船板表面麻坑缺陷成因及应对措施

船板表面麻坑缺陷成因及应对措施摘要： 船板表面麻坑缺陷严重损害船板的表面质量，是影响船板外观和后序生产过程的重 要表面缺陷类别之一。长期以来一直困挠着钢厂和用户。通过对船板生产、用户的储存和使 用进行跟踪走访，概括了麻坑缺陷的特征。根据船板锗存和锈蚀状态，结合实验室分析和模 拟实验结果，确定了船板表面麻坑缺陷系钢板堆垛存贮中板缝间长期存水，遭受缝隙腐蚀所 致。结合船板生产、储运和应用的实际情况，提出了减轻缺陷问题的应对措施。 关量词：船板； 麻坑；缝隙腐蚀；应对措施 0 前言船板是宽厚板的重要品种之一。 2008 年第4季度以来，由于全球金融危机对世界 经济发生的影响，钢铁及下游产生受到较大的冲击，主要表现为基础设施投资减少钢铁需 求量大幅下降，钢铁产品订单骤减。由此，船厂普遍遇到船东要求推迟交货，生产节奏放 缓，船板库存量大幅增加和库存周期延长。 2009 年年初开始，用户对船板表面缺陷质量 异议的数量激增。其中比例最大的为表面麻坑缺陷。由于该缺陷在钢板表面明显且分布 广泛，造成表面状态不合格，需手工打磨或者补焊后才能使用，甚至局部常出现深度较深的 麻坑，打磨后尺寸不合格，无法继续使用，从而造成整张钢板报废。此外，船东对造船原 料的质量要求也日益提高，轻微的麻坑也不愿意接受。这些因素使 得许多重要船板用户陆续就此类缺陷提出质量异议， 以该缺陷系产品表面质量问题为由 纷纷提出索赔或退货，使钢厂蒙受了较大的经济损失，承担了很大的产品质量压力。由于缺乏对麻坑缺陷的本质及产生原因的深入认识， 这类缺陷也是困挠生产单元的重 要问题。因此，找出船板表面麻坑缺陷产生的原因，理清其与一般热轧氧化皮缺陷之间的 关系，构成了解决此类问题的关键。本文将通过对船板生产、用户储存和使用进行跟踪走访，结合实验室对缺陷的分析 和模拟实验结果，确定船板表面麻坑缺陷的特征和形成机理，并进而提出应对措施。1 麻坑缺陷的基本特征 船板表面麻坑缺陷主要出现于船板用户的抛丸除鳞除锈预处理后，肉眼明显可见，典型宏观 形貌如图 1所示。从现场的缺陷实物照片来看，麻 坑出现的数量往往较多，呈现细小弥散 麻点状分布或者聚集性分布；麻坑的形状与丸粒压人形成的圆形“火山口”明显不同， 多呈不规则形状，直径约在0. 10. 5 mm之间，个别可达1mm以上，麻坑深度一般约为0. 1亠0. 2mm左右；缺陷程度常常随钢板存贮时间的延长而加重，而生产时间较 短的产品 表面基本没有此类缺陷。2 麻坑缺陷成因分析(a) 弥散麻点状分布 (b) 聚集性分布图l船板典型表面麻坑缺陷宏观形貌21 与氧化皮压入缺陷的区别 起初，用户和生产单位均认为麻坑是一种热轧过程中形成的钢板表面氧化皮压入 缺陷，属于船板生产质量问题。为此，首先在钢厂内对刚刚生产出来的钢板表面进行跟踪和抛丸处理。经过对不 同批次和不同规格产品的抽样检验，在钢厂内的钢板表面除了能发现图 2所示的粗大 氧化皮压入缺陷和一次氧化皮残留造成的缺陷外，并没有发现任何麻坑状缺陷。比较图l和图2可见，表面麻坑缺陷的形貌特征与一般的热轧氧化皮压人缺 陷明显不同。一次氧化皮压人缺陷产生的原因是坯料再热及辊道输送过程产生的一次氧 化皮在经过除鳞箱除鳞时未完全除尽， 在随后的高温轧制过程中氧化皮压入钢板表面所 致，多发生于除鳞水压力不足，除鳞水喷嘴阻塞或打击力度不足等除鳞不住的情况下。该缺陷一般较深（0. 2 mm以上），缺陷周边呈现出规则的几何形状，缺陷数量少，尺寸 较大，且呈现连续的特征。据此，可基本排除船板表面麻坑是由钢厂生 产过程中氧化皮压人导致的缺陷。（a）粗大氧化皮压入缺陷（b）氧化皮残留造成的缺陷图2典型氧化皮压入缺陷形貌22麻坑与锈蚀的关系随后，对船板重点用户进行了跟踪走访，发现：麻坑缺陷多产生于贮存时间较久的 钢板，特别是存贮时间超过半年以上时，麻坑缺陷的程度、数量和发生率明显增大；而生 产时间较短的钢板，发现麻坑的概率极小。船厂是钢板使用大户，钢板的规格多、数量大。为了节省存储空间，船厂多将不同 品种和不同规格的钢板露天堆垛存放 （图3），当需要某厚度规格的钢板时，用磁铁行车 逐张倒垛选取。堆场的钢板一般不采取任何防雨措施，为提高生产效率，经常有雨中吊 装的现象。甚至有些船厂将钢板堆垛在地势较低的空场，至使堆垛下部的钢板长时间浸 泡在地表水中。图 3 船板堆垛 存放方式实物 图在对用户吊装跟踪过程中发现堆垛中间的钢板表面经常存有大量水迹 （图4）。打开钢板时水迹初始呈现 墨黑色，随后随着水的蒸发变为黄色，最后呈现出明显的锈迹，并可见大量的腐蚀产物。取带有水迹及腐蚀产物的钢板进行表面抛丸处理，不同部位抛丸处理后表面状 态如图5所示。图中III区为表面相对清洁区，其氧化皮呈现为青灰色，无明显锈蚀， 抛丸处理后钢板表面平整无麻坑，均匀性较好；W区表面附着有大量的黑色腐蚀产物， 抛丸处理后钢板表面存在大量 密集的麻坑缺陷；I区和II区为上下钢板交叠的边缘 区域，抛丸处理后钢板表面同样存在大量的麻坑缺陷，且其分布特征与表面锈蚀分 布有明确的对应关系。（a）水迹（b）黑色腐蚀产物图4堆垛钢板之间的水迹及腐蚀产物图状态5 带有水迹及腐蚀产物的钢板不同部位抛丸处理后表面图6为酸洗清除W区表面附着 黑色物后麻坑的SEM微观形貌, 具有极其明显的腐蚀特征。由此可断定， 船板表面的 麻坑系腐蚀造成。23实验室模拟实验为了证实上述分析， 在实验室进行了钢板表面喷水叠放的模拟实验。 选取两块同样 大小而且较 为平整的长方形热轧钢板，在两块钢板的一侧表面喷淋自来 水之后对 合，暴露在室内环境下，观察腐 蚀 的 发展 ， 图 7为 24 h 后样 板 的 腐蚀 状 况 。 结果表明，尽管开始时钢板表面喷淋的水膜是均匀的，但一段时间后腐蚀的发 生并不均匀，下表面锈蚀较重，且上下钢板表面同时接触水膜的部位腐蚀产物 呈黑色，而其余部位则出现黄锈。说明钢板表面的腐蚀状态与钢板问缝隙的特 殊 几 何 有 很大关系。（b）下钢板（a）上钢板图7 实验样板模拟腐蚀实验 24 h 后的腐蚀结果上述实验还证实，钢板的缝隙腐蚀不但能发生而且发展速度非常快，常温下一 两天腐蚀就很明显，一两周就会发展得相当严重；而在钢板表面直接淋水暴露 的表面仅形成均匀的黄色浮锈，且锈蚀程度远低于叠合状态。24麻坑形成的缝隙腐蚀机理 热轧钢板在轧制和冷却过程中表面会形成一层较为完整的氧化皮，一般情 况下会对钢板表面起到一定的防护作用卫，这是热轧产品起锈时间一般长 于冷轧产品的主要原因。但是钢板的贮运、吊装和后工序加工会对钢板表面氧 化皮造成机械破坏， 形成大量的贯穿性裂纹， 裂纹的底部使钢板基体暴露， 而 钢板基体电极电位低于氧化铁皮的电极电位，在有腐蚀介质（如水膜）存在的情 况下， 形成了由钢板暴露基体（小阳极）和周围氧化皮（大阴极）构成的最为有 利 于 腐 蚀 发 生 的 局 部腐蚀电化学电池”一。同时， 钢板堆垛存放时钢板之间的缝隙形成了存水的特殊几何， 由于水表 面张力的作用， 水会在钢板缝隙中一定范围润湿钢板表面， 并与上下 钢板表面同时接触。当缝隙宽度在0 0250 15 mm时，缝隙中空气流动 性差， 水膜不易蒸发， 此时由于水膜中心缺氧， 而水膜周围富氧， 形成了“供 氧差异腐蚀电池”。这种电池作用的结果将加速氧化皮裂纹底部钢板基体的腐 蚀，构成类似于一般“缝隙腐蚀”的腐蚀机制Hj ,形成黑色腐蚀产物。当缝 隙较宽时（钢板翘曲或者钢板间垫木块），水膜覆盖表面发生的是大气腐蚀，水 的蒸发较快，形成黄锈。此外，由 于船厂 基本设立于 海边，属 于典型的 海洋大气环境，雨水中常含有 较高的cl 一，使得腐蚀加速和加重。3 措施 通过对钢厂船板生产过程的跟踪、抛丸处理、表面检查和缺陷统计， 确定 船板表面麻坑缺陷非钢铁生产制造过程形成。通过对船厂钢板存储和应用环节 的调查，根据对麻坑缺陷出现的环节、规律、形态及分布特征的分析和比较，确 定了麻坑缺陷系用户存储过程中钢板堆垛间长期存水遭受缝隙腐蚀所致。为抑制或减缓缝隙腐蚀的发生，考虑船板生产、储运和使用的特点，建议采 取如下措施：(1) 钢厂生产过程中和钢板出厂时必须保证钢板表面彻底干燥，确保表面无残留 水份及其他侵蚀性介质，特别避免厚板质检探伤过程中的探伤耦合剂长时问在钢板表面 存留。(2) 船板用户应认识到在钢板储运过程中采取防护措施的必要性，应逐步改善储存 条件，改进储存方式，建立具有顶棚的堆场或者对长期存储的堆垛加盖雨布，避免淋雨 和雨水浸入堆垛的钢板内部，尤其严防雨中吊装。(3) 加快船板使用节奏，尽量减少储存时间，钢板的存储时间最好不超过 3个月，最 长不超半年。为缩短钢板使用周期，可实行分段供货的销售模式。(4) 用户可尽快对钢板进行抛丸和有机涂层预处理，必要时甚至可以使用合适的 防锈油减缓锈蚀的发生。钢板到货即进行抛丸和预涂层处理的另一个好处是可以对产 品的表面缺陷有效甄别，避免判断分歧。但经过防锈预处理的钢板也不宜过长时间存 放，原因是腐蚀介质也可使钢板表面防锈油或有机涂层破坏而使钢板发生二次 锈蚀。