线棒材产品表面锈蚀的原因

赵晓敏,谭晓东,董 捷,薛虎东

(内蒙古包钢钢联股份有限公司技术中心，包头 014010)

线棒材产品表面锈蚀的原因

赵晓敏,谭晓东,董 捷,薛虎东

(内蒙古包钢钢联股份有限公司技术中心，包头 014010)

用户反馈在相同的存放环境中，同种钢号，不同钢厂生产的线棒材产品表面的锈蚀速率各不相同。针对这一情况，取样进行大气腐蚀比对试验，并对试样表面氧化层进行研究，发现钢材表面锈蚀较快的主要原因是线棒材表面氧化层缺陷较多，分析讨论了影响氧化层的因素以及阻止氧化层出现这种现象的可行措施。

线棒材；锈蚀；表面氧化层

包钢生产的线材全部是盘圆状态的热轧圆钢，棒材是直条和大盘卷状态的热轧圆钢及热轧带肋钢筋。线棒材主要品种有:肋钢筋、普碳钢、低合金钢、冷镦钢、焊接用钢、优质碳素钢、轴承钢、弹簧钢、圆管坯、锻造坯等[1]。棒材产品一般用于建筑钢筋、轴类、机加工以及结构用钢等，后续加工较少；而线材一般都需要经过拉拔、冷镦等深加工制成各类用途产品[2-3]。目前，有用户反馈在相同的存放环境中，包钢生产的线棒产品表面锈蚀状况要比其他钢厂生产的严重，过早发生锈蚀会增加用户成本，还会影响产品的外观质量，因此有必要找出包钢产的线棒材表面锈蚀较快的原因及相应的防护措施。本工作研究了几个钢厂的线棒材产品表面的大气腐蚀情况，通过比对分析寻找包钢产的线棒材表面锈蚀较快的原因，并根据锈蚀原因提出相应的防护措施。

1 试验

1.1 试验材料

试验材料取自包钢和其他钢厂生产的SWRCH22A(22A)，SWRH82B(22B)， HRB400线棒材，其化学成分见表1。试样的表面质量状态较好(表面氧化铁皮较完整)，见图1。

表1 试样的化学成分Tab. 1 Chemical composition of the samples %

1.2 试验方法

根据GB/T 14165-2008《金属和合金 大气腐蚀试验现场试验的一般要求》，进行室外暴露法模拟大气腐蚀试验。将试样置于包头市内，试验时间为2014年11月10日-2015年3月4日，共114 d，经历了11次雨雪天气。

(a) 22A (b) 82B (c) HRB 400图1 试样的宏观形貌Fig. 1 Macro-morphology of the samples

热轧产品表面都会生成一层氧化层，这层氧化层是阻止热轧产品发生锈蚀的首要屏障，所以在相同的存放环境，同一钢种的锈蚀程度不同主要是受氧化层影响的。影响氧化层的因素较多且较复杂，加热温度、冷却方式、环境中的氧含量以及加热时间都会影响氧化层的结构及组成[3]。大气腐蚀试验结束后，采用LEO EVO50HV型扫描电子显微镜(SEM)观察试样的表面形貌，并用LEICA DMIRM型光学显微镜观察试样表面氧化层的厚度，并采用X射线衍射(XRD)分析试样表面氧化层的成分。

2 结果与讨论

2.1 表面形貌

由图2可见，经过114 d大气腐蚀试验后，试样表面覆盖有一层氧化层。由图3可见，包钢产SWRCH22A试样的表面氧化层有明显的开裂现象，而某钢厂产SWRCH22A试样表面未发现开裂现象，且氧化层较致密；在同一倍数下观察包钢和某钢厂产SWRH82B试样表面氧化层，发现包钢表面氧化层平整度较差，且有较多孔洞，而某钢厂产SWRH82B试样的表面氧化层较平整，未发现有孔洞现象；包钢产HRB 400钢筋表面氧化层平整度较差，氧化层致密性较A钢厂产的HRB400钢筋差。

(a) 22A (b) 82B (c) HRB 400图2 试样经过大气腐蚀试验后的表面形貌 Fig. 2 Surface morphology of samples after atmospheric corrosion test

2.2 氧化层厚度

由图4可见，包钢产SWRCH22A钢表面氧化层厚度很不均匀，最薄处为27 μm，最厚处达到70 μm，而某钢厂产SWRCH22A钢表面氧化层厚度均匀，平均厚度为45 μm；包钢与某钢厂产SWRH82B钢表面氧化层厚度都比较均匀，但包钢产SWRH82B钢厚度较厚，平均厚度为45 μm，而某钢厂产SWRH82B钢的平均厚度为32 μm；包钢产HRB400钢筋表面氧化层厚度很不均匀，最薄处为12 μm，最厚处达到67 μm，而A钢厂产HRB400钢筋表面氧化层无论筋和肋处厚度都较均匀，平均厚度为29μm。

2.3 氧化膜成分

由图5和图6可见，包钢产SWRCH22A钢表面氧化层为FeO1.16氧化物，晶粒大小很不均匀，排列也不规则，基体表面较不平整，而某钢厂产SWRCH22A钢表面氧化层为FeO1.41氧化物，晶粒排列较规则，且基体表面较平整。包钢和A钢厂产SWRH82B钢的氧化层均为两层，其中，包钢产SWRH82B钢表面的氧化膜的内层为FeO，外层为FeO1.70；A钢厂产SWRH82B钢表面氧化膜的内层为FeO，外层为FeO1.73,包钢产SWRH82B钢表面FeO层与基体结合处有明显的裂纹。包钢产HRB400钢筋表面氧化层为FeO1.16氧化物，表面氧化层厚度较厚，晶粒排列不规则，氧化层与基体结合处凹凸不平，而A钢厂产HRB 400钢筋表面氧化层为FeO1.30氧化物，表面氧化层晶粒排列较规则，且与基体结合处也较平整。

(a) 包钢22A (b) 包钢82B (c) 包钢HRB 400

(d) 某钢厂22A (e) 某钢厂82B (f) A钢厂HRB 400图3 试样表面SEM形貌Fig. 3 SEM morphology of samples

(a) 包钢22A (b) 包钢82B (c) 包钢HRB 400

(d) 某钢厂22A (e) 某钢厂82B (f) A钢厂HRB 400图4 试样经大气腐蚀试验后表面氧化层的厚度Fig. 4 Thickness of oxide layers on samples after atmospheric corrosion test

(a) 包钢22A (b) 包钢82B (c) 包钢HRB 400

(d) 某钢厂22A (e) 某钢厂82B (f) A钢厂HRB 400图5 钢材表面氧化层横截面SEM形貌Fig. 5 SEM morphology of surface oxide layer cross section

(a) 包钢22A (b) 包钢82B (c) 包钢HRB400

(d) 某钢厂22A (e) 某钢厂82B (f) A钢厂HRB400图6 钢材表面氧化层能谱分析结果Fig. 6 EDS results of surface oxide layer cross section

2.4 讨论

若表面氧化层缺陷较少，就能有效阻止外界离子通过，从而阻止溶液渗透到基体，使基体发生腐蚀的概率减小；若表面缺陷较多，如存在裂缝、裂纹、孔洞、断续等缺陷，会使钢材基体的局部区域暴露，由于氧化层与金属基体电化学性质不同，当电解质溶液通过缺陷渗透到基体表面，将构成氧化层/碳钢电偶，促进钢材腐蚀速率[4-8]。通过金相显微镜和扫描电镜观察试样表面氧化层，可以发现某钢厂产SWRCH22A、SWRH82B以及A钢厂产HRB 400钢筋的表面氧化层较致密、连续、无孔洞，表面缺陷较少，因此表面腐蚀速率较慢。而包钢产SWRCH22A、SWRH82B、HRB 400钢筋由于表面氧化层存在断续、裂纹、孔洞现象，且与钢材基体结合处有裂缝，加剧钢材表面腐蚀速率，这就是包钢钢材表面锈蚀速率明显快于其他钢厂的主要原因。

氧化层是热轧高温生成的，生产热轧线材包括铸坯再加热、粗轧、精轧、斯太尔摩冷却线、集卷冷却步骤，棒材直接上冷床冷却，无控冷步骤。高温生产的氧化层受各种因素影响，如加热温度、加热时间、冷却方式、环境中的氧含量、高压水除鳞、轧辊表面粗糙度等都会影响氧化层的致密性、连续性以及氧化层结构及组成，因此哪一步骤造成包钢钢材表面氧化层缺陷较多还有待进一步分析研究。氧化皮的好坏主要由氧化皮厚度、氧化皮结构、氧化皮附着力来评价，而这些又与温度、冷速、介质以及工作状况密切相关[9]。要得到较致密、连续、组成成分较理想表面氧化层的措施有：控制轧制和控制冷却；高压水除鳞要彻底，以降低轧制中将初始破碎的氧化皮轧进盘条表面所引起的盘条表面粗糙度的几率；降低轧辊粗糙度和提高平整度，减少与轧制设备工作表面摩擦引起的划伤。

3 结论

(1) 在相同环境中，包钢产SWRCH22A、SWRH82B、HRB400钢筋表面发生锈蚀的速率要高于其他钢厂产的；

(2) 包钢产钢材表面锈蚀速率较高的原因是表面缺陷较多；

(3) 包钢产线棒材表面氧化层缺陷较多，然而影响表面氧化层的因素较多，还有待进一步研究。

[1] 王彩虹，刘振成. 包钢棒材厂小型线材生产发展趋势探讨[J]. 包钢科技，2009，35(1)：1-5.

[2] 戴宝昌. 从国内外线材制品发展趋势看我国线材品种发展方向[J]. 河南冶金，2004，12(5)：3-4.

[3] 何军. 我国线材生产消费状况和发展趋势[J]. 钢铁技术，2009(5)：23-27.

[4] 《线材生产》编写组. 线材生产[M]. 北京:冶金工业出版社，1983.

[5] GB/T 14165-2008 金属和合金 大气腐蚀试验现场试验的一般要求[S].

[6] 周贤良，朱敏，华小珍,等. 不同冷却方式对热轧带钢氧化皮结构及其耐蚀性的影响[J]. 中国腐蚀与防护学报，2010，30(4)：323-328.

[7] SUN W H，TIEU A K，JIANG Z Y,et al. High temperature oxide scale characteristic of low carbon steel in hot rolling[J]. J Mater Process Technol，2004(155/156):1307-1312.

[8] 刘春伟，方金林. 矫直对热轧H型钢耐蚀性的影响[J]. 腐蚀与防护，2014，35(1)：25-32.

[9] TOMINAGA J,WAKIMOTO K. Manufacture of wire rods with good descaling property[J]. Transactions ISIJ,1982,22(5):646-656.

Cause of Surface Corrosion of Wire Rod Products

ZHAO Xiao-min, TAN Xiao-dong, DONG Jie, XUE Hu-dong

(Technical Center of Steel Union Co., Ltd., of Baotou Steel (Group) Corp., Baotou 014010, China)

The feed back from users showed that in the same stored environment and the same steel, the surface corrosion rates of wire rod products produced by different steel mills were different . Aimming at this situation, atmospheric corrosion contrast experiment was performed and the surface oxide layer was studied, it was found that the reason of faster corrosion was that the wire rod products had more surface defects on oxide layer. The impact factor on the oxide layer and the feasible measures to prevent this phenomena were analyzed and discussed.

wire rod； corrosion； surface oxide layer

10.11973/fsyfh-201701013

2015-07-29

赵晓敏(1986-)，工程师，研究生，从事线棒材新产品研发工作，18504724136，zxm2003021245@163.com

TG174

A

1005-748X(2017)01-0057-05