冷軋鋼板表面清潔度對耐蝕性的影響

許 斌,劉春明,安成強(qiáng),王雙紅,,于曉中

(1.東北大學(xué) 材料與冶金學(xué)院,沈陽 110819;2河北鋼鐵集團(tuán) 邯鋼公司,河北 邯鄲 056015;3.沈陽理工大學(xué) 環(huán)境與化工學(xué)院,沈陽 110168;4.東北大學(xué) 金屬防護(hù)技術(shù)工程研究中心,沈陽 110819)

冷軋鋼板表面清潔度對耐蝕性的影響

許 斌1,2,劉春明1,安成強(qiáng)3,4,王雙紅1,4,于曉中4

(1.東北大學(xué) 材料與冶金學(xué)院,沈陽 110819;2河北鋼鐵集團(tuán) 邯鋼公司,河北 邯鄲 056015;
3.沈陽理工大學(xué) 環(huán)境與化工學(xué)院,沈陽 110168;4.東北大學(xué) 金屬防護(hù)技術(shù)工程研究中心,沈陽 110819)

采用電化學(xué)測試和高低溫交變濕熱試驗主要研究了軋制后和退火后的鋼板的耐蝕性,分析了鋼板表面清潔度對耐蝕性的影響,并探討了實際生產(chǎn)過程中的影響因素.結(jié)果表明:軋制后的鋼板的耐蝕性明顯好于退火后的鋼板;表面殘留物明顯地影響了軋制后鋼板的耐蝕性分布的均勻性,清洗后的鋼板的耐蝕性更好;退火后的鋼板表面耐蝕性均勻性較差,清洗的鋼板耐蝕性較未清潔的鋼板更好;冷軋板表面清潔度問題是由原料—軋制—退火—儲存過程中多因素的變量構(gòu)成的,并直接影響其耐蝕性能.

耐腐蝕;清潔度;殘留物;冷軋鋼板

一般冷軋鋼板的生產(chǎn)過程包括酸洗、軋制、退火、平整、精整等工藝環(huán)節(jié)[1,2].軋制環(huán)節(jié)使鋼板表面殘留有大量的乳化液、潤滑油、液壓油,以及軋制中產(chǎn)生的殘鐵、碳粉末和灰塵等微小固體顆粒[3,4].退火環(huán)節(jié)往往使鋼板中的易氧化元素遷移到鋼板表面以氧化物形態(tài)在表面析聚[5].鋼板表面的微觀結(jié)構(gòu)和表面清潔度等表面狀態(tài)對鋼板的耐蝕性影響重大.所以,軋制和退火環(huán)節(jié)對鋼板的耐蝕性影響較大,而酸洗及平整等環(huán)節(jié)對鋼板的耐蝕性的影響較小[6].此外,在同一工藝環(huán)節(jié)中鋼板的不同位置的耐蝕性也存在一定差異.鋼板的腐蝕主要是電化學(xué)過程,本文用電化學(xué)極化曲線及交流阻抗研究了冷軋板的軋制和退火兩個環(huán)節(jié)的電化學(xué)行為,并采用高低溫交變濕熱試驗研究了鋼板的耐蝕性,探討了冷軋板表面清潔度對其耐蝕性的影響.

1 實驗方法

實驗鋼板取自邯鄲鋼鐵公司.

電化學(xué)測試采用三電極體系在 CH I650A電化學(xué)工作站進(jìn)行.參比電極為飽和甘汞電極(SCE),輔助電極為鉑電極.測試溶液為 w(NaCl)=3.5%的水溶液.工作面積為 10 mm×10 mm.極化曲線測試時電位掃描速度為 5 mV/s,交流阻抗測試時,正弦波激勵信號為 5 mV,掃描頻率范圍為 100 kHz～10 mHz,每個樣品在不同部位重復(fù)測試 3次.

濕熱試驗根據(jù) GB/T2423.3-93在型號為SDJ405F的高低溫交變濕熱試驗箱中進(jìn)行.

2 結(jié)果與討論

2.1 電化學(xué)分析

圖1為未進(jìn)行任何清洗的鋼板的極化曲線圖,相應(yīng)的極化曲線參數(shù)見表 1.從圖 1可以看出,軋制環(huán)節(jié)或退火環(huán)節(jié),未清洗的鋼板不同位置的極化曲線形狀相似,說明同一工藝環(huán)節(jié)的不同位置的鋼板表面狀態(tài)差別較小.從表 1可知,同一工藝環(huán)節(jié),鋼板不同位置的腐蝕電流密度均勻性差別較大,且操作側(cè)的耐蝕性要稍好于驅(qū)動側(cè)和中間側(cè).對于不同工藝環(huán)節(jié),軋制后鋼板的腐蝕電位較退火后具有更正的數(shù)值,軋制后的鋼板的平均腐蝕電流密度要小于退火后的鋼板,說明軋制后的鋼板的耐蝕性要好于退火后的鋼板.

圖1 未清洗鋼板在 NaC l溶液中的極化曲線Fig.1 Polarization curves of the steelw ithout oil removing in NaC l solution

表1 未清洗鋼板極化曲線參數(shù)Table 1 Characteristics of polarizat ion curves of the steelw ithout oil removing

圖2為未進(jìn)行任何清洗的鋼板的交流阻抗能斯特圖.從圓弧直徑大小判斷鋼板表面的膜層電阻大小,軋制后的鋼板表面電阻要明顯大于退火后的鋼板表面電阻,說明軋制后的鋼板的耐蝕性明顯好于退火后的鋼板.圖 2也反映出同一工藝環(huán)節(jié),操作側(cè)的表面電阻高于驅(qū)動側(cè)和中間側(cè),即同一工藝環(huán)節(jié),鋼板操作側(cè)的耐蝕性要稍好于驅(qū)動側(cè)和中間側(cè),這也說明鋼板表面不同位置的耐蝕性是不均勻的,與極化曲線結(jié)果相一致.

圖2 未清洗鋼板在 NaC l溶液中的 Nyquist圖Fig.2 Nyquist plot of the steelw ithout oil removing in NaC l so lution

為了進(jìn)一步研究鋼板表面清潔度對鋼板耐蝕性的影響,用丙酮 -乙醇對試樣進(jìn)行擦拭處理,去除鋼板表面的乳化液、潤滑油以及殘鐵等殘留物.圖 3為清洗后鋼板的極化曲線圖,相應(yīng)的極化曲線參數(shù)見表 2.從圖 3可以看出,軋制環(huán)節(jié)或退火環(huán)節(jié),清洗后鋼板表面不同位置的極化曲線形狀變化較小,說明鋼板表面不同位置在微觀結(jié)構(gòu)上差別較小.但與圖 1中相對應(yīng)的同一工藝環(huán)節(jié)比較,曲線形狀明顯存在差別,尤其是軋制后的鋼板的陽極分支,說明鋼板表面的殘留物對其耐蝕性有較大影響.軋制后的鋼板的腐蝕電位較退火后的鋼板更正,腐蝕電流密度更小,軋制后的鋼板的耐蝕性要好于退火后的鋼板,這與未清洗鋼板的電化學(xué)測試結(jié)果一致.對比軋制環(huán)節(jié),清洗后的鋼板表面各個位置的腐蝕電流密度均勻性較未清洗的鋼板更好,且平均電流密度更小.對比退火環(huán)節(jié),清洗后的鋼板表面不同位置的腐蝕電流密度均勻性較差,但平均電流密度較未清洗的鋼板有所降低.

從圖 4的交流阻抗圖可以看出,軋制后的鋼板表面電阻明顯大于退火后的鋼板,而且同一工藝環(huán)節(jié)的不同位置的表面電阻差別較大,說明軋制后鋼板表面的微觀結(jié)構(gòu)差別較小,退火后的鋼板表面的微觀結(jié)構(gòu)差別明顯,軋制后的鋼板表面大量的殘留物明顯地影響了鋼板表面耐蝕性的均勻性,降低了鋼板表面的耐蝕性.退火后的鋼板表面的殘留物較少,鋼板表面的耐蝕性主要受到表面的微觀結(jié)構(gòu)影響.

圖3 清洗鋼板在 NaCl溶液中的極化曲線Fig.3 Polarization curves of the steel after oil removing in NaC l solut ion

表2 清洗鋼板極化曲線參數(shù)Table 2 Characteristics of polarizat ion curves of the steel after oil removing

圖4 清洗鋼板在 NaCl溶液中的 Nyquist圖Fig.4 Nyquist plot of the steel after oil removing in NaC l solution

2.2 濕熱加速試驗

圖5和圖 6分別為軋制后和退火后未清洗的鋼板經(jīng)高低溫濕熱試驗后的表面形貌.表 3為對應(yīng)的鋼板表面殘留物總量和殘鐵量測試結(jié)果.從圖 5可以看出,軋制后的鋼板經(jīng) 168 h濕熱試驗后,表面出現(xiàn)了紅色的銹蝕點,中間側(cè)的銹蝕程度明顯大于操作側(cè)和驅(qū)動側(cè).從圖 6可以看出,退火后的鋼板經(jīng) 24 h后,鋼板表面布滿大量紅色的銹蝕點,中間側(cè)的銹蝕程度明顯小于操作側(cè)和驅(qū)動側(cè).軋制后的鋼板的耐蝕性明顯好于退火后的鋼板,這與電化學(xué)測試結(jié)果一致.從表 3可知,在軋制環(huán)節(jié),中間側(cè)的殘留物總量明顯大于操作側(cè)和驅(qū)動側(cè),而中間側(cè)的殘鐵量與操作側(cè)相當(dāng),且大于驅(qū)動側(cè),說明中間側(cè)的乳化液等軋制油殘留量明顯小于操作側(cè)和驅(qū)動側(cè),由于乳化液等軋制油殘留越多,阻擋水浸入鋼板表面發(fā)生腐蝕的程度就越小.在退火環(huán)節(jié),由于大量的乳化液等軋制油的燃燒揮發(fā)使鋼板表面殘留物減少,所以,鋼板表面易受水的浸入發(fā)生腐蝕.從表 3可知,中間側(cè)的殘留物總量與操作側(cè)和驅(qū)動側(cè)相當(dāng),但中間側(cè)的殘鐵量小于操作側(cè)和驅(qū)動側(cè),由于殘留鐵越多越容易使水分在鋼板表面結(jié)露而發(fā)生腐蝕,所以,中間側(cè)的腐蝕程度相對較小.

表3 鋼板表面殘留物總量和殘鐵量Table 3 The amount of surface residue and the iron residue

2.3 影響因素探討

在實際生產(chǎn)應(yīng)用中,對鋼板表面清潔度及耐蝕性的要求越來越高,通常鋼板表面殘留物分成兩部分,即軋制油和微小固體顆粒.據(jù)實際經(jīng)驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計,鋼板表面殘留物通常在 200～800 mg/m2之間,固體顆粒所占的比例為 20%～50%.

過多的殘留物會給后續(xù)工藝帶來麻煩,如鍍鋅產(chǎn)品則易形成鋅粒、鋅疤等缺陷,退火后殘?zhí)剂扛哌€會影響成品表面質(zhì)量,影響用戶使用.下面對冷軋鋼板表面清潔度的影響因素進(jìn)行初步探討.

熱軋來料表面的氧化鐵,冷軋后可能壓入與夾雜在鋼板表層,導(dǎo)致表面粗糙度的提高,增大吸附面積,使吸附的軋制油 (乳化液)增多;另外氧化物脫落進(jìn)入軋制液循環(huán)系統(tǒng),致使冷軋后鋼板表面殘留物增多.

酸洗時洗液濃度過低、溫度過低、酸洗速度過快,易發(fā)生欠酸洗,冷軋后大量的氧化鐵會殘留在鋼板表面上,退火過程中這些氧化鐵會被氫氣還原成鐵粉,造成鋼板表面和平整軋輥的污染.

軋制油 (乳化液)的溫度影響其在軋制時的離水展著能力和帶油能力,溫度過高脂肪酸鏈也開始分解,軋制油難于保持在軋制液中,展著性能均會降低;溫度過低,容易滋生細(xì)菌,導(dǎo)致乳化液變質(zhì),性能下降.

乳化液中軋制油的含量,是影響潤滑最重要的因素.若含量太低,鋼板與軋輥之間處于干摩擦狀態(tài),產(chǎn)生過量磨損,加大鋼板表面的殘鐵量;含量過高,易出現(xiàn)軋輥打滑,不利于軋輥冷卻并且軋后鋼板含油多.乳化液皂化值低,則潤滑性能差,油黏度大,軋后鋼板表面的殘油多.

pH值過高,乳化液的顆粒度較小,導(dǎo)致軋輥咬入?yún)^(qū)油的離水展著性較差,無法在軋輥和鋼板之間的變形區(qū)形成連續(xù)油膜,潤滑較差;pH值過低,顆粒度大,有較好的潤滑性能,但穩(wěn)定性差,軋制油易析出.

乳化液在使用過程中會受到軋機(jī)高壓油、泄漏的軸承潤滑油,酸洗帶入的酸根離子、軋制過程中產(chǎn)生的鐵粉、環(huán)境灰塵等污染,影響乳化液的穩(wěn)定,在爐退火時不易發(fā)生分解揮發(fā),影響鋼板表面清潔度.

軋制速度加快會提高鋼板表面的溫度,軋制油的黏度會減小,不容易黏附在鋼板表面,容易被出口吹掃裝置吹走,乳化液的揮發(fā)也會加快.

光輥軋制比毛化輥軋制后鋼板表面的清潔度要高.光輥的粗糙度是在磨削過程形成的,毛化輥的尖峰比光輥的多,孤立的尖峰也多,因此毛化輥磨損比光輥的多.

軋機(jī)出口吹掃裝置的壓力需保持恒定,噴嘴應(yīng)定期清理,壓縮空氣應(yīng)保持清潔,防止出口管道的油滴凝結(jié)滴落到鋼板,減少對軋后鋼板表面清潔度的影響.

鋼板表面清潔程度一方面取決于冷軋生產(chǎn)工藝參數(shù)的控制,另一方面也取決于原料的質(zhì)量以及設(shè)備裝備水平狀況.在存放的區(qū)間 (通常是在車間內(nèi)),受環(huán)境 (溫度、濕度、氣氛等)影響較大,應(yīng)建立必要的防護(hù)制度與措施.

3 結(jié) 論

軋制后鋼板表面大量的殘留物降低了鋼板表面耐蝕性及其均勻性,清洗后鋼板表面各個位置的腐蝕電流密度較未清洗的鋼板更小,均勻性更好.

退火后鋼板表面的殘留物較少,清洗后鋼板表面不同位置的腐蝕電流密度較未清潔的鋼板有所降低,均勻性下降,鋼板表面的耐蝕性主要受到表面的微觀結(jié)構(gòu)的影響.

軋制后鋼板的濕熱試驗明顯好于退火后鋼板,鋼板表面殘留的乳化液等軋制油量及殘鐵量使得鋼板各個位置的耐蝕性差異較大.

冷軋板表面清潔度問題是由原料 -軋制 -退火 -儲存過程中多因素的變量構(gòu)成的,并直接影響其耐蝕性能.

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Influence of cleanness on corrosion resistance of cold-rolled steel

XU B in1,2,L IU C hun-m ing1,AN C heng-qiang3,4,W AN G Shuang-hong1,4,YU X iao-zhong4

(1 School ofMaterials&Metallurgy,N ortheastern U niversity,Shenyang 110089,China;2 Han Steel Company of
Hebei Iron&Steel G roup;Handan 056015,China;3 School of Environm ent and Chem ical Engineering,Shenyang Ligong U niversity,Shenyang 110168,China;4 R esearch Center for Corrosion and Protection ofM etal,N ortheastern U niversity,Shenyang 110089,China)

The corrosion resistance of the rolling and annealing cold-rolled steel w as researched by electrochem ical test and alternated temperature-hum idity test,a careful analysis of the influence of cleanness on corrosion resistance w as done,the influence factors of practice produce processw as discussed.The results show that the corrosion resistance of the rolling cold-rolled steel is better than the annealing cold-rolled steel;R olling oil on surface of the steel obviously affects hom ogenization of the corrosion resistance of the rolling steel,the corrosion resistance of the rolling steel after oil rem oving is better;The hom ogenization of the corrosion resistance of the annealing steel is poor,the corrosion resistance of the annealing steel after oil rem oving is better than that w ithout oil rem oving;The effect of the cleannessw as composed of m ultivariate variable factors during the m aterial-rolling-annealing-reserving process.

corrosion resistance;cleanness;surface residue;cold-rolled steel

TG 174.36

A

1671-6620(2010)04-0277-05

2010-06-24.

許斌 (1965—),男,河北辛集人,東北大學(xué)博士研究生,E-mail:xubin@mail.hgjt.cn;劉春明 (1961—),男,陜西渭南人,東北大學(xué)教授,博士生導(dǎo)師,E-mail:cmliu@mail.neu.edu.cn.