寶鋼鍍鉻板的表面形貌與缺陷分析

朱國(guó)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(chǎn)成本低、附著力強(qiáng)［3］。另外，鍍鉻板的加工成型性和機(jī)械強(qiáng)度與鍍錫板的大致相同。因此，鍍鉻板得到了廣泛的應(yīng)用［4］。

2007年，寶鋼高速電鍍鉻鋼板生產(chǎn)線開(kāi)始投產(chǎn)，采用兩步法在二次冷軋板基板上實(shí)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(guó)內(nèi)軋板，降低了生產(chǎn)成本，但是基板形貌與鍍鉻板性能間的關(guān)系及生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生缺陷的原因還未研究。本文研究了寶鋼1220鍍鉻機(jī)組不同基板表面形貌與鍍鉻鋼板表面形貌、性能的關(guān)系，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)的白點(diǎn)等缺陷進(jìn)行了分析，為進(jìn)一步提高鍍鉻板的質(zhì)量提供參考。

1 實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)樣品采用寶鋼1220鍍鉻機(jī)組二次冷軋鍍鉻板，板的厚度為0.25mm，表面電鍍雙層鉻（即內(nèi)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(duì)表面元素進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 前處理不良引起的質(zhì)量問(wèn)題分析

在生產(chǎn)過(guò)程中，鍍鉻板表面存在小白點(diǎn)，影響鍍鉻板的外觀質(zhì)量。利用SEM 與EDS對(duì)小白點(diǎn)的表面形貌和元素組成進(jìn)行分析。

圖1為鍍鉻板小白點(diǎn)處的SEM 照片及元素分布圖。

由圖1可知：該類(lèi)型的小白點(diǎn)應(yīng)該是由基板軋制后殘留的夾雜物或毛刺引起的，這種雜質(zhì)或夾雜物沒(méi)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(diǎn)。該部分和基體結(jié)合不牢固，處于虛接狀態(tài)，在外力作用下容易脫落。同時(shí)，鍍層分布不均勻，該處也容易腐蝕。因此，要求基板不應(yīng)該有夾雜存在，否則會(huì)影響外觀質(zhì)量及鍍鉻板的性能。

圖1 鍍鉻板小白點(diǎn)處的SEM 照片及元素分布圖

圖2也是一種小白點(diǎn)的SEM 照片。這個(gè)小白點(diǎn)的微觀狀態(tài)與圖1所示的不同，該小白點(diǎn)應(yīng)該是基板表面存在缺陷引起的，比如沒(méi)有洗凈的油斑或者銹斑致使該處沒(méi)有得到鍍層而產(chǎn)生小白點(diǎn)。對(duì)比凹坑處（見(jiàn)圖2）與平整處（見(jiàn)圖3）的元素分布圖可知：凹坑處沒(méi)有鉻沉積，而平整處有鉻沉積。其原因應(yīng)該是基板的油斑或者銹斑沒(méi)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(diǎn)的SEM 照片及凹坑處元素分布圖

圖3 鍍鉻板小白點(diǎn)的SEM 照片及平整處元素分布圖

鍍鉻板小白點(diǎn)的產(chǎn)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(diǎn)；另一種是基板表面油污或銹斑沒(méi)有徹底除去而在該處局部沒(méi)有鍍鉻層而產(chǎn)生小白點(diǎn)。因此，要保證鍍鉻板的表面質(zhì)量，必須加強(qiáng)鍍鉻的前處理過(guò)程，徹底去掉銹斑、毛刺、油污等缺陷，才能得到表面質(zhì)量合格的鍍鉻板。

2.2 鍍鉻板表面質(zhì)量分析

為了分析表面缺陷度對(duì)鍍鉻板質(zhì)量的影響，對(duì)鍍鉻基板鍍前、鍍后的表面形貌和元素分布進(jìn)行了分析，結(jié)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(méi)有消失。鋼板凹坑處鍍鉻量相對(duì)較少（圖5中的圓圈部分），在儀器靈敏度范圍內(nèi)檢測(cè)不到鉻的存在，說(shuō)明該處金屬鉻的量比較低。也就是說(shuō)，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(zhì)量分?jǐn)?shù)較高。這是由于鍍鉻的特點(diǎn)是電流效率隨電流密度的升高而增大，基板凸出部應(yīng)在電鍍過(guò)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(duì)少一些，主要是在鍍鉻前的電化學(xué)脫脂和電化學(xué)酸洗過(guò)程中對(duì)基板有化學(xué)和電化學(xué)溶解作用。在這個(gè)過(guò)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(shí)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(xué)脫脂和電化學(xué)酸洗過(guò)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(méi)有鍍層。缺陷多的鍍鉻板的耐蝕性降低，在貯存、運(yùn)輸過(guò)程中容易出現(xiàn)銹斑。

3 結(jié)論

為了克服鍍鉻板的缺陷，應(yīng)做到以下兩點(diǎn)：（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(duì)于不同的鋼板，在電化學(xué)脫脂和電化學(xué)酸洗過(guò)程中，適當(dāng)?shù)厣邷囟取⒃黾与娏髅芏取⒀娱L(zhǎng)時(shí)間、增加陽(yáng)極過(guò)程，應(yīng)用陽(yáng)極溶解的原理，盡可能溶解掉軋制過(guò)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(wú)錫鋼在我國(guó)的應(yīng)用及發(fā)展［J］.中國(guó)冶金，2003（6）：12-14.

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

［3］張宏.鍍鉻薄鋼板（TFS）新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和應(yīng)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(chǎn)及發(fā)展動(dòng)向［J］.武鋼技術(shù)，1997（4）：63-65.