平整液对冷轧带钢表面黄斑缺陷的影响

许海飞 许义来

【摘  要】冷轧带钢是以热轧板卷为原料，通过冷轧方式生产出的具有高性能、高附加值的产品，目前已被广泛应用于汽车、家电、建筑等行业。随着材料科学技术的不断发展，冷轧带钢的厚度精度、平整度、轧制速度以及带钢的深冲性和强度都得到了不断提高。为了满足深加工用户的不同要求，消除冷轧带钢及其退火后的屈服平台，防止深加工时的拉伸应变，矫正退火后带钢变形性能，需要通过平整来提高冷轧带钢的质量。

【关键词】平整液;冷轧带钢;黄斑缺陷;分析

1导言

冷轧带钢的表面质量对其冲压成型性能以及后续的涂覆性能有主要影响，在一定程度上带钢的表面质量是由平整所决定的。所谓的平整是指：带钢经再结晶退火后以小压下率0.5%-4%进行冷轧的精整过程，平整可以消除带钢退火后的屈服平台，改善带钢的力学性能和平直度，使带钢表面具有一定的粗糙度。

2实验方法和过程

2.1实验材料

实验材料为取自国内某钢厂生产的干平整和湿平整后的T4带钢钢板，数量均为10块，为了便于测量，将钢板剪成直径为50mm的圆形钢片，进行粗糙度测量和表面形貌观察实验。将干平整和湿平整后的T4板，剪成大小为1cm×1cm的正方形钢片，并用环氧树脂镶嵌，做成工作面积为1cm×1cm的研究电极，进行极化曲线测量。

2.2实验方法

2.2.1表面粗糙度测量

采用型号为SURFCOM1400G的二维粗糙度测量仪，测量10块不同平整方式带钢钢板的粗糙度值和粗糙度曲线，比较相同轧制参数下的干、湿平整后带钢表面粗糙度的差异，并根据轧制参数计算其粗糙度复制率。

2.2.2表面形貌观察

采用型号为JSM-6360LV的扫描电镜（SEM）对平整后带钢表面形态特征、显微成分特征以及表面缺陷的特征等进行比较分析，可细致地研究干、湿平整后带钢的表面形貌差异并研究带钢表面质量和表面缺陷产生的原因。采用型号为Solver P47-PRD的原子力显微镜（AFM）对带钢进行表面三维形貌分析，更加清晰直观地比较干湿平整后带钢表面形貌的差异。实验参数：扫描范围为50μm，扫描频率为0.6013Hz，样本数为256。

2.2.3极化曲线测量

采用型号为CHI600E的电化学分析仪，即三电极体系进行极化曲线测试，室温下（30℃）测量研究电极（干、湿平整后的带钢）在腐蚀介质氯化钠溶液中的腐蚀电位随时间的变化和电极的自腐蚀电位，比较不同平整方式下带钢的耐腐蚀性能。辅助电极采用铂电极，参比电极采用饱和氯化钾甘汞电极，研究电极为用环氧树脂镶嵌的工作面积为1cm2干、湿平整后的带钢，腐蚀介质为浓度为3%的Na Cl水溶液，实验前用丙酮将研究电极擦洗干净吹干。实验时采用的扫描电位自-1.0V至1.0V，由负至正，扫描速率为2mV/s，灵敏度为10-6。

3试验方法

冷轧带钢表面黄斑缺陷样板为宝钢自供冷轧带钢。采用德国卡尔蔡司公司EVO108型扫描电子显微镜分析冷轧带钢表面黄斑缺陷的表面形貌。由于无机型平整液兼容性差、不环保等问题，发展环保有机型平整液是目前研究的热点之一。本文以宝钢现场某平整机组为试验平台，在相同平整工艺条件下，对现有的SP3有机型平整液成分进行优化。传统SP3平整液主要成分包括有机酸、有机胺、表面活化剂、无机盐、水等，在此基础上采用添加剂磷酸盐、钼酸盐、缓蚀剂、有机胺及其混合溶液对其进行调整。对于平整液的使用效果，以新型平整液对冷轧带钢表面氧化膜的成膜速度影响进行评价。

4分析与讨论

4.1冷轧带钢表面平整黄斑缺陷产生机理

冷轧带钢表面的平整黄斑缺陷为一定宽度的长条状深黄或深褐色斑迹，多发生在冷轧带钢上下表面的中部，且沿轧制方向延伸，呈对称分布。平整黄斑缺陷通常在湿平整带钢卷取存放一段时间后产生，为了弄清平整黄斑缺陷的产生机制，对其表面形貌进行分析，冷轧带钢表面黄斑缺陷发生部位多为疏松小坑洞，且坑内存在较多微细异物。经能谱分析可知其主要成分为氧化铁和α-羟基氧化铁。而冷轧带钢正常部位表面形貌较为平整，无明显腐蚀凹坑。由此可判断，冷轧带钢表面平整黄斑主要成分为铁氧化物。这主要是由于冷轧带钢平整前，40℃平整液喷洒在带钢表面，覆盖平整液的带钢表面与平整辊之间产生高速摩擦，导致带钢表面温度随之上升。尽管在卷取前带钢表面的平整液会被吹扫干净，但受带钢表面温度影响，其表面水分含量大于环境水分含量。当环境温度较高时，带钢温度与环境温度相差较小，水分凝聚的速度就会变慢或者没有水分凝聚，此时表面氧化膜的生成速度就较慢。而在环境温度较低时，带钢温度与环境温度相差较大，水分凝聚速度变快，氧化膜的生成速度就较快。冷轧带钢表面氧化膜生成速度的差异，导致了不同氧化膜之间产生电位差，进而提供了腐蚀的驱动力。在电解质-水的作用下，带钢表面电位差越大，其表面越容易产生锈蚀，进而形成了平整黄斑缺陷。当冷轧带钢卷取时，带钢中部呈凸起状，且压得很紧，凝聚的水分不容易向周围扩散，氧势较低;而带钢边部卷取得相对较松，温度下降时内部水蒸气压力大于环境水蒸气压力，水蒸气会通过两层带钢之间的毛细管向环境扩散，氧势较高，从而造成了带钢边部和中间氧化膜的氧势差。因此，冷轧带钢表面的平整黄斑多发生在带钢中部。由以上分析可知，冷轧带钢表面平整黄斑缺陷的产生主要受温度、冷轧带钢表面状态以及平整液特性等因素影响。基于此，对不同状态的冷轧带钢进行电化学极化曲线分析：冷轧带钢表面的氧化膜使极化电位往正向移动，即有氧化膜的表面电位高于没有氧化膜的表面（平整时氧化膜开裂处）电位。

4.2平整液对冷轧带钢表面氧化膜的影响

为了弄清平整液成分对冷轧带钢表面氧化膜形成速度的影響，分别采用SP10和SP3平整液为电解质，以冷轧带钢为工作电极，分析其电位-电解时间曲线，当电解时间小于200s时，随着时间延长，冷轧带钢表面电位向正向移动，且迅速升高。相对于SP10平整液，以SP3平整液为电解液的冷轧带钢表面电位变化较快;当电解时间为100s时，其对应的冷轧带钢表面电位可迅速提高到-0.45V;而当电解时间大于200s时，随着时间的延长，两种平整液所对应的冷轧带钢表面电位变化较为平缓，但以SP3平整液为电解液的冷轧带钢表面氧化膜的生成速度高于以SP10平整液为电解液的冷轧带钢。因此，以SP3平整液为基础，进一步研究不同添加剂对冷轧带钢表面氧化膜的生成速度影响。添加不同种类的添加剂对冷轧带钢表面氧化膜的生成速度均有不同程度的影响。相对来说，同时添加磷酸盐和钼酸盐可以有效改善冷轧带钢表面氧化膜的生成速度。这可能是由于添加剂中磷酸盐和钼酸盐成分具有较强的氧化性，其可提高冷轧带钢表面氧化膜的生长速度。

5结论

冷轧带钢表面平整黄斑缺陷的主要成分为铁氧化物，即腐蚀产物，其产生过程与带钢表面电位和氧化膜裂开处电位的差值有关。冷轧带钢表面电位和氧化膜裂开处电位的差值越大，冷轧带钢表面平整黄斑缺陷的发生率越大。在平整液的作用下，冷轧带钢表面可形成新的氧化膜。平整液中不同添加剂对其表面氧化膜的生成速度影响不同。添加剂磷酸盐和钼酸盐可以有效改善冷轧带钢表面氧化膜的生成速度。

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（作者单位：河钢集团邯钢公司冷轧厂）