冷軋鋼板表面碳形態(tài)分析方法研究

摘要：本文在生產(chǎn)實(shí)踐的基礎(chǔ)上，總結(jié)了退火處理后鋼板表層碳的存在形態(tài)的表征方法，重點(diǎn)介紹了評(píng)價(jià)退火后冷軋鋼板表面質(zhì)量及對(duì)后處理有較大影響的碳元素存在的形態(tài)、數(shù)量和深度等的分析儀器和方法，分析了不同方法的特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：退火；冷軋板；碳元素；分析方法

冷軋帶鋼廣泛應(yīng)用于汽車、家電、建筑等各行業(yè)。為了進(jìn)一步加工和表面處理的需要，經(jīng)退火處理后的帶鋼板面必須具有較高的表面質(zhì)量。帶鋼經(jīng)冷軋軋制后，帶鋼表面殘留有軋制油等物質(zhì)，隨后的熱處理會(huì)把帶鋼加熱到一定溫度并保持一段時(shí)間，從而獲得均勻的組織結(jié)構(gòu)和所需的機(jī)械性能。在熱處理的過(guò)程中，軋硬卷表面殘留的軋制油也會(huì)揮發(fā)，鋼板基體中的碳等元素也可能在一定的氣氛條件下向鋼板表面擴(kuò)散，從而在鋼板表面形成無(wú)定形碳、石墨碳等不同形態(tài)。熱處理后鋼板表面碳的存在形態(tài)和分布狀況，可能會(huì)對(duì)后續(xù)的清洗和涂裝質(zhì)量帶來(lái)嚴(yán)重不良影響[1]。本文在生產(chǎn)實(shí)踐的基礎(chǔ)上，總結(jié)了退火處理后鋼板表面碳的形態(tài)和分布狀況的表征方法，分析了不同方法的優(yōu)缺點(diǎn)，可在鋼材生產(chǎn)和使用過(guò)程中，根據(jù)鋼板表面質(zhì)量監(jiān)控需要區(qū)別使用。

1.分析方法及設(shè)備

評(píng)價(jià)研究選取退火處理后的冷軋鋼板為樣板，采用3M公司Scotch膠帶提取鋼板表面樣本，并粘貼在清潔度取樣本上，使用NOVO-SHADE反射率計(jì)來(lái)測(cè)量反射率數(shù)值，借助美國(guó)LECO公司GDS-750A型輝光光譜儀(GDS)、美國(guó)LECO公司RC-412檢測(cè)儀（Leco）和RINT2500/PC型X射線衍射（XRD）等方法對(duì)碳在鋼板表面的深度分布、存在形態(tài)和結(jié)構(gòu)等進(jìn)行分析。

2.分析與討論

2.1反射率評(píng)價(jià)

退火后冷軋帶鋼表面清潔程度采用反射率來(lái)衡量是一種簡(jiǎn)單快捷的評(píng)價(jià)方法，可在短短幾分鐘時(shí)間內(nèi)對(duì)鋼板表面的清潔狀況作一大致判斷。具體是采用Scotch膠帶在被測(cè)樣板上進(jìn)行粘貼取樣，然后采用NOVO-SHADE光反射率計(jì)進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量出的數(shù)據(jù)即為鋼板表面反射率的數(shù)值。通常，反射率數(shù)值越大的鋼板表面清潔程度越高，反之，鋼板表面清潔程度越低。膠帶粘貼取樣主要用來(lái)評(píng)價(jià)退火后冷軋鋼板表面殘留的無(wú)定形碳等物質(zhì)，因?yàn)檫@層附著在鋼板表面的這層物質(zhì)可較為容易地被黏附到膠帶上。Scotch膠帶和檢測(cè)樣本如圖.1所示。但是對(duì)于鋼板表層的石墨態(tài)的碳，使用粘貼膠帶取樣的方法不能準(zhǔn)確評(píng)價(jià)。這是因?yàn)椋寂c鋼板表層結(jié)合非常牢固，不能輕而易舉地黏附下來(lái)。

圖1Scotch膠帶和檢測(cè)樣本

2.2 殘?zhí)迹↙ECO）分析

采用Leco分析儀可對(duì)鋼板表層碳的存在形態(tài)進(jìn)行分析。利用Leco分析儀輸出的鋼板表層碳的分解曲線，分別對(duì)三個(gè)溫度段進(jìn)行積分，可分別求出三個(gè)溫度段下不同形態(tài)碳含量的和。采用這種方法分析時(shí)，要特別注意樣品制作過(guò)程中應(yīng)避免可能引入碳的二次污染源。

2.3輝光放電光譜（GDS）分析

采用輝光光譜儀可對(duì)碳在鋼板厚度方向上的深度分布情況進(jìn)行分析。圖2所示即為對(duì)比分析的兩種鋼板表層碳的深度分布情況，圖中橫坐標(biāo)表示自鋼板表面的分析深度，縱坐標(biāo)表示碳元素沿深度方向的百分比含量。樣品A沿鋼板厚度方向上碳元素的分布基本一致，說(shuō)明鋼板表層沒(méi)有碳元素的富集生長(zhǎng)；而樣品B的鋼板表層，有一定程度的碳的富集，自鋼板表面碳的富集層深度達(dá)近400nm。這層碳的富集層存在于鋼板的表層，在后處理前如不能有效去除，將會(huì)對(duì)后處理涂層與鋼板的結(jié)合力等帶來(lái)嚴(yán)重不良影響。

圖2試樣A和B的碳元素GDS深度分析

2.4 X射線衍射（XRD）分析

采用XRD衍射儀可以對(duì)退火后冷軋板表層石墨態(tài)的碳作進(jìn)一步分析。由于鋼板表層碳的富集層厚度差別很大，從十幾納米到幾百納米不等，故分析時(shí)通常采用低角度掠射，掃描范圍為10°~70°，從冷軋板的XRD衍射圖譜分析中，樣品表層有石墨碳存在，石墨的峰對(duì)應(yīng)圖中26-28。的范圍內(nèi) [2]。XRD分析方法可在上述分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步確定鋼板表層碳的存在形態(tài)。

3.結(jié)論

（1）在退火后的鋼板表面粘貼取樣，可以快速的評(píng)價(jià)鋼板表面的清潔程度，但對(duì)石墨態(tài)碳不能準(zhǔn)確評(píng)價(jià)。

（2）采用LECO可以方便地分析在鋼板表層碳的不同存在形態(tài)和數(shù)量。

（3）采用輝光放電分析可以分析沿鋼板厚度方向碳的深度分布情況。

（4）采用X射線衍射分析可以對(duì)鋼板表面石墨態(tài)的碳進(jìn)行結(jié)構(gòu)確認(rèn)。

4.參考文獻(xiàn)

[1]劉玉章 戴學(xué)誠(chéng) 張新鵬.低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼板面發(fā)黑現(xiàn)象分析[J]. 鋼鐵釩鈦，2008年10月 29卷 （4）:p77-80.

[2]張梁. 低碳退火鋼游離滲碳體的形成及其影響因素分析[J]. 太鋼科技，1993，(2):p26-29.

作者簡(jiǎn)介

劉玉章(1975—)，男，河南鄲城人，工程師，碩士，現(xiàn)從事金屬材料熱處理工藝研究。