【摘要】采用扫描电镜、粗糙度分析仪和电化学分析技术等手段研究了冷轧钢板表面粗糙度对耐蚀性的影响。
结果表明，随着冷轧钢板表面粗糙度Ｒa的增大，其表面自腐蚀电位先增大后减小。
当表面粗糙度Ｒa 为 1．25μm时，冷轧钢板表面自腐蚀电位为－ 0．35 V。
粗糙度影响冷轧钢板表面氧化膜的均匀性和致密性，从而影响冷轧钢板的耐蚀性。
氧化膜用电化学方法消除后， 冷轧钢板表面粗糙度和耐蚀性均降低，表面极化曲线的自腐蚀电位由 － 0．47 V 下降到 － 0．75 V，且阳极极化曲线的腐蚀电流也随之增大。
随着表面粗糙度的增大，冷轧钢板表面接触角先减小后增大。
当表面粗糙度Ｒa 控制在 1．20 ～ 1．25 μm 时，冷轧钢板表面的接触角较小，耐蚀性较好。
以热轧板卷为原料，通过冷轧、退火工艺生产的冷轧钢板具有高性能、高附加值等特点，目前已被广泛应用于汽车、家电、建筑等行业［1-2］。
随着材料科学和生产工艺的不断进步，冷轧钢板的厚度精度、平整度、轧制速度及深冲性和强度均得到了较大的提高。
从应用角度来说，除要求冷轧钢板具有优良的成形性外，还要求其具有良好的耐蚀性［3-5］。
这主要是由于冷轧钢板从生产到用户使用，往往经历较长时间的库存和周转运输，不同地区温湿度差异大，导致冷轧钢板表面很容易结露，进而发生锈蚀。
为防止冷轧钢板表面锈蚀，一方面在其裸露表面涂敷防锈油，进行临时性保护; 另一方面，通过退火处理，使钢板表面形成一层氧化膜，提高其耐蚀性。
尤其是在进行下一步加工前，需要存贮和运输，氧化膜的防护性作用更为明显。
影响冷轧钢板表面氧化膜特性的因素很多，不仅取决于材料的组织和性能，而且轧制、退火等生产工艺对其也有重要的影响［6-9］。
就轧制工艺而言，轧制过程中轧辊与冷轧钢板相互接触，在一定轧制力作用下轧辊表面会出现轻微磨损，其粗糙度不断降低，同时冷轧钢板表面粗糙度也将随之改变。
然而，粗糙度是冷轧钢板表面一个重要的物理特性指标，影响冷轧钢板表面的耐蚀性、冲压成形性 和涂镀后的外观质量［10-12］。
基于此，本文以现场生产为平台，结合轧制公里数的改变，以不同表面粗糙度的连续退火冷轧钢板为研究对象，分析冷轧钢板表面粗糙度对氧化膜特性的影响，探讨其影响冷轧钢板耐蚀性的机制。
1、试验材料与方法研究用材料为宝钢自供连续退火的冷轧钢板，其化学成分如表 1 所示。
研究用冷轧钢板的轧制工艺相同，但表面粗糙度不同。
采用德国马尔精密量仪公司 PS1- M300 型手持式粗糙度测量仪测定不同条件下冷轧钢板的表面粗糙度 Ｒa 和每厘米表面峰个数 Ｒpc 等参数的变化。
测量方向与轧制方向垂直，取样长度为 0．8 mm，评定长度为 4 mm，Ｒa 和 Ｒpc 为 5次测量结果的平均值。
采用德国卡尔蔡司公司EVO18 型扫描电镜分析不同粗糙度冷轧钢板的表面形貌。
采用化学法清洗冷轧钢板表面的防锈油，清洗液 NaOH 浓度为 10 g / L，温度 35 ℃ ，清洗时间15min。
采用电化学方法消除冷轧钢板表面的氧化膜，分析其耐蚀性随粗糙度的变化规律。
消除氧化膜用电解液为 H2 SO4 20 g / L，温度 25 ℃ ，电流密度 0．5 A/ dm2 ，电解时间分别为 0、3、6、9 s。
利用美国 Princeton 公司 PAＲSTAT 2273 型电化学工作站进行电化学测试，分析不同氧化膜状态的冷轧钢板表面的电化学行为。
测试方法为标准三电极法，即参比电极为饱和甘汞电极，辅助电极为铂片，工作电极为样品。
留出 1 cm × 1 cm 的工作面，其他表面以聚四氟乙烯和石蜡封固，扫描速度为 0．2 mV/ s，腐蚀介质为 3．5% NaCl 溶液［13］。
采用上海中晨数字技术公司JC200DM 设备测量冷轧钢板表面的接触角，根据液滴体积相同时冷轧钢板表面接触角值的大小，表征其润湿性差异。
测量液滴体积为 2 μL，每个试样测量 5次，取平均值。
2、结果与讨论2．1 、不同粗糙度冷轧钢板的表面特性图 1 为不同粗糙度冷轧钢板的表面形貌，其中图 1( a) 为不同试样的粗糙度值。
由图 1 可知， 不同粗糙度的冷轧钢板表面“凹凸”不平的程度也不同。
当粗糙度较大时，冷轧钢板表面“凹坑” 较多; 而粗糙度较小时，钢板表面比较细腻，“凹坑”较浅。
这表明冷轧钢板表面形貌与轧辊的表 面物理特征有关。
图 2 为不同粗糙度冷轧钢板表面的极化曲线及其自腐蚀电位。
由图 2 可知，不同粗糙度冷轧钢板表面自腐蚀电位有明显的差异。
随着冷轧钢板表面粗糙度 Ｒa 的增大，冷轧钢板表面自腐蚀电位先增大后减小。
当冷轧钢板表面粗糙度 Ｒa 为1.25 μm 时，其自腐蚀电位达 － 0．35 V，且阳极曲线在电位 － 0. 25 ～ 0．1 V 之间出现明显的钝化区。
这说明粗糙度Ｒa 为1 ．25 μm的冷轧钢板表面具有较好的耐蚀性。
由文献报道［11-12］可知，冷轧钢板表面耐蚀性的优劣取决于氧化膜的完整性和致密性。
由此可知，粗糙度与冷轧钢板表面氧化膜的完整性、致密性有着直接的关系。
2.2、冷轧钢板表面氧化膜耐蚀性与粗糙度的关系表面形貌主要包括粗糙度、波纹度、纹理及形状误差等。
其中粗糙度 Ｒa 为取样长度内轮廓偏距绝对值的算术平均值，而波纹度和纹理可以用单位长度内高于评定值的峰与一个相邻的低于评定值的谷组成峰个数( Ｒpc ) 来评定。
为了掌握冷轧钢板表面氧化膜生长与粗糙度 Ｒa 、峰个数 Ｒpc 之间的关系，试验选取粗糙度 Ｒa 为1． 25 μm 的冷轧钢板为研究试样。
首先采用化学碱洗法去除其 表面的防锈油，然后用电化学酸洗法逐渐消除其 表面氧化膜，分析不同条件下冷轧钢板表面粗糙 度 Ｒa 、峰个数 Ｒpc 与耐蚀性之间的关系，结果如图3 所示。
由图 3 ( a) 可知，随着碱洗时间的延长， 冷轧钢板表面的粗糙度和峰个数均逐渐减小。
由 微观“毛细管”作用原理［14］可知，与冷轧钢板表面 微观峰谷对应的表面凸起部位( 峰值) 聚集较多的防锈油，且其容易与碱液发生化学反应，导致冷 轧钢板表面峰值处油污优先被清洗去除，因此表 面粗糙度和峰值个数均降低。
冷轧钢板碱洗后， 电化学酸洗对冷轧钢板表面粗糙度和峰值数也有重要的影响，即随着电化学酸洗时间的延长，冷轧钢板表面粗糙度和峰个数也明显降低。
当酸洗时间超过6 s 时，冷轧钢板表面粗糙度和波峰数变化平稳。
这可能是由于电化学作用下存在析氢反 应，导致冷轧钢板表面峰值突起的部位更容易放 电，其表面氧化膜更容易被腐蚀、溶解，进而降低 了冷轧钢板表面的粗糙度和峰个数。
当酸洗时间 延长到 6 s 时，峰值与峰谷之间的差值减小，冷轧钢板表面电化学反应处在均匀放电，这也说明了 冷轧钢板表面氧化膜逐渐被完全清洗掉。
基于最小自由能原理［14］，冷轧钢板表面氧化膜被消除的 部位，也容易生长氧化膜，即化学反应多发生在化 学活性较高的冷轧钢板表面峰值部位。
图 3 ( b、c) 为酸洗时间所对应的冷轧钢板表面的电化学极化曲线和阻抗谱，由图可知，随着冷轧钢板表面粗 糙度和波峰数的降低，其极化曲线的自腐蚀电位由 － 0． 47 V 下降到了 － 0． 75 V，且阳极极化钝化区 － 0． 4 ～ － 0． 2 V 的腐蚀电流也随之增大; 所对应的冷轧钢板表面阻抗谱均为一个容抗弧组成， 且容抗弧半径也逐渐减小，说明冷轧钢板表面耐 蚀性逐渐降低。
由此可知，无氧化膜防护或者氧 化膜致密性较差的冷轧钢板表面，随着其表面粗 糙度和波峰数的降低，其氧化膜耐蚀性也降低。
2．3粗糙度影响冷轧钢板耐蚀性的机制冷轧钢板表面发生锈蚀的必要条件之一是表面结露。
原因是局部存在氧势差，从而形成腐蚀微电池。
图 4 为不同粗糙度冷轧钢板表面的接触角。
由图 4 可知，随着冷轧钢板表面粗糙度的增大，其接触角先减小后增大。
结合图 2 ( b) 可知， 耐蚀性较好的冷轧钢板表面粗糙度 Ｒa 为1．25 μm; 而当 Ｒa 为 1．20 μm 时，其所对应的接触角最小，即 θ = 88．6o 。
这可能与冷轧钢板表面的物理特性与其氧化膜致密性之间的匹配有关。
当冷轧钢板表面为理想平整面时，如图 5 ( a) 所示，其表面可形成致密的氧化膜和均匀的防锈油膜，可以肯定，其耐蚀性优良。
但由于轧制工艺的限制和产品应用的需要，冷轧钢板表面必须具有一定的粗糙度。
而不同粗糙度的表面，必将导致其氧化膜和防锈油膜的不均匀和不完整，如图 5 ( b) 所示。
当冷轧钢板表面粗糙度较小时，由于轧制峰谷处氧势较低，导致氧化膜较薄或者无氧化膜形成，只有峰值处形成氧化膜，进而易构成腐蚀微电池，发生锈蚀。
而当粗糙度较大时，尽管轧制峰谷处可形成氧化膜，但峰值处的氧化膜由于尖端效应，很容易破裂，同样也构成腐蚀微电池［15］。
因此，合理控制冷轧板表面的粗糙度，可 以改善其耐蚀性。
总之，耐蚀性较差的冷轧钢板表面接触角明显较大，而耐蚀性较好的冷轧钢板表面接触角较小，即冷轧钢板表面与腐蚀介质接触面积的大小，直接影响冷轧钢板表面锈蚀的发生率。
当粗糙度Ｒa 控制在 1． 20 ～ 1． 25 μm 时，冷轧钢板表面具有较好的耐蚀性。
3、结论( 1) 表面粗糙度对冷轧钢板耐蚀性有明显的影响。
随着冷轧钢板表面粗糙度 Ｒa 的增大，冷轧钢板表面自腐蚀电位先增大后减小。
当粗糙度Ra为1.25μm时，冷轧钢板表面的自腐蚀电位为-0.35V。
（2）冷轧钢板表面氧化膜的致密性对其耐蚀性有重要影响。
电化学酸洗过程中，冷轧钢板表面峰值部位氧化膜更容易被腐蚀、溶解。
无氧化膜防护或者氧化膜致密性较差的冷轧钢板，随着其表面粗糙度 Ｒa 和峰个数 Ｒpc 的减小，冷轧钢板表面的耐蚀性也降低。
( 3) 腐蚀介质的体积相同时，冷轧钢板表面与腐蚀介质接触面积的大小直接影响冷轧钢板表面锈蚀的发生率。
当粗糙度 Ｒa 控制在 1．20 ～1．25 μm时，冷轧钢板具有较好的耐蚀性。
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