DWC表面處理對熱軋鋼板性能的影響研究

石發才

（山西太鋼不銹鋼股份有限公司，山西 太原 030003）

材料是人類進化史的里程碑，是現代文明的重要支柱，是發展高新技術的基礎和先導[1]。鋼鐵原料在地殼中儲量多、能實現無限循環再生利用、綜合性能優良。此外，鋼鐵冶煉、加工技術歷史悠久，且已被人們熟練掌握，并被廣泛應用于制造業的各個領域。然而，鋼鐵作為材料在應用中也有薄弱的一面，那就是在自然環境中與空氣接觸易發生銹蝕。鋼質零部件在應用中如沒有一定的防護措施，其壽命會大大縮短。因此，采用什么方式防護，防護時鋼的表面達到什么樣技術要求，這種表面要求是通過什么樣的技術達到，這種技術在實際生產中的質量和效率如何等都是科技人員面臨的重要課題。在日常生活中，交通運輸中使用的汽車、火車、船舶，能源保供中輸送介質的各類傳輸管道，電氣工程中各種機電設備和家用電器等都通過涂鍍的方式來防護鋼質零部件。涂鍍前需對鋼板表面氧化物進行必要的預處理（清理），常見的預處理法分為化學法和物理（機械）法兩大類?；瘜W處理法指酸洗，優點是處理后表面粗糙度小、附著性好、防腐性優良等，但缺陷也很明顯，其生產成本高、廢酸廢水會污染環境。物理處理法有拋丸，其優點是處理后的表面粗糙度適中、成本低、污染小，但缺點是處理不均勻，有時去除不徹底，對鋼板表面還有一定硬化等影響。近年來，也開發出新的技術和處理模式，如SCS研磨技術、EPS濕噴技術和DWC（Dry Wet Wombination）干濕結合法等，一定程度上克服了拋丸存在的缺點，處理后鋼材表面粗糙度大小和一致性都得到改善，環境污染和人員受傷害等問題均得到徹底解決[2]。其中SCS技術和EPS技術也有文章介紹過，本文重點介紹采用DWC法對鋼板性能影響程度進行檢測和分析，為工程設計人員合理選用該法和材料加工人員了解掌握其特性提供一定的依據。

1 實驗材料

實驗材料選用牌號為610L的汽車車架用鋼，檢測其強度、塑性、冷彎、粗糙度和耐腐蝕性，從規格為6 mm×1 780 mm×C mm（厚×寬×長，下同）鋼卷上截取樣品。硬度檢測選用牌號為Q235R、規格為10.0mm×1 500 mm×C mm鋼卷上截取的硬度樣品，以便于測試由表層及心部方向上顯微硬度值的變化情況。

2 實驗方法及結果分析

2.1 硬度

對上述幾種預處理方法機理分析可知，化學法酸洗由于處理中不會有機械力作用在鋼板表面上，表面不產生硬化等現象。而物理法中拋丸、SCS技術、EPS技術在很多文獻研究分析過，由于采用機械力去除氧化物，會在鋼板表面產生一定程度硬化，因此本文不再累述，只針對DWC法處理對鋼板表面影響程度進行檢測分析。

由于DWC法對鋼板表面造成的硬化非常小，不能用普通硬度計來測量，而采用自動維氏硬度計（型號LV700AT）測量顯微硬度（HV）。選用牌號Q235R、厚度為10 mm的鋼板進行測試，分別從原始熱軋板和DWC法處理板截取金相試樣，而后進行對比，每間隔1.0 mm測試1個點硬度，共計6個點，選點從鋼板表層、再到1/4厚度、最后到1/2厚度（鋼板心部）進行選取，如下頁圖1所示。對兩種狀態的鋼板上對應點硬度情況對比可知，不同位置上均有一定程度的硬化，且表層硬化程度較大，差值在15左右，其他點均在10以內，如下頁圖2所示。若將這種硬度差值換算成強度值，與相對材質本身強度相比，該強度可忽略不計，因此，DWC法處理后對鋼板成型性影響非常微小。

圖1 硬度檢測試樣

圖2 硬度值曲線示意圖

2.2 粗糙度

用型號為TR210的粗糙度儀測量不同表面處理樣品的Ra值，以對比說明DWC處理對樣品的表面粗糙度的影響。

為了更直觀了解DWC法處理后表面粗糙度的情況，將它與幾種常見表面處理法的粗糙度進行對比，結果如表1所示。

表1 熱軋鋼板經不同方法處理后的粗糙度

由表1可知，酸洗法粗糙度波動雖小，但分布較分散，不適合一些高端領域的涂鍍要求，較依賴鋼板原始表面質量水平，這與其處理機理是化學反應有關。如果處理前鋼板表面已存在麻坑和腐蝕點，這些缺陷在酸液作用下不但無法改進原形貌，甚至還會因缺陷處更易腐蝕，使得缺陷深度變大而變得更明顯，導致整個表面粗糙度分散。SCS技術、EPS技術處理后粗糙度波動小，相對集中、一致，同時處理過程綠色環保，但效率較低。DWC法克服了效率低的問題，同時又保證了粗糙度分布集中、一致。而拋丸法因其粗糙度較大且適用性差在逐漸被淘汰。

2.3 強度和塑性

為了研究DWC法對鋼板強度和塑性的影響，在牌號為610L、規格6 mm×650 mm×650 mm鋼板上截取縱橫向各2條拉伸試樣毛坯，對其中2條不同方向毛坯進行DWC處理，粗糙度達到2.0 μm后，再把4條全部加工成板材拉伸試樣。試驗是在型號Zwick/Roell 300 kN的電子拉伸試驗機上進行，試驗結果如表2所示。

由表2可知，DWC法對鋼板強度和塑性影響不明顯。

表2 試樣力學性能

2.4 冷彎

在批量冷彎檢測中，個別試樣的彎曲面曾出現類似“橘皮”狀現象，如圖3所示，給加工方帶來一定困擾。為確認冷彎樣外表“橘皮”狀是否為微裂紋，對試樣冷彎面進行了金相觀察（金相顯微鏡型號DM4000M/DMI3000M），分析是否有裂紋源存在及其擴展方向。為了方便對比，取彎曲面（變形區）代表受力面（有橘皮），取遠離冷彎的直面代表未受力面（未變形區），如圖4所示，標記處為兩個對比點。

圖3 冷彎試樣外觀橘皮狀現象

圖4 微觀組織對比點示意圖

圖5是顯微鏡下未腐蝕前彎曲面和直面微觀對比形貌，彎曲面表層出現明顯起伏狀現象，是外力作用下表面金屬滑移造成的，并非裂紋形貌，因直面和彎曲面均不存在裂紋源，且有進一步擴展現象。

圖5 顯微鏡下形貌特點（試樣未腐蝕前）

圖6為顯微鏡下腐蝕后彎曲面和直面組織特點，從圖6可知，彎曲面和直面顯微組織無明顯差別，均屬于該材質正常組織。

圖6 顯微鏡下組織特點（試樣腐蝕后）

為進一步確認“橘皮”狀表面是否為微裂紋，對相同條件下2個彎曲試樣中其中一個進行進一步彎曲，由原來標準要求d=d繼續彎曲至d=0，試樣外表面未發現裂紋出現，仍然為“橘皮”狀，也無擴展的趨勢。冷彎在型號BWP-1000/BWP-50彎曲試驗機上進行。如下頁圖7所示，虛線框中試樣做進一步彎曲。假如先前試樣表面“橘皮”是微裂紋，冷彎至d=0時裂紋會出現擴展，因此可看出，這種“橘皮”還具有一定鈍化效應，阻止了“橘皮”繼續長大。

圖7 彎曲試驗對比

通過以上兩個對比檢測可看出，冷彎試樣上“橘皮”屬于在外作用下表面金屬正?；瑒蝇F象，非冷彎裂紋，也不會造成加工變形開裂。

2.5 耐蝕性

材料加工和設計人員除了關注DWC法處理后物理性能是否發生變化外，還應關注處理后鋼板在運輸、儲存過程中的耐蝕性如何變化。為了消除這方面的疑慮，以耐蝕性較好的酸洗涂油鋼板作為參考物進行了對比，圖8為兩種鋼板的外觀對比，圖中左為酸洗涂油板，右為涂防銹劑DWC板。從外觀看，酸洗板由于涂油原因表面發暗且有一定紋路存在，而DWC板表面較亮，且顏色較均勻。

圖8 酸洗涂油板（左）和涂防銹劑DWC板（右）外觀對比

圖9、圖10是暴露在室外大氣環境下各鋼板試樣的銹蝕情況，圖中從左至右依次為A廠、B廠、C廠的涂油酸洗板、涂防銹劑DWC板和原始熱軋板。從1～30 d的酸洗板和WDC板耐蝕性相當，耐腐蝕性最好的是帶氧化皮的熱軋板，可見氧化皮也具有一定的阻斷空氣接觸而防銹的能力，同時上述狀態的鋼板均滿足國內用戶運輸、儲存要求。

圖9 暴露大氣環境中第1天

圖10 暴露大氣環境中第30天

3 結論

1）DWC干濕結合法是一種高效去除熱軋板表面氧化物，獲得穩定、粗糙度一致、高質量無污染產品的處理方法。

2）DWC干濕結合法對鋼板表面的硬化可忽略不計，對成型性無影響，冷彎表面的“橘皮”為外力作用下金屬正?；瑒蝇F象。

3）DWC干濕結合法處理中涂在表面的防銹劑具有較高防銹能力，完全滿足用戶運輸和儲存的要求。