热镀铝锌钢板辊压成形后表面发黑原因分析

姚莹*，宁培栋，田成辉，刘小华，王瑾，陈翠

（酒钢宏兴股份有限公司钢铁研究院，甘肃 嘉峪关 735100）

某钢厂使用表面涂覆了一层含铬耐指纹有机钝化膜[1]的热镀铝锌钢板生产方管，但经辊压成形加工成方管后表面出现发黑现象(见图1)，影响了产品外观。本文主要对热镀铝锌钢板加工前的原板表面及加工后的方管表面进行了微观形貌观察和能谱分析，并结合钝化膜单位面积质量和表面粗糙度检测，对热镀铝锌方管表面发黑的原因进行了分析。

图1 热镀铝锌钢板加工后表面发黑的照片Figure 1 Photos of blackened surface of hot-dip Al-Zn alloy coated steel sheet after being roll-formed

1 实验

将热镀铝锌钢板剪切成2.5 cm × 2.5 cm的小片，热镀铝锌方管剪切成2.5 cm × 1.5 cm × 1.5 cm的小方管，在超声波清洗机中用去离子水清洗样片 180 s。采用 ZEISS Merlin Compact场发射扫描电镜(SEM)，结合OXFORD X-max N型能谱分析仪(EDS)对热镀铝锌钢板加工前后的表面进行了微观形貌观察和微区元素的定点定性分析与定点定量分析。

采用XL 3t 980手持式X射线荧光光谱仪检测热镀铝锌方管表面钝化膜的单位面积质量。

参照GB/T 2523-2008《冷轧金属薄板(带)表面粗糙度和峰值数测量方法》，采用ZXBM-018便携式粗糙度仪对热镀铝锌方管表面的平均粗糙度Ra进行检测，取样长度λc= 0.8 mm，区间数n= 5。

2 结果与讨论

2.1 扫描电镜检测结果与分析

图2为热镀铝锌钢板加工前后的表面微观形貌照片，可以看出，加工前的原板表面铝枝晶整齐有序，晶花棱角分明，立体感较强；而加工后的方管表面，受辊压成形影响，方管表面出现划伤、犁痕。

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

从表1可以看出，加工前的原板表面C含量高达57.96%，而钝化膜的特征元素是C、Cr，表明加工前的原板表面存在钝化膜；加工后的方管表面C、Cr含量明显减少，说明钝化膜减薄甚至脱落，O含量增加说明膜下镀层发生了氧化。然而，方管表面所呈现的发黑现象并不表明氧化物为黑色，而是镀铝锌板表面覆盖的无色、透明的有机薄膜发生光干涉现象的结果[2]。

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

2.2 钝化膜单位面积质量检测结果与分析

该厂生产的钝化膜的单位面积质量控制范围为1.2 ～ 1.4 g/m2。如图3所示，用手持式X射线荧光光谱仪对镀铝锌钢板加工前后的钝化膜进行检测，发现加工后方管表面的钝化膜单位面积质量明显降低(见表2)，说明加工后钝化膜减薄，失去了保护作用。

图3 热镀铝锌钢板加工前(a)后(b)的钝化膜单位面积质量测量点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 图3中不同位置的钝化膜单位面积质量Table 2 Mass of passive film per unit area for different spots shown in Figure 3（单位：g/m2）

2.3 表面粗糙度检测结果与分析

如图4所示对热镀铝锌方管发黑表面进行粗糙度检测。由表3所列的结果可以看出，热镀铝锌方管表面横向上的Ra明显高于纵向上的Ra。热镀铝锌方管表面横向与纵向粗糙度差异大，导致钢管表面反射率不同，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，试样发黑是辊压过程中钢板与模具摩擦造成钝化膜分布不均匀而产生色差所致。

图4 热镀铝锌方管表面粗糙度的测量点Figure 4 Spots for measuring the surface roughness of the square tube made of hot-dip Al-Zn alloy coated steel sheet

表3 热镀铝锌方管表面粗糙度(Ra)的测试结果Table 3 Results of surface roughness (Ra) measurement of the square tube made of hot-dip Al-Zn alloy coated steel sheet（单位：μm）

3 结论

加工过程中钢板与模具作相对运动时，其接触界面上存在切向阻力，摩擦引起发热和能量损耗，致使镀层氧化发黑。此外，在辊压过程中，钢板与模具摩擦导致方管表面钝化膜厚度减薄，钝化膜分布不均匀，致使方管表面反射率不同，形成肉眼色差，从而出现热镀铝锌方管表面发黑现象。

4 建议

有文献[4-5]指出，热镀铝锌钢板在加工过程中出现沿模具运动方向的犁痕划伤表明了钝化膜的润滑性及耐磨性不足。在此加工工艺条件下，应改善钝化膜的润滑性及耐磨性，尤其是在有摩擦热的条件下，钝化膜应起到自润滑作用，能抵抗摩擦的破坏作用。