爐生氧化鐵皮研究

陳宇杰　程廣萍

摘要：在熱軋生產中，板坯在熱軋前需經高溫加熱，在加熱過程中不可避免的會有氧化鐵皮的產生，這會造成板材的成品率下降，也會造成鋼材表面質量的下降。加熱爐中產生的氧化鐵皮，除鱗的時候未能完全除干凈，在后續軋制生產過程中，會被壓入鋼基體，造成難酸洗，酸洗除不盡。本文主要通過高溫氧化模擬實驗，分析保溫溫度和保溫時間對氧化鐵皮的影響。運用顯微分析、掃描電子衍射等試驗手段研究出，分析FeO造成氧化鐵皮缺陷的主要原因。

關鍵詞：熱軋；氧化鐵皮；研究

1 實驗材料和實驗方法

1.1 實驗材料

實驗材料為馬鋼四鋼軋生產線的熱軋板，材質為SPCC，其平均的化學成分為C（0.050%）、Si（0.030%）、Mn（0.220%）、P（0.012%） 、S（0.007%）。

試樣用剪切機切割板坯，切取小塊，長寬約為30～40mm。然后用鹽酸酸洗，去除表面原始的氧化層，再用蒸餾水沖洗試樣后，再用吹風機吹干，最后試樣表面殘留少數氧化鐵皮，用砂紙對試樣的表面和側面打磨，使原始氧化鐵皮量降低到最低。為了接近生產實踐，實驗溫度設為1180℃、1190℃和1200℃，加熱時間分別為3小時和4小時，試樣放入電阻爐加熱保溫氧化后，待空氣冷卻，作氧化鐵皮結構分析，并利用實驗室高溫加熱氧化實驗，研究熱軋加熱工藝對氧化皮結構的影響，借助掃描電鏡以及能譜分析等手段對氧化鐵皮的顯微結構進行分析，分析氧化鐵皮結構隨熱軋加熱溫度和保溫時間的變化規律。

1.2 實驗結果分析

試樣試樣在爐內高溫氧化后，溫度在1180℃時，氧化鐵皮表面生成的膜較薄且易碎，當溫度在1200℃時，氧化鐵皮表面生成的膜較厚而硬，溫度在1190℃和1200℃時，用力敲擊氧化鐵皮內層，基本都能去除，可能會殘留極小部分的氧化鐵皮仍粘附在氧化鐵皮基體表面。

利用掃面電子顯微鏡對上述保溫溫度為1190℃、保溫時間為240min的試樣進行微區成分分析，圖給出了掃面電鏡下氧化鐵皮組織形貌，對靠近鋼基體的氧化鐵皮區4，外層的氧化鐵皮區1、2、3、5進行微區能譜分析，結果見表。

根據上述的掃描電鏡照片和能譜分析結果可以得出以下的結論：區域1、2、3、4中的氧元素和鐵元素的原子比接近1：1，結合三種氧化物的原子比可以推斷，1、2、3、4區域中的主要成分為FeO；對各個微區進行打點能譜分析，結果發現Fe元素的含量均接近100%，所以可以推斷這些微區存在游離態的Fe；觀察區域5中的Fe和O的原子比，發現明顯大于1：1，可以推斷在區域5中含有大量游離態的Fe；對3區和4區之間的黑色帶狀區域進行打點能譜微區分析，發現該區域中的白亮點的Fe含量為100%，其他非白亮區Fe含量幾乎為0，因此可以推斷3區和4區之間的黑色帶狀物是環氧樹脂，這可能是4區和3區的氧化鐵皮發生分離而環氧樹脂填充到里面所致。由此可以判斷出點3所在的區域和點4所在的區域之間比較容易分離，而最靠近基體的氧化鐵皮層同鋼板基體結合得較為緊密。

氧化是一種擴散過程，溫度對氧化有非常顯著影響，加熱溫度越高，氧化擴散越快，氧化速率就越快，金屬的消耗量就越大，在1000℃以上氧化會急劇上升。開始氧化鐵皮增長較快，而后逐漸減緩，因為氧化鐵皮形成后，最外層的穩定的氧化膜Fe2O3，阻礙基體金屬的氧化。但氧化鐵皮層內部，板坯隨著加熱溫度的升高和保溫時間的延長，隨著鐵和氧的擴散，新的氧化物在氧化鐵中生成，則會在氧化物中產生壓應力，從擴散產生裂紋，易于在氧化鐵皮/金屬界面以及晶體處聚集集成空洞析出，減小了氧化鐵皮與金屬的接觸面積，所以鋼板表面起伏不平現象越嚴重。所以，隨保溫時間延長和加熱溫度升高，鋼板表面形成一層氧化鐵皮，氧化鐵皮同鋼基體的嚙合程度越嚴重，鋼基體表面的粗糙度越大。

3 結論

3.1 鋼鐵在高溫氧化后，表面會產生分層的氧化鐵皮。外層的氧化鐵皮較厚而且易脫落，所以其粘附強度可以忽略不計；內層的氧化鐵皮較薄，與基體的結合力與加熱溫度和保溫時間有關。

3.2 氧化鐵皮內層基體的粘附性隨著加熱溫度和保溫時間的增加而增強。隨著氧化鐵皮與基體的粘附性的增加，會造成除鱗的時候未能完全除干凈，從而影響后續生產。

3.3 外層的氧化鐵皮比較容易發生分離。內層的氧化鐵皮粘附性強的區域，含有很薄的一層FeO層，很有可能保留下來，并隨軋制壓入到鋼坯中形成缺陷

參考文獻

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