熱鍍鋁鋅鋼板輥壓成形后表面發(fā)黑原因分析

姚瑩*，寧培棟，田成輝，劉小華，王瑾，陳翠

（酒鋼宏興股份有限公司鋼鐵研究院，甘肅 嘉峪關(guān) 735100）

某鋼廠使用表面涂覆了一層含鉻耐指紋有機(jī)鈍化膜[1]的熱鍍鋁鋅鋼板生產(chǎn)方管，但經(jīng)輥壓成形加工成方管后表面出現(xiàn)發(fā)黑現(xiàn)象(見圖1)，影響了產(chǎn)品外觀。本文主要對熱鍍鋁鋅鋼板加工前的原板表面及加工后的方管表面進(jìn)行了微觀形貌觀察和能譜分析，并結(jié)合鈍化膜單位面積質(zhì)量和表面粗糙度檢測，對熱鍍鋁鋅方管表面發(fā)黑的原因進(jìn)行了分析。

圖1 熱鍍鋁鋅鋼板加工后表面發(fā)黑的照片F(xiàn)igure 1 Photos of blackened surface of hot-dip Al-Zn alloy coated steel sheet after being roll-formed

1 實(shí)驗(yàn)

將熱鍍鋁鋅鋼板剪切成2.5 cm × 2.5 cm的小片，熱鍍鋁鋅方管剪切成2.5 cm × 1.5 cm × 1.5 cm的小方管，在超聲波清洗機(jī)中用去離子水清洗樣片 180 s。采用 ZEISS Merlin Compact場發(fā)射掃描電鏡(SEM)，結(jié)合OXFORD X-max N型能譜分析儀(EDS)對熱鍍鋁鋅鋼板加工前后的表面進(jìn)行了微觀形貌觀察和微區(qū)元素的定點(diǎn)定性分析與定點(diǎn)定量分析。

采用XL 3t 980手持式X射線熒光光譜儀檢測熱鍍鋁鋅方管表面鈍化膜的單位面積質(zhì)量。

參照GB/T 2523-2008《冷軋金屬薄板(帶)表面粗糙度和峰值數(shù)測量方法》，采用ZXBM-018便攜式粗糙度儀對熱鍍鋁鋅方管表面的平均粗糙度Ra進(jìn)行檢測，取樣長度λc= 0.8 mm，區(qū)間數(shù)n= 5。

2 結(jié)果與討論

2.1 掃描電鏡檢測結(jié)果與分析

圖2為熱鍍鋁鋅鋼板加工前后的表面微觀形貌照片，可以看出，加工前的原板表面鋁枝晶整齊有序，晶花棱角分明，立體感較強(qiáng)；而加工后的方管表面，受輥壓成形影響，方管表面出現(xiàn)劃傷、犁痕。

圖2 加工前的原板表面(a)和加工后的方管表面(b)的微觀形貌Figure 2 Micromorphologies of original sheet surface (a) and roll-formed square tube surface (b)

從表1可以看出，加工前的原板表面C含量高達(dá)57.96%，而鈍化膜的特征元素是C、Cr，表明加工前的原板表面存在鈍化膜；加工后的方管表面C、Cr含量明顯減少，說明鈍化膜減薄甚至脫落，O含量增加說明膜下鍍層發(fā)生了氧化。然而，方管表面所呈現(xiàn)的發(fā)黑現(xiàn)象并不表明氧化物為黑色，而是鍍鋁鋅板表面覆蓋的無色、透明的有機(jī)薄膜發(fā)生光干涉現(xiàn)象的結(jié)果[2]。

表1 圖2所示位置的元素含量Table 1 Elemental compositions at different positions shown in Figure 2

2.2 鈍化膜單位面積質(zhì)量檢測結(jié)果與分析

該廠生產(chǎn)的鈍化膜的單位面積質(zhì)量控制范圍為1.2 ～ 1.4 g/m2。如圖3所示，用手持式X射線熒光光譜儀對鍍鋁鋅鋼板加工前后的鈍化膜進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)加工后方管表面的鈍化膜單位面積質(zhì)量明顯降低(見表2)，說明加工后鈍化膜減薄，失去了保護(hù)作用。

圖3 熱鍍鋁鋅鋼板加工前(a)后(b)的鈍化膜單位面積質(zhì)量測量點(diǎn)Figure 3 Spots for measuring the mass of passive film per unit area before (a) and after (b) roll forming of hot-dip Al-Zn alloy coated steel sheet

表2 圖3中不同位置的鈍化膜單位面積質(zhì)量Table 2 Mass of passive film per unit area for different spots shown in Figure 3（單位：g/m2）

2.3 表面粗糙度檢測結(jié)果與分析

如圖4所示對熱鍍鋁鋅方管發(fā)黑表面進(jìn)行粗糙度檢測。由表3所列的結(jié)果可以看出，熱鍍鋁鋅方管表面橫向上的Ra明顯高于縱向上的Ra。熱鍍鋁鋅方管表面橫向與縱向粗糙度差異大，導(dǎo)致鋼管表面反射率不同，粗糙度低的部位反射率高，粗糙度高的部位反射率低[3]。因此，試樣發(fā)黑是輥壓過程中鋼板與模具摩擦造成鈍化膜分布不均勻而產(chǎn)生色差所致。

圖4 熱鍍鋁鋅方管表面粗糙度的測量點(diǎn)Figure 4 Spots for measuring the surface roughness of the square tube made of hot-dip Al-Zn alloy coated steel sheet

表3 熱鍍鋁鋅方管表面粗糙度(Ra)的測試結(jié)果Table 3 Results of surface roughness (Ra) measurement of the square tube made of hot-dip Al-Zn alloy coated steel sheet（單位：μm）

3 結(jié)論

加工過程中鋼板與模具作相對運(yùn)動(dòng)時(shí)，其接觸界面上存在切向阻力，摩擦引起發(fā)熱和能量損耗，致使鍍層氧化發(fā)黑。此外，在輥壓過程中，鋼板與模具摩擦導(dǎo)致方管表面鈍化膜厚度減薄，鈍化膜分布不均勻，致使方管表面反射率不同，形成肉眼色差，從而出現(xiàn)熱鍍鋁鋅方管表面發(fā)黑現(xiàn)象。

4 建議

有文獻(xiàn)[4-5]指出，熱鍍鋁鋅鋼板在加工過程中出現(xiàn)沿模具運(yùn)動(dòng)方向的犁痕劃傷表明了鈍化膜的潤滑性及耐磨性不足。在此加工工藝條件下，應(yīng)改善鈍化膜的潤滑性及耐磨性，尤其是在有摩擦熱的條件下，鈍化膜應(yīng)起到自潤滑作用，能抵抗摩擦的破壞作用。