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·