H型鋼軋制過程中表面氧化皮耐蝕性能研究

佟松澤，劉春偉

（1.山東鋼鐵股份有限公司型鋼廠，山東萊蕪271104；

2.山東鋼鐵股份有限公司萊蕪分公司技術中心，山東萊蕪271105）

H型鋼軋制過程中表面氧化皮耐蝕性能研究

佟松澤1，劉春偉2

（1.山東鋼鐵股份有限公司型鋼廠，山東萊蕪271104；

2.山東鋼鐵股份有限公司萊蕪分公司技術中心，山東萊蕪271105）

[摘要]為研究H型鋼表面氧化皮在軋制過程中的形貌變化及其對耐蝕性能的影響，利用掃描電鏡(SEM)對其進行了觀察，發現粗軋后氧化皮與基體的結合疏松。通過自然腐蝕電位、極化曲線和電化學阻抗等電化學測試方法，研究了H型鋼表面氧化皮的耐腐蝕性能變化。結果表明：粗軋后樣品由于殘留氧化鐵皮壓入，破壞了氧化皮的致密結構，耐蝕性能下降，精軋后樣品氧化皮對基體的保護作用較強，耐蝕性能提高。

[關鍵詞]H型鋼；軋制；氧化皮；耐蝕性；研究

1　引言

鋼鐵材料在使用過程中，受周圍環境因素的影響極易腐蝕，每年由于腐蝕原因使全球大約損失10%耀20%的金屬。熱軋H型鋼在軋制過程中，由于一次除磷和二次除磷不徹底，造成氧化鐵皮壓入等表面質量缺陷。在相同大氣環境影響下，存在表面缺陷的H型鋼，更容易出現銹蝕現象，極大地影響了產品的外觀。因此，提高熱軋H型鋼表面質量及其耐蝕性能，成為需要重點解決的難點問題。現有的文獻表明[1-7]，熱軋H型鋼表面氧化皮的組成、結構和表面狀態與其耐蝕性能密切相關。本文重點以熱軋H型鋼為對象，通過對比分析，研究了H型鋼軋制過程中氧化皮的耐蝕性能變化。

2　試樣制備與試驗方法

2.1試樣制備

在H型鋼粗軋后和精軋后分別取樣，試樣編號為：1#粗軋后樣品,2#精軋后樣品。鋼種為Q235B，尺寸規格為H150伊150伊7伊10，熔煉成分如表1所示。

表1　 H型鋼的化學成分/%

2.2試驗方法

采用掃描電鏡對粗軋后和精軋后樣品的氧化皮形貌進行觀察和分析。

為確定試樣在特定的介質和環境條件下的熱力學穩定性，采用電化學實驗記錄其Ecorr-t曲線。采用動電位掃描的方法測量極化曲線，掃描范圍從-800 mV到陽極方向，掃描速率為1 mV/s，對極化曲線的數據用Tafel公式進行擬合。交流阻抗測試參數為：加載交流擾動電壓為10 mV，正弦波頻率范圍100 kHz耀10 mHz。

3　試驗結果與分析

3.1氧化皮的SEM形貌

圖1所示的為粗軋后和精軋后H型鋼表面氧化皮截面的形貌圖。從圖中可以明顯看出，1#粗軋后樣品的氧化皮出現明顯的分層現象，與基體結合松散，在外力作用下容易脫落，厚度約為48滋m。2#精軋后樣品的氧化皮致密性好，與基體的結合較緊密，不易脫落，厚度約為8滋m。

圖1　 1#和2#樣表面氧化皮截面SEM形貌圖

粗軋過程中，鋼坯經過5道次的反復軋制，表層形成較厚的二次氧化鐵皮，經過二次除磷后，大部分脫落，仍有少部分殘留在鋼坯上，進入精軋機組，終軋完成后，這部分氧化鐵皮附著在基體表面，但結合不牢，形成表面疏松，增加腐蝕介質與基體的反應面積，從而增大了腐蝕速度。氧化皮的開裂或剝落，會直接導致氧化皮保護作用的失效，因此形成致密的氧化皮將是提高耐蝕性能的關鍵。

3.2試樣的耐腐蝕性能

為了進一步探索樣品氧化皮的腐蝕機理，采用電化學極化曲線和交流阻抗譜等電化學方法，研究H型鋼軋制過程中氧化皮的腐蝕電化學特征變化。

3.2.1 Ecorr-t測量

圖2為粗軋和精軋后的Ecorr-t曲線圖。從圖中可以看出，兩者的變化趨勢基本一致，但粗軋過程腐蝕電位Ecorr的數值在不斷變化和跳躍，這可能是由于粗軋過程中形成的二次氧化皮表面存在的缺陷和孔洞比精軋時要多，導致表面狀態不穩定。這與SEM觀察到的結果基本一致，粗軋后氧化皮與基體之間呈現出明顯的分層結構，內層與基體結合比較疏松，局部發生脫落；精軋后氧化皮與基體結合緊密。

圖2　 1#和2#樣在溶液中的Ecorr-t曲線

3.2.2極化曲線測量

對比試樣在0.5% NaCl模擬溶液的動電位極化曲線如圖3所示，可以看出，1#粗軋后樣品的腐蝕電流密度為1.424 mA/cm2，2#精軋后樣品的腐蝕電流密度為1.258 mA/cm2。精軋后的1#樣品，其腐

圖3　 1#和2#樣在模擬溶液中的極化曲線

蝕電流密度小，表明材料的腐蝕速率小，即材料的耐腐蝕能力強。

3.2.3交流阻抗譜測試

交流阻抗技術可以對金屬材料表面銹層的變化情況進行分析，通過對阻抗譜的數據擬合，來分析表面銹層轉變的機理。對比試樣的電化學阻抗譜（1#粗軋后樣品，2#精軋后樣品）如圖4所示。

從圖中可以明顯看出，經過粗軋后的1#樣品，界面轉移電阻減小，表明粗軋后其耐腐蝕性能降低，精軋過程中形成的氧化皮對基體的保護作用要強于粗軋后形成的氧化皮，這與極化曲線測得的結果相一致。

4　結論

H型鋼在軋制過程中，由于高壓水除磷不徹底，致使殘留氧化鐵皮壓入，粗軋后氧化皮與基體的結合疏松，有分層現象，精軋后氧化鐵皮變薄，與基體結合也較致密。從氧化皮的腐蝕電化學變化中可以看出，粗軋過程腐蝕電位不斷的變化和跳躍，其腐蝕電流密度變大，界面轉移電阻變小，表明材料的腐蝕速率大，即材料的耐腐蝕能力變弱。因此，如何在粗軋過程中形成致密的氧化皮將是下一步研究的重點。

圖4　 1#和2#樣品在模擬溶液中的電化學阻抗譜

參考文獻

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[7]李曉剛.材料腐蝕與防護[M].長沙：中南大學出版社，2009：141-145.

Study on Surface Scale Corrosion ResistanceofH-beam SteelForm ed in Rolling Process

TONG Song-ze1and LIU Chun-wei2
(1.Section SteelPlant,Shandong Iron and SteelHolding Co.,Ltd.,Laiwu,Shandong Province271104,China;2.Technology CenterofLaiwu Subsidiary,Shandong Iron and SteelHolding Co.,Ltd.,Laiwu,Shandong Province271105,China)

AbstractScanning electronic microscope was utilized for observing and studying the morphology change ofH-beam steelscale in rolling processand the influence on corrosion resistance.Itwasfound thatthe combination ofscale and itsbase afterrough rolling wasnotcompact.Electro-chemicaltesting methodsofnaturalcorrosion potential,polarization curve and electrochemicalimpedance were adopted for studying the change ofcorrosion resistance of H -beam steelscale.Results indicated thatscale compactstructure after rough rolling was destroyed because ofremaining scale being rolled in and consequently corrosion resistance decreased;after finish rolling scale exerted strong protection on its baseand thuscorrosion resistanceincreased.

Key wordsH-beam steel;rolling;scale;corrosion resistance;study

作者簡介：佟松澤（1982—），男，本科，工程師，主要從事H型鋼生產過程工藝技術管理工作。

收稿日期：2014-10-09修回日期：2014-10-24