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不同冷却速率下硅钢氧化皮结构与酸洗动力学关系
边美华 , 彭家宁 , 尹立群 , 梁庆国 , 张兴森     
广西电网有限责任公司 电力科学研究院,南宁 530023
摘要: 研究热轧硅钢卷板各部位因其冷却速度不同造成相结构差异,为热轧硅钢板氧化皮结构调控以及工业酸洗工艺提供理论依据和数据积累。采用场发射扫描电子显微镜、背散射成像、X射线能谱仪以及XRD等方法,结合工业酸洗和实验室模拟酸洗,研究了不同冷却速率下热轧硅钢板氧化皮显微组织结构与酸洗动力学之间的关系,初步探讨了其酸洗机理。结果表明:热轧硅钢卷板快、慢冷部位氧化皮分为两层,主要由Fe、Fe2O3和Fe3O4相组成,而相对含量有明显差异。卷头慢冷部位氧化皮厚度分布不均,表面存在许多裂纹,与基体结合界面平滑;卷尾快冷部位氧化皮均匀致密且较厚,与基体结合界面较粗糙,显微结构差异造成快冷部位氧化皮酸洗动力学更慢。快、慢冷部位氧化皮酸洗机制相似,前期以化学溶解过程为主,后期以两阶段电化学腐蚀过程进行。
关键词: 冷却速率    热轧硅钢卷板    氧化皮    显微结构    酸洗机理    
Relationship Between Pickling Kinetics and Scale Structure of Silicon Steel at Different Cooling Rates
BIAN Meihua , PENG Jianing , YIN Liqun , LIANG Qingguo , ZHANG Xingsen     
Electric Power Research Institute, Guangxi Power Grid Co. Ltd., Nanning 530023, China
Fund: Supported by Research Project of Guangxi Power Grid Co. Ltd., (GXKJXM20160322)
Abstract: The phase structure of hot-rolled silicon steel coil is different due to the different cooling rates. The work aims to provide a theoretical basis and data accumulation for the structure control of hot-rolled silicon steel scale and industrial pickling process. Field emission scanning electron microscope (FE-SEM), secondary electron (SE), backscattered electron (BSE), X-ray energy dispersive spectroscopy (EDS) and X-ray powder diffraction (XRD), combining with the industrial pickling and laboratory simulated pickling, were performed to study the relationship between the scale microstructure structure and pickling kinetics of the hot-rolled silicon steel under different cooling rates. Pickling mechanism was discussed preliminarily. Results show that oxide scales of rapid and slow cooling hot-rolled silicon steel coils are both double-layer structure, which consists of Fe, Fe2O3 and Fe3O4 with different relative contents. The oxide scale of slow cooling coil is uniform with many cracks on the surface. And the interface between the substrate and oxide layer is smooth. The oxide scale of rapid cooling coil is uniform and dense, and the interface with the matrix is rough. The microstructure difference causes the pickling kinetic of rapid cooling coils to be slower. The pickling mechanism of rapid and slow cooling coil is similar, at which chemical dissolution plays a major role in initial stage and two-stage electrochemical corrosion in later process.
Keywords: cooling rate    hot rolled silicon steel    oxide scale    microstructure    pickling mechanism    
0 引 言

热轧板带的生产工艺一般为:板坯再热→粗轧→精轧→喷水冷却→卷取→空冷→分卷或平整,在卷取冷却过程中表面生成三次氧化皮[1]。热轧钢板一般作为后续加工的原料或成品直接出售,氧化层的结构不仅影响表面质量,同时也决定热轧产品的抗蚀性能、酸洗工艺的制定和效果[2],对热轧钢氧化皮的研究已延续了几十年,目前氧化层结构依然是钢铁行业研究的焦点[3-4]。热轧钢板的酸洗效果主要取决于氧化皮的显微结构、成分、厚度、致密性、界面粗糙度[5-7];影响氧化皮显微结构的因素包括终轧温度、卷取温度、冷却速率、环境中的氧气含量等。

S. Chandra-ambhorn等[8]发现提高钢中的碳含量会增加热轧过程中氧化皮与基体的粘附性,含碳质量分数为0.14%的钢,增加卷取温度会提高氧化皮的附着力。汪水泽等[9]研究发现降低卷取温度,提高了热轧带钢表面氧化皮中α-Fe+Fe3O4的体积分数和氧化铁皮与基材的附着力。苏坤[10]认为卷取温度越高,带钢表面氧化皮越厚,且难溶的Fe2O3和Fe3O4的含量越多。陈连生[11]认为表面较厚的Fe3O4和Fe2O3氧化层,是造成酸洗后氧化皮残留的直接原因。胡微[12]指出高温金属的初始高温状态和冷却速度决定最终FeO和Fe3O4的比例,并研究了高碳钢在650~350 ℃时,冷却速度越慢,Fe3O4含量显著增加。Liu L L等[13]研究了硅钢在高温条件下的氧化行为,发现提高硅含量会在氧化层下形成稳定的SiO2层,阻碍进一步氧化行为。张赵宁等[14]研究发现Fe-Si合金钢的氧化皮中所含Fe2SiO4,在低温酸洗时会析出SiO2层阻碍铁的高价氧化物与酸的反应,因此留下“红色氧化皮”。需要提高酸洗温度和采用超声辅助清洗,才能酸洗彻底。王松涛[15]研究发现Si含量质量分数在0.15%以下时酸洗后表面基本没有残留红色产物,提高Si含量时,高温加热过程中,Si选择性氧化在基体上方形成低熔点的铁橄榄石(2FeO·SiO2)。可见,热轧带钢氧化皮的相结构主要受热轧温度和冷却速率影响[16-17],其酸洗效果直接取决于表面氧化铁皮的结构。目前冷却速率对硅含量较高的热轧硅钢卷板氧化皮结构的影响,及酸洗质量关系少有报道。

采用场发射扫描电子显微镜(Field emission scanning electron microscopy, FE-SEM)的二次电子像(Secondary electron, SE)、背散射电子像 (Backscattered electron, BSE)、X射线能谱仪(Energy dispersive spectroscopy, EDS)以及X-射线粉末衍射(X-Ray diffraction, XRD)等方法,对热轧后冷却速率对硅钢板氧化皮的显微结构与酸洗动力学之间的关系进行了研究,并探讨了酸洗过程机理。

1 材料与方法 1.1 试样材料

试验所用材料分别取自热轧硅钢卷板(武钢股份公司热轧厂提供)头部和尾部,分别代表慢速冷却试样和快速冷却试样,板厚为2.3 mm,卷板开轧温度940~980 ℃,终轧温度805~855 ℃,卷取温度630~670 ℃,主要化学成分见表1

表 1 硅钢卷板的主要化学成分 Table 1 Chemical composition of silicon steel coil
Composition C Al Si Mn P S Fe
Content 0.089 0.29 2.08 0.23 0.014 0.004 Bal.
1.2 微观形貌、成分及相结构分析

分别截取工业酸洗前后钢板,切割成尺寸为1 cm×1 cm的试样,经丙酮除油、酒精洗涤后吹干,采用美国FEI公司的Nova 400 Nano型场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)的二次电子像(SE)对氧化皮原始表面形貌、酸洗后试样表面形貌观察,加速电压为15 kV;采用能谱(EDS)进行元素分析,采用背散射电子(BSE)对成分相结构进行观察,加速电压为15 kV。

用于氧化皮截面形貌观察的试样采用环氧树脂镶嵌后留出截面,砂纸依次从400号到2000号打磨,抛光布抛光,二次震动抛光,用背散射电子(BSE) 观察氧化皮截面,加速电压为15 kV。

1.3 X-射线衍射物相分析(XRD)

采用德国布鲁克公司的D8 Advance型X射线衍射仪对试样氧化皮进行物相分析,试样尺寸为1 cm×1 cm。采用掠入射模式[18],用Cu靶辐射,管电压为40 kV, 管电流为30 mA,扫描范围2θ为20~90°。测试结果采用Jade软件进行定量分析。

1.4 工业酸洗工艺

工业酸洗时,采用的酸洗液为含有Fe3+的9% HCl溶液,酸洗温度为80 ℃。

1.5 模拟酸洗试验工艺

试样采用703硅胶密封背面及侧面,模拟酸洗试验在恒温60 ℃水浴条件下进行,酸洗液配比为VHCl: V蒸馏水=1:1,同时观察酸洗过程现象。

2 试验结果 2.1 快、慢速冷却试样表面氧化皮形貌

酸洗前,快速冷却试样表面颜色比慢速冷却试样更深。图1为两种冷速下钢板表面氧化皮的微观形貌。由图1可知,两种氧化皮均由鳞片状组织构成,快速冷却试样氧化皮较为致密;而慢速冷却试样表面氧化皮相对疏松,表面呈蜂窝状,局部放大后发现存在大量裂纹。

图 1 快冷、慢冷硅钢氧化皮的微观形貌(SE) Fig. 1 Microscopic morphology of the oxide coating at rapid and slow cooling rate (SE)
2.2 快、慢速冷却试样表面氧化皮成分及相结构

背散射(BSE)模式下快、慢速冷却两种试样表面氧化皮形貌如图2所示。由图2可看出:①快速冷却试样表层由浅灰色相和黑色相组成,黑色相和浅灰色相均呈连续块状,且两相所占面积相近;②而慢速冷却试样表面浅灰色相的几乎覆盖全部表面,只有少量点状黑色相。图3为两种试样表面氧化皮的能谱分析(EDS)位置。能谱结果显示,两种相主要由Fe、O两种元素组成,含有微量的Al、Si元素,且黑色相中O与Fe的原子比(O/Fe)要高于浅灰色相,元素含量分析结果见表2

表 2 元素含量结果 Table 2 Result of element content analysis
Sample ID Test position Atomic percent / %
Fe O Al Si
Rapid cooling Gray phase 37.91 60.88 0.11 1.11
Black phase 34.56 64.96 0.01 0.48
Slow cooling 39.75 58.14 0.89 1.22
图 2 快冷、慢冷硅钢氧化皮表面微观形貌(BSE) Fig. 2 Microscopic morphology of the oxide coating at rapid and slow cooling rate (BSE)
图 3 慢冷、快冷试样表面氧化皮元素分析 Fig. 3 Elemental analysis of oxide coating at rapid and slow cooling rate

图4为快、慢速冷却两种试样的XRD图谱。对照标准卡片,两种试样的氧化皮均由Fe2O3、Fe3O4、Fe颗粒组成,不同冷却速率得到的氧化皮三者之间的相对含量不同。结合上述能谱分析,可以发现深色相为Fe3O4、浅色相为Fe2O3,即快速冷却试样外层主要由Fe3O4、Fe2O3构成,慢速冷却试样外层主要由Fe2O3构成。采用Jade软件进行定量分析可得,慢速冷却试样氧化皮相组成比为Fe:Fe2O3:Fe3O4=5.8:59.5:34.7,快速冷却试样氧化皮相组成比为Fe:Fe2O3:Fe3O4=17.4:36.7:45.9。对比快速冷却试样,慢速冷却试样氧化皮中Fe3O4和Fe相对含量较低,Fe2O3相对含量较高。

图 4 快冷、慢冷硅钢氧化皮XRD图谱 Fig. 4 XRD patterns of oxide coating at rapid and slow cooling rate
2.3 快、慢速冷却试样表面氧化皮截面形貌

快、慢速冷却两种试样氧化皮的截面微观形貌(BSE)如图5所示,可以看出两种试样的氧化皮均由两层构成。快冷试样氧化皮相对致密,厚度分布均匀,采用Photoshop CS 5测量BSE图中五点厚度,求其平均值为4 μm。氧化皮内外层分界线清晰,外层平均厚度为1.1 μm,根据吴圆圆等[19]研究结合XRD测试结果推测其成分主要Fe3O4、Fe2O3构成,内层平均厚度为2.7 μm,推测其成分主要由Fe3O4、Fe构成。慢速冷却试样氧化皮相对疏松,厚度分布不均,最厚达4.5 μm,最薄处为1.7 μm。其氧化皮由不连续的外层和内层构成,推测外层主要由Fe2O3构成,疏松、存在裂纹,外层最厚处达2.2 μm,最薄处仅0.3 μm。内层结构比外层致密,与基材之间结合界面平滑,推测主要由Fe3O4、Fe构成。相比慢速冷却试样氧化皮,快速冷却试样氧化皮内外层分层明显,且氧化皮与基体的界面处基材的粗糙度较大大。

图 5 快冷、慢冷却硅钢氧化皮截面的背散射电子图 Fig. 5 Cross section morphologies of oxide coating at rapid and slow cooling rate (BSE)
2.4 酸洗后快、慢速冷却试样表面分析

热轧硅钢卷板经工业酸洗后,卷板尾部(快速冷却)试样表面明显呈现黑色,而卷板头部(慢速冷却)试样酸洗后表面呈亮黄色。

工业酸洗后快、慢速冷却试样的微观形貌如图6所示。可以发现慢速冷却试样氧化皮清洗较为彻底,酸洗后卷板晶界清晰,呈现典型的等轴铁素体晶粒。而快速冷却试样酸洗后,在晶粒表面有许多深色残留物。残留物元素分析位置如图7所示,能谱结果显示其中Fe、O原子量分数接近1∶2,可以初步判断残留物为铁的氧化物,表明快速冷却试样酸洗并不彻底。

图 6 快冷、慢冷硅钢工业酸洗后试样表面微观形貌(9% HCl溶液,酸洗温度为80 ℃) Fig. 6 Microscopic morphologies of sample surface at rapid and slow cooling rate after pickling
图 7 快冷硅钢工业酸洗后表面残留物元素分析 Fig. 7 Elemental analysis of surface remainders at rapid cooling rate after pickling
2.5 模拟酸洗试验

为了进一步阐明快、慢冷速对酸洗效果的影响,在实验室配制模拟酸洗液进行酸洗试验。实验室模拟酸洗发现快、慢速冷却两种试样氧化皮酸洗现象相似,都是先缓慢生成黄色产物,再迅速溶解,并伴随生成大量气泡,酸洗后溶液呈浅绿色。

以目视观察到试样表面无气泡冒出作为酸洗终点。两种试样酸洗至氧化皮完全去除的时间不同,慢速冷却试样在0~20 s时,表面氧化皮慢慢出现黄绿色斑点(鳞片状脱落),随后脱落速率逐渐加快,无气泡生成;20 s时表面大部分已被黄绿色斑点覆盖;20~60 s时,有气泡生成,且生成速率逐渐加快;60~87 s,氧化皮溶解迅速,大量气泡生成,银白色基体逐渐露出,87 s时氧化皮清除完全,酸洗液呈浅绿色。快速冷却试样氧化皮生成气泡时间超过30 s,酸洗至基体完全显露银白色的时间为102 s。

3 分析与讨论 3.1 冷却速率对热轧硅钢卷板表面氧化皮结构和成分的影响

由于热轧卷钢冷却速率不同时,表面氧化皮的组织和结构会存在显著差异[20]

热轧硅钢卷板不同冷速下表面氧化皮均由Fe3O4、Fe2O3、Fe这3种相组成,但各结构相的相对含量及分布有所不同。没有FeO存在,可能是在界面处生成了微量的Fe2SiO4相,阻碍了氧化反应的进一步发生[21]

卷板头部氧化皮(慢速冷却)中由分界不明显内、外层组成。外层主要为Fe2O3,呈蜂窝状、结构疏松、存在许多裂纹,厚度十分不均匀;内层主要由Fe3O4、Fe构成,结构相对致密,与基体结合面较为平整、粗糙度较小。

卷板尾部氧化皮(快速冷却)中Fe、Fe3O4相对含量较高,内、外层分界明显,氧化皮厚度分布十分均匀。其外层主要由Fe2O3、Fe3O4构成,结构相对致密,无微裂纹;内层主要由Fe3O4、Fe构成,比外层致密,与基体结合面呈锯齿状、粗糙度很大。慢速冷却条件下,氧气向内层迁移时间相对较长,与基材Fe反应充分,使内层Fe3O4层厚度较厚。

3.2 冷却速率对热轧硅钢卷板表面氧化皮酸洗效果的影响

工业酸洗后两种试样的外观明显不同。卷板头部试样(慢速冷却)酸洗后呈亮黄色,微观形貌显示晶界清晰,呈现基材典型的等轴铁素体晶粒。而卷板尾部试样(快速冷却)酸洗后晶粒表面有许多残留Fe3O4,酸洗并不彻底,这也是其工业酸洗后表面颜色较深的原因所在。

模拟酸洗试验发现,卷板头部试样(慢速冷却)完全酸洗时间为87 s,卷板尾部试样(快速冷却)完全酸洗时间为102 s。工业酸洗和模拟酸洗试验结果说明,相比卷板尾部试样(快速冷却),卷板头部试样(慢速冷却)更易于酸洗。因此,两种氧化皮的酸洗动力学过程存在明显差异。

热轧硅钢表面氧化皮的酸洗效果主要取决于氧化皮的表面形貌、厚度、界面粗糙度和显微结构。两种试样氧化皮均由Fe、Fe3O4、Fe2O3组成,与酸洗液中盐酸反应时,Fe最容易,Fe3O4次之,Fe2O3最难溶于酸[22]。卷板头部试样(慢速冷却)氧化皮外层主要以Fe2O3为主,由于表面存在很多裂纹、厚度分布不均匀、连续性差,故外层对酸洗液的阻碍作用不大;内层氧化皮以Fe、Fe3O4为主,与酸洗液较易反应,产生的氢气会加速氧化皮剥落;另外卷板头部试样氧化皮与基体的结合界面粗糙度小,即结合力较小,故氧化皮易于脱落。

因此,卷板头部试样(慢速冷却)氧化皮易于酸洗。卷板尾部试样(快速冷却)氧化皮外层主要以Fe2O3、Fe3O4为主,结构致密,分布均匀且较厚,对酸洗液的阻碍作用较强。卷板尾部试样氧化皮与基体结合界面面粗糙度较大,结合力较强,当酸洗液接触基体时,氧化皮并不容易脱落[8]。所以卷板尾部快速冷却试样的氧化皮的更不易酸洗完全。

3.3 热轧硅钢快、慢速冷却试样酸洗的机理

Wever-Engell等[23]在研究了热轧碳钢酸洗的基础上,建立了Fe/HCl/FeO型局部电化学反应酸洗模型。Frisch等提出3层氧化物结构模型(Fe2O3/Fe3O4/FeO),并对Wever-Engell模型进行修正,认为酸洗过程为局部电化学反应模型,其中基材为阳极,氧化层为阴极[24]

热轧碳钢酸洗机理可以用3步来描述[25]:①酸液通过裂纹向基体的渗透,与底层较高活性的FeO接触并反应;②随着酸液与FeO层反应进行,产生横向侵蚀,并伴随部分Fe3O4的溶解反应。③H2的产生,对氧化皮起着机械剥离作用,并伴随基体Fe的溶解,Fe3+的还原。

结合氧化皮形貌、相结构、XRD分析结果、模拟酸洗现象、热轧硅钢卷板的酸洗机理分两步进行。

(1) 化学溶解过程

形貌研究结果说明,热轧硅钢卷板的氧化皮结构不同于上述模型,从XRD结论推测其组成为(Fe2O3/Fe3O4/Fe),未发现FeO成分。因此与酸液接触时,氧化皮中Fe3O4、Fe2O3与盐酸直接反应生成黄绿色锈点,称之为化学溶解过程。

图8为化学溶解过程示意图。当酸洗液与氧化皮接触时(图8(a)),其中Fe3O4、Fe2O3与盐酸反应,反应式如(1)、(2)所示,生成可溶于酸洗液中的FeCl2(浅绿色)和FeCl3(淡黄色)(图8(b)(c)),造成试样表面生成大量黄绿色斑点的现象,此过程为形核和长大过程。如果氧化皮中存在裂缝、孔隙等缺陷时,酸洗液优先进入缺陷处进行化学溶解[26]。酸洗前期,两种氧化皮以化学溶解过程为主。

图 8 氧化皮化学溶解过程示意图 Fig. 8 Schematic diagram of scale chemical dissolution process
${\rm{F}}{{\rm{e}}_{\rm{3}}}{{\rm{O}}_{\rm{4}}}{\rm{ + 8HCl = 2FeC}}{{\rm{l}}_{\rm{3}}}{\rm{ + FeC}}{{\rm{l}}_{\rm{2}}}{\rm{ + 4}}{{\rm{H}}_{\rm{2}}}{\rm{O}}$    (1)
${\rm{F}}{{\rm{e}}_{\rm{2}}}{{\rm{O}}_{\rm{3}}}{\rm{ + 6HCl = 2FeC}}{{\rm{l}}_{\rm{3}}}{\rm{ + 3}}{{\rm{H}}_{\rm{2}}}{\rm{O}}$    (2)

(2) 电化学腐蚀过程

随着时间延长,酸液开始接触基体,当气泡开始产生时,酸洗进入第二阶段,Fe(阳极)/酸液(电解质)/氧化皮(Fe2O3和Fe3O4)构成局部原电池,因此该过程为电化学腐蚀过程。

根据产生气体量的不同[27],电化学腐蚀分两个部分。第一阶段:酸洗液中的盐酸与内层氧化皮或基体中的铁反应[28],反应式如(3)、(4)、(5)所示,阳极反应为Fe失电子变成Fe2+,阴极反应为H+得电子生成H2,此时H原子的量比较少,生成气体主要以扩散方式溢出。图9(a)(b)为电化学腐蚀过程第一部分反应示意图。

图 9 氧化皮电化学腐蚀过程示意图 Fig. 9 Schematic diagram of electrochemical corrosion process
$\text{阳极反应:}{\rm{Fe}} - 2{e^ \text{-} } = {\rm{F}}{{\rm{e}}^{2 + }}$    (3)
$\text{阴极反应:}2{{\rm{H}}^ + } + 2{e^ \text{-} } = {{\rm{H}}_2}$    (4)
$\text{总反应:}{\rm{Fe}} + 2{{\rm{H}}^ + } = {\rm{F}}{{\rm{e}}^{2 + }} + {{\rm{H}}_2}$    (5)

随着基体与酸液接触面积的增大,大量H原子产生,其中一部分生成氢气,大量的氢气会由于自身的膨胀压力对氧化皮造成剥离作用[24],氧化皮呈片状剥离到溶液中;另一部分用于还原氧化皮、酸洗液中高价铁的氧化物或者氯化物[25]。反应如(6)~(12)所示。所以,酸洗后的溶液呈浅绿色。图9(c)(d)为电化学腐蚀过程第二部分反应示意图。

$\text{阳极反应:}{\rm{Fe}} + 2{\rm{HCl}} - 2{e^\text{-}} = {\rm{FeC}}{{\rm{l}}_2} + 2{{\rm{H}}^ + }$    (6)
$\text{阴极反应:}{\rm{F}}{{\rm{e}}_2}{{\rm{O}}_3} +2{{\rm{H}}^ + } \!+ \!4{\rm{HCl}} +2{e^\text{-}} \!= 2{\rm{FeC}}{{\rm{l}}_2} \!+\! 3{{\rm{H}}_2}{\rm{O}}$    (7)
$\text{或}{\rm{F}}{{\rm{e}}_3}{{\rm{O}}_4} + 2{{\rm{H}}^ + } + 6{\rm{HCl}} + 2{e^\text{-} } = 3{\rm{FeC}}{{\rm{l}}_2} + 4{{\rm{H}}_{\rm{2}}}{\rm{O}}$    (8)
$\text{或}2{\rm{FeC}}{{\rm{l}}_3} + 2{{\rm{H}}^ + } + 2{e^ \text{-} } = 2{\rm{FeC}}{{\rm{l}}_2} + 2{\rm{HCl}}$    (9)
$\text{总反应:}{\rm{Fe + F}}{{\rm{e}}_{\rm{2}}}{{\rm{O}}_{\rm{3}}}{\rm{ + 6HCl = 3FeC}}{{\rm{l}}_{\rm{2}}}{\rm{ + 3}}{{\rm{H}}_{\rm{2}}}{\rm{O}}$    (10)
$\text{或}{\rm{Fe + F}}{{\rm{e}}_{\rm{3}}}{{\rm{O}}_{\rm{4}}}{\rm{ + 8HCl = 4FeC}}{{\rm{l}}_{\rm{2}}}{\rm{ + 4}}{{\rm{H}}_{\rm{2}}}{\rm{O}}$    (11)
$\text{或}{\rm{Fe + 2FeC}}{{\rm{l}}_{\rm{3}}}{\rm{ = 3FeC}}{{\rm{l}}_{\rm{2}}}$    (12)
4 结 论

(1)热轧硅钢卷板快冷和慢冷部位的氧化皮均主要由Fe、Fe2O3和Fe3O4这3种相组成,区别在于相对含量不同。由于冷却速率不同,卷头慢冷部位氧化皮厚度分布不均,与基体结合界面平滑;而卷尾快冷部位氧化皮厚度均匀,与基体结合界面粗糙,且存在许多裂缝。

(2)工业酸洗中热轧硅钢卷板快冷部位氧化皮酸洗不完全,氧化层中的Fe3O4易在表面残留。实验室模拟酸洗中,热轧硅钢慢冷部位酸洗完全需要87 s,而快冷部位氧化皮完全酸洗需要102 s,其动力学过程较慢。所以,热轧硅钢卷板卷尾的氧化皮更难去除。

(3)两种氧化皮的酸洗机理相似:酸洗前期均以化学溶解过程为主,酸洗中后期以两步电化学腐蚀过程进行。

(4)在实际生产中可以降低卷取速度,以降低硅钢冷却速率,增加氧化皮中Fe3O4的含量,缩短硅钢酸洗时间,提升酸洗后表面质量。

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http://dx.doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20181017003
中国科协主管,中国机械工程学会主办。
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文章信息

边美华, 彭家宁, 尹立群, 梁庆国, 张兴森
BIAN Meihua, PENG Jianing, YIN Liqun, LIANG Qingguo, ZHANG Xingsen
不同冷却速率下硅钢氧化皮结构与酸洗动力学关系
Relationship Between Pickling Kinetics and Scale Structure of Silicon Steel at Different Cooling Rates
中国表面工程, 2019, 32(2): 88-97.
China Surface Engineering, 2019, 32(2): 88-97.
http://dx.doi.org/10.11933/j.issn.1007-9289.20181017003

文章历史

收稿日期: 2018-10-17
修回日期: 2019-03-09

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