冷軋鋼板表面碳形態分析方法研究

摘要：本文在生產實踐的基礎上，總結了退火處理后鋼板表層碳的存在形態的表征方法，重點介紹了評價退火后冷軋鋼板表面質量及對后處理有較大影響的碳元素存在的形態、數量和深度等的分析儀器和方法，分析了不同方法的特點。

關鍵詞：退火；冷軋板；碳元素；分析方法

冷軋帶鋼廣泛應用于汽車、家電、建筑等各行業。為了進一步加工和表面處理的需要，經退火處理后的帶鋼板面必須具有較高的表面質量。帶鋼經冷軋軋制后，帶鋼表面殘留有軋制油等物質，隨后的熱處理會把帶鋼加熱到一定溫度并保持一段時間，從而獲得均勻的組織結構和所需的機械性能。在熱處理的過程中，軋硬卷表面殘留的軋制油也會揮發，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散，從而在鋼板表面形成無定形碳、石墨碳等不同形態。熱處理后鋼板表面碳的存在形態和分布狀況，可能會對后續的清洗和涂裝質量帶來嚴重不良影響[1]。本文在生產實踐的基礎上，總結了退火處理后鋼板表面碳的形態和分布狀況的表征方法，分析了不同方法的優缺點，可在鋼材生產和使用過程中，根據鋼板表面質量監控需要區別使用。

1.分析方法及設備

評價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反射率計來測量反射率數值，借助美國LECO公司GDS-750A型輝光光譜儀(GDS)、美國LECO公司RC-412檢測儀（Leco）和RINT2500/PC型X射線衍射（XRD）等方法對碳在鋼板表面的深度分布、存在形態和結構等進行分析。

2.分析與討論

2.1反射率評價

退火后冷軋帶鋼表面清潔程度采用反射率來衡量是一種簡單快捷的評價方法，可在短短幾分鐘時間內對鋼板表面的清潔狀況作一大致判斷。具體是采用Scotch膠帶在被測樣板上進行粘貼取樣，然后采用NOVO-SHADE光反射率計進行測量，測量出的數據即為鋼板表面反射率的數值。通常，反射率數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評價退火后冷軋鋼板表面殘留的無定形碳等物質，因為這層附著在鋼板表面的這層物質可較為容易地被黏附到膠帶上。Scotch膠帶和檢測樣本如圖.1所示。但是對于鋼板表層的石墨態的碳，使用粘貼膠帶取樣的方法不能準確評價。這是因為，石墨碳與鋼板表層結合非常牢固，不能輕而易舉地黏附下來。

圖1Scotch膠帶和檢測樣本

2.2 殘碳（LECO）分析

采用Leco分析儀可對鋼板表層碳的存在形態進行分析。利用Leco分析儀輸出的鋼板表層碳的分解曲線，分別對三個溫度段進行積分，可分別求出三個溫度段下不同形態碳含量的和。采用這種方法分析時，要特別注意樣品制作過程中應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碳在鋼板厚度方向上的深度分布情況進行分析。圖2所示即為對比分析的兩種鋼板表層碳的深度分布情況，圖中橫坐標表示自鋼板表面的分析深度，縱坐標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，說明鋼板表層沒有碳元素的富集生長；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，將會對后處理涂層與鋼板的結合力等帶來嚴重不良影響。

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衍射儀可以對退火后冷軋板表層石墨態的碳作進一步分析。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，石墨的峰對應圖中26-28。的范圍內 [2]。XRD分析方法可在上述分析的基礎上，進一步確定鋼板表層碳的存在形態。

3.結論

（1）在退火后的鋼板表面粘貼取樣，可以快速的評價鋼板表面的清潔程度，但對石墨態碳不能準確評價。

（2）采用LECO可以方便地分析在鋼板表層碳的不同存在形態和數量。

（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鋼板表面石墨態的碳進行結構確認。

4.參考文獻

[1]劉玉章 戴學誠 張新鵬.低碳鋁鎮靜鋼板面發黑現象分析[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.

作者簡介

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