姚瑩*，寧培棟，田成輝，劉小華，王瑾，陳翠

（酒鋼宏興股份有限公司鋼鐵研究院，甘肅 嘉峪關(guān) 735100）

某鋼廠使用表面涂覆了一層含鉻耐指紋有機鈍化膜[1]的熱鍍鋁鋅鋼板生產(chǎn)方管，但經(jīng)輥壓成形加工成方管后表面出現(xiàn)發(fā)黑現(xiàn)象(見圖1)，影響了產(chǎn)品外觀。本文主要對熱鍍鋁鋅鋼板加工前的原板表面及加工后的方管表面進行了微觀形貌觀察和能譜分析，并結(jié)合鈍化膜單位面積質(zhì)量和表面粗糙度檢測，對熱鍍鋁鋅方管表面發(fā)黑的原因進行了分析。

圖1 熱鍍鋁鋅鋼板加工后表面發(fā)黑的照片F(xiàn)igure 1 Photos of blackened surface of hot-dip Al-Zn alloy coated steel sheet after being roll-formed

1 實驗

將熱鍍鋁鋅鋼板剪切成2.5 cm × 2.5 cm的小片，熱鍍鋁鋅方管剪切成2.5 cm × 1.5 cm × 1.5 cm的小方管，在超聲波清洗機中用去離子水清洗樣片 180 s。采用 ZEISS Merlin Compact場發(fā)射掃描電鏡(SEM)，結(jié)合OXFORD X-max N型能譜分析儀(EDS)對熱鍍鋁鋅鋼板加工前后的表面進行了微觀形貌觀察和微區(qū)元素的定點定性分析與定點定量分析。

采用XL 3t 980手持式X射線熒光光譜儀檢測熱鍍鋁鋅方管表面鈍化膜的單位面積質(zhì)量。

參照GB/T 2523-2008《冷軋金屬薄板(帶)表面粗糙度和峰值數(shù)測量方法》，采用ZXBM-018便攜式粗糙度儀對熱鍍鋁鋅方管表面的平均粗糙度Ra進行檢測，取樣長度λc= 0.8 mm，區(qū)間數(shù)n= 5。

2 結(jié)果與討論

2.1 掃描電鏡檢測結(jié)果與分析

圖2為熱鍍鋁鋅鋼板加工前后的表面微觀形貌照片，可以看出，加工前的原板表面鋁枝晶整齊有序，晶花棱角分明，立體感較強；而加工后的方管表面，受輥壓成形影響，方管表面出現(xiàn)劃傷、犁痕。

圖2 加工前的原板表面(a)和加工后的方管表面(b)的微觀形貌Figure 2 Micromorphologies of original sheet surface (a) and roll-formed square tube surface (b)

從表1可以看出，加工前的原板表面C含量高達57.96%，而鈍化膜的特征元素是C、Cr，表明加工前的原板表面存在鈍化膜；加工后的方管表面C、Cr含量明顯減少，說明鈍化膜減薄甚至脫落，O含量增加說明膜下鍍層發(fā)生了氧化。然而，方管表面所呈現(xiàn)的發(fā)黑現(xiàn)象并不表明氧化物為黑色，而是鍍鋁鋅板表面覆蓋的無色、透明的有機薄膜發(fā)生光干涉現(xiàn)象的結(jié)果[2]。

表1 圖2所示位置的元素含量Table 1 Elemental compositions at different positions shown in Figure 2

2.2 鈍化膜單位面積質(zhì)量檢測結(jié)果與分析

該廠生產(chǎn)的鈍化膜的單位面積質(zhì)量控制范圍為1.2 ～ 1.4 g/m2。如圖3所示，用手持式X射線熒光光譜儀對鍍鋁鋅鋼板加工前后的鈍化膜進行檢測，發(fā)現(xiàn)加工后方管表面的鈍化膜單位面積質(zhì)量明顯降低(見表2)，說明加工后鈍化膜減薄，失去了保護作用。

圖3 熱鍍鋁鋅鋼板加工前(a)后(b)的鈍化膜單位面積質(zhì)量測量點Figure 3 Spots for measuring the mass of passive film per unit area before (a) and after (b) roll forming of hot-dip Al-Zn alloy coated steel sheet

表2 圖3中不同位置的鈍化膜單位面積質(zhì)量Table 2 Mass of passive film per unit area for different spots shown in Figure 3（單位：g/m2）

2.3 表面粗糙度檢測結(jié)果與分析

如圖4所示對熱鍍鋁鋅方管發(fā)黑表面進行粗糙度檢測。由表3所列的結(jié)果可以看出，熱鍍鋁鋅方管表面橫向上的Ra明顯高于縱向上的Ra。熱鍍鋁鋅方管表面橫向與縱向粗糙度差異大，導(dǎo)致鋼管表面反射率不同，粗糙度低的部位反射率高，粗糙度高的部位反射率低[3]。因此，試樣發(fā)黑是輥壓過程中鋼板與模具摩擦造成鈍化膜分布不均勻而產(chǎn)生色差所致。

圖4 熱鍍鋁鋅方管表面粗糙度的測量點Figure 4 Spots for measuring the surface roughness of the square tube made of hot-dip Al-Zn alloy coated steel sheet

表3 熱鍍鋁鋅方管表面粗糙度(Ra)的測試結(jié)果Table 3 Results of surface roughness (Ra) measurement of the square tube made of hot-dip Al-Zn alloy coated steel sheet（單位：μm）

3 結(jié)論

加工過程中鋼板與模具作相對運動時，其接觸界面上存在切向阻力，摩擦引起發(fā)熱和能量損耗，致使鍍層氧化發(fā)黑。此外，在輥壓過程中，鋼板與模具摩擦導(dǎo)致方管表面鈍化膜厚度減薄，鈍化膜分布不均勻，致使方管表面反射率不同，形成肉眼色差，從而出現(xiàn)熱鍍鋁鋅方管表面發(fā)黑現(xiàn)象。

4 建議

有文獻[4-5]指出，熱鍍鋁鋅鋼板在加工過程中出現(xiàn)沿模具運動方向的犁痕劃傷表明了鈍化膜的潤滑性及耐磨性不足。在此加工工藝條件下，應(yīng)改善鈍化膜的潤滑性及耐磨性，尤其是在有摩擦熱的條件下，鈍化膜應(yīng)起到自潤滑作用，能抵抗摩擦的破壞作用。