fe⁺³仅有2~5g/l左右而已。而其中Fe⁺²的存在或多或少都会抑制氧化铁之溶解而影响酸洗。有研究报告显示：在HCL中，当Fe⁺²的含量从0g Fe⁺²/L增加到100g Fe⁺²/L时，酸洗时间增加的趋势甚少，但是若酸液总酸维持稳定时，酸洗速率就由Fe⁺²的浓度所掌控。此时纵使新鲜酸浓度有10g/L之变动，酸洗速率也不会产生明显的变化。

5、抑制剂：

抑制剂乃是藉由隔绝金属底材；避免酸液与之反应，而产生氢气或底材表面粗糙化之现象，具有防止过度酸洗、氢脆化之效果。但是由于不产生氢气，所以少了氢气压力之剥离作用，酸洗速率亦因此降低。这时酸洗速率便由酸液与钢材两者之相对运动速度来决定了。

6、钢材与酸液之相对运动速度：

前面曾经提过，在连续式酸洗线中，外层锈皮主要靠酸液与钢材之相对运动来冲除的。所以，这个项目的良窳实为酸洗之重要课题之一。

7、钢材之成份：

钢材成份影响酸洗的因素，文献中具有资料者不多，已知的有：