冷軋鋼板在生產過程中的表面耐蝕性

沈 萍,唐艷秋,2,王 磊,劉紅艷

(1. 沈陽防銹包裝材料有限責任公司，沈陽 110032； 2. 金屬防銹防護技術公共服務平臺，沈陽 110033)

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冷軋鋼板在生產過程中的表面耐蝕性

沈 萍1,唐艷秋1,2,王 磊1,劉紅艷1

(1. 沈陽防銹包裝材料有限責任公司，沈陽 110032； 2. 金屬防銹防護技術公共服務平臺，沈陽 110033)

摘要：為研究冷軋鋼板表面耐蝕性在生產過程中的變化，對冷軋鋼板在生產工藝過程中的表面清潔度進行了分析，并采用靜態濕熱試驗和交變濕熱試驗進行了驗證。結果發現,冷軋鋼板的耐蝕性隨生產過程不同而變化，其中退火過程降低了表面耐蝕性，干平整過程提高了耐蝕性，重卷涂油過程因表面附著有導致或加速腐蝕的物質，而使鋼板耐蝕性大幅降低。

關鍵詞：耐蝕性；冷軋鋼板；清潔度

冷軋鋼板在加工制造過程中，表面成分、形貌、附著物等會隨加工工藝、設備的變化而改變,鋼板表面的耐蝕性也會隨之變化。鋼板耐蝕性降低會導致成品短期內發生銹蝕。因此,對冷軋鋼板加工過程中耐蝕性的變化進行研究，可明確影響耐蝕性的因素，為加工過程中的防銹管理提供參考，為成品防銹包裝設計和銹蝕問題分析提供依據。

影響鋼板表面耐蝕性的因素除表面成分、組織結構等內因外，還有外因，其中又以清潔度[1-2]，即表面附著物最為關鍵。國內某鋼廠冷軋鋼板產品在出廠一個月后發現內部發生均勻銹蝕，初步分析是表面耐蝕性降低所致[3]，導致耐蝕性降低的主要原因是表面污染。本工作以該產品為例，分析其在生產過程中的耐蝕性變化。

1工藝過程分析

該廠冷軋鋼板的主要生產工藝過程如下：(熱軋板)冷軋→脫脂→退火→平整→重卷涂油→成品包裝。

上述生產過程中影響耐蝕性的因素主要有：

(1) 脫脂質量脫脂質量的好壞影響退火后的表面殘鐵、殘碳量。這些殘留物在環境濕度較高時會促進腐蝕，導致產品耐蝕性下降。

(2) 退火過程退火后的鋼板表面沒有氧化膜、加工液等保護層，活性非常高，耐蝕性很低，容易受環境氣氛的影響而發生銹蝕[4-5]。很多鋼廠都存在退火后鋼板的銹蝕問題。

(3) 平整過程平整分為干平整和濕平整。濕平整采用的平整液具有一定的防銹保護作用，能夠提高板面耐蝕性[7]。干平整會使板面表面粗糙度增加，可能因摩擦產生鐵粉，且沒有其他防護處理，可能導致材料耐蝕性下降。該廠采用的是干平整工藝。

(4) 重卷涂油該廠重卷涂油產線較長，鋼板大部分暴露在空氣中，表面未用防銹油而僅涂毫克級防護油，傳送輥很多且較臟，磨損嚴重，擦拭可見明顯黑色污漬。

為確定上述工藝過程中耐蝕性影響因素的具體作用,通過表面清潔度檢測、加速腐蝕試驗進一步分析。對象為該廠相應生產過程的同一鋼種、同一批次的實際板材，包括：冷軋后尚未進行脫脂處理的鋼板(脫脂前)；脫脂處理后退火前的鋼板(脫脂后)；退火后干平整前的鋼板(平前板)；干平整后重卷涂油前的鋼板(平后板)；重卷涂油后的鋼板(重卷板)。

2表面清潔度分析

2.1清潔度分析

清潔度檢測方法如下：采用梅特勒-托利多公司精度0.1 mg的AB204-E型精密電子天平，稱量原始鋼板和經無水乙醇清洗三遍并干燥后的鋼板質量，其質量差除以試片表面積即為清潔度(附著量)C。檢測結果見表1和圖1。其中重卷板是去除80 mg/m2的防護油后的清潔度，以體現非預期的表面附著物。

C=(W0-W1)/A

(1)

式中:W0為原始鋼板質量;W1為清洗干燥后的鋼

表1　生產過程中鋼板表面清潔度(附著量)

圖1　冷軋鋼板表面附著量隨加工過程的變化Fig. 1　Relationship between production process and surface cleanliness

板質量;A為鋼板表面積。

由表1和圖1可見：脫脂后表面仍有明顯可去除的殘留物，脫脂質量還可進一步提升。退火后鋼板表面殘留物很少，說明退火過程基本消除了表面附著物，但不排除表面殘留有微量的鐵、碳[9]。平整前后表面殘留物很少，說明干平整過程中表面沒有受到明顯污染。重卷涂油過程排除表面附著的防護油，仍有明顯的附著物，說明該過程存在較嚴重的表面污染，并可能是導致產品耐蝕性下降并最終銹蝕的主要因素。與預計的附著量相比，僅在退火后和平整前后較為一致，脫脂過程和重卷涂油過程偏差很大，未達到預期的控制要求。冷軋鋼板在經不同生產過程后，表面清潔度不同，其中脫脂前清潔度最差，成品板次之，退火后的清潔度最好。

2.2表面元素分析

采用Phenom ProX型掃描電鏡-能譜儀進行表面元素分析。圖2和表2是典型加工過程中鋼板表面SEM形貌及其EDS(能譜)分析結果，因多點分析結果一致，表中僅列出典型結果。

由圖2和表2可見，脫脂前鋼板表面元素分布不均，部分區域成分簡單，只有鐵、氧、碳；部分區域成分復雜，除鐵、氧、碳外，還有硅、鉀、鋁、鈣等元素，說明表面附著物分布不均，且成分較為復雜；脫脂后表面主要有鐵、氧、碳和硅，其中硅是由脫脂劑帶入的，其他物質基本洗掉；平整前后表面成分較一致，主要有鐵和氧，為鐵的各種氧化物，未見其他元素，說明表面清潔度較好；重卷板表面附著物中含有氯、硫、鈣、碳、硅、鋁、氧等元素，且占主要比例，說明附著物不是鐵粉或其氧化物，而是以非金屬元素為主的污染物。

(a)　脫脂前 (b)　脫脂后 (c)　平前板 (d)　平后板 (e)　重卷后圖2　典型加工過程鋼板表面SEM形貌Fig. 2　SEM morphology of the steel sheets in typical processing:(a)　before cleaning; (b)　after cleaning; (c)　before temper rolling; (d)　after temper rolling; (e)　after recoiling

位置FeOCTiSiKAlCaEuClS1號點3.619.46.9--------2號點7.442.810.414.213.52.84.32.42.1--3號點60.337.10.4-2.2------4號點78.219.62.2--------5號點80.618.50.20.7-------6號點16.135.914.3-4.3-5.16.4-10.07.9

3表面耐蝕性分析

3.1試驗方案

加工工藝、設備和表面清潔度的影響最終體現在板面耐蝕性上[10]。為更加直觀地確定上述因素對耐蝕性的影響，按表3方案進行加速腐蝕試驗。

表3　不同加工過程鋼板表面耐蝕性試驗方案

靜態濕熱試驗過程如下：將試片單片吊掛于相對濕度95%的干燥器中，置于40 ℃烘箱內，24 h后取出觀察結果。

交變濕熱試驗過程如下：5片試片為一組按成品鋼板排列方式重疊放置，并以一定的力固定后吊掛于交變濕熱試驗箱中，試驗條件按20 ℃、90%濕度和40 ℃、80%濕度交替變化。

清洗過程如下：采用無水乙醇將試片清洗三遍并吹干。

不清洗即保持試片原有表面狀態，對實際生產中的表面進行試驗。

3.2試驗結果

不同加工過程中鋼板表面耐蝕性試驗結果見表4。表中A面為有黑色斑痕面；B面為無黑色斑痕但有壓痕面。

表4　表面耐蝕性加速試驗結果

將加速腐蝕試驗結果按加工流程進行分析，見圖3~圖6。

圖3　冷軋鋼板靜態濕熱試驗黑斑面耐蝕性Fig. 3　Corrosion resistance of cold-rolled steel plate on the black spot side in static humid-heat test

圖4　冷軋鋼板靜態濕熱試驗壓痕面耐蝕性Fig. 4　Corrosion resistance of cold-rolled steel plate on the no black spot side in static humid-heat test

圖5　冷軋鋼板靜態濕熱試驗耐蝕性Fig. 5　Corrosion resistance of cold-rolled steel plate in static humid-heat test

圖6　冷軋鋼板交變濕熱試驗耐蝕性變化Fig. 6　Graphs of surface corrosion resistance in cyclic humid-heat test

通過耐蝕性隨加工流程變化圖可以看出：

(1) 靜態濕熱試驗結果和交變濕熱試驗結果一致，尤其是交變濕熱試驗采用迭片方式，其結果更能體現鋼卷實際層疊狀態。

(2) 無論表面是否經過清洗處理，平整前(即退火后)的鋼板均有銹蝕，表明其耐蝕性較差，主要原因是表面新鮮，活性高，容易與氧氣、水分等環境因素發生反應(重卷板)。清洗后的平前板耐蝕性高于實際表面，表明實際表面上有能導致或加速腐蝕的附著物，從脫脂-退火工藝過程分析，應為表面附著的鐵和碳。

(3) 平整后的鋼板表面是否清洗對耐蝕性影響顯著，清洗后的表面耐蝕性明顯高于實際表面，表明平整后的板面附著有導致或加速腐蝕的物質，這與平前板的規律一致。

(4) 從耐蝕性高低來看，平整后的鋼板無論表面是否清洗，耐蝕性均高于平整前的鋼板，說明干平整過程有益于耐蝕性的提高。

(5) 重卷板是否清洗，對耐蝕性的影響最大，清洗后的表面耐蝕性顯著高于實際表面，表明實際表面上附著有可能導致或加速腐蝕的污物，且數量較多。直接暴露在空氣中的重卷板耐蝕性比退火后的鋼板還差。

4結論

(1) 脫脂后的清潔度不理想，雖然在退火后的清潔度檢測沒有發現明顯殘留，但在加速腐蝕試驗中表現為耐蝕性變差，容易銹蝕，且銹蝕程度較重，表明表面殘留的鐵、碳等成分會降低板面耐蝕性，加速腐蝕。

(2) 清潔的鋼板，平整前(即退火后)的板面耐蝕性明顯低于后續其他加工過程后的，表明經退火后板面處于新鮮、高活性狀態，沒有氧化膜等保護層，耐蝕性最低。

(3) 去除成品板涂油因素，成品板表面應較為清潔，但結果顯示表面有明顯殘留物，說明重卷涂油過程導致了表面污染，并最終導致耐蝕性大幅下降。

(4) 在各典型加工過程中，排除板面附著物的影響(即理想的清潔狀態)，從退火后開始，耐蝕性高低次序為：平后板等于重卷板，高于平前板；考慮該廠實際生產情況和表面附著物狀態，耐蝕性高低次序為：平后板高于平前板高于重卷涂油板。

(5) 從表面清潔度差異和耐蝕性變化可以看出，影響耐蝕性的主要因素有加工過程和清潔度，其中加工過程的影響主要是退火和干平整，前者降低耐蝕性，后者提高耐蝕性；清潔度的影響主要是重卷涂油過程，該廠重卷涂油過程使清潔度變差，導致耐蝕性降低。

(6) 提高產品耐蝕性，減少銹蝕損失，可從脫脂和重卷涂油過程考慮，提高脫脂質量，減少重卷涂油過程污染。

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Corrosion Resistance of Cold-Rolled Steel in Production Process

SHEN Ping1,TANG Yan-qiu1,2,WANG Lei1,3,LIU Hong-yan1

(1. Shenyang Rustproof Packaging Material Co., Ltd., Shenyang 110032, China;2. Metal Corrosion Protection Technology Platform for Public Service, Shenyang 110033, China)

Abstract：To study the difference of corrosion resistance of cold-rolled steel in process, the surface cleanliness was analyzed and static humid-heat test and cyclic humid-heat test were performed. Results show that the corrosion resistance of the surface of the cold-rolled sheet was reduced in the annealing process and improved in the dry temper rolling. The corrosion resistance greatly reduced because some corrosive contamination was attached to the surface of the cold-rolled sheet in the recoiling and oiling process.

Key words：corrosion resistance; cold rolled steel; cleanliness

中圖分類號：TG174.4

文獻標志碼：B

文章編號：1005-748X(2016)02-0140-04

通信作者：唐艷秋(1972-),高級工程師,本科,從事暫時性防銹技術研究,13840068643,tangyanqiu72@163.com

收稿日期：2015-01-28

DOI:10.11973/fsyfh-201602011