冷轧钢板表面碳形态分析方法研究

摘要：本文在生产实践的基础上，总结了退火处理后钢板表层碳的存在形态的表征方法，重点介绍了评价退火后冷轧钢板表面质量及对后处理有较大影响的碳元素存在的形态、数量和深度等的分析仪器和方法，分析了不同方法的特点。

关键词：退火；冷轧板；碳元素；分析方法

冷轧带钢广泛应用于汽车、家电、建筑等各行业。为了进一步加工和表面处理的需要，经退火处理后的带钢板面必须具有较高的表面质量。带钢经冷轧轧制后，带钢表面残留有轧制油等物质，随后的热处理会把带钢加热到一定温度并保持一段时间，从而获得均匀的组织结构和所需的机械性能。在热处理的过程中，轧硬卷表面残留的轧制油也会挥发，钢板基体中的碳等元素也可能在一定的气氛条件下向钢板表面扩散，从而在钢板表面形成无定形碳、石墨碳等不同形态。热处理后钢板表面碳的存在形态和分布状况，可能会对后续的清洗和涂装质量带来严重不良影响[1]。本文在生产实践的基础上，总结了退火处理后钢板表面碳的形态和分布状况的表征方法，分析了不同方法的优缺点，可在钢材生产和使用过程中，根据钢板表面质量监控需要区别使用。

1.分析方法及设备

评价研究选取退火处理后的冷轧钢板为样板，采用3M公司Scotch胶带提取钢板表面样本，并粘贴在清洁度取样本上，使用NOVO-SHADE反射率计来测量反射率数值，借助美国LECO公司GDS-750A型辉光光谱仪(GDS)、美国LECO公司RC-412检测仪（Leco）和RINT2500/PC型X射线衍射（XRD）等方法对碳在钢板表面的深度分布、存在形态和结构等进行分析。

2.分析与讨论

2.1反射率评价

退火后冷轧带钢表面清洁程度采用反射率来衡量是一种简单快捷的评价方法，可在短短几分钟时间内对钢板表面的清洁状况作一大致判断。具体是采用Scotch胶带在被测样板上进行粘贴取样，然后采用NOVO-SHADE光反射率计进行测量，测量出的数据即为钢板表面反射率的数值。通常，反射率数值越大的钢板表面清洁程度越高，反之，钢板表面清洁程度越低。胶带粘贴取样主要用来评价退火后冷轧钢板表面残留的无定形碳等物质，因为这层附着在钢板表面的这层物质可较为容易地被黏附到胶带上。Scotch胶带和检测样本如图.1所示。但是对于钢板表层的石墨态的碳，使用粘贴胶带取样的方法不能准确评价。这是因为，石墨碳与钢板表层结合非常牢固，不能轻而易举地黏附下来。

图1Scotch胶带和检测样本

2.2 残碳（LECO）分析

采用Leco分析仪可对钢板表层碳的存在形态进行分析。利用Leco分析仪输出的钢板表层碳的分解曲线，分别对三个温度段进行积分，可分别求出三个温度段下不同形态碳含量的和。采用这种方法分析时，要特别注意样品制作过程中应避免可能引入碳的二次污染源。

2.3辉光放电光谱（GDS）分析

采用辉光光谱仪可对碳在钢板厚度方向上的深度分布情况进行分析。图2所示即为对比分析的两种钢板表层碳的深度分布情况，图中横坐标表示自钢板表面的分析深度，纵坐标表示碳元素沿深度方向的百分比含量。样品A沿钢板厚度方向上碳元素的分布基本一致，说明钢板表层没有碳元素的富集生长；而样品B的钢板表层，有一定程度的碳的富集，自钢板表面碳的富集层深度达近400nm。这层碳的富集层存在于钢板的表层，在后处理前如不能有效去除，将会对后处理涂层与钢板的结合力等带来严重不良影响。

图2试样A和B的碳元素GDS深度分析

2.4 X射线衍射（XRD）分析

采用XRD衍射仪可以对退火后冷轧板表层石墨态的碳作进一步分析。由于钢板表层碳的富集层厚度差别很大，从十几纳米到几百纳米不等，故分析时通常采用低角度掠射，扫描范围为10°~70°，從冷轧板的XRD衍射图谱分析中，样品表层有石墨碳存在，石墨的峰对应图中26-28。的范围内 [2]。XRD分析方法可在上述分析的基础上，进一步确定钢板表层碳的存在形态。

3.结论

（1）在退火后的钢板表面粘贴取样，可以快速的评价钢板表面的清洁程度，但对石墨态碳不能准确评价。

（2）采用LECO可以方便地分析在钢板表层碳的不同存在形态和数量。

（3）采用辉光放电分析可以分析沿钢板厚度方向碳的深度分布情况。

（4）采用X射线衍射分析可以对钢板表面石墨态的碳进行结构确认。

4.参考文献

[1]刘玉章 戴学诚 张新鹏.低碳铝镇静钢板面发黑现象分析[J]. 钢铁钒钛，2008年10月 29卷 （4）:p77-80.

[2]张梁. 低碳退火钢游离渗碳体的形成及其影响因素分析[J]. 太钢科技，1993，(2):p26-29.

作者简介

刘玉章(1975—)，男，河南郸城人，工程师，硕士，现从事金属材料热处理工艺研究。