摘  要  本文詳細介紹了熱軋盤卷時鋼帶表面銹皮的形成過程與生成機理，總結(jié)了盤卷溫度與銹皮生成關(guān)系的一些理論依據(jù)，分析銹皮生成與盤卷溫度之間的關(guān)系，概述了改善銹皮分布狀態(tài)、厚度和成分控制的基本方法。經(jīng)過實際生產(chǎn)應(yīng)用，提高公司該工序的產(chǎn)出率約0.5%，降低酸洗不足重工重量約1000噸/月。

關(guān)鍵詞  盤卷溫度  氧化鐵皮  熱軋

1  前言

熱軋鋼帶氧化鐵皮的結(jié)構(gòu)特點是決定其酸洗效果的關(guān)鍵，人們對熱軋鋼帶表面氧化鐵皮的研究已經(jīng)延續(xù)了幾十年，不少論文文獻都對其做過詳盡的描述，但對不銹鋼的熱軋表面銹皮的研究很少，因此我們借助于碳鋼氧化鐵皮的生成機理，對我公司的不銹鋼氧化鐵皮進行實驗驗證。鋼帶表面的氧化鐵皮是因為熱軋帶鋼在加熱、軋制及冷卻過程中與空氣接觸而生成的。在冷卻過程中，隨著鋼帶與空氣接觸的溫度、時間等不同，其表面氧化鐵皮的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)以及厚度也不同。通過了解氧化鐵皮生成因素和特性，可有效改善后續(xù)鋼帶氧化鐵皮的酸洗效果。

由于氧化鐵皮的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)與厚度不僅是衡量熱軋鋼帶表面質(zhì)量的重要指標, 同時也直接影響酸洗、軋延產(chǎn)品的質(zhì)量，甚至影響用戶在使用過程中的相關(guān)工序質(zhì)量, 因此對在生產(chǎn)過程中形成的氧化鐵皮進行深入研究是非常有必要的。為此針對聯(lián)眾熱軋鋼帶在卷取冷卻過程中產(chǎn)生的氧化鐵皮缺陷的形成原因進行分析，提出改善措施，提高產(chǎn)品產(chǎn)出率，減少產(chǎn)品的重工率，從而為生產(chǎn)高質(zhì)量不銹鋼產(chǎn)品提供保證。

2  氧化鐵皮概述

鋼帶表面氧化鐵皮是兩種元素在相反的方向擴散的結(jié)果如圖1,即空氣中的氧原子通過鋼帶表面向鋼帶內(nèi)部進行擴散，而鐵原子則由鋼帶內(nèi)部向鋼帶外部擴散，當這兩種元素相遇，在一定條件（溫度）下就會生成鐵的氧化物——氧化鐵皮[1]。

鋼帶在熱軋過程中形成的氧化鐵皮有三種形態(tài)，包括在加熱爐內(nèi)形成的爐生一次氧化鐵皮、在精軋前形成的二次氧化鐵皮以及后續(xù)冷卻過程中形成的三次氧化鐵皮。由于一、二次氧化鐵皮可通過除鱗箱中的高壓水除去，真正影響后續(xù)酸洗工藝和不銹鋼產(chǎn)品質(zhì)量的主要銹皮為鋼卷冷卻過程中形成的三次氧化鐵皮，故而本文主要通過分析熱軋鋼卷盤卷溫度與氧化鐵皮的性質(zhì)、分布和厚度之間的關(guān)系，以減少鋼帶表面銹皮的生成量。

鋼帶冷卻過程中氧化鐵皮的生成機理：

（1）鋼帶與空氣中氧反應(yīng)  2Fe + O2 = 2FeO；3Fe + 2O2 = Fe3O4；2Fe3O4 + 1/2O2 = 3Fe2O3 

（2）鋼帶與空氣中H2O反應(yīng)  Fe + H2O = FeO + H2；3Fe + 4H2O = Fe3O4+ 4H2；3FeO + H2O = Fe3O4 + H2

3  氧化鐵皮與CT關(guān)系

3.1  氧化鐵皮結(jié)構(gòu)與CT關(guān)系

氧化鐵皮結(jié)構(gòu)控制的目標在于實現(xiàn)Fe3O4和FeO的含量和比例的控制[3]。熱軋鋼帶表面形成的氧化皮會出現(xiàn)多層結(jié)構(gòu)是由生產(chǎn)條件和生產(chǎn)過程決定的，具有相對普遍性。

含有與Fe2+離子空穴相當?shù)恼昭ǎ‵e3+），由Fe2+向外生成，晶格缺陷的濃度極大，可以到達9%~10%，它是氧化膜中最厚的一層。Fe3O4也是屬于金屬不足型的氧化物，但是晶格缺陷比FeO層少些。其80%是由氧離子向內(nèi)擴散、20%是由Fe2+向外擴散而生成的，如圖2。

有關(guān)研究表明，F(xiàn)eO容易被腐蝕，F(xiàn)e3O4是具有磁性的黑色晶體，較為致密，難溶于酸，F(xiàn)e2O3晶體結(jié)構(gòu)為剛玉型（密排六方），在酸中也難溶。熱軋鋼帶經(jīng)水幕層流冷卻后，在開卷狀態(tài)下于空氣中快速冷卻時，氧化鐵皮容易形成明顯的雙層結(jié)構(gòu)，其內(nèi)層是FeO、外層主要是Fe3O4，盡管外層Fe3O4難酸洗，但是由于這種顯微結(jié)構(gòu)的氧化鐵皮更容易形成裂紋，實驗證明其酸洗特征是剝落式酸洗，酸洗速度較快[2]。

為了控制富氏體的轉(zhuǎn)化，鋼帶應(yīng)該在相當?shù)偷臏囟认戮砣?，但這樣將導(dǎo)致卷取前鋼帶水冷時間增加，從而引起氧化鐵皮厚度不均勻性的增加，F(xiàn)e3O4將增多，富氏體減少，給酸洗帶來不利。因此，必須給熱軋鋼帶找出最佳帶鋼卷取溫度，以減少帶鋼在冷卻后富氏體的轉(zhuǎn)化。

3.2  氧化鐵皮性質(zhì)與CT關(guān)系

氧化鐵皮的性質(zhì)是由氧化鐵皮組分的性質(zhì)所決定的。酸洗去除氧化鐵皮過程中，F(xiàn)eO最容易被還原分解，F(xiàn)e3O4次之，F(xiàn)e2O3最難被酸還原分解。因此從酸洗角度來考慮，控制氧化鐵皮構(gòu)成中以FeO為主，可以使帶鋼實現(xiàn)減酸洗的效果，提高酸洗效率，并降低對環(huán)境的污染；Fe2O3最難被酸洗掉。因此，在熱軋生產(chǎn)過程中盡量避免Fe2O3的生成，即使生成的氧化鐵皮組分盡可能多的為FeO，以降低酸洗負擔。因此需要在鋼帶卷取過程中適當控制氧化鐵皮中FeO組分的量。根據(jù)實際需要設(shè)定適宜的卷取溫度，以控制FeO、Fe3O4 、Fe2O3的不同含量，卷取溫度較低，氧化速度慢。

氧化鐵皮的顏色隨氧化鐵皮中各氧化組分的構(gòu)成 而改變：當Fe2O3比例較高時，銹皮表現(xiàn)為紅色；當FeO較多時，銹皮表現(xiàn)為藍灰色；Fe3O4占多數(shù)時，銹皮呈黑色[3]。

3.3  氧化鐵皮厚度與CT關(guān)系

隨溫度的升高，氧化速度逐漸增大。在600~800℃的溫度范圍內(nèi)，生成的氧化鐵皮主要是FeO和Fe3O4混晶，這種結(jié)構(gòu)能夠很好地阻礙鐵原子及氧原子的擴散，因而氧化速度反而不再繼續(xù)增大。當溫度超過800 ℃時，由于大量的FeO的生成，致使氧化鐵皮阻礙擴散的能力將大大降低，因此氧化速度又迅速增大[4]。

熱軋帶鋼氧化鐵皮的厚度是由卷取前的生產(chǎn)工藝和卷取溫度所決定的，快速冷卻或在鋼卷卷曲緊密、氧分壓很小條件下，氧化鐵皮不會明顯增厚[6]。不同盤卷溫度在盤卷前對銹皮厚度的影響。冷軋原料鋼帶氧化鐵皮結(jié)構(gòu)變化、厚度減薄，其銹皮的厚度平均減少約40%。

氧化鐵皮在鋼帶的不同位置分布也有所不同。由于帶鋼頭、尾及邊部在冷卻時與空氣接觸多，因而氧化鐵皮結(jié)構(gòu)中Fe2O3及Fe3O4含量相對較高，但因為冷卻速度快，總銹皮量較少。

4  研究的意義

熱軋盤卷溫度的高低直接影響黑皮鋼卷表面銹皮的成分、分布和厚度，故通過研究熱軋鋼帶表面氧化鐵皮的形成過程和生產(chǎn)機理，分析熱軋盤卷溫度與鋼帶銹皮成分、分布以及厚度的關(guān)系，加以改善并確定最佳盤卷溫度，使得鋼帶在后續(xù)除銹過程中得以順利進行。

通過對鋼帶表面銹皮的改善，不僅減少了貴重金屬（Cr、Ni等）的損失，還能減少鋼帶因銹皮性質(zhì)原因，而造成在酸洗除銹過程中出現(xiàn)酸洗不足的量，降低鋼帶生產(chǎn)成本，同時提高產(chǎn)線生產(chǎn)效率和產(chǎn)出率。

通過對卷取后的熱軋帶鋼氧化鐵皮顯微結(jié)構(gòu)特征和變化規(guī)律進行了分析、為熱軋、酸洗工藝的優(yōu)化和帶鋼氧化鐵皮的質(zhì)量控制提供了重要依據(jù)。酸洗時間的長短主要取決于氧化鐵皮的結(jié)構(gòu)和厚度。氧化鐵皮的厚度與酸洗時間的關(guān)系。

廣州某大型不銹鋼廠2008年8月至2009年7月一年時間內(nèi)通過降低熱軋盤卷溫度改善鋼帶表面銹皮后鋼卷酸洗重工率的一個評估計算。從表中可以看出因鋼帶表面銹皮難酸洗而造成酸洗不足重工減少量大約在1000噸/月左右，一年時間內(nèi)為公司節(jié)省成本約458萬元（表中平均重酸量為2008年1月到7月總合重酸量除以7，得平均每月之重酸量）。

5  結(jié)論

通過對鋼帶冷卻過程中表面氧化鐵皮的性質(zhì)、分布和生成厚度的分析與實驗，可以得出：

（1）可通過降低熱軋鋼帶的盤卷溫度以控制銹皮的組分，從而減少酸洗負擔。

（2）可通過降低盤卷溫度改善鋼帶表面銹皮組成，以得到較多易于后續(xù)酸洗的、表面質(zhì)量好的、盡可能多的富氏體氧化鐵皮。

（3）降低熱軋盤卷溫度，可降低鋼帶表面氧化鐵皮的生成量，即降低鋼帶表面氧化鐵皮的生成厚度。卷取溫度越高，帶鋼表面的氧化鐵皮越厚，且氧化鐵皮中難溶的Fe2O3及Fe3O4含量越高。同時還可以提升帶鋼收得率，減少酸洗損耗，提高后續(xù)酸洗工藝過程中的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

6  參考文獻

[1]劉小軍,顧曉琳,王濤,靳博.降低熱軋氧化鐵皮的控制技術(shù)[J],新疆鋼鐵,2010,113（1）:40～42

[2]董漢君,王銀軍.影響熱軋帶鋼氧化鐵皮酸洗質(zhì)量和速度的因素[J],機械工程材料,2009,33（3）:83～89.

[3]陳豪衛(wèi).氧化鐵皮控制技術(shù)的研究與發(fā)展[J],萊鋼技術(shù),2012,158（2）:4～5.

[4]張孟儀,邵光杰.熱軋板的氧化皮結(jié)構(gòu)對酸洗效果的影響[J],上海金屬,2007,29（3）:41～44. 

[5]劉振宇,于洋,郭曉波,關(guān)菊,王國棟.板帶熱連軋中氧化鐵皮的控制技術(shù)[J],軋鋼,2009,26（1）:5～9.

[6]王銀軍,董漢君等.卷取后的熱軋帶鋼氧化鐵皮顯微分析[J],中國冶金，2007,17（10）：40～44.

[7]崔衛(wèi)中. 熱軋帶鋼表面氧化鐵皮成因及去除方法[J],山西冶金,2010,125（3）:25～27.

[8]吳祝民.熱軋帶鋼氧化鐵皮的成因及對策[J],軋鋼,2007,24（3）:56～58.