平整液對冷軋帶鋼表面黃斑缺陷的影響

許海飛 許義來

【摘 ?要】冷軋帶鋼是以熱軋板卷為原料，通過冷軋方式生產出的具有高性能、高附加值的產品，目前已被廣泛應用于汽車、家電、建筑等行業。隨著材料科學技術的不斷發展，冷軋帶鋼的厚度精度、平整度、軋制速度以及帶鋼的深沖性和強度都得到了不斷提高。為了滿足深加工用戶的不同要求，消除冷軋帶鋼及其退火后的屈服平臺，防止深加工時的拉伸應變，矯正退火后帶鋼變形性能，需要通過平整來提高冷軋帶鋼的質量。

【關鍵詞】平整液;冷軋帶鋼;黃斑缺陷;分析

1導言

冷軋帶鋼的表面質量對其沖壓成型性能以及后續的涂覆性能有主要影響，在一定程度上帶鋼的表面質量是由平整所決定的。所謂的平整是指：帶鋼經再結晶退火后以小壓下率0.5%-4%進行冷軋的精整過程，平整可以消除帶鋼退火后的屈服平臺，改善帶鋼的力學性能和平直度，使帶鋼表面具有一定的粗糙度。

2實驗方法和過程

2.1實驗材料

實驗材料為取自國內某鋼廠生產的干平整和濕平整后的T4帶鋼鋼板，數量均為10塊，為了便于測量，將鋼板剪成直徑為50mm的圓形鋼片，進行粗糙度測量和表面形貌觀察實驗。將干平整和濕平整后的T4板，剪成大小為1cm×1cm的正方形鋼片，并用環氧樹脂鑲嵌，做成工作面積為1cm×1cm的研究電極，進行極化曲線測量。

2.2實驗方法

2.2.1表面粗糙度測量

采用型號為SURFCOM1400G的二維粗糙度測量儀，測量10塊不同平整方式帶鋼鋼板的粗糙度值和粗糙度曲線，比較相同軋制參數下的干、濕平整后帶鋼表面粗糙度的差異，并根據軋制參數計算其粗糙度復制率。

2.2.2表面形貌觀察

采用型號為JSM-6360LV的掃描電鏡（SEM）對平整后帶鋼表面形態特征、顯微成分特征以及表面缺陷的特征等進行比較分析，可細致地研究干、濕平整后帶鋼的表面形貌差異并研究帶鋼表面質量和表面缺陷產生的原因。采用型號為Solver P47-PRD的原子力顯微鏡（AFM）對帶鋼進行表面三維形貌分析，更加清晰直觀地比較干濕平整后帶鋼表面形貌的差異。實驗參數：掃描范圍為50μm，掃描頻率為0.6013Hz，樣本數為256。

2.2.3極化曲線測量

采用型號為CHI600E的電化學分析儀，即三電極體系進行極化曲線測試，室溫下（30℃）測量研究電極（干、濕平整后的帶鋼）在腐蝕介質氯化鈉溶液中的腐蝕電位隨時間的變化和電極的自腐蝕電位，比較不同平整方式下帶鋼的耐腐蝕性能。輔助電極采用鉑電極，參比電極采用飽和氯化鉀甘汞電極，研究電極為用環氧樹脂鑲嵌的工作面積為1cm2干、濕平整后的帶鋼，腐蝕介質為濃度為3%的Na Cl水溶液，實驗前用丙酮將研究電極擦洗干凈吹干。實驗時采用的掃描電位自-1.0V至1.0V，由負至正，掃描速率為2mV/s，靈敏度為10-6。

3試驗方法

冷軋帶鋼表面黃斑缺陷樣板為寶鋼自供冷軋帶鋼。采用德國卡爾蔡司公司EVO108型掃描電子顯微鏡分析冷軋帶鋼表面黃斑缺陷的表面形貌。由于無機型平整液兼容性差、不環保等問題，發展環保有機型平整液是目前研究的熱點之一。本文以寶鋼現場某平整機組為試驗平臺，在相同平整工藝條件下，對現有的SP3有機型平整液成分進行優化。傳統SP3平整液主要成分包括有機酸、有機胺、表面活化劑、無機鹽、水等，在此基礎上采用添加劑磷酸鹽、鉬酸鹽、緩蝕劑、有機胺及其混合溶液對其進行調整。對于平整液的使用效果，以新型平整液對冷軋帶鋼表面氧化膜的成膜速度影響進行評價。

4分析與討論

4.1冷軋帶鋼表面平整黃斑缺陷產生機理

冷軋帶鋼表面的平整黃斑缺陷為一定寬度的長條狀深黃或深褐色斑跡，多發生在冷軋帶鋼上下表面的中部，且沿軋制方向延伸，呈對稱分布。平整黃斑缺陷通常在濕平整帶鋼卷取存放一段時間后產生，為了弄清平整黃斑缺陷的產生機制，對其表面形貌進行分析，冷軋帶鋼表面黃斑缺陷發生部位多為疏松小坑洞，且坑內存在較多微細異物。經能譜分析可知其主要成分為氧化鐵和α-羥基氧化鐵。而冷軋帶鋼正常部位表面形貌較為平整，無明顯腐蝕凹坑。由此可判斷，冷軋帶鋼表面平整黃斑主要成分為鐵氧化物。這主要是由于冷軋帶鋼平整前，40℃平整液噴灑在帶鋼表面，覆蓋平整液的帶鋼表面與平整輥之間產生高速摩擦，導致帶鋼表面溫度隨之上升。盡管在卷取前帶鋼表面的平整液會被吹掃干凈，但受帶鋼表面溫度影響，其表面水分含量大于環境水分含量。當環境溫度較高時，帶鋼溫度與環境溫度相差較小，水分凝聚的速度就會變慢或者沒有水分凝聚，此時表面氧化膜的生成速度就較慢。而在環境溫度較低時，帶鋼溫度與環境溫度相差較大，水分凝聚速度變快，氧化膜的生成速度就較快。冷軋帶鋼表面氧化膜生成速度的差異，導致了不同氧化膜之間產生電位差，進而提供了腐蝕的驅動力。在電解質-水的作用下，帶鋼表面電位差越大，其表面越容易產生銹蝕，進而形成了平整黃斑缺陷。當冷軋帶鋼卷取時，帶鋼中部呈凸起狀，且壓得很緊，凝聚的水分不容易向周圍擴散，氧勢較低;而帶鋼邊部卷取得相對較松，溫度下降時內部水蒸氣壓力大于環境水蒸氣壓力，水蒸氣會通過兩層帶鋼之間的毛細管向環境擴散，氧勢較高，從而造成了帶鋼邊部和中間氧化膜的氧勢差。因此，冷軋帶鋼表面的平整黃斑多發生在帶鋼中部。由以上分析可知，冷軋帶鋼表面平整黃斑缺陷的產生主要受溫度、冷軋帶鋼表面狀態以及平整液特性等因素影響。基于此，對不同狀態的冷軋帶鋼進行電化學極化曲線分析：冷軋帶鋼表面的氧化膜使極化電位往正向移動，即有氧化膜的表面電位高于沒有氧化膜的表面（平整時氧化膜開裂處）電位。

4.2平整液對冷軋帶鋼表面氧化膜的影響

為了弄清平整液成分對冷軋帶鋼表面氧化膜形成速度的影響，分別采用SP10和SP3平整液為電解質，以冷軋帶鋼為工作電極，分析其電位-電解時間曲線，當電解時間小于200s時，隨著時間延長，冷軋帶鋼表面電位向正向移動，且迅速升高。相對于SP10平整液，以SP3平整液為電解液的冷軋帶鋼表面電位變化較快;當電解時間為100s時，其對應的冷軋帶鋼表面電位可迅速提高到-0.45V;而當電解時間大于200s時，隨著時間的延長，兩種平整液所對應的冷軋帶鋼表面電位變化較為平緩，但以SP3平整液為電解液的冷軋帶鋼表面氧化膜的生成速度高于以SP10平整液為電解液的冷軋帶鋼。因此，以SP3平整液為基礎，進一步研究不同添加劑對冷軋帶鋼表面氧化膜的生成速度影響。添加不同種類的添加劑對冷軋帶鋼表面氧化膜的生成速度均有不同程度的影響。相對來說，同時添加磷酸鹽和鉬酸鹽可以有效改善冷軋帶鋼表面氧化膜的生成速度。這可能是由于添加劑中磷酸鹽和鉬酸鹽成分具有較強的氧化性，其可提高冷軋帶鋼表面氧化膜的生長速度。

5結論

冷軋帶鋼表面平整黃斑缺陷的主要成分為鐵氧化物，即腐蝕產物，其產生過程與帶鋼表面電位和氧化膜裂開處電位的差值有關。冷軋帶鋼表面電位和氧化膜裂開處電位的差值越大，冷軋帶鋼表面平整黃斑缺陷的發生率越大。在平整液的作用下，冷軋帶鋼表面可形成新的氧化膜。平整液中不同添加劑對其表面氧化膜的生成速度影響不同。添加劑磷酸鹽和鉬酸鹽可以有效改善冷軋帶鋼表面氧化膜的生成速度。

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（作者單位：河鋼集團邯鋼公司冷軋廠）