趙曉敏,譚曉東,董 捷,薛虎東

(內(nèi)蒙古包鋼鋼聯(lián)股份有限公司技術(shù)中心，包頭 014010)

線棒材產(chǎn)品表面銹蝕的原因

趙曉敏,譚曉東,董 捷,薛虎東

(內(nèi)蒙古包鋼鋼聯(lián)股份有限公司技術(shù)中心，包頭 014010)

用戶反饋在相同的存放環(huán)境中，同種鋼號，不同鋼廠生產(chǎn)的線棒材產(chǎn)品表面的銹蝕速率各不相同。針對這一情況，取樣進行大氣腐蝕比對試驗，并對試樣表面氧化層進行研究，發(fā)現(xiàn)鋼材表面銹蝕較快的主要原因是線棒材表面氧化層缺陷較多，分析討論了影響氧化層的因素以及阻止氧化層出現(xiàn)這種現(xiàn)象的可行措施。

線棒材；銹蝕；表面氧化層

包鋼生產(chǎn)的線材全部是盤圓狀態(tài)的熱軋圓鋼，棒材是直條和大盤卷狀態(tài)的熱軋圓鋼及熱軋帶肋鋼筋。線棒材主要品種有:肋鋼筋、普碳鋼、低合金鋼、冷鐓鋼、焊接用鋼、優(yōu)質(zhì)碳素鋼、軸承鋼、彈簧鋼、圓管坯、鍛造坯等[1]。棒材產(chǎn)品一般用于建筑鋼筋、軸類、機加工以及結(jié)構(gòu)用鋼等，后續(xù)加工較少；而線材一般都需要經(jīng)過拉拔、冷鐓等深加工制成各類用途產(chǎn)品[2-3]。目前，有用戶反饋在相同的存放環(huán)境中，包鋼生產(chǎn)的線棒產(chǎn)品表面銹蝕狀況要比其他鋼廠生產(chǎn)的嚴重，過早發(fā)生銹蝕會增加用戶成本，還會影響產(chǎn)品的外觀質(zhì)量，因此有必要找出包鋼產(chǎn)的線棒材表面銹蝕較快的原因及相應(yīng)的防護措施。本工作研究了幾個鋼廠的線棒材產(chǎn)品表面的大氣腐蝕情況，通過比對分析尋找包鋼產(chǎn)的線棒材表面銹蝕較快的原因，并根據(jù)銹蝕原因提出相應(yīng)的防護措施。

1 試驗

1.1 試驗材料

試驗材料取自包鋼和其他鋼廠生產(chǎn)的SWRCH22A(22A)，SWRH82B(22B)， HRB400線棒材，其化學(xué)成分見表1。試樣的表面質(zhì)量狀態(tài)較好(表面氧化鐵皮較完整)，見圖1。

表1 試樣的化學(xué)成分Tab. 1 Chemical composition of the samples %

1.2 試驗方法

根據(jù)GB/T 14165-2008《金屬和合金 大氣腐蝕試驗現(xiàn)場試驗的一般要求》，進行室外暴露法模擬大氣腐蝕試驗。將試樣置于包頭市內(nèi)，試驗時間為2014年11月10日-2015年3月4日，共114 d，經(jīng)歷了11次雨雪天氣。

(a) 22A (b) 82B (c) HRB 400圖1 試樣的宏觀形貌Fig. 1 Macro-morphology of the samples

熱軋產(chǎn)品表面都會生成一層氧化層，這層氧化層是阻止熱軋產(chǎn)品發(fā)生銹蝕的首要屏障，所以在相同的存放環(huán)境，同一鋼種的銹蝕程度不同主要是受氧化層影響的。影響氧化層的因素較多且較復(fù)雜，加熱溫度、冷卻方式、環(huán)境中的氧含量以及加熱時間都會影響氧化層的結(jié)構(gòu)及組成[3]。大氣腐蝕試驗結(jié)束后，采用LEO EVO50HV型掃描電子顯微鏡(SEM)觀察試樣的表面形貌，并用LEICA DMIRM型光學(xué)顯微鏡觀察試樣表面氧化層的厚度，并采用X射線衍射(XRD)分析試樣表面氧化層的成分。

2 結(jié)果與討論

2.1 表面形貌

由圖2可見，經(jīng)過114 d大氣腐蝕試驗后，試樣表面覆蓋有一層氧化層。由圖3可見，包鋼產(chǎn)SWRCH22A試樣的表面氧化層有明顯的開裂現(xiàn)象，而某鋼廠產(chǎn)SWRCH22A試樣表面未發(fā)現(xiàn)開裂現(xiàn)象，且氧化層較致密；在同一倍數(shù)下觀察包鋼和某鋼廠產(chǎn)SWRH82B試樣表面氧化層，發(fā)現(xiàn)包鋼表面氧化層平整度較差，且有較多孔洞，而某鋼廠產(chǎn)SWRH82B試樣的表面氧化層較平整，未發(fā)現(xiàn)有孔洞現(xiàn)象；包鋼產(chǎn)HRB 400鋼筋表面氧化層平整度較差，氧化層致密性較A鋼廠產(chǎn)的HRB400鋼筋差。

(a) 22A (b) 82B (c) HRB 400圖2 試樣經(jīng)過大氣腐蝕試驗后的表面形貌 Fig. 2 Surface morphology of samples after atmospheric corrosion test

2.2 氧化層厚度

由圖4可見，包鋼產(chǎn)SWRCH22A鋼表面氧化層厚度很不均勻，最薄處為27 μm，最厚處達到70 μm，而某鋼廠產(chǎn)SWRCH22A鋼表面氧化層厚度均勻，平均厚度為45 μm；包鋼與某鋼廠產(chǎn)SWRH82B鋼表面氧化層厚度都比較均勻，但包鋼產(chǎn)SWRH82B鋼厚度較厚，平均厚度為45 μm，而某鋼廠產(chǎn)SWRH82B鋼的平均厚度為32 μm；包鋼產(chǎn)HRB400鋼筋表面氧化層厚度很不均勻，最薄處為12 μm，最厚處達到67 μm，而A鋼廠產(chǎn)HRB400鋼筋表面氧化層無論筋和肋處厚度都較均勻，平均厚度為29μm。

2.3 氧化膜成分

由圖5和圖6可見，包鋼產(chǎn)SWRCH22A鋼表面氧化層為FeO1.16氧化物，晶粒大小很不均勻，排列也不規(guī)則，基體表面較不平整，而某鋼廠產(chǎn)SWRCH22A鋼表面氧化層為FeO1.41氧化物，晶粒排列較規(guī)則，且基體表面較平整。包鋼和A鋼廠產(chǎn)SWRH82B鋼的氧化層均為兩層，其中，包鋼產(chǎn)SWRH82B鋼表面的氧化膜的內(nèi)層為FeO，外層為FeO1.70；A鋼廠產(chǎn)SWRH82B鋼表面氧化膜的內(nèi)層為FeO，外層為FeO1.73,包鋼產(chǎn)SWRH82B鋼表面FeO層與基體結(jié)合處有明顯的裂紋。包鋼產(chǎn)HRB400鋼筋表面氧化層為FeO1.16氧化物，表面氧化層厚度較厚，晶粒排列不規(guī)則，氧化層與基體結(jié)合處凹凸不平，而A鋼廠產(chǎn)HRB 400鋼筋表面氧化層為FeO1.30氧化物，表面氧化層晶粒排列較規(guī)則，且與基體結(jié)合處也較平整。

(a) 包鋼22A (b) 包鋼82B (c) 包鋼HRB 400

(d) 某鋼廠22A (e) 某鋼廠82B (f) A鋼廠HRB 400圖3 試樣表面SEM形貌Fig. 3 SEM morphology of samples

(a) 包鋼22A (b) 包鋼82B (c) 包鋼HRB 400

(d) 某鋼廠22A (e) 某鋼廠82B (f) A鋼廠HRB 400圖4 試樣經(jīng)大氣腐蝕試驗后表面氧化層的厚度Fig. 4 Thickness of oxide layers on samples after atmospheric corrosion test

(a) 包鋼22A (b) 包鋼82B (c) 包鋼HRB 400

(d) 某鋼廠22A (e) 某鋼廠82B (f) A鋼廠HRB 400圖5 鋼材表面氧化層橫截面SEM形貌Fig. 5 SEM morphology of surface oxide layer cross section

(a) 包鋼22A (b) 包鋼82B (c) 包鋼HRB400

(d) 某鋼廠22A (e) 某鋼廠82B (f) A鋼廠HRB400圖6 鋼材表面氧化層能譜分析結(jié)果Fig. 6 EDS results of surface oxide layer cross section

2.4 討論

若表面氧化層缺陷較少，就能有效阻止外界離子通過，從而阻止溶液滲透到基體，使基體發(fā)生腐蝕的概率減??；若表面缺陷較多，如存在裂縫、裂紋、孔洞、斷續(xù)等缺陷，會使鋼材基體的局部區(qū)域暴露，由于氧化層與金屬基體電化學(xué)性質(zhì)不同，當(dāng)電解質(zhì)溶液通過缺陷滲透到基體表面，將構(gòu)成氧化層/碳鋼電偶，促進鋼材腐蝕速率[4-8]。通過金相顯微鏡和掃描電鏡觀察試樣表面氧化層，可以發(fā)現(xiàn)某鋼廠產(chǎn)SWRCH22A、SWRH82B以及A鋼廠產(chǎn)HRB 400鋼筋的表面氧化層較致密、連續(xù)、無孔洞，表面缺陷較少，因此表面腐蝕速率較慢。而包鋼產(chǎn)SWRCH22A、SWRH82B、HRB 400鋼筋由于表面氧化層存在斷續(xù)、裂紋、孔洞現(xiàn)象，且與鋼材基體結(jié)合處有裂縫，加劇鋼材表面腐蝕速率，這就是包鋼鋼材表面銹蝕速率明顯快于其他鋼廠的主要原因。

氧化層是熱軋高溫生成的，生產(chǎn)熱軋線材包括鑄坯再加熱、粗軋、精軋、斯太爾摩冷卻線、集卷冷卻步驟，棒材直接上冷床冷卻，無控冷步驟。高溫生產(chǎn)的氧化層受各種因素影響，如加熱溫度、加熱時間、冷卻方式、環(huán)境中的氧含量、高壓水除鱗、軋輥表面粗糙度等都會影響氧化層的致密性、連續(xù)性以及氧化層結(jié)構(gòu)及組成，因此哪一步驟造成包鋼鋼材表面氧化層缺陷較多還有待進一步分析研究。氧化皮的好壞主要由氧化皮厚度、氧化皮結(jié)構(gòu)、氧化皮附著力來評價，而這些又與溫度、冷速、介質(zhì)以及工作狀況密切相關(guān)[9]。要得到較致密、連續(xù)、組成成分較理想表面氧化層的措施有：控制軋制和控制冷卻；高壓水除鱗要徹底，以降低軋制中將初始破碎的氧化皮軋進盤條表面所引起的盤條表面粗糙度的幾率；降低軋輥粗糙度和提高平整度，減少與軋制設(shè)備工作表面摩擦引起的劃傷。

3 結(jié)論

(1) 在相同環(huán)境中，包鋼產(chǎn)SWRCH22A、SWRH82B、HRB400鋼筋表面發(fā)生銹蝕的速率要高于其他鋼廠產(chǎn)的；

(2) 包鋼產(chǎn)鋼材表面銹蝕速率較高的原因是表面缺陷較多；

(3) 包鋼產(chǎn)線棒材表面氧化層缺陷較多，然而影響表面氧化層的因素較多，還有待進一步研究。

[1] 王彩虹，劉振成. 包鋼棒材廠小型線材生產(chǎn)發(fā)展趨勢探討[J]. 包鋼科技，2009，35(1)：1-5.

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[5] GB/T 14165-2008 金屬和合金 大氣腐蝕試驗現(xiàn)場試驗的一般要求[S].

[6] 周賢良，朱敏，華小珍,等. 不同冷卻方式對熱軋帶鋼氧化皮結(jié)構(gòu)及其耐蝕性的影響[J]. 中國腐蝕與防護學(xué)報，2010，30(4)：323-328.

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Cause of Surface Corrosion of Wire Rod Products

ZHAO Xiao-min, TAN Xiao-dong, DONG Jie, XUE Hu-dong

(Technical Center of Steel Union Co., Ltd., of Baotou Steel (Group) Corp., Baotou 014010, China)

The feed back from users showed that in the same stored environment and the same steel, the surface corrosion rates of wire rod products produced by different steel mills were different . Aimming at this situation, atmospheric corrosion contrast experiment was performed and the surface oxide layer was studied, it was found that the reason of faster corrosion was that the wire rod products had more surface defects on oxide layer. The impact factor on the oxide layer and the feasible measures to prevent this phenomena were analyzed and discussed.

wire rod； corrosion； surface oxide layer

10.11973/fsyfh-201701013

2015-07-29

趙曉敏(1986-)，工程師，研究生，從事線棒材新產(chǎn)品研發(fā)工作，18504724136，zxm2003021245@163.com

TG174

A

1005-748X(2017)01-0057-05