D0I:10.13374/i.issnl00I053.2009.12.00U7 第31卷第12期 北京科技大学学报 Vol.31 No.12 2009年12月 Journal of University of Science and Technology Beijing Dee.2009 卷曲后供氧差异对热轧带钢氧化皮组织及耐蚀性的影 响 顾其德) 董超芳李晓刚)齐慧滨)肖葵)骆鸿) 1)北京科技大学腐蚀与防护中心，北京1000832)宝钢技术研究院焊接与表面技术研究所，上海201900 摘要采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪、盐雾实验和电化学极化方法，研究了SS4O0热轧带钢沿宽度方向不同位 置氧化皮的组织、结构及其耐蚀性.结果表明，SS4O0边部取样位置的氧化皮厚度最厚且比较均匀，结构致密，存在明显的 Fe304/Fe共析组织.SS400边部和板宽1/4处的成分主要为Fe304,Fe203和Fe,板宽中心位置的成分主要为Fe304和Fe.盐 雾腐蚀实验表明，SS400边部腐蚀最轻，板宽1/4处次之，板宽中心位置腐蚀最为严重：动电位极化曲线测试结果显示，SS400 边部的腐蚀电位明显高于其他两个位置，腐蚀电流最小·热轧带钢在卷曲后，由于带钢沿宽度方向不同位置的供氧差异，会导 致氧化皮组织、结构的显著不同，进而影响氧化皮的耐蚀性· 关键词热轧带钢：氧化皮：组织结构：耐蚀性 分类号TG172.3:TE980.43 Corrosion behavior and structure of oxide scales formed on hot rolled strips after coiling with different oxygen supplies GU Qi-de),DONG Chao-fang,LI Xiao-gang),QI Hui-bin).XIAO Kui).LUO Hong) 1)Corrosion Protection Center.University of Science and Technology Beijing.Beijing 100083.China 2)Institute of Welding and Surface Technology Baoshan Iron and Steel Institute of Technology Shanghai 201900,China ABSTRACT The structure of oxide scales and corrosion resistance of SS400 hot-rolled strips at different positions in plate width were studied by scanning electron microscopy (SEM).X-ray diffraction quantitative analysis.salt spray test and electrochemical methods. The results show that oxide scales at the plate edge are the thickest,relatively uniform and compact,and there is obvious magnetite/ iron eutectoid in them.Oxide scales at the edge and one-fourth of plate width mainly consist of magnetite,hematite and magnetite- iron eutectoid,but oxide scales at the center are composed of magnetite and iron.It is shown by salt spray corrosion test that the cor- rosion rate is the minimum at the edge.the second at one-fourth of plate width.and the most serious at the center.By potentiodyna- mic polarization curve test.the corrosion potential at the edge is bigger than those at the two ot her parts.and the current is the mini- mum.After the hot rolled strips being coiled.the difference in oxygen supply in the width direction leads different structures of oxide scales.which influence the corrosion resistance of oxide scales. KEY WORDS hot rolled strip:oxide scale:microstructure:corrosion behavior 热轧带钢卷曲后，由于钢卷的热容量大，冷却速 速度，例如，对于碳钢在空气中氧化，927℃的临界 率非常慢，在有缝隙的边缘部位，热轧带钢不可避 流速是2.7cms1,1150℃是4.2cms1. 免的拱起、平整性差以及存在的边缘损耗导致供氧 王银军等)采用扫描电子显微镜和电子背散 容易；在钢卷的中心部位，供氧受到限制或被阻止， 射技术对卷曲后的热轧带钢氧化皮进行显微分析， 通常认为，钢在特定气体种类（空气、氧气或水蒸气） 直接标定出氧化皮中不同物相.张孟仪等3]研究了 中和在给定温度下的氧化存在着一个临界气体流动 热轧板的氧化皮结构对酸洗效果的影响，指出具有 收稿日期：2009-04-15 基金项目：国家基础条件平台建设资助项目(N。,2005DKA10400) 作者简介：顾其德(1982-)，男，硕士研究生；董超芳(1976-)，女，副教授，博士，E-mail:dongchf@ina:com
卷曲后供氧差异对热轧带钢氧化皮组织及耐蚀性的影 响 顾其德1） 董超芳1） 李晓刚1） 齐慧滨2） 肖 葵1） 骆 鸿1） 1） 北京科技大学腐蚀与防护中心北京100083 2） 宝钢技术研究院焊接与表面技术研究所上海201900 摘 要 采用扫描电子显微镜（SEM）、X 射线衍射仪、盐雾实验和电化学极化方法研究了 SS400热轧带钢沿宽度方向不同位 置氧化皮的组织、结构及其耐蚀性．结果表明SS400边部取样位置的氧化皮厚度最厚且比较均匀结构致密存在明显的 Fe3O4／Fe 共析组织．SS400边部和板宽1／4处的成分主要为 Fe3O4、Fe2O3 和 Fe板宽中心位置的成分主要为 Fe3O4 和 Fe．盐 雾腐蚀实验表明SS400边部腐蚀最轻板宽1／4处次之板宽中心位置腐蚀最为严重．动电位极化曲线测试结果显示SS400 边部的腐蚀电位明显高于其他两个位置腐蚀电流最小．热轧带钢在卷曲后由于带钢沿宽度方向不同位置的供氧差异会导 致氧化皮组织、结构的显著不同进而影响氧化皮的耐蚀性． 关键词 热轧带钢；氧化皮；组织结构；耐蚀性 分类号 TG172∙3；T E980∙43 Corrosion behavior and structure of oxide scales formed on hot rolled strips after coiling with different oxygen supplies GU Q-i de 1）DONG Chao-f ang 1）LI Xiao-gang 1）QI Hu-i bin 2）XIA O Kui 1）LUO Hong 1） 1） Corrosion ＆ Protection CenterUniversity of Science and Technology BeijingBeijing100083China 2） Institute of Welding and Surface TechnologyBaoshan Iron and Steel Institute of TechnologyShanghai201900China ABSTRACT T he structure of oxide scales and corrosion resistance of SS400hot-rolled strips at different positions in plate width were studied by scanning electron microscopy （SEM）X-ray diffraction quantitative analysissalt spray test and electrochemical methods． T he results show that oxide scales at the plate edge are the thickestrelatively uniform and compactand there is obvious magnetite／ iron eutectoid in them．Oxide scales at the edge and one-fourth of plate width mainly consist of magnetitehematite and magnetiteiron eutectoidbut oxide scales at the center are composed of magnetite and iron．It is shown by salt spray corrosion test that the corrosion rate is the minimum at the edgethe second at one-fourth of plate widthand the most serious at the center．By potentiodynamic polarization curve testthe corrosion potential at the edge is bigger than those at the two other partsand the current is the minimum．After the hot rolled strips being coiledthe difference in oxygen supply in the width direction leads different structures of oxide scaleswhich influence the corrosion resistance of oxide scales． KEY WORDS hot rolled strip；oxide scale；microstructure；corrosion behavior 收稿日期：2009-04-15 基金项目：国家基础条件平台建设资助项目（No．2005DKA10400） 作者简介：顾其德（1982—）男硕士研究生；董超芳（1976—）女副教授博士E-mail：dongchf＠sina．com 热轧带钢卷曲后由于钢卷的热容量大冷却速 率非常慢．在有缝隙的边缘部位热轧带钢不可避 免的拱起、平整性差以及存在的边缘损耗导致供氧 容易；在钢卷的中心部位供氧受到限制或被阻止． 通常认为钢在特定气体种类（空气、氧气或水蒸气） 中和在给定温度下的氧化存在着一个临界气体流动 速度．例如对于碳钢在空气中氧化927℃的临界 流速是2∙7cm·s —11150℃是4∙2cm·s —1［1］． 王银军等［2］ 采用扫描电子显微镜和电子背散 射技术对卷曲后的热轧带钢氧化皮进行显微分析 直接标定出氧化皮中不同物相．张孟仪等［3］研究了 热轧板的氧化皮结构对酸洗效果的影响指出具有 第31卷 第12期 2009年 12月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．31No．12 Dec．2009 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2009．12．007
第12期 顾其德等：卷曲后供氧差异对热轧带钢氧化皮组织及耐蚀性的影响 ,1565 Fe0和Fe3O4复合结构的氧化皮比Fe3O4单层氧化 仪，对SS400不同取样部位氧化皮进行X射线衍射 皮更易酸洗.闫博等[)研究了CSP热轧带钢氧化 测试，分析不同材料的氧化皮物相组成，在质量分 皮与表面粗糙度的关系，得出CSP热轧带钢酸洗后 数为1.0%的NaC1溶液的介质中，分别对Ss400不 钢板表面粗糙度均大于传统热轧钢板，酸洗速度快 同取样部位进行动电位极化曲线测量，扫描速率为 于传统钢板 0.3330mVs1.通过对比不同取样部位的线性极 上述研究主要针对热轧带钢氧化皮的成分以及 化曲线，分析其电化学行为 不同的氧化皮成分对酸洗效果的影响，而由于氧化 2实验结果与讨论 皮的结构和成分不同导致的耐蚀性能差异方面的研 究较少，因此，本文通过盐雾实验和电化学实验，研 2.1氧化皮的形貌观察 究了卷曲后供氧差异对S$400热轧带钢沿宽度方 图1为通过扫描电子显微镜观察SS400不同取 向不同位置氧化皮的组织、结构及其耐蚀性的影响， 样部位氧化皮截面形貌图.从氧化皮的截面形貌可 以看出：热轧带钢表面形成的氧化皮连续，SS400板 1 实验方法 宽边部位置氧化皮厚度比较均匀，结构比较致密，存 实验材料为SS400,其化学成分见表1.试样分 在明显的Fe3O4/Fe共析组织，说明氧化层中Fe0 别取自热轧板边部、板宽1/4处和板宽中心部位三 会发生4Fe0一Fe304十Fe的共析转变]，且氧化皮 个位置.盐雾实验的试样尺寸为75mm×150mm× 与基体结合较好，氧化皮的厚度约为8m;SS400板 3mm,实验条件为35℃、3.5%（质量分数）的NaCl 宽1/4处的氧化皮结构相对疏松，存在Fe304/Fe共 溶液连续喷雾，测量腐蚀增重 析组织，与基体结合得不是很好，氧化皮内部存在较 表1SS400热轧带钢成分（质量分数） 多孔洞，氧化皮的厚度为6~7m:Ss400板宽中心位 Table 1 Composition of SS400 hot rolled steel ÷ 置的氧化皮厚度最薄，表面厚度不是很均匀，内部也 Si Mn P Ti Nb 存在较多的孔洞，与基体的结合不是很紧密，这说明 0.07970.2061.210.01330.0080.013 在板宽的边部位置由于供氧相对充足，形成的氧化皮 较厚，且具有较好的致密性；而在板宽的中心位置因 采用LE0-1450型扫描电子显微镜对SS400 供氧受到抑制，氧气含量相对不足导致生成的氧化皮 不同取样部位氧化皮的表面和截面进行观察和能谱 较薄，而且存在较多的缺陷，从以上分析可知，供氧 测量；采用D/MAX2500RB2+/PCX型X射线衍射 量对氧化皮的厚度和结构性能具有较大的影响， 2μm 2 um 24m 图1SS400不同取样部位氧化皮截面形貌.(a)边部：(b)1/4处；(c)中心 Fig-I Cross-section morphologies of oxide scales at different parts of SS400 samples:(a)edge:(b)one fourth of plate width:(e)center 2.2氧化皮的组成 通过Fe203层的扩散非常慢[10]，在连续冷却过程 由于钢卷不同部位的冷却速率和供氧情况明显 中，当温度在570℃以上时共析Fe304首先形成，在 不同，钢卷不同部位形成的初始氧化层将最终形成 570℃以下时继续生长并形成新的析出物，随后 不同的结构，在带钢的中心部位，由于无氧或缺氧， Fe3O4在FeO Fe的界面处析出，形成Fe3O4条纹， 钢基体的进一步氧化是以牺牲高价氧化物为代价 而最终的相变产物是Fe304一Fe的片层状共析 的.在进一步氧化过程中，首先消耗Fe203层，接着 物1-12].温度低于570℃时，F0在热力学上不稳 消耗Fe3O4层，最后Fe0发生先共析和共析反应形 定.氧化层由两层氧化物组成，即外层为F203层， 成Fe304和Fe的混合物6].氧化铁皮一般由三层 内部为Fe3O4层， 结构组成：最下层的富氏体(Fe3O4和Fe0固溶体)、 图2为通过X射线衍射仪分析给出的SS400 中间层的Fe304和最上层的Fe203门.而且，氧和铁 板宽不同位置的物相组成，X射线衍射仪分析的结
FeO 和 Fe3O4 复合结构的氧化皮比 Fe3O4 单层氧化 皮更易酸洗．闫博等［4］ 研究了 CSP 热轧带钢氧化 皮与表面粗糙度的关系得出 CSP 热轧带钢酸洗后 钢板表面粗糙度均大于传统热轧钢板酸洗速度快 于传统钢板． 上述研究主要针对热轧带钢氧化皮的成分以及 不同的氧化皮成分对酸洗效果的影响而由于氧化 皮的结构和成分不同导致的耐蚀性能差异方面的研 究较少．因此本文通过盐雾实验和电化学实验研 究了卷曲后供氧差异对 SS400热轧带钢沿宽度方 向不同位置氧化皮的组织、结构及其耐蚀性的影响． 1 实验方法 实验材料为 SS400其化学成分见表1．试样分 别取自热轧板边部、板宽1／4处和板宽中心部位三 个位置．盐雾实验的试样尺寸为75mm×150mm× 3mm实验条件为35℃、3∙5％（质量分数）的 NaCl 溶液连续喷雾测量腐蚀增重． 表1 SS400热轧带钢成分（质量分数） Table1 Composition of SS400hot rolled steel ％ C Si Mn P S Ti Nb 0∙0797 0∙206 1∙21 0∙0133 0∙008 0∙013 — 采用 LEO—1450型扫描电子显微镜对 SS400 不同取样部位氧化皮的表面和截面进行观察和能谱 测量；采用 D／MAX2500RB2＋／PC X 型 X 射线衍射 仪对 SS400不同取样部位氧化皮进行 X 射线衍射 测试分析不同材料的氧化皮物相组成．在质量分 数为1∙0％的 NaCl 溶液的介质中分别对 SS400不 同取样部位进行动电位极化曲线测量扫描速率为 0∙3330mV·s —1．通过对比不同取样部位的线性极 化曲线分析其电化学行为． 2 实验结果与讨论 2∙1 氧化皮的形貌观察 图1为通过扫描电子显微镜观察 SS400不同取 样部位氧化皮截面形貌图．从氧化皮的截面形貌可 以看出：热轧带钢表面形成的氧化皮连续SS400板 宽边部位置氧化皮厚度比较均匀结构比较致密存 在明显的 Fe3O4／Fe 共析组织说明氧化层中 FeO 会发生4FeO Fe3O4＋Fe 的共析转变［5］且氧化皮 与基体结合较好氧化皮的厚度约为8μm；SS400板 宽1／4处的氧化皮结构相对疏松存在 Fe3O4／Fe 共 析组织与基体结合得不是很好氧化皮内部存在较 多孔洞氧化皮的厚度为6～7μm；SS400板宽中心位 置的氧化皮厚度最薄表面厚度不是很均匀内部也 存在较多的孔洞与基体的结合不是很紧密．这说明 在板宽的边部位置由于供氧相对充足形成的氧化皮 较厚且具有较好的致密性；而在板宽的中心位置因 供氧受到抑制氧气含量相对不足导致生成的氧化皮 较薄而且存在较多的缺陷．从以上分析可知供氧 量对氧化皮的厚度和结构性能具有较大的影响． 图1 SS400不同取样部位氧化皮截面形貌．（a） 边部；（b）1／4处；（c） 中心 Fig．1 Cross-section morphologies of oxide scales at different parts of SS400samples：（a） edge；（b） one-fourth of plate width；（c） center 2∙2 氧化皮的组成 由于钢卷不同部位的冷却速率和供氧情况明显 不同钢卷不同部位形成的初始氧化层将最终形成 不同的结构．在带钢的中心部位由于无氧或缺氧 钢基体的进一步氧化是以牺牲高价氧化物为代价 的．在进一步氧化过程中首先消耗 Fe2O3 层接着 消耗 Fe3O4 层最后 FeO 发生先共析和共析反应形 成Fe3O4 和 Fe 的混合物［6］．氧化铁皮一般由三层 结构组成：最下层的富氏体（Fe3O4 和 FeO 固溶体）、 中间层的 Fe3O4 和最上层的 Fe2O3 ［7］．而且氧和铁 通过 Fe2O3 层的扩散非常慢［8—10］．在连续冷却过程 中当温度在570℃以上时共析 Fe3O4 首先形成在 570℃以下时继续生长并形成新的析出物随后 Fe3O4在 FeO—Fe 的界面处析出形成 Fe3O4 条纹 而最终的相变产物是 Fe3O4—Fe 的片层状共析 物［11—12］．温度低于570℃时FeO 在热力学上不稳 定．氧化层由两层氧化物组成即外层为 Fe2O3 层 内部为 Fe3O4 层． 图2为通过 X 射线衍射仪分析给出的 SS400 板宽不同位置的物相组成．X 射线衍射仪分析的结 第12期 顾其德等： 卷曲后供氧差异对热轧带钢氧化皮组织及耐蚀性的影响 ·1565·
,1566 北京科技大学学报 第31卷 果表明，SS400板宽边部和板宽1/4处的物相组成 足够的时间发生共析反应，完全转化为FsO4和Fe 主要为Fe304、Fe2O3和Fe,而板宽中心位置主要为 (图3)，对板宽的三个不同位置的表面氧化皮进行能 Fe3O4和Fe;在三个不同位置并没有发现FeO的存 谱分析，结果见表2.可见三个不同取样部位氧化皮 在，这与Torresa等在热轧过程中氧化层的热传导 所含的Fe、0元素含量明显不同：边部和1/4处的含 模型的研究结果“热轧带钢表面氧化皮主要由FO、 氧量较高，边部02充足，氧化皮获02容易，氧化较为 Fe304和Fe203组成]"存在一定的差异，为了进 充分，在氧化皮的表面形成一层较为致密的F2O3 一步确认是否存在F0,选择冷却速率相对较慢的 层，该F203层对基体有较好的保护作用，0元素含 板宽中心位置，对试样表面的氧化皮进行逐级减薄， 量从边部至中心1/2处依次递减；而在板宽1/2处， 再用XRD来分析其物相组成，结果表明，SS4O0板 Fe元素的含量明显高于1/4处和边部，这与本文观 宽中心位置确实不存在FeO,这个结果与Chen[1i) 察到的氧化皮截面形貌厚度结果相符合：在边部由于 钢铁在空气或氧气中高温氧化的研究结果相同，导 供氧容易，因此生成的氧化皮较厚，沿板宽方向依次 致与Torresa等的研究结果产生差异的原因主要是 递减.由此可知，不同的供氧量对板宽不同部位的氧 轧制温度和冷却速率不同，本实验所用的热轧带钢 化皮厚度和成分具有较大的影响，供氧相对充足时， 开轧温度不是很高，冷却速率不是很快，使得F0有 易于形成厚且含氧量高的氧化物，如F304, 14 (a) 12 (b) 14() 0-Fe,O 10 O-Fe.o 12 M-Fe,O 10 M-Fe,O 8 M一FeO I-Fe 10 1-Fe 8 I-Fe 6 6 4 6 M 0 M 2 O I M 2 40 60 80 100 20 40 60 80 100 20 40 60 80 100 28() 28() 28() 图2SS400板宽不同位置的物相组成.(a)边部：(b)1/4处；(c)中心 Fig-2 Phase composition at different parts of SS400 samples:(a)edge:(b)one fourth of plate width:(c)center 10 (a) (b) M-Fe,O M-Fe O 1-Fe 8 I-Fe 6 2 M 20 40 60 80 100 20 40 60 80 100 26( 28() 图3SS400板宽中心位置不同厚度氧化皮的物相分析.()第1次打磨；(b)第2次打磨 Fig-3 Phase composition at different thicknesses in the central parts of SS400 samples:(a)the first grinding:(b)the second grinding 表2板宽不同部位氧化皮能谱分析 间的变化情况.从实验结果看，当实验进行到25min Table 2 EDS results of oxide scales at different parts of SS400 samples % 时，试样表面都出现了明显的锈点，以板宽边部位置 质量分数 试样表面的锈点最少，随着实验的进行，试样的腐 板宽部位 蚀增重都在增加，这主要是由于溶液中的水分子和 WFe 00 边部 73.39 25.68 溶解氧通过氧化皮表面的缺陷进入了基体，与基体 板宽1/4处 77.32 21.77 发生了反应，生成腐蚀产物导致重量增加，由于板 宽边部位置的氧化皮结构性能最好，对基体和环境 板宽中心 86.27 12.51 具有较好的屏蔽作用，因此板宽的边部位置腐蚀最 2.3氧化皮盐雾腐蚀行为 轻，中心位置腐蚀最为严重 图4为SS400不同取样部位腐蚀增重随实验时 图5为SS400不同取样部位腐蚀的宏观形貌
果表明SS400板宽边部和板宽1／4处的物相组成 主要为 Fe3O4、Fe2O3 和 Fe而板宽中心位置主要为 Fe3O4 和 Fe；在三个不同位置并没有发现 FeO 的存 在这与 Torresa 等在热轧过程中氧化层的热传导 模型的研究结果“热轧带钢表面氧化皮主要由 FeO、 Fe3O4 和 Fe2O3 组成［13］ ”存在一定的差异．为了进 一步确认是否存在 FeO选择冷却速率相对较慢的 板宽中心位置对试样表面的氧化皮进行逐级减薄 再用 XRD 来分析其物相组成．结果表明SS400板 宽中心位置确实不存在 FeO这个结果与 Chen ［11］ 钢铁在空气或氧气中高温氧化的研究结果相同．导 致与 Torresa 等的研究结果产生差异的原因主要是 轧制温度和冷却速率不同本实验所用的热轧带钢 开轧温度不是很高冷却速率不是很快使得 FeO 有 足够的时间发生共析反应完全转化为 Fe3O4 和 Fe （图3）．对板宽的三个不同位置的表面氧化皮进行能 谱分析结果见表2．可见三个不同取样部位氧化皮 所含的 Fe、O 元素含量明显不同：边部和1／4处的含 氧量较高边部 O2 充足氧化皮获 O2 容易氧化较为 充分在氧化皮的表面形成一层较为致密的 Fe2O3 层该 Fe2O3 层对基体有较好的保护作用O 元素含 量从边部至中心1／2处依次递减；而在板宽1／2处 Fe 元素的含量明显高于1／4处和边部．这与本文观 察到的氧化皮截面形貌厚度结果相符合：在边部由于 供氧容易因此生成的氧化皮较厚沿板宽方向依次 递减．由此可知不同的供氧量对板宽不同部位的氧 化皮厚度和成分具有较大的影响供氧相对充足时 易于形成厚且含氧量高的氧化物如 Fe3O4． 图2 SS400板宽不同位置的物相组成．（a） 边部；（b）1／4处；（c）中心 Fig．2 Phase composition at different parts of SS400samples：（a） edge；（b） one-fourth of plate width；（c） center 图3 SS400板宽中心位置不同厚度氧化皮的物相分析．（a） 第1次打磨；（b） 第2次打磨 Fig．3 Phase composition at different thicknesses in the central parts of SS400samples：（a） the first grinding；（b） the second grinding 表2 板宽不同部位氧化皮能谱分析 Table2 EDS results of oxide scales at different parts of SS400samples ％ 板宽部位 质量分数 wFe w O 边部 73∙39 25∙68 板宽1／4处 77∙32 21∙77 板宽中心 86∙27 12∙51 2∙3 氧化皮盐雾腐蚀行为 图4为 SS400不同取样部位腐蚀增重随实验时 间的变化情况．从实验结果看当实验进行到25min 时试样表面都出现了明显的锈点以板宽边部位置 试样表面的锈点最少．随着实验的进行试样的腐 蚀增重都在增加．这主要是由于溶液中的水分子和 溶解氧通过氧化皮表面的缺陷进入了基体与基体 发生了反应生成腐蚀产物导致重量增加．由于板 宽边部位置的氧化皮结构性能最好对基体和环境 具有较好的屏蔽作用因此板宽的边部位置腐蚀最 轻中心位置腐蚀最为严重． 图5为 SS400不同取样部位腐蚀的宏观形貌． ·1566· 北 京 科 技 大 学 学 报 第31卷
第12期 顾其德等：卷曲后供氧差异对热轧带钢氧化皮组织及耐蚀性的影响 ,1567. 0,7 宽中心位置腐蚀相对比较严重，锈点多而大·根据 实验条件可知，不同取样位置抵抗介质中C厂侵入 0.6 0一边部 0一14处 的能力有所不同，一旦有C厂侵入，便可以在氧化皮 0.5 。一中心 的缺陷部位形成孔蚀核，诱发孔蚀，形成大阴极一小 0.4 阳极电偶电池，加上氧化皮的电位比钢基体的电位 03 正得多，短期内便可形成明显的局部腐蚀孔[4，从 02 实验结果也可看出，氧化皮越致密，厚度越厚，缺陷 0.1 越少，则对基体的保护作用越明显，说明SS400板 宽边部和板宽1/4处的物相Fe304、Fe203和Fe比 0 12 板宽中心位置Fe304、Fe的耐蚀性能更好，图6给 时间h 出了不同取样部位的微观腐蚀形貌，可见腐蚀产物 图4SS400不同取样部位腐蚀增重情况 具有分层现象，最上层的产物相对比较疏松，且与基 Fig.4 Weight gain of corrosion products at different parts of SS400 体的结合能力较差，出现大范围的脱落；下层的腐蚀 samples 产物相对比较致密，但存在明显的裂纹和孔洞，通 从表面宏观腐蚀形貌可以看出，SS400板宽边部位 过能谱分析表明，腐蚀产物中并没有C1厂的存在，证 置腐蚀相对较轻，表面的锈点较少而且比较小，而板 明C1主要是起到了催化促进的作用. a b 图5SS400不同取样部位腐蚀的宏观形貌(30min),(a)边部：(b)1/A处：(c)中心 Fig-5 Macro-morphologies of corrosion products at different parts of SS400 samples (30min):(a)edge:(b)one fourth of plate width:(c)cen- ter m 图6SS400不同取样部位腐蚀产物微观形貌.(a)边部；(b)1/4处；(c)中心 Fig.6 Micro morphologies of corrosion products at different parts of SS400 samples:(a)edge:(b)one-fourth of plate width:(c)center 2.4氧化皮极化曲线结果与分析 最低，而板宽中心位置的腐蚀电位最小、腐蚀电流最 热轧带钢表面氧化皮为基本不导电的绝缘体， 高，说明板宽边部位置的耐蚀性能最好，这主要是 它覆盖在金属基体表面主要起物理屏蔽作用]. 由于热轧板卷沿板宽不同部位的供氧存在差异，导 图7为S$400不同取样部位的极化曲线，对极化曲 致生成的氧化皮成分不同以致具有不同的抗腐蚀性 线进行线性拟合计算的腐蚀电位和腐蚀电流见 能，边部取样位置的氧化皮厚度最厚且相对比较均 表3，可见边部取样位置的腐蚀电位最大、腐蚀电流 匀，具有较好的致密性，对基体起到了很好的屏蔽作
图4 SS400不同取样部位腐蚀增重情况 Fig．4 Weight gain of corrosion products at different parts of SS400 samples 从表面宏观腐蚀形貌可以看出SS400板宽边部位 置腐蚀相对较轻表面的锈点较少而且比较小而板 宽中心位置腐蚀相对比较严重锈点多而大．根据 实验条件可知不同取样位置抵抗介质中 Cl —侵入 的能力有所不同一旦有 Cl —侵入便可以在氧化皮 的缺陷部位形成孔蚀核诱发孔蚀形成大阴极—小 阳极电偶电池加上氧化皮的电位比钢基体的电位 正得多短期内便可形成明显的局部腐蚀孔［14］．从 实验结果也可看出氧化皮越致密厚度越厚缺陷 越少则对基体的保护作用越明显说明 SS400板 宽边部和板宽1／4处的物相 Fe3O4、Fe2O3 和 Fe 比 板宽中心位置 Fe3O4、Fe 的耐蚀性能更好．图6给 出了不同取样部位的微观腐蚀形貌．可见腐蚀产物 具有分层现象最上层的产物相对比较疏松且与基 体的结合能力较差出现大范围的脱落；下层的腐蚀 产物相对比较致密但存在明显的裂纹和孔洞．通 过能谱分析表明腐蚀产物中并没有 Cl —的存在证 明 Cl —主要是起到了催化促进的作用． 图5 SS400不同取样部位腐蚀的宏观形貌（30min）．（a） 边部；（b）1／4处；（c） 中心 Fig．5 Macro-morphologies of corrosion products at different parts of SS400samples （30min）：（a） edge；（b） one-fourth of plate width；（c） center 图6 SS400不同取样部位腐蚀产物微观形貌．（a） 边部；（b）1／4处；（c） 中心 Fig．6 Micro-morphologies of corrosion products at different parts of SS400samples：（a） edge；（b） one-fourth of plate width；（c） center 2∙4 氧化皮极化曲线结果与分析 热轧带钢表面氧化皮为基本不导电的绝缘体 它覆盖在金属基体表面主要起物理屏蔽作用［15］． 图7为 SS400不同取样部位的极化曲线对极化曲 线进行线性拟合计算的腐蚀电位和腐蚀电流见 表3．可见边部取样位置的腐蚀电位最大、腐蚀电流 最低而板宽中心位置的腐蚀电位最小、腐蚀电流最 高说明板宽边部位置的耐蚀性能最好．这主要是 由于热轧板卷沿板宽不同部位的供氧存在差异导 致生成的氧化皮成分不同以致具有不同的抗腐蚀性 能．边部取样位置的氧化皮厚度最厚且相对比较均 匀具有较好的致密性对基体起到了很好的屏蔽作 第12期 顾其德等： 卷曲后供氧差异对热轧带钢氧化皮组织及耐蚀性的影响 ·1567·
,1568 北京科技大学学报 第31卷 用；而其他两个部位的氧化皮厚度不如边部的厚，缺 (王银军，董汉君，穆海玲，等。卷曲后的热轧带钢氧化铁皮显 陷较多，对基体和环境的屏蔽作用不如边部取样位 微分析.中国治金，2007,17(10)：40) 置氧化皮的好. [3]Zhang MY,Shao G J.Effect of microstructure of oxide scales on pickling of hot rolled strips.Shanghai Met.2007.29(3):41 0.6F (张孟仪，郡光杰.热轧板的氧化皮结构对酸洗效果的影响 一(a)边部 上海金属，2007,29(3)：41) 0.2 b)1/4处 ·-(c)中心 [4]Yan B.Wang X L.Jiao S H.Investigation on oxide scale and surface roughness of strip steel hot-rolled in CSP.Steel Rolling. >02 2009,26(1):10 (闫博，王雪莲，焦四海.CSP热轧钢板氧化皮与表面粗糙度 0.6 的研究.轧钢，2009,26(1)：10) [5]Chen R Y.Yuen W Y D.Review of the hightemperature oxida- tion of iron and carbon steels in air or oxygen.Oxid Met.2003. 59(5/6):433 14 54-3-2 gAcm】 [6]Zhang H M.The Study of SPHC Oxide Scale Processing by CSP [Dissertation].Kunming:Kunming University of Science and 图7SS00不同取样部位的极化曲线 Technology.2006 Fig.7 Polarization curves at different parts of SS400 samples (章华明.CSP生产SPHC氧化皮研究[学位论文]昆明：昆明 理工大学，2006) 表3SS400不同取样部位腐蚀电位和腐蚀电流 [7]WuZ M.Oxide causes and countermeasures of hot-rolled strip Table 3 Corrosion potential and corrosion current at different parts of Meishan Sci Technol.2006(3):10 SS400 samples (吴祝民热轧带钢氧化皮的成因及对策.梅山科技，2006(3)： 部位 Eo/mV vs.SCE icn/(mA 'cm2) 10) [8]Sun W H.Tieu A K.Jiang Z Y,et al.High temperature oxide 边部 -454.54 0.00695 scale characteristics of low carbon steel in hot rolling.J Mater 1/A处 -482.02 0.00833 Process Technol,2004,155/156:1307 中心 -702.03 0.00895 [9]Zhang M Y,Shao G J.Characterization and properties of oxide scales on hot-rolled strips.Mater Sci Eng A,2007.452-453; 189 3 结论 [10]Higginson RL.Roebuck B.Palmiere E J.Texture development in oxide scales on steel substrates.Scripta Mater,2002.47: (1)热轧带钢在卷曲后由于供氧的差异导致边 337 部取样位置的氧化皮与基体结合最紧密，厚度较厚， [11]Chen R Y.Review of the high temperature oxidation of iron and 缺陷较少，氧化皮对基体具有较好的保护作用；中心 carbon steels in air or oxygen.Oxid Met.2003.59:455 部位的氧化皮相对较差， [12]Gleeson B.HadaviS MM.Young D J.Isothermal transforma- tion behavior of thermally grown wustite.Meter High Temp, (2)由于供氧的差异SS400板宽边部和板宽 2000,17(2):311 1/4处的主要成分为Fe304、Fe203和Fe,比板宽中 [13]Torresa M.Colas R.A model for heat conduction through the 心位置（主要成分为Fe3O:和Fe)的耐蚀性能更好， oxide layer of steel during hot rolling.Mater Process Technol. (③)随着取样部位从中心向板宽边部移动，试 2000.105.258 样的腐蚀电位正移，腐蚀电流下降， [14]Zhang H M.Qi GT,Dai J B.et al.The effect of high temper- ature oxide scales on steel surface to matrix's corrosion.Mater Prot,1995,28(6):24 参考文献 (张华民，齐公台，戴金彪，等.钢铁表面高温氧化皮对基体钢 [1]Abuluwefa H.Cuthrie R I L.Aiersch F.The effect of oxygen 腐蚀的影响.材料保护，1995,28(6)：24) concentration on the oxidation of low -carbon steel in the tempera [15]He A H.The Effect of Oxide Film on the Electrochemical Cor- ture ranging 1000C to 1250C.Oxid Met.2006.46:423 rosion Behaviors of Hot Rolled Steel [Dissertation]Qingdao: [2]Wang Y J.Dong H J.Mu H L.et al.Analysis on scale mi- Ocean University of China.2007 crostructure of hot rolled strip after coiling China Metall,2007. (何爱花，热轧钢板氧化膜对基体碳钢腐蚀电化学行为的影 17(10):40 响[学位论文]青岛：中国海洋大学，2007)
用；而其他两个部位的氧化皮厚度不如边部的厚缺 陷较多对基体和环境的屏蔽作用不如边部取样位 置氧化皮的好． 图7 SS400不同取样部位的极化曲线 Fig．7 Polarization curves at different parts of SS400samples 表3 SS400不同取样部位腐蚀电位和腐蚀电流 Table3 Corrosion potential and corrosion current at different parts of SS400samples 部位 Ecorr／mV vs．SCE icorr／（mA·cm —2） 边部 —454∙54 0∙00695 1／4处 —482∙02 0∙00833 中心 —702∙03 0∙00895 3 结论 （1） 热轧带钢在卷曲后由于供氧的差异导致边 部取样位置的氧化皮与基体结合最紧密厚度较厚 缺陷较少氧化皮对基体具有较好的保护作用；中心 部位的氧化皮相对较差． （2） 由于供氧的差异 SS400板宽边部和板宽 1／4处的主要成分为 Fe3O4、Fe2O3 和 Fe比板宽中 心位置（主要成分为 Fe3O4 和 Fe）的耐蚀性能更好． （3） 随着取样部位从中心向板宽边部移动试 样的腐蚀电位正移腐蚀电流下降． 参 考 文 献 ［1］ Abuluwefa HGuthrie R I LAiersch F．The effect of oxygen concentration on the oxidation of low-carbon steel in the temperature ranging1000℃ to1250℃．Oxid Met200646：423 ［2］ Wang Y JDong H JMu H Let al．Analysis on scale microstructure of hot rolled strip after coiling．China Metall2007 17（10）：40 （王银军董汉君穆海玲等．卷曲后的热轧带钢氧化铁皮显 微分析．中国冶金200717（10） ：40） ［3］ Zhang M YShao G J．Effect of microstructure of oxide scales on pickling of hot rolled strips．Shanghai Met200729（3）：41 （张孟仪邵光杰．热轧板的氧化皮结构对酸洗效果的影响． 上海金属200729（3）：41） ［4］ Yan BWang X LJiao S H．Investigation on oxide scale and surface roughness of strip steel hot-rolled in CSP．Steel Rolling 200926（1）：10 （闫博王雪莲焦四海．CSP 热轧钢板氧化皮与表面粗糙度 的研究．轧钢200926（1）：10） ［5］ Chen R YYuen W Y D．Review of the high-temperature oxidation of iron and carbon steels in air or oxygen．Oxid Met2003 59（5／6）：433 ［6］ Zhang H M．The Study of SPHC Oxide Scale Processing by CSP ［Dissertation ］．Kunming：Kunming University of Science and Technology2006 （章华明．CSP 生产 SPHC 氧化皮研究［学位论文］．昆明：昆明 理工大学2006） ［7］ Wu Z M．Oxide causes and countermeasures of hot-rolled strip． Meishan Sci Technol2006（3）：10 （吴祝民．热轧带钢氧化皮的成因及对策．梅山科技2006（3）： 10） ［8］ Sun W HTieu A KJiang Z Yet al．High temperature oxide scale characteristics of low carbon steel in hot rolling．J Mater Process Technol2004155／156：1307 ［9］ Zhang M YShao G J．Characterization and properties of oxide scales on hot-rolled strips．Mater Sci Eng A2007452—453： 189 ［10］ Higginson R LRoebuck BPalmiere E J．Texture development in oxide scales on steel substrates．Scripta Mater200247： 337 ［11］ Chen R Y．Review of the high-temperature oxidation of iron and carbon steels in air or oxygen．Oxid Met200359：455 ［12］ Gleeson BHadavi S M MYoung D J．Isothermal transformation behavior of thermally-grown wustite． Meter High Temp 200017（2）：311 ［13］ Torresa MColas R．A model for heat conduction through the oxide layer of steel during hot rolling．J Mater Process Technol 2000105：258 ［14］ Zhang H MQi G TDai J Bet al．The effect of high temperature oxide scales on steel surface to matrix’s corrosion．Mater Prot199528（6）：24 （张华民齐公台戴金彪等．钢铁表面高温氧化皮对基体钢 腐蚀的影响．材料保护199528（6）：24） ［15］ He A H．The Ef fect of Oxide Film on the Electrochemical Corrosion Behaviors of Hot Rolled Steel ［Dissertation ］．Qingdao： Ocean University of China2007 （何爱花．热轧钢板氧化膜对基体碳钢腐蚀电化学行为的影 响［学位论文］．青岛：中国海洋大学2007） ·1568· 北 京 科 技 大 学 学 报 第31卷
