热处理温度对510L热轧带钢原始氧化皮结构及其腐蚀行为的影响

热处理温度对5LOI热轧带钢原始氧化皮结构及其腐蚀行为的影响53热处理温度对510L热轧带钢原始氧化皮结构及其腐蚀行为的影响EFFECTSOFHEATTREATMENTTEMPERATUREONSTRUCTUREANDCORROSIONBEHAVIOROFORIGINALOXIDESCALEON5IOLHOTROLLEDSTRIP叶志国，朱敏，周贤良。，华小珍崔霞1南昌航空大学材料科学与工程学院，南昌330063；2南昌航空大学无损检测技术教育部重点实验室，南昌330063YEZHIGUO，ZHUMIN，ZHUXIANLIANG。，HUAXIAOZHEN，CUIXIA1SCHOOLOFMATERIALSCIENCEANDENGINEERING，NANCHANGHANGKONGUNIVERSITY，NANCHANG330063，CHINA2KEYIABORATORYOFNONDESTRUCTIVETESTINGMINISTRYOFEDUCATION，NANCHANGHANGKONGUNIVERSITY，NANCHANG330063，CHINA摘要利用不同温度的热处理工艺改善510L热轧带钢表面原始氧化皮结构，通过X射线衍射XRD、扫描电子显微镜SEM、EDS、电化学测试方法对不同结构氧化皮的热轧带钢在NAHS。溶液中的腐蚀行为进行了研究。结果表明当温度低于570时，随氧化温度的增加，氧化皮上分布的白色弥散状组织减少，氧化皮的微观形貌由带毛刺的小颗粒状演变成针叶状，氧化皮更致密氧化皮中的FE0。的相对含量增加。不同温度制备的热轧带钢氧化皮的耐蚀性由好到差依次为550，500，450，400，350。氧化温度介于570T450时，原始氧化皮的耐蚀性可通过热处理得到改善。关键词温度；510I热轧带钢；氧化皮；耐蚀性中图分类号TG1723文献标识码A文章编号L14381201105005305ABSTRACTTHESTRUCTUREOFSURFACEORIGINALSCALEOF510LHOTROLLEDSTRIPWASPROCESSEDBYHEATTREATMENTATDIFFERENTTEMPERATURESCORROSIONBEHAVIOROFHOTROLLEDSTRIPSWITHDIFFERENTOXIDESCALESSTRUCTUREWASINVESTIGATEDINSODIUMBISULFITESOLUTIONBYSEM，XRD，EDS，POLARIZATIONCURVESANDELECTROCHEMICALIMPEDANCESPECTROSCOPYEISTHERESULTSSHOWTHATWHENTEMPERATUREISBELOW570，THEMICROSTRUCTUREOFOXIDESCALEEVOLVEDINTOCONIFEROUSSHAPEFROMGRANULARWITHBURRTHEOXIDESCALESBECOMEMOREDENSEANDTHERELATIVECONTENTOFFEINCREASESWITHTEMPERATUREINCREASINGWHITEDIFFUSIONLIKEPHASESONTHEOXIDESCALESREDUCEWITHTEMPERATUREADDING，WHILETHETHICKNESSOFOXIDESCALESINCREASESTHEORDEROFCORROSIONRESISTANCEOFTHESCALESPREPAREDATDIFFERENTTERNPERATURESFROMGOODTOPOORISASFOLLOWS550，500，450，400，350WHEN570丁450C，THECORROSIONRESISTANCEOFORIGINALSCALECANBEIMPROVEDBYHEATTREATMENTKEYWORDSTEMPERATURE；510IHOTROLLEDSTRIP；OXIDESCALE；CORROSIONRESISTANCE510I热轧带钢产品主要用于制造汽车梁及其他结构件，其最终产品表面会因轧制工艺被氧化皮覆盖。热轧带钢一般不用表面涂油或严密包装等防锈措施，在产品运输、贮存过程中其表面易锈蚀。这种锈蚀现象除了增加用户的除锈工序和成本以外，还会进一步影响用户企业的生产丁艺流程。因此如何提高热轧带钢的表面质量和耐蚀性能已经成为热轧产品研究的焦点问题。氧化皮的防护性能对热轧带钢的耐大气腐蚀性能具有重要影响州。而热轧带钢表面最终保留下来的室温氧化皮的结构决定氧化皮的耐腐蚀性能。大量研究表明【热轧带钢经过一系列轧制工序后，其表面生成的最终氧化皮含有大量的缺陷，这些缺陷加速了腐蚀的进行。热轧带钢在高温轧制过程中的各种因素，如加热温度、冷却方式、环境中的氧含量及加热时间都会影响氧化皮的组成结构，其中氧化温度的高低570分界直接决定热轧带钢氧化层的基本结构。温度高于54材料工程2011年5期570时，随温度的增加1，氧化速率明显加快，而这可能造成氧化皮中的生长应力和热应力加大，进而使氧化皮呈现出大量的缺陷，如孔隙、裂纹、脱落等，同时较高的氧化温度可能改变热轧带钢的组织。目前国内外研究者的研究重点主要体现在模拟轧制后期、卷取过程中的工艺参数及卷取后的冷却方式对热轧带钢最终形成的氧化皮形貌结构的影响。而钢铁企业的轧制工艺一般较为固定，轧制工艺参数的变动将给企业带来诸多的影响。本工作在不改变轧制工艺的前提下，通过后续热处理改善轧制过程中形成的氧化皮的结构。因此，本工作在510I热轧带钢表面原始氧化皮的基础上，通过采用不同氧化温度FEO相图中共析转变线570以下温度，冷却方式为炉冷的热处理制度改善其结构，探讨了不同温度对氧化皮微观结构的影响，并采用电化学测试研究了不同温度所制氧化皮及原始氧化皮在模拟含SO污染环境中的腐蚀行为及其机理，从中优化出了具有较好耐蚀性的氧化皮，为提高热轧带钢的耐大气腐蚀性能提供了参考依据。1实验11试样的制备与检测方法实验原材料采用武钢的510L热轧带钢，其化学成分见表1。实验取样位置为带钢宽度方向上的中部。将原材料切成尺寸为10MM10MM3MM小试样。然后依次经过除油，丙酮乙醇清洗和吹风机吹干。表1510L热轧带钢的主要化学成分质量分数TABLE1CHEMICALCOMPOSITIONOF5IOLHOTROLLEDSTRIPMASSFRACTION实验选取的氧化温度分别为350，400，450，500，550，保温时间为12H，冷却方式选用炉冷。利用QUANTA200型扫描电镜、ADVANCED8型X射线衍射仪及EDS观察分析不同温度制备的氧化皮物相组成、表面及截面结构。12电化学性能测试采用PARSTAT2273腐蚀电化学测试系统对不同温度所制氧化皮热轧带钢和原始热轧带钢进行极化曲线和交流阻抗谱测试，试样采用三电极体系，以PT电极为辅助电极，饱和甘汞电极SCE为参比电极，带氧化皮的试样为研究电极。电化学测试的溶液由分析纯级NARISO。和蒸馏水配制，浓度为00LMOLL，温度为25，电极面积为1CM。动电位极化曲线测定时，扫描速率为05MVS。阻抗测量使用频率响应分析程序FRA，阻抗谱测试的频率范围为100KHZ10MHZ，交流信号电压的振幅为5MV，测试电位为试样在001MOLLNARISO。溶液中的开路电位。实验的阻抗数据由NYQUIST图谱显示，采用电路元件代号描述数据，并使用EQUIVCRT软件对等效电路进行拟合和分析。2结果与分析21不同温度所制热轧带钢氧化皮的组成结构图1为不同温度所制热轧带钢氧化皮及原始氧化皮的截面形貌。从图1可知，氧化皮的厚度随温度的增加而缓慢增加，各温度所制氧化皮均含有不同程度的缺陷，比如孔洞等，氧化皮上分布的白色弥散状组织随温度的上升而呈减少趋势。原始氧化皮厚度不均匀，且有孔洞等缺陷，氧化皮上分布有呈弥散、片层状或菊花状的白色物相组织。随氧化温度的增加，氧化皮截面形貌得到改善。550制备的氧化皮中的缺陷较少，厚度较均匀，氧化皮上无白色弥散状组织分布。由图2可知，原始氧化皮呈现出较多的孔洞、裂纹以及氧化皮的破碎等缺陷；350所制备的氧化皮微观结构为带有毛刺的小颗粒，小颗粒间的间隙较大，致密性较差；400制备的氧化皮的微观结构仍主要表现为带有毛刺的小颗粒，但小颗粒问的间隙较小；450制备的氧化皮微观结构中的小颗粒明显减少，毛刺状的氧化物显著增加，氧化物间隙很小，趋向于连成一片；500制备的氧化皮含有极少的颗粒状氧化物，主要表现为针叶状的微观结构，但针叶状氧化物不够致密；550制备的氧化皮表现为较致密的针叶状微观结构。经上述分析可知，当温度低于570时，随氧化温度的上升，氧化皮的致密度增加，氧化皮的微观形貌由带毛刺的小颗粒状演变成针叶状。图3为不同温度所制热轧带钢氧化皮及原始氧化皮的XRD图谱。从图3可知，原始氧化皮主要由FE。O相组成，另含有FE的衍射峰。当温度450时，氧化皮均由微量FEO。相及大量FE。O相组成；56材料工程2011年5期28F。图3不同温度所制热轧带钢氧化皮及原始氧化皮的XRD图谱FIG3XRDPATTERNOFDIFFERENTSCALESPREPAREDATDIFFERENTTEMPERATURESANDORIGINALSCALE图4为原始氧化皮上的白色弥散状物相见图1A及550制备的氧化皮见图1F的EDS分析。由图4可知，原始氧化皮上的白色弥散状物相含铁量几乎为100，结合XRD分析可确定其为铁；外层氧化皮的含氧量略高于内层氧化皮的含氧量，EDS分析结果见表2。对照已知FEO。，FE。O两相中O的质量分数30，27和原子分数60，57，可确定外层氧化皮为FE。O。，内层氧化皮为FE。O。所以550制备的氧化皮由FEO。，FE。O两相组成，这与XRD分析结果一致。22极化曲线测试图5为不同温度所制氧化皮热轧带钢及原始热轧图4氧化皮的EDS分析AA点图1A；BB点图1F；CC点图1FFIG4EDSANALYSISOFOXIDESCALEAAPOINTFIG1A；BBPOINTFIG1F；CCPOINTFIG1F表2氧化皮的组成TABLE2COMPONENTOFOXIDESCALESC翌0G耄己0IG1ACM1图5不同温度所制氧化皮热轧带钢及原始热轧带钢的极化曲线FIG5POLARIZATIONCURVESOFSTRIPSWITHOXIDESCALESPREPAREDATDIFFERENTTEMPERATURESANDORIGINALSTRIP蚀电位和自腐蚀电流，见表3。分析表3的数据可知，T450所制氧化皮热轧带钢的自腐蚀电流要大于原始热轧带钢的自腐蚀电流，表明共析温度下T450的温度不足以改善原始带钢的耐蚀性能。随温度的增加，自腐蚀电位变正，自腐蚀电流减小，即腐蚀速率减小。这表明550所制氧化皮热轧带钢腐蚀速率最小，腐蚀轻微，耐蚀性最好。表3不同热轧带钢的自腐蚀电位和自腐蚀电流TABLE3CORROSIONPOTENTIALANDCORROSIONCURRENTDENSITYOFHOTROLLEDSTRIPSWITHDIFFERENTSCALESIN001MOLLNAHSO3SOLUTION不同温度下制备的氧化皮的厚度、存在的孑L隙、裂带钢在001MO1INAHSO。溶液中的极化曲线。从纹等缺陷的数量和严重程度不同，腐蚀介质通过这些图5可知，随温度增加，极化曲线左移，自腐蚀电位正缺陷渗入金属基体发生FE的活性阳极溶解反应移。解析得出各NNN备的氧化皮热轧带钢的自腐的程度不同导致自腐蚀电流不同。另外FE颗粒和其热处理温度对5LOI热轧带钢原始氧化皮结构及其腐蚀行为的影响他物相构成的小阳极一大阴极腐蚀微电池进一步加速了腐蚀的进行。350所制热轧带钢氧化皮图1B，2B的小颗粒问隙大，不致密氧化皮的厚度不均匀，溶液离子很容易从缺陷处渗入基体而发生商蚀导致其自腐蚀电流最大；随氧化温度的增加氧化皮形貌的改善有利于减缓腐蚀的发生，550所制热轧带钢氧化皮图1F，2F较为致密，缺陷少，溶液离子渗入到基体发生腐蚀反应的几率减少，故自腐蚀电流最小。23电化学阻抗谱测试图6为不同温度所制氧化皮热轧带钢及原始热轧带钢的交流阻抗谱。由NYQUIST曲线可知不同氧化皮热轧带钢的交流阻抗谱均南高频容抗弧和低频容抗弧组成，表明其具有两个电容，其中一个是电极表面与溶液的双电层电容，另一个是溶液离子通过氧化皮的孔隙等缺陷渗入到其中形成的膜电容。ZNCM网6不同温度所制氧化皮热轧带钢及原始热轧带钢的NYQUIST曲线FIG6NYQUISTCURVEOFHOTROLLEDSLRIPSWITHOXIDESCALESPREPAREDATDIFFERENTTEMPERATURESANDORIGIAALSTRIP对不同温度下所制氧化皮热轧带钢及原始热轧带钢的阻抗谱进行拟合，拟合采用的等效电路见图7为RQRQR其中表示氧化皮的电阻，图8所示可知，R随氧化温度的增加而增加这说明在温度低于J7O的情况下，氧化温度的增加有利于得到致密性U。较好的氧化皮。R越大。表示氧化皮阻挡溶液离子渗入基体的阻力就越大。起到阻碍基体腐蚀反应的作用越强，即耐蚀性越好。南NYQUIST曲线图6也可看出，随氧化温度的增加试样的低频容抗弧的半径逐渐增大，550制备热轧带钢的低频容抗弧的半径最大，说明此氧化皮的完整性较好，对基体的保护作用最强。因此从EIS分析结果可知550制备的热轧带钢氧化皮更完整致密，耐蚀性更好。丁450所制氧化皮热轧带钢的R要小于原始热轧带钢的R，进一步表明共析温度下R厂450所制氧化皮不能提高热轧带钢的耐蚀性。罔7电化学阻抗谱的拟合等效电路FIG7、ORREPNDNGELECTROCHEMICALEQUIWDENTCIRCUIT冈8不同温度所制氧化皮热轧带钢及原始热轧带钢的R值FIG8RVALUCOFSTRIPSWITHOXIDESCALESPREPAREDATDIFFERENTTEMPERALURCSANDORIGINALSTRIP3结论1当温度低于570时，随氧化温度的上升氧化皮上分布的色弥散状组织减少氧化皮的厚度和致密度增加氧化皮的微观形貌由带毛刺的小颗粒状演变成针叶状，氧化皮中FCO的相对含量增加。2极化曲线及交流阻抗谱测试结果表明当温度低于570OC时。随氧化温度的增加，热轧带钢氧化皮的耐蚀性越好。3氧化温度介于570丁150时，原始氧化皮的耐蚀性叮通过热处理得到改善。参考文献喜川一蚺_耋一一一一一一一一一一一一一一一成型温度对多孔SIC陶瓷性能的影响61表3不同成型温度样品的线膨胀系数单位10KTABLE3FHERMALEXPANSIONCOEFFICIENTOFPOROUSSILICONCARBIDECERAMICSWITHDIFFERENTMOLDINGTEMPERATURESUNIT10K能最佳相符。总的来说成型温度对多孔碳化硅陶瓷的热膨胀系数影响不大。3结论1模压成型温度是包混复合添加制备多孑L碳化硅陶瓷工艺中的重要参数之一。成型温度对多孔碳化硅陶瓷的孔隙率、密度、抗弯强度、热震性能和热膨胀系数产生不同程度的影响。2过高和过低的成型温度分别造成了钡酚醛树脂的流动性过于充分和不够充分，进而减弱了复合添加剂的作用，成型温度为80时获得的多孔碳化硅陶瓷综合性能较佳。参考文献1魏雄武，杜传进柴油机微粒捕集器关键技术发展现状与分析J柴油机设计与制造20051441721752SHEJH。YANGJF，NAKIKELA1HIGHSTRENGTHPOROUSSILICONCARBIDECERAMICSBYANOXIDATIONBONDINGTECHNIQUEJJOURNALOFTHEES章林曲选辉SIC多孔陶瓷的研究进展J粉末冶金技术，2007，252139144WANGC，WAN；J，PARKCB，ETA1；ROSSLINKINGBEHAVIOROFAPOLYSILOXANEINPRECERAMICFOAMPROCESSINGJJOURNALOFMATERIALSSCIENCE，2004，391549134915ESSHIIMZHAOHSYANYLTETALFABRICATIONOFHIGHPURITYPOROUSSICCERAMICSUSINGCOATMIXPROEESSJMATERIALSSCIENCEANDENGINEERINGA2007，,4604616456476杨阳，赵宏生，刘中国，等一种高抗热震性多L碳化硅陶瓷的制备方法EP中国擘利201O1O1525494，2O1O0,119E73时利民基于包混1二艺的多孔碳化硅陶瓷的制备与性能研究D北京清华大学，2007R8刘培生。马晓明多孔陶瓷枪测方法M北京冶金T艺出版礼，20069贾德吕，宋棒明无机非金属材料性能M北京科学LJ版社，200810DINGSQ，ZENGYP，JIANGDITHERMALSHOCKBEHAVIOUROFMULLITEBONDEDPOROUSSILICONCARBIDECERAMICSWITHYTTRIAADDITIONEJJOURNALOFPHYSICSDAPPLIEDPHYSICS，2007，40721382L4211杨海涛徐润泽，黄培云，等MG_CC烧结助荆对常压烧结氮化硅陶瓷致密化和性能的影响J中国有色金属学报1996，639】95基金项目国家自然科学基金资助项目50802052收稿日期20L00517；修订日期201卜0321作者简介杨阳1986，男。硕I_研究生，从事多孔碳化硅陶瓷材料方面研究T作，联系地址北京市清华大学核能与新能源技术研究院新材料研究室10084，EMAILYANGYANG01MAILSTSINGHUAEDUCN通讯作者赵宏生，副教授，联系地址北京FF清华大学核能与新能源技术研究院新材料研究室100084，EMAILHSHZHAOTSINGHUAEDUCNMERICANCERAMICCIETY，2002851128522854米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米米上接第57页】67张华钱余海齐慧滨，等汽热轧钢板的锈蚀行为及预防措施J腐蚀与防护，2008296316388931O11193131415赵迪姜育男浅析热轧带钢氧化铁皮表面缺陷的产生及对策J奉钢技术，2008，12022、FTATI、PAIHYAYA，BANIYOPADHYAYNDASAK，ETA1OXIDESCALECHARACTERZATJONOFHOTROLLEDCOILSBYRAMANSPECTROSCOPYTECHNIQUEJ上SCRMATER2005523211215李美栓金属的高温腐蚀M北京冶金丁业M版社200