Você já se perguntou como o aço se transforma de uma superfície opaca e enferrujada em um acabamento brilhante e imaculado? A decapagem do aço é o principal processo por trás dessa notável metamorfose. Neste artigo, um engenheiro mecânico experiente revela os segredos da decapagem do aço, oferecendo uma visão fascinante do mundo do tratamento de superfícies metálicas. Descubra a ciência por trás do processo e sua função crucial em vários setores.
As recentes ações regulatórias das agências de proteção ambiental intensificaram o exame minucioso das operações de decapagem no setor metalúrgico. As instalações e usinas de processamento que não atenderam aos rigorosos padrões ambientais enfrentaram ordens de fechamento ou medidas de retificação obrigatórias. Essa maior supervisão gerou uma preocupação generalizada entre as partes interessadas do setor com relação aos processos de decapagem e seu impacto ambiental.
O processo de decapagem, essencial para a remoção de óxidos e impurezas da superfície de substratos metálicos, tradicionalmente envolve o uso de ácidos fortes e produtos químicos perigosos. Essas substâncias, se não forem gerenciadas adequadamente, podem representar riscos significativos ao meio ambiente e à saúde. As principais áreas de preocupação incluem:
Em resposta a esses desafios, o setor está testemunhando uma mudança em direção a tecnologias e práticas de decapagem mais sustentáveis. As inovações nesse campo incluem:
A decapagem é um processo crítico de preparação de superfície na fabricação de metais, no qual as incrustações de óxido de ferro (ferrugem e carepa de laminação) são removidas quimicamente da superfície do metal usando soluções ácidas. Esse processo envolve a imersão do metal em um banho de ácido cuidadosamente controlado em concentrações, temperaturas e tempos de exposição específicos. O ácido reage com a camada de óxido, dissolvendo-a e deixando a superfície metálica limpa e sem revestimento.
Os ácidos comumente usados para decapagem incluem o ácido clorídrico (HCl), o ácido sulfúrico (H2SO4) e o ácido fosfórico (H3PO4), cada um selecionado com base no tipo de metal e no acabamento de superfície desejado. Os parâmetros do processo - concentração de ácido, temperatura do banho e tempo de imersão - são regulados com precisão para garantir a remoção eficaz de incrustações e, ao mesmo tempo, minimizar a perda de metal de base e evitar o excesso de decapagem, que pode levar à fragilização por hidrogênio em algumas ligas.
A decapagem é essencial para a preparação de superfícies metálicas para processos subsequentes, como galvanização, pintura ou fabricação adicional, pois aumenta a adesão do revestimento e melhora a qualidade geral do produto e a resistência à corrosão.
A decapagem é um processo crítico de tratamento de superfície na fabricação de metais, usado principalmente para remover óxidos, incrustações e impurezas das superfícies metálicas. A classificação dos métodos de decapagem pode ser feita com base em vários fatores:
1. Por tipo de ácido:
- Ácido Sulfúrico (H2SO4) Decapagem
- Decapagem com ácido clorídrico (HCl)
- Ácido nítrico (HNO3) Decapagem
- Decapagem com ácido fluorídrico (HF)
A seleção do ácido depende do metal que está sendo tratado. Por exemplo:
2. Por geometria da peça de trabalho:
- Decapagem de arame
- Forjamento Decapagem
- Decapagem de folhas/placas
- Decapagem de tiras de aço
- Decapagem de tubos
Cada geometria apresenta desafios exclusivos em termos de circulação de ácido, tempos de imersão e métodos de manuseio.
3. Por configuração de equipamento:
- Decapagem em tanque de batelada
- Decapagem semicontínua
- Linhas de decapagem contínua
- Decapagem em spray
- Decapagem em torre (vertical)
A escolha do equipamento depende do volume de produção, das dimensões do material e do rendimento desejado. As linhas contínuas costumam ser usadas para produção de alto volume de chapas e tiras, enquanto os processos em lote podem ser mais adequados para produções variadas ou menores.
4. Por tecnologia de processo:
- Decapagem por imersão convencional
- Decapagem eletrolítica
- Decapagem eletrolítica neutra (NEP)
- Decapagem turbulenta
- Decapagem por Regeneração Ácida em Alta Temperatura (HTAR)
As tecnologias avançadas de decapagem visam melhorar a eficiência, reduzir o impacto ambiental e aprimorar a qualidade da superfície.
A seleção do método de decapagem adequado envolve a consideração de fatores como a composição do material, a condição da superfície, os requisitos de produção, as normas ambientais e a relação custo-benefício. As operações modernas de decapagem geralmente integram sistemas de controle automatizados, unidades de recuperação de ácido e depuradores de fumaça para otimizar o processo e minimizar o impacto ambiental.
A remoção de incrustações de óxido de ferro pode ser realizada por meio de três métodos principais: mecânico, químico e eletroquímico. Cada método oferece vantagens distintas e é adequado para diferentes aplicações com base nas características da incrustação, no material do substrato e no acabamento superficial desejado.
Métodos mecânicos:
Métodos químicos:
A descalcificação química utiliza substâncias reativas para dissolver ou soltar a incrustação de óxido de ferro. Os agentes químicos comuns incluem:
A escolha do agente químico depende da composição da incrustação, do metal de base e de considerações ambientais. Os inibidores geralmente são adicionados para proteger o metal subjacente de ataques excessivos.
Métodos eletroquímicos:
A descalcificação eletroquímica, também conhecida como decapagem eletrolítica, combina processos químicos e elétricos:
Esse método oferece taxas de descalcificação mais rápidas e pode ser mais eficaz para camadas de incrustações bem aderidas em comparação com a decapagem química isolada.
Cada método de remoção tem seus pontos fortes e suas limitações. A seleção depende de fatores como a espessura da escala, as propriedades do material do substrato, o volume de produção, as regulamentações ambientais e o acabamento superficial desejado. Muitas vezes, uma combinação de métodos pode ser empregada para obter os melhores resultados em aplicações industriais.
Atualmente, existem três métodos principais de decapagem de aço no mundo:
A decapagem de aço em uma única peça é o método de decapagem mais primitivo e simples.
Sua característica é que não é necessário abrir a bobina.
Toda a bobina de fio ou bobina solta bobina de aço é conservado em conserva e depois içado para a piscina para ser lavado.
Devido à má qualidade da decapagem, à baixa eficiência da produção e, principalmente, à poluição ambiental, ela está sendo vigorosamente eliminada.
A decapagem contínua é um tipo de método de decapagem de alto rendimento, alta qualidade e rápido desenvolvimento.
Ele é equipado com uma máquina de solda e um dispositivo de looper na unidade, de modo que a seção de processo não pare quando a bobina é trocada para garantir a operação contínua da unidade.
Mas a unidade é longa, o equipamento é complicado e o investimento é alto.
Há dois tipos principais de linhas de decapagem contínua, que são as unidades de decapagem horizontal contínua e as unidades de decapagem em torre contínua.
A decapagem semicontínua é relativa à decapagem de peça única e contínua.
Como não é necessário configurar uma máquina de solda (ou uma máquina de solda simples, como uma máquina de costura) e um looper de grande capacidade, é necessário parar a máquina ao trocar a bobina.
Esse método é mais adequado para a produção de 200.000 a 900.000 t/a.
Fig.1 Diagrama de layout da linha de produção da unidade de decapagem push-pull
Fig.2 Diagrama de layout da linha de produção da unidade de decapagem totalmente contínua
Com a melhoria do padrão de vida das pessoas, a demanda por um ambiente mais limpo está aumentando. Para atender a essa necessidade, estão surgindo constantemente novas tecnologias e linhas de produção com alta eficiência, sem poluição e de boa qualidade para a remoção de óxidos de ferro.
Em 20 de julho de 2013, com a bobina de decapagem sem rolo saindo da linha de produção da usina de laminação a quente do Taiyuan Iron and Steel Group, a primeira linha de tratamento sem decapagem de superfície de bobina de aço da China foi oficialmente colocada em produção.
No passado, o tratamento de superfície de aço As bobinas tinham de ser completadas por decapagem e lubrificação, o que gerava altos custos de produção, causava poluição ambiental e resultava em problemas de descarte de resíduos.
A recém-desenvolvida linha de tratamento sem decapagem utiliza a nova tecnologia de tratamento EPS, que elimina o processo de decapagem das bobinas de aço, elimina a geração de resíduos, recicla todos os meios e torna a superfície das bobinas de aço mais limpa e mais resistente à corrosão.
A tecnologia patenteada de EPS é desenvolvida com base na tecnologia SCS. O princípio básico é usar um dispositivo especial para o processamento de EPS em um espaço fechado. As superfícies superior e inferior da chapa de aço são pulverizadas com o meio de trabalho do EPS, uma mistura de granalha de aço e água, e o óxido ou incrustação na superfície da chapa de aço é removido sob uma determinada força de pulverização, sem que nenhum óxido permaneça.
Portanto, a superfície da chapa de aço pode ficar lisa e limpa, o que é chamado de superfície "verde".
A decapagem é o processo de remoção química das incrustações na superfície do metal, por isso também é chamada de decapagem química. As incrustações (Fe203, Fe304, Fe0) formadas na superfície da tira são todas óxidos alcalinos insolúveis em água. Quando o metal é imerso em uma solução ácida ou pulverizado com uma solução ácida na superfície, esses óxidos básicos passam por uma série de mudanças químicas com os ácidos.
Fig.3 Estrutura da escala de óxido de ferro
A carepa na superfície do aço estrutural de carbono ou do aço de baixa liga é solta, porosa e rachada. Além disso, a carepa é repetidamente dobrada, endireitada e transportada junto com a tira na unidade de decapagem, o que aumenta e expande ainda mais as rachaduras nos poros.
Portanto, enquanto a solução ácida reage quimicamente com a incrustação de óxido de ferro, ela também reage com o ferro básico do aço por meio de rachaduras e poros. Ou seja, no início da decapagem, há três tipos de reações químicas entre a escala de óxido de ferro, o ferro metálico e a solução ácida.
O ácido clorídrico (HCl) surgiu como o meio de decapagem predominante no processamento moderno de metais, superando o ácido sulfúrico (H2SO4) em aplicações industriais devido às suas características de desempenho superiores.
A decapagem com HCl oferece vantagens distintas:
Esses fatores levaram à adoção generalizada da decapagem com HCl em vários setores de processamento de metais, incluindo os setores de fabricação de aço, automotivo e aeroespacial. No entanto, a escolha entre a decapagem com HCl e H2SO4 ainda pode depender dos requisitos específicos da aplicação, da composição do material e das normas ambientais locais.
Esse removedor de ferrugem em temperatura ambiente limpa rapidamente a ferrugem e a oxidação das superfícies de ferro e também tem propriedades desengordurantes. Sua composição e condições de operação são as seguintes:
Observação: o sal de mesa controla a ação corrosiva do H2SO4 em aço carbono, aço cromo e aço cromo-níquel e também atua como inibidor de poeira.
Para evitar a névoa ácida, adicione um supressor de névoa 10%.
Essa solução de remoção de ferrugem funciona rapidamente e, em temperatura ambiente, a remoção da ferrugem não leva mais de 10 minutos. Graças ao inibidor de poeira e cinzas, a superfície do metal fica limpa e apresenta uma superfície branco-acinzentada após a decapagem.
A refinaria, que lida com tubos de aço de 200m, Φ200mm~300mm revestidos com borracha, primeiro realizou a remoção da ferrugem interna do tubo usando esse removedor de ferrugem, que se mostrou muito eficaz. Todos os revestimentos de borracha foram aprovados na inspeção.
Antes de aplicar um revestimento resistente à corrosão em um resfriador de água de aço carbono, ele precisa ser decapado para remover a ferrugem. A composição da solução de lavagem é a seguinte (fração de massa):
Processo de decapagem: Decapagem em temperatura ambiente por 30 a 60 minutos e, em seguida, enxágue com água até ficar neutro. Por fim, execute a fosfatação ou passivação. Essa fórmula é amplamente utilizada no mercado interno para remoção de ferrugem em trocadores de calor resfriados a água, com bons resultados de revestimento.
Processo de remoção de ferrugem: Em uma temperatura de 30 a 50 °C, remova a ferrugem por 1 hora e, em seguida, enxágue com água até que o valor de pH seja 7. Por fim, usando uma solução 10% de nitrito de sódio em uma temperatura de 30 a 40 °C, passe-a por 30 minutos para evitar a ferrugem.
Processo de remoção de ferrugem: Em uma temperatura de 40~50°C, remova a ferrugem por 15~16 minutos e depois enxágue com água. Essa fórmula é adequada principalmente para a remoção de ferrugem de aços de alta liga.
Processo de decapagem: Aqueça a solução de remoção de ferrugem a 85~95°C e deixe-a em repouso por 2~3 minutos para remover a ferrugem. Essa fórmula é adequada principalmente para a remoção de ferrugem leve de peças de precisão, rolamentos e similares.
Solução para remoção de ferrugem Condições de operação: Temperatura de remoção de ferrugem de 80 a 90°C, tempo de remoção de ferrugem de 10 a 20 minutos.
Com o desenvolvimento do setor, surgiram removedores de ferrugem multifuncionais "dois em um", remoção de óleo e remoção de ferrugem, remoção de óleo "três em um", remoção de ferrugem, fosfatização ou passivação.
Processo de remoção de ferrugem: Remoção de ferrugem por decapagem em temperatura ambiente por 2 a 10 minutos, depois enxágue com água até ficar neutro e, por fim, realize o tratamento de prevenção de ferrugem.
Sua fórmula é mostrada na tabela a seguir:
Tabela 1 Fórmula da solução para remoção de ferrugem
| Nome da matéria-prima | Conteúdo 1% | Perdoar nome | Conteúdo/% |
| Hidrogênio fosfato dissódico Nitrito de sódio Bicarbonato de sódio | 3.5 6.2 1 | Glicerol Água | 1.6 87.7 |
Essa solução de prevenção de ferrugem tem forte capacidade de prevenção de ferrugem, mas o tempo de prevenção de ferrugem é relativamente curto, por isso é adequada para a prevenção de ferrugem entre processos.
A solução "três em um" de desengorduramento, remoção de ferrugem e passivação (ou fosfatização) é adequada para o tratamento de equipamentos de metal antes da pintura, atingindo assim o objetivo de desengorduramento, remoção de ferrugem e passivação (ou fosfatização). No entanto, ela não é adequada quando há muitas incrustações e pontos de ferrugem pesados.
Composição "três em um" para desengorduramento, remoção de ferrugem e passivação:
As condições de trabalho são temperatura de remoção de ferrugem de 85°C, tempo de remoção de ferrugem de 2 a 2 minutos.
Composição de solução "três em um" para desengorduramento, remoção de ferrugem e fosfatação:
As condições de trabalho são uma temperatura de 85°C e um tempo de 2 a 3 minutos.
A composição da solução "quatro em um" de desengorduramento, remoção de ferrugem, fosfatização e passivação é mostrada na tabela a seguir.
| Fórmula "quatro em um"/(g/L) | Temperatura/°C para remoção de ferrugem | Tempo de remoção de ferrugem/min | ||||
| Nome do material | 1# | 2# | 1# | 2# | 1# | 2# |
| Ácido fosfórico (teor de 80%) | 110~180 | 110 | 50~60 | 55~65 | 25 | 5~15 |
| Óxido de zinco | 30~50 | 25 | ||||
| Nitrato de zinco | 150~170 | 150 | ||||
| Cloreto de magnésio | 15~30 | 3 | ||||
| Tartarato de potássio | 0.2~0.4 | 5 | ||||
| Molibdato de amônio | 0.8~1.2 | 1 | ||||
| Dodecil Sulfato de Sódio | 20~40 | 30 | ||||
| Fosfato de Manganês | / | 10 | ||||
| Dicromato de potássio | / | 0.2~0.3 | ||||
| Água | Residual | Residual | ||||
Tomando como exemplo a fórmula 2#, coloque uma certa quantidade de óxido de zinco em um recipiente e faça uma pasta com água destilada. Enquanto mexe, adicione ácido fosfórico até que ele se dissolva em di-hidrogenofosfato de zinco transparente. Dilua com água destilada até 2/3 do volume total e, em seguida, adicione quantidades calculadas de nitrato de zinco, cloreto de magnésio, ácido fosfórico, ácido tartárico e dicromato de potássio. Depois de mexer até dissolver, adicione a solução de molibdato de amônio que foi dissolvida em um recipiente pequeno em dois lotes e mexa uniformemente. Por fim, adicione o agente de limpeza 601 e dilua até o volume total.
O agente de limpeza 601 é um surfactante aniônico, que tem boa permeabilidade e molhabilidade, é facilmente solúvel em água, resistente a ácidos, resistente ao calor e não reage com íons metálicos, por isso é muito estável no solvente e é usado para remoção de óleo. O processo de fosfatização do "quatro em um" é o mesmo que o princípio geral de fosfatização. A remoção de óleo e a remoção de ferrugem ocorrem ao mesmo tempo, e o ácido fosfórico tem um efeito de imersão no ferro, formando um filme denso de fosfatização na superfície do aço. O molibdato de amônio e o dicromato de potássio atuam como passivadores.
A acidez livre da solução de tratamento "quatro em um" é de 17 a 25 pontos, a acidez total é de 170 a 220 pontos, e a proporção de acidez livre para acidez total é de (1:7)~(1:10).
Use uma solução padrão de NaOH 0,1 mol/L para titular 10 ml de solução de fosfatação. Quando a fenolftaleína é usada como indicador, os mililitros de NaOH consumidos são o número do "ponto" de acidez total. Quando o alaranjado de metila é usado como indicador, os mililitros de NaOH consumidos são o número do "ponto" de acidez livre.
Peças de aço com ouro e cores do arco-íris podem ser processadas diretamente. Se a poluição por óleo for grave, o emulsificante OP pode ser adicionado para aumentar a capacidade de descontaminação. As peças de aço com escamas de óxido azul não podem ser tratadas com esse método porque a escama de óxido é muito espessa. A quantidade de incrustações que esse método pode dissolver é de 7 a 10 g/m².
Na superfície das peças de aço tratadas com o "quatro em um", forma-se uma fina película de fosfatos insolúveis de metais como zinco, ferro e magnésio. Essa película tem propriedades protetoras e pode absorver tinta, o que melhora a adesão da película de tinta e aprimora os recursos de proteção.
A seguir, apresentarei mais duas fórmulas de solução "quatro em um" para desengraxe, remoção de ferrugem, fosfatização e passivação, adequadas para a remoção de incrustações de óxido.
O processo da primeira fórmula é mais complexo do que o das outras fórmulas. Ele é dividido em duas etapas. A primeira etapa é a remoção do óleo e da ferrugem (escala de óxido) (consulte a Tabela 1 para obter a fórmula); a segunda etapa é o tratamento de fosfatização e passivação (consulte a Tabela 2 para obter a fórmula). Deve-se observar que, após a remoção do óleo e da ferrugem, deve-se primeiro enxaguar com água. Depois que a água estiver neutra, os tratamentos de fosfatização e passivação poderão ser realizados.
Tabela 1 Fórmula para a remoção de óleo e ferrugem (escala de óxido)
| Fórmula para remoção de óleo e ferrugem | Condições de trabalho para a solução de remoção de óleo e ferrugem | ||
| Ingrediente | Conteúdo | Temperatura de remoção de ferrugem /°C | Tempo de remoção de ferrugem /min |
| Ácido Sulfúrico Industrial (Densidade Relativa 1,84) | 60~65mL/L | 75~85 | 5~20 |
| Tioureia | 5~7g/L | ||
| Dodecilbenzenossulfonato de sódio | 20~50mL/L | ||
| Água | Residual | ||
Observação: A quantidade de ácido sulfúrico pode ser aumentada se a escala de óxido for espessa.
Tabela 2 Fórmula da solução de fosfatização e passivação
| Formulação de fosfatização e passivação | Condições de trabalho de fosfatização e passivação | ||
| Ingredientes | Concentração/(g/L) | Temperatura de fosfatização /°C | Tempo de fosfatação /min |
| Ácido fosfórico | 58 | 65~75 | |
| Óxido de zinco | 15 | ||
| Nitrato de zinco | 200 | ||
| Fosfato de di-hidrogênio e cromo (calculado como dicromato de potássio) | 0.3~0.4 | ||
| Titânio Óxido de sulfato (não é necessário para soldagem) | 0.1~0.3 | ||
| Ácido tartárico | 5 | ||
| Dodecil Sulfato de Sódio | 15mL | ||
| Emulsificante OP | 15mL | ||
| Água | Residual | ||
Observação: A proporção de acidez livre para acidez total: (1:12) ~ (1:18)
Parâmetros do processo de fosfatização: Use uma diluição de 1:1 da solução de fosfatação com água, o tempo de tratamento é de 15 a 30 minutos, a temperatura de tratamento é de 10 a 60 °C, a acidez total é de 200 a 250 pontos.
Tempo de secagem: secagem natural por 24 horas ou secagem a 120°C por 30 a 60 minutos. A aparência do filme de fosfatização é cinza escuro, o filme é densamente cristalizado, contínuo e uniforme; a espessura do filme de fosfatização é de 5~8μm; a adesão é de grau I; a resistência ao impacto é de 500N-cm; o teste de queda de sulfato de cobre >150S; o teste de imersão em solução de cloreto de sódio >8h; prevenção de ferrugem em ambientes internos (T20°C RH86%) >60 dias.
A pasta de decapagem ácida pode ser usada para remover a ferrugem. A espessura de aplicação recomendada é de 1 a 2 mm, com uma quantidade de 2 a 3 kg/m², e o tempo total de remoção da ferrugem é de 60 minutos. Após a remoção da ferrugem, enxágue com água.
Por fim, seque com uma mistura de ácido acético e solução de amônia para ajudar na prevenção da ferrugem. A fórmula da pasta de decapagem ácida é a seguinte (forneça a tabela):
Tabela 3 Fórmula da pasta de decapagem ácida para prevenção de ferrugem
| Por quantidade de 300g /g | Por quantidade de 300g /g | ||
| Ácido clorídrico industrial (concentração 30%) | 4.3 | 1.2 | 1% |
| Ácido fosfórico (densidade relativa 17) | 18.6 | 0.2 | / |
| Ácido Sulfúrico Industrial (densidade relativa 1,84) | 40.3 | 5.5 | 5.33% |
| Hexametilenotetramina | 0.8 | 0.1 | 0.10% |
| Bentonita (120#) ou terra de diatomáceas, amarelo ocre | 200 | 200 | 7.60% |
| Ácido oxálico | / | / | 0.07% |
| Lã de amianto | / | / | 6.50% |
| Água | 36 | 93 | Residual |
Como fundador do MachineMFG, dediquei mais de uma década de minha carreira ao setor de metalurgia. Minha vasta experiência permitiu que eu me tornasse um especialista nas áreas de fabricação de chapas metálicas, usinagem, engenharia mecânica e máquinas-ferramentas para metais. Estou sempre pensando, lendo e escrevendo sobre esses assuntos, esforçando-me constantemente para permanecer na vanguarda do meu campo. Permita que meu conhecimento e experiência sejam um trunfo para sua empresa.
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