摘 要:某鍍錫鋼板在罩式退火后,鋼板邊部產(chǎn)生白色亮帶。采用宏觀觀察、輝光光譜檢測、表 面粗糙度檢測、金相檢驗、掃描電鏡及能譜分析等方法,分析了鍍錫鋼板邊部產(chǎn)生白色亮帶的原因。 結(jié)果表明:在罩式退火過程中,氫氣中微量的氧元素與鍍錫鋼板中的錳、硅等活性元素發(fā)生選擇性 氧化形成氧化物,富集在鋼板表面,最終在鋼板邊部形成了白色亮帶區(qū)。

關(guān)鍵詞:鍍錫鋼板;白色亮帶;選擇性氧化;罩式退火 

中圖分類號:TG157                                               文獻標(biāo)志碼:B                                          文章編號:1001-4012(2022)03-0037-04

鍍錫鋼板俗稱馬口鐵,具有優(yōu)良的易成形性、焊 接性及耐蝕性,主要用于化工、材料包裝等領(lǐng)域,鍍 錫鋼板常規(guī)生產(chǎn)過程一般是煉鋼→熱軋→酸連軋→ 連退(或罩式退火)→平整(或二次冷軋,簡稱 DR) →鋼卷準(zhǔn)備作業(yè)→鍍錫[1-2]。冷軋板一般采用全氫 罩式退火,優(yōu)良的循環(huán)風(fēng)機及冷卻系統(tǒng)使得罩式退 火的生產(chǎn)效率提高、能耗降低。由于生產(chǎn)設(shè)備及工 藝等原因,經(jīng)退火后的鋼卷會存在一定程度的表面 氧化,使鋼卷的表面狀態(tài)發(fā)生變化,進而影響其使用 性能,嚴(yán)重時會導(dǎo)致材料報廢[3-4]。 

某公司生產(chǎn)的鍍錫鋼板,材料牌號為 TMR,其 化學(xué)成分見表1,經(jīng)罩式退火(退火工藝的時間-溫 度曲線如圖1所示)后開卷,在表面檢查過程中發(fā)現(xiàn) 帶鋼兩側(cè)邊部出現(xiàn)白色亮帶,嚴(yán)重影響了客戶的使 用。為查明帶鋼邊部產(chǎn)生白色亮帶的原因,筆者對 其進行了一系列檢驗與分析,并提出了改進建議,以 期避免該類問題的再次發(fā)生。

1 理化檢驗 

1.1 宏觀觀察 

鍍錫鋼板兩側(cè)出現(xiàn)白色亮帶,亮帶連續(xù)且呈現(xiàn) 波浪狀,寬度約為10cm,如圖2所示。

1.2 輝光光譜檢測 

分別在鍍錫鋼板邊部(包括白色亮帶區(qū)與正常 區(qū))和 中 心 (正 常 區(qū))截 取 試 樣,試 樣 尺 寸 均 為 200mm×50mm。將鍍錫鋼板邊部試樣劃分成12 個區(qū)域,每個區(qū)域取2~4位置點進行檢測,如圖3所 示,區(qū)域 A為白色亮帶區(qū),區(qū)域 B為正常區(qū)。將鍍錫 鋼板中心試樣劃分成3個區(qū)域,每個區(qū)域取2~4位 置點進行檢測。試驗設(shè)備為美國力可 GDS850A 型 輝光光譜分析儀,參考 GB/T19502-2004《表面化學(xué) 分析》標(biāo)準(zhǔn),由鋼板邊部向中心逐步進行輝光光譜檢 測,主要檢測元素富集含量較高的錳、硅元素。

對罩式退火后的鍍錫鋼板表面白色亮帶區(qū)與正 常區(qū)進行輝光光譜檢測后發(fā)現(xiàn),錳、硅兩種元素在表 面富集較為明顯。對邊部試樣及中心試樣每個區(qū)域 的錳、硅元素富集峰值的平均值進行統(tǒng)計,檢測位置 (與邊部的距離)與錳、硅元素富集峰值的關(guān)系曲線 如圖4所示。 

由圖4可知:隨著與邊部距離的增加,錳、硅元素 含量呈先升高后降低的趨勢,距離鋼板邊部約85mm 處的錳含量富集峰值最大,質(zhì)量分數(shù)約為42%;錳、 硅元素富集峰值較高區(qū)域為邊部白色亮帶區(qū),錳、硅 富集峰值較低區(qū)域為中心正常區(qū),亮帶區(qū)寬度約為 10cm。在罩式退火過程中,鋼板表面的錳、硅元素易 氧化形成 MnO,SiO2,MnSiO3 和 Mn2SiO4 [5-7],這些氧化物會產(chǎn)生宏觀色差。

1.3 表面粗糙度檢測 

在鍍錫鋼板邊部亮帶區(qū)與中心正常區(qū)截取試 樣,進行表面粗糙度檢測,邊部亮帶區(qū)試樣與中心正 常區(qū)試樣尺寸均為100mm×100mm,采用德國馬 爾PerthometerM2型粗糙度測量儀對每個試樣進 行橫向和縱向表面粗糙度檢測,每個方向檢測5個 點,試驗標(biāo)準(zhǔn)參考 GB/T2523-2008 《冷軋金屬薄 鋼板(帶)表面粗糙度和峰值數(shù)測量方法》,將檢測結(jié) 果范圍值與平均值進行統(tǒng)計,結(jié)果如表2所示。亮帶 區(qū)試樣與正常區(qū)試樣的橫、縱向的表面精糙度范圍值 及平均值接近,并無明顯差異,說明粗糙度不是影響 罩式退火后鍍錫鋼板產(chǎn)生白色亮帶的主要因素。

1.4 金相檢驗

在鍍錫鋼板邊部亮帶區(qū)與中心正常區(qū)分別取 樣,試樣尺寸均為15 mm×15 mm,采用德國蔡司 AXIOImage.A2m 型光學(xué)顯微鏡,進行顯微組織觀 察,試驗標(biāo)準(zhǔn)參考 GB/T13298-2015《金屬顯微組 織檢驗方法》,結(jié)果如圖 5 所示。在不同放大倍數(shù) 下,亮帶區(qū)與正常區(qū)試樣表面均可見明顯的軋制條 紋,低倍條件下亮帶區(qū)與正常區(qū)試樣的顯微組織無 明顯異常。進一步放大觀察發(fā)現(xiàn),亮帶區(qū)試樣和正 常區(qū)試樣軋制條紋內(nèi)存在彌散分布的小黑點,正常 區(qū)試樣的小黑點數(shù)量非常少,需進一步借助高分辨掃描電鏡進行觀察及分析。 

1.5 掃描電鏡及能譜分析 

采用德國蔡司 SIGMA-HD 型場發(fā)射掃描電鏡 (SEM),對鍍錫鋼板邊部亮帶區(qū)和中心正常區(qū)進行 微觀形貌觀察,試驗標(biāo)準(zhǔn)參考 GB/T20307-2006 《納米級長度的掃描電鏡測量方法通則》。由圖6可知:亮帶區(qū)試樣表面存在彌散分布的小顆粒,中心正 常區(qū)試樣表面未見明顯小顆粒。對小顆粒尺寸進行 統(tǒng)計,得到尺寸范圍為64~337nm。

由圖7可知,亮帶區(qū)試樣表面顆粒區(qū)主要含錳、 硅、氧元素,非顆粒區(qū)含有少量的硅元素,其含量均 遠高于基材,這表明亮帶區(qū)試樣表面小顆粒主要是 富集的錳、硅元素氧化物或其復(fù)合物。 

對亮帶區(qū)試樣表面顆粒區(qū)進行 EDS線掃,結(jié)果 如圖8所示。亮帶區(qū)試樣表面小顆粒區(qū)的錳元素含 量較高,其他區(qū)域錳元素含量較低,這可進一步驗證 亮帶區(qū)試樣表面小顆粒為錳、硅氧化物或其復(fù)合物。 

2 分析與討論 

在罩式退火過程中,氫氣中的微量氧元素雖然不 能與鐵反應(yīng)生產(chǎn)氧化鐵,但會與鋼板中的錳、硅等活 性元素發(fā)生選擇性氧化形成氧化物,選擇性氧化[8]過 程示意如圖9所示。氣體首先通過對流傳到鋼板表 面,在氣體層流邊界層擴散,并在鋼板表面發(fā)生吸附 或解吸,吸附的產(chǎn)物擴散到基體中,發(fā)生選擇性氧 化,解吸氣體產(chǎn)物通過氣體層流邊界層擴散回鋼板 表面。氧化物的形成會造成鋼板表面活性元素的貧化,吸引內(nèi)部的鋁、鉻、鈦和錳等元素擴散到鋼板表 面,形成活性元素富集氧化物。

3 結(jié)論與建議 

(1)在罩式退火過程中,氫氣中的微量氧元素 與鍍錫鋼板中的錳、硅等活性元素發(fā)生選擇性氧化 形成氧化物,富集在鋼板表面,這是鍍錫鋼板邊部產(chǎn) 生白色亮帶的主要原因。 

(2)在性能沒有明顯降低的情況下,適當(dāng)降低 卷取溫度降低保溫溫度、縮短保溫時間,可降低鋼板 表面元素的富集程度。 

(3)控制罩式退火爐內(nèi)露點值在-50 ℃以下 進行退火,降低氧勢,減少氧化性氣氛。

參考文獻: 

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[5] 史良權(quán).寶鋼2030冷軋裸板易銹蝕原因[J].寶鋼技 術(shù),2002,20(2):52-57. 

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<文章來源>材料與測試網(wǎng) > 期刊論文 > 理化檢驗－物理分冊 > 58卷 > 3期 (pp:37-40)>