方百友，楊敏娜，賀澤邦，盧　琳

(1.寶鋼新日鐵汽車板有限公司，上海 200941)(2.北京科技大學(xué) 腐蝕與防護(hù)中心，北京100083)

殘留物對(duì)冷軋汽車板耐蝕性能的影響

方百友1，楊敏娜2，賀澤邦2，盧琳2

(1.寶鋼新日鐵汽車板有限公司，上海 200941)(2.北京科技大學(xué) 腐蝕與防護(hù)中心，北京100083)

盧　琳

摘要：為了研究軋制過(guò)程中冷軋汽車板表面殘留物的影響因素，及其對(duì)鋼板表面耐蝕性能的影響，運(yùn)用掃描電化學(xué)極化曲線對(duì)不同表面狀態(tài)冷板的腐蝕行為進(jìn)行了對(duì)比研究，并運(yùn)用室內(nèi)模擬腐蝕實(shí)驗(yàn)對(duì)鋼板不同位置的工間防銹性能進(jìn)行了評(píng)價(jià)。結(jié)果表明鋼板表面殘油量越多，殘鐵量越少，其表面腐蝕電流密度越小，耐蝕性能越好，這與殘油所具有的物理屏蔽作用有關(guān)。與軋制參數(shù)差異帶來(lái)的影響相比，軋制油的種類是影響鋼板表面殘留物的關(guān)鍵因素，進(jìn)而影響鋼板的防銹性能。工間防銹實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，鋼板表面不同位置存在明顯的電化學(xué)狀態(tài)不均勻性，但所有位置試樣在存儲(chǔ)期的前3天內(nèi)均可保持較好的耐蝕狀態(tài)。相對(duì)來(lái)說(shuō)，中間位置試樣的平均銹蝕度最小，腐蝕電流密度最小，可見(jiàn)中間位置的殘油較多、分布較均勻，阻礙了銹蝕的發(fā)生。

關(guān)鍵詞：冷軋板；殘留物；電化學(xué)腐蝕；工間防銹；存儲(chǔ)環(huán)境中圖分類號(hào)：TG174.48

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)1674-3962(2016)05-0396-05

1前言

近年來(lái)，隨著汽車工業(yè)的高速發(fā)展，冷軋板的需求不斷增加[1]。冷軋板在軋制過(guò)程中，一方面由于表面存在一定的粗糙度，使得軋制油殘留在表面。另一方面由于極大的摩擦力作用下有鐵粉從軋輥表面和帶鋼表面脫落，使鋼板表面吸附面積增加，進(jìn)而吸附大量軋制油、雜油及其他形式雜質(zhì)，形成大量表面殘污物。所以，冷軋帶鋼表面的殘污物為油脂、鐵粉和非金屬固體顆粒物的機(jī)械混合物。

目前的研究大多集中在殘留物對(duì)脫脂性能及后續(xù)工藝性能造成的負(fù)面影響。比如這些殘留物的存在直接導(dǎo)致退火后油燒斑的形成，同時(shí)加重清洗環(huán)節(jié)的負(fù)擔(dān)，進(jìn)而影響退火后的表面質(zhì)量[2-8]。面對(duì)這些問(wèn)題，主要采取的對(duì)策是調(diào)整軋制工藝參數(shù)改變冷板表面輪廓，以減少磨損及殘留物的產(chǎn)生，又或者通過(guò)研發(fā)新的脫脂劑和脫脂工藝，優(yōu)化堿清洗液的種類、濃度、溫度以及工藝流程和設(shè)備配置，以提高退火前板面的清潔性，進(jìn)而保證板面具有良好的退火后質(zhì)量[9-13]。在以上研究中，表面殘油對(duì)冷板所起到的保護(hù)作用往往被忽略。事實(shí)上，在冷軋板生產(chǎn)過(guò)程中，不同工序間往往需要短暫的轉(zhuǎn)運(yùn)倉(cāng)儲(chǔ)時(shí)間，一般為1～3天，在此期間，為了防止表面銹蝕，需要采取一定的防銹措施，鋼板表面殘留的軋制油恰恰起到了防銹的作用。鑒于此，本文采用電化學(xué)方法研究了冷板表面殘留物及其影響因素對(duì)冷板表面電化學(xué)狀態(tài)的影響，分析了鋼板不同位置電化學(xué)不均勻性對(duì)其防銹性能的影響，并最終建立了鋼板表面殘留量與其耐蝕性的關(guān)系。該研究將為冷軋板工間防銹性能的評(píng)價(jià)提供理論依據(jù)，同時(shí)也具有重要的實(shí)踐意義。

2實(shí)驗(yàn)

2.1實(shí)驗(yàn)材料

本研究以DQ-IF軟鋼BO為主要研究對(duì)象，具體成分見(jiàn)表1，其表面狀態(tài)為冷軋狀態(tài)，未經(jīng)脫脂和退火。同時(shí)選用同種材料、同種軋制狀態(tài)、不同表面殘留狀態(tài)的AO和BN作為對(duì)比試樣。其中A和B代表不同的生產(chǎn)線，N和O代表不同的軋制油，其牌號(hào)分別為PK3275-N和PK3275-O，類型均為乳化液。研究旨在通過(guò)3個(gè)試樣表面殘留物的差異，對(duì)比分析可能的影響因素，以及殘留物對(duì)表面耐蝕性能的影響。以上試樣均取自冷軋帶鋼中心部分,尺寸為75 mm×50 mm，用于電化學(xué)測(cè)試及殘留物分析。

表1　BO鋼板的化學(xué)成分

另外，為了對(duì)比同一鋼板不同軋制位置表面殘留狀態(tài)的差異及其對(duì)工間防銹性能的影響，分別在BO鋼帶操作側(cè)(A)、中間(B)、驅(qū)動(dòng)側(cè)(C)3個(gè)位置取樣，如圖1所示，尺寸為60 mm×80 mm，用于倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)境模擬試驗(yàn)。

圖1　取樣位置示意圖Fig.1　Schematic diagram of sampling

2.2實(shí)驗(yàn)方法

2.2.1表面殘留物的表征

鋼板表面殘留物的測(cè)定一般分為殘油分析和殘鐵分析兩個(gè)方面，常用的方法有分光光度法、原子吸收光譜法等[14-15]。本研究采用差值法先計(jì)算出殘留物總量，即對(duì)比去除殘留物前后的試樣重量進(jìn)行計(jì)算，再采用原子吸收光譜法對(duì)殘鐵的量進(jìn)行測(cè)定，并根據(jù)式(1)計(jì)算出其含量；總的殘留物含量與殘鐵量之差即視為表面殘油量。

(1)

式中：F為單位面積的殘鐵量，mg/m2；C為處理液中Fe的濃度，μg/mL；V為處理液的定容體積，即100 mL；S為試樣單面的面積，即37.5 cm2。

2.2.2電化學(xué)方法

采用多通道電化學(xué)工作站(Princeton, USA)分別對(duì)帶油試樣在3.5%NaCl溶液中的開(kāi)路電位和極化曲線進(jìn)行測(cè)量，并對(duì)陽(yáng)極的塔菲爾線性區(qū)進(jìn)行擬合，由此獲得試樣的初始開(kāi)路電位、腐蝕電位和腐蝕電流大小，并據(jù)此評(píng)價(jià)不同種類、不同狀態(tài)試樣的表面電化學(xué)狀態(tài)；極化曲線的測(cè)量采用三電極體系，工作電極為IF鋼板，參比電極為飽和甘汞電極，輔助電極為鉑金片(20 mm×30 mm)。電位掃描范圍為-0.2 V ～ 0.2 V vs. Ecorr，掃描速率為0.5 mV/s。

2.2.3工間倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)境模擬

為了對(duì)比同一鋼板不同軋制位置表面殘留狀態(tài)的差異對(duì)鋼板工間存儲(chǔ)性能的影響，根據(jù)SH/T0692-2000采用濕熱疊片試驗(yàn)?zāi)M鋼板存儲(chǔ)狀態(tài)，7天為一個(gè)周期。根據(jù)車間實(shí)際存儲(chǔ)條件設(shè)置濕熱箱溫度為40 ℃、濕度為80%RH，記錄周期內(nèi)每天各位置試樣有銹點(diǎn)的疊片數(shù)量，并根據(jù)SHT0217-1998標(biāo)準(zhǔn)評(píng)定試樣在每個(gè)周期后的銹蝕度。需要注意的是，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)不考慮邊緣效應(yīng)，評(píng)定試樣的有效面積為50 mm×50 mm。

2.2.4表面潤(rùn)濕性測(cè)試

采用視頻光學(xué)接觸角測(cè)量?jī)x(Dataphysics OCA20，Germany)測(cè)量不同種類帶油試樣脫脂前的接觸角大小。測(cè)試中采用去離子水作為液體，液體體積為5 μL，測(cè)試模式為sessile drop。

3結(jié)果與討論

3.1不同殘留物狀態(tài)鋼板電化學(xué)狀態(tài)

3.1.1冷板表面電化學(xué)行為

將AO、BO、BN 3種帶油鋼板試樣浸泡在3.5%NaCl溶液中進(jìn)行開(kāi)路電位測(cè)試，結(jié)果見(jiàn)表2。同時(shí)，對(duì)3種帶油鋼板中間位置試樣進(jìn)行極化曲線測(cè)量，結(jié)果如圖2所示。對(duì)曲線中陽(yáng)極分支的塔菲爾線性區(qū)進(jìn)行擬合，所得結(jié)果列于表2中。在相同條件下，與B生產(chǎn)線試樣相比，A生產(chǎn)線試樣具有更低的初始開(kāi)路電位和更高的腐蝕電流密度，推測(cè)這可能是由于AO鋼板的表面殘油相對(duì)較少造成的。此外，對(duì)比BO和BN兩種帶油鋼板，BN鋼板的初始電位更正、腐蝕電流密度更小，推測(cè)這是由于軋制油N比軋制油O更易殘留在B生產(chǎn)線鋼板上，且潤(rùn)濕性較差，因此可以更好地隔絕介質(zhì)滲入，因此BN鋼板體現(xiàn)出最好的保護(hù)效果。接觸角的測(cè)試結(jié)果也驗(yàn)證了這個(gè)推測(cè)，從表2中可知，相同的軋制工藝參數(shù)下，殘留N軋制油的鋼板表面接觸角較大，這表明BN鋼板表面潤(rùn)濕性較差，因此腐蝕性溶液較難潤(rùn)濕表面并擴(kuò)散到油膜/鋼板界面，引發(fā)腐蝕電化學(xué)過(guò)程。

圖2　不同帶油鋼板中間位置試樣在3.5%NaCl溶液中的極化曲線對(duì)比Fig.2　Comparison of polarization curves of different steel plate samples with oil in 3.5%NaCl solution

SampleEcorr/mVIcorr/μA·cm-2Contactangle/(°)AO-0.4428516.08475.9BO-0.394379.18679.5BN-0.385956.98683.2

3.1.2表面殘留物的影響因素

為了進(jìn)一步對(duì)以上電化學(xué)評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證和分析，分別對(duì)3種試樣表面殘留物進(jìn)行化學(xué)分析，獲得不同試樣表面殘留物的量，如表3所示。可知，表面殘鐵量由大到小排列為：AO>BO>BN；與之相反，表面殘油量的排列順序?yàn)椋築N>BO>AO。一般來(lái)說(shuō)，表面殘油對(duì)鋼板起到物理屏蔽作用，而殘鐵的存在可能會(huì)使油膜存在缺陷，同時(shí)吸附在鋼板表面形成腐蝕微電池，提高鋼板表面電化學(xué)反應(yīng)活性。由此可知，AO表面由于殘鐵相對(duì)較多，活性較高，更易發(fā)生腐蝕；同時(shí)由于其殘油最少，對(duì)鋼板表面的保護(hù)性最弱。BN則與之相反，殘油最多，受到最好的保護(hù)。這與電化學(xué)評(píng)價(jià)的結(jié)果相吻合。因此，通過(guò)對(duì)鋼板表面電化學(xué)狀態(tài)的研究，可以準(zhǔn)確分析出殘留物對(duì)鋼板表面保護(hù)性能的影響，即殘留物中殘油量越多，鋼板的防銹能力越好。另外，在對(duì)比中還發(fā)現(xiàn)，即使是同種材料，軋制油種類以及軋制生產(chǎn)線的差異也會(huì)影響鋼板表面殘留物的量，進(jìn)而影響其表面電化學(xué)狀態(tài)及耐蝕性能。其中，N軋制油帶來(lái)的更好的潤(rùn)滑性能使BN試樣表面殘鐵量大幅減少，同時(shí)其乳液的滯留性能也更好，使得其表面殘油量最高。相比之下，在使用同種軋制油的前提下，不同生產(chǎn)線帶來(lái)的軋制工藝參數(shù)差異對(duì)AO和BO鋼板表面殘鐵量影響不大，但會(huì)使B生產(chǎn)線殘油量有所提高。由此可知，軋制油的變化對(duì)鋼板表面耐蝕性能的影響最大。

表3　試樣清洗前后的質(zhì)量及殘留物成分和含量

Note：One side area of the sample is 37.5 cm2

3.2殘留物對(duì)工間防銹性能的影響

根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，動(dòng)電位極化曲線可以準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)鋼板表面殘留對(duì)其耐蝕性能的影響。因此運(yùn)用該方法對(duì)鋼板不同位置進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果見(jiàn)圖3。根據(jù)曲線塔菲爾區(qū)的擬合結(jié)果(表4)可知，BO中間位置B試樣的零電流電位最正、腐蝕電流密度最小，操作側(cè)和驅(qū)動(dòng)側(cè)的腐蝕電流密度相對(duì)較大，說(shuō)明鋼板不同位置存在明顯的電化學(xué)不均勻性，這是由于其表面殘留物的量存在差異造成的。根據(jù)3.1中獲得的鋼板表面殘留物與其電化學(xué)行為的關(guān)系，可以推知中間位置的殘油相對(duì)較多，而操作側(cè)和驅(qū)動(dòng)側(cè)的鋼板表面殘油相對(duì)較少，這可能是由于操作和入庫(kù)過(guò)程中兩側(cè)容易受到刮蹭造成的。據(jù)此可以推測(cè)出不同位置工間存儲(chǔ)性能的差異，即中間位置的防銹性能相對(duì)較好。

圖3　BO鋼板不同位置的試樣在3.5%NaCl溶液中的極化曲線對(duì)比Fig.3　Comparison of polarization curves of different position samples of BO steel plate in 3.5%NaCl solution

PositionEcorr/mVIcorr/μA·cm-2Operatingside(A)-591.47837.676Middle(B)-555.74129.733Drivingside(C)-600.54539.313

為了進(jìn)一步驗(yàn)證BO鋼板不同位置的工間防銹性能差異，取其不同位置試樣各5片進(jìn)行濕熱疊片試驗(yàn)，疊片從上至下依次標(biāo)記為1-5號(hào)。7天后試樣的表觀形貌表5所示，將在此期間不同位置試樣連續(xù)每天有銹點(diǎn)的試樣數(shù)統(tǒng)計(jì)于表5中，并根據(jù)國(guó)標(biāo)采用劃格法評(píng)價(jià)有效區(qū)域內(nèi)試樣銹蝕度，結(jié)果如表6所示。由此可知，濕熱試驗(yàn)進(jìn)行3天時(shí)，操作側(cè)、中間位置和驅(qū)動(dòng)側(cè)5片試樣中均有部分試樣開(kāi)始發(fā)生銹蝕，此后中間位置的銹蝕試樣數(shù)并未增加，而操作側(cè)和驅(qū)動(dòng)側(cè)的銹蝕試樣數(shù)隨時(shí)間延長(zhǎng)不斷增加，到第7天，5片試樣中均出現(xiàn)銹點(diǎn)。從劃格法評(píng)價(jià)的結(jié)果來(lái)看，濕熱試驗(yàn)7天和14天時(shí)，均是中間位置試樣的平均銹蝕度最小，可見(jiàn)中間位置的殘油較多、分布較均勻，阻礙了銹蝕的發(fā)生，這也與極化曲線的分析結(jié)果相吻合。

圖4　BO鋼板不同位置試樣濕熱壓片試驗(yàn)7 d后的表面照片：(a)操作側(cè)，(b)中間，(c)驅(qū)動(dòng)側(cè)Fig.4　Surface photos of different position samples of BO steel plate after seven days in hot and humid compression test: (a) operating side, (b) intermediate and (c) driving side

表5　BO鋼板的不同位置試樣濕熱試驗(yàn)時(shí)的銹蝕情況統(tǒng)計(jì)

表6　BO鋼板的不同位置試樣銹蝕程度的劃格法評(píng)價(jià)結(jié)果

4結(jié)論

(1)對(duì)比不同表面狀態(tài)試樣殘留物對(duì)其電化學(xué)狀態(tài)的影響，發(fā)現(xiàn)相比B生產(chǎn)線試樣，A生產(chǎn)線試樣殘油較少，AO試樣表面電位較負(fù)，最易被腐蝕。同樣在B生產(chǎn)線的軋制工藝參數(shù)條件下，相比用O軋制油，用軋制油N的BN試樣殘油量最大，殘鐵量最小，試樣表面腐蝕電流密度較小，耐腐蝕性最好。且接觸角最大，說(shuō)明其潤(rùn)濕性較差，可減緩腐蝕性溶液的擴(kuò)散過(guò)程，具有更好的屏蔽效果。

(2)與軋制參數(shù)差異帶來(lái)的影響相比，軋制油的種類是影響鋼板表面殘留物的關(guān)鍵因素，進(jìn)而影響鋼板的防銹性能。

(3)工間存儲(chǔ)模擬實(shí)驗(yàn)表明，鋼板表面不同位置存在明顯的電化學(xué)狀態(tài)不均勻性，但所有位置試樣在存儲(chǔ)期的前3天內(nèi)均可保持較好的耐蝕狀態(tài)。相對(duì)來(lái)說(shuō)，中間位置試樣的平均銹蝕度最小，腐蝕電流密度最小，可見(jiàn)中間位置的殘油較多、分布較均勻，阻礙了銹蝕的發(fā)生。

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(編輯惠瓊)

Influence of Residuals on the Corrosion Resistanceof Cold Rolling Sheets

FANG Baiyou1, YANG Minna2,HE Zebang2, LU Lin2

(1.Baosteel-NSC Automotive Steel Sheets Co., Ltd., Shanghai 200941, China)(2.Corrosion and Protection Center, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China)

Abstract：The affecting factors of the residues remained on cold rolled steel sheets and their influence on the corrosion resistance of the sheet were investigated in this paper. The electrochemical behaviors of the sheets with different surface status were studied by potentiodynamic method, and the rust prevention performance of the sheet during the processing interval was evaluated by simulated corrosion test. The results showed that the sheet presents a better corrosion resistance with a smaller corrosion current density when more quantity of residue oil and less amount of residue iron were detected on its surface, which is related to the shielding effect of the rolling oil. Compared with the effect of rolling parameter, the type of rolling oil is the key factor to determine the retention of residues on the surface of sheets, which has a further influence on the rust prevention of sheets. In addition, an inhomogeneity of electrochemical status is manifested on the sheets collected from different surface locations, and the extent of corrosion for the sheet from mediate location is the smallest, which is in good agreement with the results of simulated corrosion test. Nevertheless, all sheets keep a relatively good corrosion resistance in three days.

Key words：cold rolling sheet; residual; electrochemical corrosion; rust prevention; storage environment

收稿日期：2016-02-22

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金(U1560104)

通訊作者：盧琳，女，1977年生，博士，副研究員, Email: lulin315@126.com

DOI:10.7502/j.issn.1674-3962.2016.05.11

第一作者：方百友，男，1972年生，教授級(jí)高級(jí)工程師