寶鋼鍍鉻板的表面形貌與缺陷分析

朱國和

（寶山鋼鐵股份有限公司研究院，上海200019）

0 前言

鍍鉻板是在金屬錫資源減少的情況下研制出的新型制罐材料［1-2］。與鍍錫板相比，鍍鉻板的生產成本低、附著力強［3］。另外，鍍鉻板的加工成型性和機械強度與鍍錫板的大致相同。因此，鍍鉻板得到了廣泛的應用［4］。

2007年，寶鋼高速電鍍鉻鋼板生產線開始投產，采用兩步法在二次冷軋板基板上實現(xiàn)了鉻的高速連續(xù)沉積。寶鋼鍍鉻板的基板采用的是國內軋板，降低了生產成本，但是基板形貌與鍍鉻板性能間的關系及生產過程中產生缺陷的原因還未研究。本文研究了寶鋼1220鍍鉻機組不同基板表面形貌與鍍鉻鋼板表面形貌、性能的關系，對生產過程中出現(xiàn)的白點等缺陷進行了分析，為進一步提高鍍鉻板的質量提供參考。

1 實驗

實驗樣品采用寶鋼1220鍍鉻機組二次冷軋鍍鉻板，板的厚度為0.25mm，表面電鍍雙層鉻（即內層電鍍純金屬鉻，表層電鍍氧化鉻）。

電鍍金屬鉻工藝條件：CrO3（150±5）g／L，NH4F（3.5±0.2）g／L，H2SO4≤0.09g／L，溫度（38±2）℃，陰極電流密度45A／dm2。

基板和鍍層的表面形貌用S3400型掃描電子顯微鏡觀察，并對表面元素進行分析。

2 結果與討論

2.1 前處理不良引起的質量問題分析

在生產過程中，鍍鉻板表面存在小白點，影響鍍鉻板的外觀質量。利用SEM 與EDS對小白點的表面形貌和元素組成進行分析。

圖1為鍍鉻板小白點處的SEM 照片及元素分布圖。

由圖1可知：該類型的小白點應該是由基板軋制后殘留的夾雜物或毛刺引起的，這種雜質或夾雜物沒有完全脫離基板，電鍍鉻后鍍層在該處分布不均勻而引起色差，宏觀上看就是小白點。該部分和基體結合不牢固，處于虛接狀態(tài)，在外力作用下容易脫落。同時，鍍層分布不均勻，該處也容易腐蝕。因此，要求基板不應該有夾雜存在，否則會影響外觀質量及鍍鉻板的性能。

圖1 鍍鉻板小白點處的SEM 照片及元素分布圖

圖2也是一種小白點的SEM 照片。這個小白點的微觀狀態(tài)與圖1所示的不同，該小白點應該是基板表面存在缺陷引起的，比如沒有洗凈的油斑或者銹斑致使該處沒有得到鍍層而產生小白點。對比凹坑處（見圖2）與平整處（見圖3）的元素分布圖可知：凹坑處沒有鉻沉積，而平整處有鉻沉積。其原因應該是基板的油斑或者銹斑沒有徹底去除，出現(xiàn)了阻擋層，阻止了金屬鉻的沉積。

圖2 鍍鉻板小白點的SEM 照片及凹坑處元素分布圖

圖3 鍍鉻板小白點的SEM 照片及平整處元素分布圖

鍍鉻板小白點的產生有兩種原因：一種是基板表面組織不均勻，出現(xiàn)了附著不牢固的毛刺，致使鍍鉻層不均勻而出現(xiàn)小白點；另一種是基板表面油污或銹斑沒有徹底除去而在該處局部沒有鍍鉻層而產生小白點。因此，要保證鍍鉻板的表面質量，必須加強鍍鉻的前處理過程，徹底去掉銹斑、毛刺、油污等缺陷，才能得到表面質量合格的鍍鉻板。

2.2 鍍鉻板表面質量分析

為了分析表面缺陷度對鍍鉻板質量的影響，對鍍鉻基板鍍前、鍍后的表面形貌和元素分布進行了分析，結果如圖4所示。

圖4 DR-8BA 基板表面形貌

由圖4可知：鍍鉻板的表面形貌與基板的表面形貌相似。鍍鉻后，基板的凹坑并沒有消失。鋼板凹坑處鍍鉻量相對較少（圖5中的圓圈部分），在儀器靈敏度范圍內檢測不到鉻的存在，說明該處金屬鉻的量比較低。也就是說，該處的鍍鉻層很薄，在沖擊、腐蝕環(huán)境下容易脫落及腐蝕。

圖5 鍍鉻后凹坑處的SEM 照片及元素分布圖

圖6 為凸出部位的SEM 照片及元素分布圖。由圖6可知：鍍鉻后凸出部位的鉻的質量分數(shù)較高。這是由于鍍鉻的特點是電流效率隨電流密度的升高而增大，基板凸出部應在電鍍過程中表面積較小，分布的電流密度較高，在同樣的電鍍條件下，該處沉積的鍍層較厚。

圖6 鍍鉻后凸出部位的SEM 照片及元素分布圖

鍍鉻板的形貌與基板的形貌相似。不同之處在于：基板表面的缺陷要比鍍鉻板的更多一些，存在很多凹坑、凸起、犁溝等；而鍍鉻板的缺陷相對少一些，主要是在鍍鉻前的電化學脫脂和電化學酸洗過程中對基板有化學和電化學溶解作用。在這個過程中，由于凸出部位電力線集中，電力密度較大，活性較大，優(yōu)先溶解，將基板表面的凸出部位溶解掉一部分，也就是在脫脂和去掉氧化膜的同時起到了整平作用。但是，這種整平作用是有限的，要使基板表面處于平整狀態(tài)，必須是軋出的鋼板表面缺陷少，如果基板本身的缺陷太多，在電化學脫脂和電化學酸洗過程中的這種整平作用也不足以使基板表面平整。不平整的表面得到的鉻層也是不平整的，鍍層厚度在鋼板表面分布也是不均勻的。這樣，鋼板表面凸出部位得到的鍍層就厚，而凹陷（凹坑）處鍍層就薄，甚至沒有鍍層。缺陷多的鍍鉻板的耐蝕性降低，在貯存、運輸過程中容易出現(xiàn)銹斑。

3 結論

為了克服鍍鉻板的缺陷，應做到以下兩點：（1）改善軋制工藝，使軋出的鋼板表面盡量平整，減少缺陷；（2）對于不同的鋼板，在電化學脫脂和電化學酸洗過程中，適當?shù)厣邷囟取⒃黾与娏髅芏取⒀娱L時間、增加陽極過程，應用陽極溶解的原理，盡可能溶解掉軋制過程中出現(xiàn)的毛刺、凸起部分，使鋼板表面盡量平整。

［1］喬軍.無錫鋼在我國的應用及發(fā)展［J］.中國冶金，2003（6）：12-14.

［2］陳祖欣.美國鋼鐵公司電鍍錫板工藝和無錫板工藝［J］.國外錫工業(yè)，1994，21（1）：44-58.

［3］張宏.鍍鉻薄鋼板（TFS）新產品的開發(fā)和應用［J］.南方金屬，2002（4）：13-16.

［4］加藤忠一，殷碧群.罐用材料的生產及發(fā)展動向［J］.武鋼技術，1997（4）：63-65.