اسیدشویی فولاد چیست و چرا انجام می شود؟

اسیدشویی فولاد (به لاتین Pickling یا Acid washing)، روشی برای پردازش، بهبود و تمیز کردن سطح مقاطع فولادی از طریق زدودن آلودگی و ناخالصی‌ها است. در این روش، رسوبات، آلایندگی‌های غیر آلی، روغن‌ها، زنگ‌زدگی و پوسته‌، از سطح فولاد حذف شده و کیفیت آن افزایش می‌یابد. بدین منظور، از محلولی به نام مایع شست‌وشو یا مایع اسیدشویی (pickle liquor) استفاده می‌گردد. مایع اسیدشویی محلولی شامل آب و یک نوع اسید است که قدرت پاک کنندگی بالایی دارد. بسته به نوع و میزان آلودگی‌های موجود بر سطح مقاطع فولادی، از انواع مختلف اسید با درصدهای متفاوت در محلول استفاده می‌شود. اسید هیدروکلریک (HCl)، پرکاربردترین اسید برای حذف اکسیدها و ناخالصی‌های سطح فولاد است. بدون این که حمله قابل توجه و آسیب جدی به آلیاژ فولاد وارد کند. البته بسته به گرید فولاد، نوع و میزان آلودگی‌ها، از دیگر اسیدها مانند سولفوریک اسید و فسفریک اسید نیز برای شستشو استفاده می‌شود.

طی فرآیند تولید فولاد در دماهای بالا، لایه ای اکسیدی بر روی سطح آن ایجاد می‌شود که پوسته (scale) نام دارد. پوسته از نظر شیمیایی، بسیار شبیه به زنگ آهن است. زیرا از پیوند آهن و اکسیژن با ترکیب مولکولی متفاوت ایجاد می‌شود. به منظور حذف پوسته‌های تشکیل شده بر سطح ورق‌ها یا دیگر مقاطع فولادی طی فرایند نورد گرم، اسیدشویی انجام می‌گیرد. البته در کنار پوسته، ممکن است آلودگی‌های دیگری مانند انواع روغن و گریس‌ها هم بر سطح فولاد وجود داشته باشد. همچنین هنگام انبار کردن و نگهداری مقاطع فولادی به‌ویژه ورق‌ها، امکان بر جای ماندن ناخالصی‌هایی مانند رسوب گرد و غبار و زنگ آهن بر سطح آن‌ها وجود دارد.

رسوبات سطحی فولاد معمولا دارای ترکیب اکسیدی هستند که می‌تواند شامل اکسیدهای آهن، منیزیم، آلومینیوم و دی اکسید سرب، دی‌ اکسید کربن یا مونوکسید کربن باشد. این موارد باعث ایجاد تغییراتی در خواص فولاد از جمله کاهش رسانایی، چسبندگی و خوردگی بیشتر می‌شوند. در صورتی که رسوبات قبل از پردازش بیشتر فولاد حذف نشوند، باعث ایجاد لایه ناهموار، نقص سطح و چسبندگی ضعیف پوشش‌ها در مراحل بعدی خواهند شد. بنابراین، اسید شویی فولاد، به منظور رسیدن به یک کیفیت سطحی مطلوب برای استفاده مستقیم یا تولید محصولات مرحله بعدی است. برای مثال، ورق‌های اسید شویی جهت تولید شیت‌های نورد سرد از جمله ورق روغنی و ورق گالوانیزه، مورد استفاده قرار می‌گیرند.

در واقع، متداول‌ترین کاربرد اسیدشویی فولاد، برای به تولید ورق اسید شویی است.  زیرا شیت‌های فولادی که طی فرایند نورد گرم تولید می‌شوند، معمولا دارای یک لایه اکسید بر روی سطح خود هستند. به منظور بهبود کیفیت سطحی ورق های گرم، آن‌ها را با اسید شست‌وشو می‌دهند. اسید شویی ورق فولادی، امکان پردازش و تولید ورق‌های سرد را فراهم می‌سازد. ورق اسیدشویی خود در صنایع مختلف مورد استفاده قرار دارد. اما بیشتر برای تولید ورق‌های نورد سرد به کار گرفته می‌شود.

اسیدهای گوناگونی جهت اسید شویی ورق‌ها و مقاطع فولادی مورد استفاده قرار می‌گیرند که عمدتا در دسته اسیدهای معدنی قرار می‌گیرند. قدرت پاک کنندگی، میزان نفوذ به رسوبات و میزان خورندگی هر یک از این اسیدها، متفاوت است. از این رو، برای استفاده از آن‌ها، باید مناسب‌ترین گزینه را انتخاب کنیم. هیدروکلریک و سولفوریک اسید با توجه به ویژگی‌های خود، متداول‌ترین اسیدها در فرایند اسیدشویی هستند. اما بسته به نوع آلودگی و گرید فولاد، دیگر انواع اسیدها هم به کار گرفته می‌شوند.

خاصیت مایع بودن محلول شست‌وشو، موجب شده تا بتوان از آن برای پاک سازی مقاطع بسته هم استفاده کرد. بنابراین، این روش علاوه بر ورق‌ها و مقاطع باز، در اسید شویی پایپینگ جهت حذف آلودگی‌ها و رسوبات در لوله‌ها و مخازن فولادی نیز کاربرد دارد.

• هیدروکلریک اسید (HCl)
• سولفوریک اسید (H₂SO₄)
• فسفریک اسید (H3PO4)
• مخلوط اسیدی (Acid mixtures)
• سایر اسیدها

هیدروکلریک اسید (HCl) رایج ترین اسید در صنعت فولاد

رایج‌ترین اسید مورد استفاده برای اسید شویی محصولات فولادی، هیدروکلریک اسید است. غلظت اسیدی هیدروکلریدریک، ۳۷ درصد است و می‌تواند رسوبات را در خود حل کند. این اسید در دمای اتاق بسیار موثر است و استفاده از آن، سطوح روشنی در فولاد ایجاد می‌کند. هیدروکلریک اسید فراریت بالایی دارد و عمدتا برای اسید شویی مقاطع فولادی، در دمای اتاق مورد استفاده قرار می‌گیرد. البته امکان به کارگیری آن تا دمای ۷۰ درجه سانتی‌گراد هم در سیستم‌های بسته وجود دارد. HCl نسبت به دیگر اسیدهای رایج فرایند اسید شویی مانند سولفوریک اسید، گران تر است. در مقابل، سرعت تمیز کردن با آن بالاتر بوده و از خوردگی و از دست رفتن فولاد پایه، جلوگیری می‌کند. سرعت بالا یک فاکتور مهم در کارخانه‌های اتوماتیک است که تولید ورق‌های اسید شویی را با سرعت ۸۰۰ فوت در دقیقه (۲۴۳ متر در دقیقه) انجام می‌دهند.

سولفوریک اسید (H₂SO₄)

از دیگر اسیدهای رایج برای اسید شویی فولاد، می‌توان به سولفوریک اسید (H₂SO₄) اشاره کرد. کاربرد این نوع اسید در گذشته نسبت به اسید هیدرو کلریک بیشتر بود. اما سرعت پیشروی پایین‌تر و همچنین حمله به فولاد، باعث شد تا در بسیاری از موارد از HCl به جای آن استفاده شود. سولفوریک اسید دارای غلظت اسیدی ۹۶ درصد بوده و نسبت به هیدروکلریک اسید، ارزان‌تر است. دیگر ویژگی های آن عبارتند از:

• نسبت به HCl فراریت پایین‌تری دارد و به راحتی تبخیر نمی‌شود. به همین دلیل، عمدتاً در دماهای بالاتر مورد استفاده قرار می‌گیرد.
• حمله به فولاد پایه و خورندگی آن مهمترین عیب سولفوریک اسید است.
• خاصیت خورندگی H₂SO₄ در محلول‌هایی که غلظت اسید بالاست، بیشتر و در محلول‌های رقیق کمتر است.
• همانند هیدروکلریک اسید، سولفوریک اسید هم عمدتا برای شستشوی فولادهای با کمتر از ۶ درصد محتوای آلیاژی، به کار گرفته می‌شود.

اسید شویی فولاد با فسفریک اسید (H₃PO₄)

اسید فسفریک از دیگر اسیدهای مورد استفاده در فرایند اسیدشویی مقاطع فولادی است. شستشو با فسفریک اسید فرایندی نسبتا گران بوده و کاربرد آن نسبت به هیدروکلریک و سولفوریک اسید، به میزان قابل توجهی کمتر است. از H₃PO₄، عمدتا برای از بین بردن لایه‌های نازک رسوب و زنگ استفاده می‌شود. زیرا در این مورد کارایی بالایی دارد. هنگامی که فولاد با فسفریک اسید شست‌وشو می‌شود، یک لایه نازک فسفات آهن به صورت خودکار تولید می‌شود. این لایه تا حدودی نقش محافظ را در برابر خوردگی ایفا می‌کند. امکان استفاده از غلظت‌های مختلف فسفریک اسید برای شست‌وشوی فولاد وجود دارد. به طور معمول، غلظت ۱۰ درصد آن در دمای ۴۰ درجه سانتی گراد و غلظت ۲۰ درصد آن، در دمای ۶۰ درجه سانتی گراد استفاده می‌شود.

مخلوط اسیدی (Acid mixtures)

گاهی اوقات از ترکیب اسیدهای مختلف با عنوان مخلوط اسیدی (Acid mixtures)، برای اسید شویی مقاطع فولادی استفاده می‌شود. مخلوط اسیدی عمدتا برای شست‌وشوی فولادهای کم آلیاژ و بدون آلیاژ مورد استفاده قرار می‌گیرد. ترکیب اسیدها همچنین برای فولادهای فریتی و آستنیتی که آلیاژ اصلی آن‌ها کروم (chromium) و نیکل (nickel) است، کاربرد فراوانی دارد. فولادهای فریتی و آستنیتی مقاومت بالایی در برابر خوردگی داشته و گاها در برابر خوردگی، بی اثرند. به همین خاطر در برابر اسیدهای ترکیبی، دچار خوردگی یا آسیب نخواهند شد. بلکه فقط آلودگی و رسوبات شان به خوبی برطرف می‌گردد.

سایر اسیدها

علاوه بر موارد فوق، اسیدهای دیگری هم جهت اسید شویی فولاد به کار گرفته می‌شوند. اما کاربردشان نسبت به هیدروکلریک اسید، سولفوریک اسید و حتی فسفریک اسید، کمتر است. اسید نیتریک (HNO₃) و هیدروفلوئوریک اسید (HF) دیگر اسیدهای مورد استفاده برای شست‌وشوی فولاد می‌باشند. البته این اسیدها ضعیف‌تر بوده و بیشتر در مواردی که به دو مرحله اسیدشویی نیاز باشد، مورد استفاده قرار می‌گیرند. فولادهای با بیش از ۶ درصد محتوای آلیاژی، باید طی دو مرحله با اسید شسته شوند. بنابراین بعد از انجام مرحله اول شست‌وشو با اسید قوی، در مرحله دوم از سولفوریک اسید، هیدروفلوئوریک یا نیتریک اسید استفاده می‌گردد. هیدروفلوئوریک یک اسید ضعیف، فرار و خورنده است که از ترکیب هیدروژن و فلوئور ایجاد می‌شود. قدرت اسیدی آن از هیدروکلریک اسید بسیار ضعیف‌تر بوده و دلیل خورندگی زیاد آن، الکترونگاتیوی بالای فلوئور می‌باشد. در حالی که اسید نیتریک یک اسید بسیار قوی و بی‌رنگ است.