1.表面氧化層
鋼板氧化后的表面主要是氧化鐵皮,氧化鐵皮的成分從內到外一般是Fe-FeO-Fe304-Fe203,由于鋼的成分不同,在Fe與Fe0之間還可能存在其他的鐵的化合物,如Fe2Si04等。
利用顯微鏡觀察軋后試樣氧化鐵皮厚度,圖7-7是壓下率為37.8%時潤滑條件下的軋制后鋼板表面氧化層的厚度。由于氧化層較薄,為使氧化層更清晰,采用高倍數進行觀察。可以看到在油水混合液潤滑條件下,軋制后的鋼板表面氧化層厚度大致在4—7μm。壓下率為37. 8%時有水條件下軋制后的鋼板表面不同部位氧化層厚度的顯微照片。可以看到在相同壓下辜的條件下鋼板表面氧化層厚度大致在7~10 μm。
對比實驗結果知道,氧化層厚度和潤滑條件關系密切,油水混合潤滑、純水潤滑和無潤滑條件下氧化層厚度依次增大。在有水的條件下,由于有水的冷卻作用,降低了鋼板的溫度,減少了鋼板氧化的時間,所以鋼板表面氧化層厚度會比無潤滑條件下的厚度變小。水雖然起到了冷卻的作用,但水受熱蒸發(fā)得比較快,在鋼板表面停留的時間較短,不能有效阻止鋼板表面和空氣的接觸,同時灼熱鋼板表面也會和水發(fā)生反應,生成Fe0,進而氧化生成Fe304和Fe203,促成鋼板氧化,所以水潤滑條件下氧化鐵皮變薄但不是十分明顯。然而,油水混合液相對于水來說,在金屬和軋輥表面形成的強度較高的化學吸附膜的抗壓、吸附性能好,起到了更好的潤滑作用。另外,油水混合液可以在鋼板表面形成殘留潤滑劑和潤滑劑的裂解產物等殘留物,礦物油的蒸發(fā)汽化也比水的慢,有效地阻礙了金屬與空氣的接觸,所以氧化層變薄較明顯。
2.表面形貌
實驗用顯徽鏡對不同潤滑條件下軋后鋼板的表面進行了微觀形貌的觀察。圖7-10為壓下率為37.8%時不同擱滑條件下的鋼板的表面形貌圖。
從圖7-10中可以看出,無潤滑軋制時鋼板表面有裂紋出現,僅用冷卻水軋制,避免了鋼板表面出現裂紋,可以看到表面氧化痕跡。而使用潤滑劑軋制時,沒有看到大量的氧化鐵皮。無潤滑表面顏色暗黑,有水條件下鋼板表面顏色較淺,而油水混合潤滑軋后表面光亮。分析可知:在無潤滑條件下鋼板軋后表面氧化較重,照片中暗黑色用肉眼觀察試樣表面為暗紅色,說明表面Fe3O4和Fe203的成分居多。有水條件下軋后鋼板表面氧化相對較輕,照片中顏色較淺,而油潤滑表面則更為光亮,說明Fe304和Fe203的含量更小甚至還未氧化成Fe304和Fe203。
從圖中也可以看到油水混合潤滑軋制后的鋼板表面有縱向的軋制紋路,說明鋼板表面質量較好,軋輥的光潔表面“復印”到鋼板的表面。在油潤滑條件下,熱軋潤滑劑會在金屬表面形成不連續(xù)的定向吸附膜,在它的作用下,變形區(qū)內主要處于邊界潤滑條件下,所以可以得到較好的表面質量。進一步通過對未經清洗的軋后鋼板表面的放大照片觀察,可以看到黑色的呈斑點狀分布的表面殘留物,且稱之為黑斑,其直徑大部分為1 μm左右。在鋼板軋制過程中停留在鋼板表面形成如此黑斑的物質可能為氧化鐵皮和潤滑劑燃燒裂解后的殘留物(殘?zhí)康?。至于黑斑的具體的成分還有待進一步的分析驗證。
3.外觀與板形
外觀形貌也是衡量鋼板表面質量的重要指標之一,包括表面顏色、亮度和板形等。圖7-11是潤滑軋制GGr15合金鋼軋后10 min拍攝的帶鋼表面照片。從圖中可以看到潤滑軋制后鋼板呈現出深灰色,帶鋼上沒有暗紅色氧化鐵皮部位,說明熱軋油沿輥身方向分布均勻,整個軋制過程起到了潤滑作用。很明顯,經軋制潤滑后的帶鋼板形優(yōu)于無潤滑軋制帶鋼,同時還發(fā)現經過潤滑軋制后的鋼板,表面也會被慢慢氧化,逐漸呈現出氧化皮的暗紅色,在空氣中放置時間越長氧化現象越嚴重,但還是比未經軋制潤滑的表面氧化輕。這說明殘留鋼板上的潤滑油在熱軋余熱的作用下慢慢被熱分解,暴露出的鋼板基體被空氣氧化。軋材表面殘留潤滑油完全分解是熱軋工藝所要求的,避免殘留油對軋材深加工造成污染。
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