热轧带钢氧化铁皮表面缺陷的产生及对策

热轧带钢氧化铁皮表面缺陷的产生及对策

[我的钢铁] 2009-02-16 07:02:16

1氧化铁皮分类

氧化铁皮是热轧钢带较常见的一种产品质量缺陷，按照生成部位不同一般分为炉生氧化铁皮、粗轧和精轧氧化铁皮和卷取后氧化铁皮和保护渣去除不净铁皮。

2氧化铁皮产生机理

氧化铁皮的生成一般是由于钢坯在加热炉内加热或高温状态下与氧化性气氛接触后发生化学反应生成Fe304、Fe203、FeO的一种混合物。当温度高于700℃时，FeO在最接近钢坯的内层形成，占95％；Fe304在中间层形成，占4％；Fe203在最外层形成，占1％。

3炉生氧化铁皮

炉生氧化发生在加热炉内，同化学成分、加热温度、在炉时间、炉内气氛有关。加热温度越高、在炉时间越长、炉内氧化性气氛越强则越容易生成铁皮。化学成分中C、Si、Ni、Cu等元素促进氧化铁皮生成，Mn、Al、Cr可以减缓氧化铁皮的生成。例如：生产中常见的含Si钢、高碳钢和高强钢在钢带通条长度，整个板面均有分布的氧化铁皮，且下表面较上表面重，由于含Si钢中低熔点(1170℃)的化合物FeSi204在氧化铁皮和钢基体之间产生，这种呈楔形的氧化物在随后的轧制过程中保留下来形成棕红色的氧化铁皮。

4轧制过程氧化铁皮

粗轧氧化铁皮的清除与粗轧除鳞水压力、水嘴角度、水质、立辊侧压能力等有关，除鳞水压力越高、立辊侧压越大则氧化铁皮除鳞效果越好。

精轧区氧化铁皮分为水系统铁皮和轧辊生成铁皮。水系统铁皮是指除鳞水、侧喷水、除尘水等压力不足，水嘴角度、高度不正确，或不投入、堵塞，在高温下钢带与空气中的氧结合而生成氧化铁皮不能及时扫射掉由工作辊压入而生成的氧化铁皮。另外，侧喷水也可以抑制氧化铁皮的生成。正常生产时，精轧除鳞水、除尘水必须投入使用。但有时生产薄规格产品时，为了保证板形，降低钢板边部温降，提高轧制稳定性，防止甩尾，往往不投入侧喷水，导致精轧机架内生成的铁皮不能及时被除去，氧化铁皮压入钢板表面。

精轧机组的另一种氧化铁皮缺陷是所谓辊生氧化铁皮，其产生机理见图3。影响辊生氧化铁皮的主要因素有轧辊材质以及轧辊温度。轧辊表面与钢板表面接触时，瞬间高温，表面温度急剧升高而膨胀(一般热轧轧辊接触瞬间温度为600～800℃)，呈现较高的压应力；轧件离开轧辊时，轧辊由于冷却水的冷却而急剧降温(精轧机架轧辊温度一般为60～90℃)，表面转呈拉应力，如此反复，在轧辊表面易出现疲劳裂纹，造成表面氧化膜破损，破损表面印入钢板表面，形成辊生氧化铁皮缺陷。

一般辊生氧化铁皮发生在精轧前三机架，即F1、F2和F3，主要是由于前三架轧辊表面温度高，导致轧辊表面氧化膜破裂，产生辊生氧化铁皮。由图4可见，加热温度1230℃，进精轧温度950～1010℃时，即图中阴影为无铁皮区域。进精轧温度1030～1080℃之间氧化铁皮严重，进精轧温度在950～1030℃之间，没有氧化铁皮或氧化铁皮较轻。根据各热轧厂设备及所生产钢质不同，进精轧温度控制在950℃生产高强钢或高碳钢时，前三架轧制力过高，可能损坏设备，建议根据轧辊材质不同进精轧温度应控制在950～1030℃，可有效降低上游机架轧辊温度，减少辊生氧化铁皮的发生。

5卷取产生氧化铁皮

卷取后氧化铁皮转变速度非常快，钢卷刚刚从卷取机出来时，表面呈现白色粉末状条带分布，宽窄不一，十几分钟后转变成深色氧化铁皮，作用机理目前尚不清楚。同一钢卷出卷取机瞬间和15分钟之后步进梁上表面生成氧化铁皮表面形貌

的对比非常明显。一般情况下由于卷取温度低，生成的铁皮层较薄，同时由于卷取形成的钢带表面张力与铁皮生成时的压应力互相抵消，使得氧化铁皮与钢板表面结合非常致密。

6保护渣卷入形成的表面缺陷

保护渣卷入也可以生成氧化铁皮，且很难除去。图5和图6为短流程生产集装箱钢SPA-H氧化铁皮酸洗前后的照片对比。由照片5可见，氧化铁皮主要集中在钢带边部呈棕红色，酸洗后钢板表面呈灰色，但钢板边部仍存在条状深灰色。经扫描电镜分析，深灰色条状物主要成分为K+、Ca2+、Na+，是保护渣的主要成分。

7减少氧化铁皮缺陷的措施

(1)通过降低加热温度、减少在炉时间、调节炉内气氛为偏还原性气氛，抑制炉生氧化铁皮生成；

(2)可通过提高除鳞水压力，调整优化水嘴高度、角度，提高立辊侧压能力减少粗轧氧化铁皮；

(3)降低辊生氧化铁皮措施：采用抗热裂性好的轧辊材质，采用合理的磨削制度，及时彻底地去除轧辊表面残余裂纹；采用润滑轧制，提高轧辊表面质量，降低机架单位轧制力，防止因为单位轧制力过大导致轧辊表面微裂纹扩展而产生辊生氧化铁皮；轧辊冷却水机架入口水量小于出口水量，加大中间机架轧辊冷却水量，保证轧辊迅速冷却；进精轧温度≤1030℃，降低精轧上游机架辊温。

(4)精轧机架侧喷水投入，可减少氧化铁皮压入；

(5)提高保护渣质量，减少保护渣卷入，保证钢坯除鳞效果可减少保护渣铁皮

(6)优化钢质化学成分，不影响力学性能和其它性能的基础上，尽量减少C、Si元素含量，提高Mn、A1含量，对热轧厂减少氧化铁皮更为切实有效。

（来源：制钢参考网）

氧化铁皮的成因及消除方法

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氧化铁皮

氧化铁皮的形成过程也是氧和铁两种元素的扩散过程，氧由表面向铁的内部扩散，而铁则向外部扩散。外层氧的浓度大，铁的浓度小，生成铁的高价氧化物；内层铁的浓度大，而氧的浓度小，生成氧的低价氧化物。所以氧化铁皮的结构是分层的。一般氧化铁皮的层次有三层：最外一层为Fe2O3 ，约占整个氧化铁皮厚度的10%，其性质是:细腻有光泽、松脆、易脱落；并且有阻止内部继续剧烈氧化的作用；第二层是Fe2O3和FeO的混合体，通常写成Fe3O4，约占全部厚度的50%；与金属本体相连的第三层是FeO，约占氧化铁皮厚度的40% ，FeO的性质发粘，粘到钢料上不易除掉。

氧化铁皮的厚度可利用一下关系式计算：

（3-6）

式中：

a—钢的表面烧损量，kg/m2；

氧化铁皮可分为一次氧化铁皮、二次氧化铁皮、三次氧化铁皮和红色氧化铁皮。3.2.1一次氧化铁皮

钢在热轧前，往往要在1100~1300℃加热和保温。在此温度下,钢表面于高温炉气接触发生氧化反应，生成1~3mm厚的一次鳞以及由粗轧侧压不充分、除鳞不彻底所致。该一次鳞也称为一次氧化铁皮。一次鳞的内部存在有较大的空穴，一次氧化铁皮为灰黑色鳞层，呈片状覆盖在钢板表面。鳞层主要成分由磁铁矿(Fe3O4)组成。