用高锰酸钾碱液疏松不锈钢丝氧化皮
1 问题的提出
1989年9月以来，太钢线材厂开发并产出口不锈麻花钢钉，在生产Ø1.7-4.0mm的不锈钢钉丝过程中，热处理设备（自建箱式炉）密封不严，且炉内无保护气体，加之固溶温度高达1040℃，保温时间长达30-50min，致使18-8型奥氏体不锈钢丝经固溶处理后，表面形成较厚的NiO、CrO、Cr2O3等成分的氧化皮。这些氧化皮的组织致密而坚韧，与钢丝基体结合得非常牢固，难以酸洗干净。最初采用碱煮后急冷爆皮，使致密的氧化皮改变成分、体积和结构，再经三酸酸洗去除氧化皮，其工艺流程为：
碱煮――急冷爆皮――三酸酸洗――水冲洗――钝化――涂润滑载体――烘干。
但是，由于氧化皮厚且不均匀，经碱煮、酸洗后，表面局部有麻坑和黑色胶状物，成为生产不锈钢麻花钢钉的质量难题。为解决该难题，采用高锰酸钾碱液代替碱煮工艺，进行疏松不锈钢丝表面氧化皮的试验研究。
2 试验过程
2.1 原理
高锰酸钾是一种强氧化剂，在强碱溶液中分解成锰酸钾与氧气。其反应式为：
4KMnO4+4NaOH=2K2MnO4+2Na2MnO4+2H2O+O2↑(1)
反应式（1）中K2MnO4、Na2MnO4继续分解生成不溶解的MnO2沉淀并再生成KMnO4和NaOH、KOH.
3K2MnO4+2H2O=2KMnO4+MnO2↓+4KOH（2）
3Na2MnO4+2H2O=2NaMnO4+MnO2↓+4NaOH（3）
反应式（1）、（2）、（3）的最终反应结果表述为：
2KMnO4=K2MnO4+MnO2↓+O2↑（4）
从（4）式反应结果看，溶液长期使用后，棕色的MnO2沉淀逐渐增多，而NaOH变化不大，在生产过程中，只需往溶液中添加KMnO4即可维持化学反应。而此反应的实质是一个“氧化反应过程”，随着部分表面氧化皮被溶解，反应生成的氧气又可机械地剥离氧化皮。不锈钢丝表面不溶于硫酸或盐酸的低价氧化物在KMnO4分解出来的氧气作用下，被氧化成易溶的高价氧化物，如Cr2O3被氧化成CrO3，而Cr的高价氧化物可在苛性碱溶液中发生溶解，其反应式为：
2Cr2O3+3O2=4CrO3
（5）
CrO3+2KOH=K2CrO4+H2O
（6）
2.2
工艺参数的确定
高锰酸钾自分解的速度与NaOH、KMnO4的浓度及温度有关。KMnO4自分解速度越快，“氧化过程”也越快。钢丝浸入溶液所用的时间越少。当NaOH和KMnO4的浓度小于100g/L时，不会缩短浸入时间，但二者都小于50g/L时，浸入时间明显延长，为此，NaOH和KMnO4的浓度取50-100g/L最为合适；若提高碱液浓度就会加速KMnO4的自分解。但是碱浓度过高是不经济的，可用提高溶液温度的办法来弥补，溶液温度选取80-95℃。
高锰酸钾碱液疏松不锈钢丝氧化皮的工艺流程为：浸置高锰酸钾碱液――水冲洗――三酸洗――水冲洗――涂润滑载体――烘干。
2.3
对比试验
（1）试验1。选取0Cr18Ni9Ti不锈钢丝，其直径为Ø4.4、Ø3.4、Ø2.7、Ø2.1、Ø1.85mm，从中各选2盘（盘重为80kg）作为试验用料，不锈钢丝在无保护气体的热处理炉中进行固溶处理，分别用高温碱煮和高锰酸钾碱液2种方法进行去除氧化皮试验。
试验结果表明：高温碱煮后的钢丝表面氧化皮需经20-35min酸洗方法可洗净，但钢丝表面光洁度不均匀，局部有麻坑和黑色胶状物；而经高锰酸钾碱液浸置后只需5-10min酸洗就可洗净，且钢丝表面光洁，无胶状物。由于高锰酸钾碱液是以水为主的混合溶液，有较强的渗透能力，使钢丝表面氧化皮达到均匀反应，又由于其与氧化皮反应过程中产生氧气，使难溶于酸的黑色胶状物产生机械剥离，酸洗时间可大为缩短。
（2）试验2。所用试验材料同试验1。延长两种工艺的浸置时间，其试验结果表明：随着浸置时间的延长，碱煮处理的钢丝经酸洗后对表面腐蚀越严重；而高锰酸钾碱液处理的钢丝经酸洗后表面无过酸洗现象。这是由于高锰酸钾碱液在一定时间内基本不腐蚀基体的缘故。
3
生产应用
在对比试验取得良好效果的基础上，配制了2.5m3的高锰酸钾碱液，采用试验中确定的工艺参数进行生产，通过30余t（Ø1.7-4.0mm）不锈钢丝的生产，其结果表明：
（1）提高了表面质量。采用高锰酸钾碱液疏松氧化皮经酸洗后，钢丝表面均匀、光洁，无黑色胶状物及过腐蚀麻坑，合格率比采用高温碱煮提高5%以上。不仅不锈麻花钉表面质量得到了保证，而且降低了钢丝表面缺陷造成的原料消耗。
（2）降低了能耗。高温碱煮温度需达到480℃，而高锰酸钾工艺要求温度仅为80-95℃。因此，采用高锰酸钾碱液工艺，缩短了生产周期，提高了工效，降低了工序能耗。统计几年来的数据并进行对比，每吨不锈丝平均降耗1875kW?h。
（3）改善了劳动环境。高温碱煮处理不锈丝时冒出浓烈的黄烟，污染环境，工作条件恶劣。而采用高锰酸钾碱液，在生产过程中蒸发出来的主要是水蒸气，无异味，对人体无害，改善了劳动环境。
