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分享:某镀锡钢板罩式退火后产生白色亮带的原因

2022-09-30 10:01:16 

孟凡月1,夏明生1,齐建群1,张 静1,王浩宇1,赵 光1,艾兵权1,王小琼2

(1.唐山钢铁集团有限责任公司 技术中心,唐山 063000;2.唐山钢铁集团有限责任公司 生产制造部,唐山 063000)

摘 要:某镀锡钢板在罩式退火后,钢板边部产生白色亮带采用宏观观察辉光光谱检测面粗糙度检测金相检验扫描电镜及能谱分析等方法,分析了镀锡钢板边部产生白色亮带的原因结果表明:在罩式退火过程中,氢气中微量的氧元素与镀锡钢板中的锰硅等活性元素发生选择性 氧化形成氧化物,富集在钢板表面,最终在钢板边部形成了白色亮带区

关键词:镀锡钢板;白色亮带;选择性氧化;罩式退火

中图分类号:TG157 文献标志码:B 文章编号:1001-4012(2022)03-0037-04

镀锡钢板俗称马口铁,具有优良的易成形性接性及耐蚀性,主要用于化工材料包装等领域,锡钢板常规生产过程一般是炼钢热轧酸连轧连退(或罩式退火)→平整(或二次冷轧,简称 DR) 钢卷准备作业镀锡[1-2]冷轧板一般采用全氢 罩式退火,优良的循环风机及冷却系统使得罩式退 火的生产效率提高能耗降低由于生产设备及工 艺等原因,经退火后的钢卷会存在一定程度的表面 氧化,使钢卷的表面状态发生变化,进而影响其使用 性能,严重时会导致材料报废[3-4]

某公司生产的镀锡钢板,材料牌号为 TMR,化学成分见表1,经罩式退火(退火工艺的时间-度曲线如图1所示)后开卷,在表面检查过程中发现 带钢两侧边部出现白色亮带,严重影响了客户的使 为查明带钢边部产生白色亮带的原因,笔者对 其进行了一系列检验与分析,并提出了改进建议,期避免该类问题


1 理化检验

1.1 宏观观察

镀锡钢板两侧出现白色亮带,亮带连续且呈现 波浪状,宽度约为10cm,如图2所示


1.2 辉光光谱检测

分别在镀锡钢板边部(包括白色亮带区与正常 )和 中 心 (正 常 区)截 取 试 样,试 样 尺 寸 均 为 200mm×50mm。将镀锡钢板边部试样划分成12 个区域,每个区域取2~4位置点进行检测,如图3,区域 A为白色亮带区,区域 B为正常区将镀锡 钢板中心试样划分成3个区域,每个区域取2~4置点进行检测试验设备为美国力可 GDS850A 辉光光谱分析仪,参考 GB/T19502-2004《表面化学 分析标准,由钢板边部向中心逐步进行辉光光谱检 ,主要检测元素富集含量较高的锰硅元素


对罩式退火后的镀锡钢板表面白色亮带区与正 常区进行辉光光谱检测后发现,硅两种元素在表 面富集较为明显对边部试样及中心试样每个区域 的锰硅元素富集峰值的平均值进行统计,检测位置 (与边部的距离)与锰硅元素富集峰值的关系曲线 如图4所示

由图4可知:随着与边部距离的增加,硅元素 含量呈先升高后降低的趋势,距离钢板边部约85mm 处的锰含量富集峰值最大,质量分数约为42%;硅元素富集峰值较高区域为边部白色亮带区,富集峰值较低区域为中心正常区,亮带区宽度约为 10cm。在罩式退火过程中,钢板表面的锰硅元素易 氧化形成 MnO,SiO2,MnSiO3 Mn2SiO4[5-7],这些氧化物会产生宏观色差

1.3 表面粗糙度检测

在镀锡钢板边部亮带区与中心正常区截取试 ,进行表面粗糙度检测,边部亮带区试样与中心正 常区试样尺寸均为100mm×100mm,采用德国马 PerthometerM2型粗糙度测量仪对每个试样进 行横向和纵向表面粗糙度检测,每个方向检测5,验标GB/T2523-2008 ()》,果范围值与平均值进行统计,结果如表2所示亮带 区试样与正常区试样的横纵向的表面精糙度范围值 均值,,影响 式退火后


1.4 金相检验

在镀锡钢板边部亮带区与中心正常区分别取 ,试样尺寸均为15 mm×15 mm,采用德国蔡司 AXIOImage.A2m 型光学显微镜,进行显微组织观 ,GB/T13298-2015微组 织检验方法》,结果5 ,亮带区与正常区试样表面均可见明显的轧制条 ,低倍条件下亮带区与正常区试样的显微组织无 明显异常进一步放大观察发现,亮带区试样和正 常区试样轧制条纹内存在弥散分布的小黑点,正常 区试样的小黑点数量非常少,需进一步借助高分辨 扫描电镜进行观察及分析


1.5 扫描电镜及能谱分析

采用德国蔡司 SIGMA-HD 型场发射扫描电镜 (SEM),对镀锡钢板边部亮带区和中心正常区进行 微观形貌观察,试验标准参考 GB/T20307-2006 纳米级长度的扫描电镜测量方法通则》。由图6:亮带区试样表面存在弥散分布的小颗粒,中心正 常区试样表面未见明显小颗粒对小颗粒尺寸进行 统计,得到尺寸范围为64~337nm。


由图7可知,亮带区试样表面颗粒区主要含锰,非颗粒区含有少量的硅元素,其含量均 远高,这表小颗粒主要是 富集的锰硅元素氧

对亮带区试样表面颗粒区进行 EDS线扫,结果 如图8所示亮带区试样表面小颗粒区的锰元素含 量较高,其他区域锰元素含量较低,这可进一步验证 亮带区试样表面小颗粒为锰硅氧化物或其复合物


2 分析与讨论

在罩式退火过程中,氢气中的微量氧元素虽然不 能与铁反应生产氧化铁,但会与钢板中的锰硅等性元素发生选择性氧化形成氧化物,选择性氧化[8]程示意如图9所示气体首先通过对流传到钢板表 ,在气体层流边界层扩散,并在钢板表面发生吸附 或解吸,吸附的产物扩散到基体中,发生选择性氧 ,解吸气体产物通过气体层流边界层扩散回钢板 表面氧化物的形成会造成钢板表面活性元素的贫,吸引内部的铝钛和锰等元素扩散到钢板表 ,形成活性元素富集氧化物

3 结论与建议

(1)在罩式退火过程中,氢气中的微量氧元素 与镀锡钢板中的锰硅等活性元素发生选择性氧化 形成氧化物,富集在钢板表面,这是镀锡钢板边部产 生白色亮带的主要原因

(2)在性能没有明显降低的情况下,适当降低 卷取温度降低保温温度缩短保温时间,可降低钢板 表面元素的富集程度(3)控制罩式退火炉内露点值在-50 以下 进行退火,降低氧势,减少氧化性气氛

参考文献: [1] 王健,杜明山,王锋,.马口铁表面白斑缺陷成因 分析[J].轧钢,2013,30(4):16-18,23. [2] 杜英杰.镀锡板小白条缺陷的产生原因分析[J].电镀 与涂饰,2014,33(5):209-211. [3] 安恺,周一林,朱大军,.冷轧带钢表面氧化色膜层分 析及成因研究[J].表面技术,2015,44(8):120-125. [4] 孟凡月,齐建群,张静,.表面元素富集对冷轧板应 用性影响的研究[J].汽车工艺与材料,2019,34(1): 56-59,64. [5] 史良权.宝钢2030冷轧裸板易锈蚀原因[J].宝钢技 ,2002,20(2):52-57. [6] 贾彩霞,杨西鹏,杨望华.冷轧连退汽车板锈蚀缺陷分 [J].河北冶金,2019,41(12):51-53,65. [7] 齐建群,杜雁冰,孟凡月,.低碳冷轧板元素表面富 集特性分析[J].华北理工大学学报(自然科学版), 2021,43(1):46-51. [8] NORDEN M,BLUMENAU M,WUTTKE T,et al.Thechangeofsteelsurfacechemistryregarding oxygenpartialpressureanddew point[J].Applied SurfaceScience,2013,271:19-31.

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