熱軋寬厚鋼板外部輪廓氧化鐵皮的研究

李志

【摘 要】由于鐵容易在空氣中氧化，氧化鐵的結(jié)垢會(huì)嚴(yán)重影響熱軋帶鋼的外部輪廓質(zhì)量以及在實(shí)際中的應(yīng)用價(jià)值。結(jié)合熱軋寬厚鋼板的實(shí)際生產(chǎn)，對(duì)熱軋寬厚鋼板外部輪廓氧化鐵皮的原因進(jìn)行了分析和探討，并提出了具體有效的預(yù)防措施。在氧化鐵皮結(jié)構(gòu)中，氧化鐵最接近鐵層，氧化鐵外面依次為氧化鐵和氧化鐵。氧化膜的密度由內(nèi)向外增加。

【關(guān)鍵詞】熱軋鋼板；氧化鐵皮；熱度

熱軋寬厚鋼板是由板坯經(jīng)過(guò)熱軋制造而成的，而板坯在加溫過(guò)程中，難以避免其外部輪廓與氧氣接觸反應(yīng)，從而生成氧化鐵皮。雖然在板胚軋制前，要用高壓水除鱗，但是氧化鐵皮實(shí)際的性質(zhì)，使其不能全部除盡，尤其是在低合金鋼坯加溫后，其外部輪廓氧化鐵皮更加嚴(yán)密，因此也更難除盡。也正是因?yàn)檫@些原因?qū)е铝髓F坯中會(huì)含有一定的氧化鐵，而氧化鐵皮一旦被軋入鋼板外部輪廓就會(huì)形成大小不一的麻點(diǎn)，這也就大大降低了成品鋼板外部輪廓質(zhì)量。在實(shí)際中，潛移默化厚板外部輪廓氧化鐵皮脫落的原因有很多，但歸根到底還是與氧化鐵皮本身的特征有關(guān)。因此，為了改善鋼板外部輪廓的點(diǎn)蝕問(wèn)題，有必要研究高溫過(guò)程中鋼板的氧化鐵皮形成機(jī)理和氧化鐵皮的特性，并找出有效去除鋼板外部輪廓點(diǎn)蝕的方法。

一、氧化鐵皮的形成及去除機(jī)理

鋼的氧化是由于氧和鐵在相反方向上的擴(kuò)散，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，這兩種元素會(huì)發(fā)生碰撞，在合適的環(huán)境條件下會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成氧化物。這種氧化物是我們所迷惑的氧化鐵皮。它的結(jié)構(gòu)不是緊密排列的，而是分層的。從鐵層到外部，依次是氧化鐵、氧化鐵和氧化鐵。由于氧化鐵的化學(xué)性質(zhì)不同，氧化膜的密度由內(nèi)向外增加，氧化鐵皮的熔點(diǎn)約為1325℃。氧化鐵的比例，而合金鋼的外部輪廓垢在加溫后很難被高壓水除去。然而，在后續(xù)的處理過(guò)程中，氧化鐵皮的去除失敗將導(dǎo)致鋼板外部輪廓出現(xiàn)大量的黑點(diǎn)，這大大降低了成品鋼板的質(zhì)量。

一次氧化板被壓入熱軋寬厚鋼板中，主要反映在鋼板外部輪廓不規(guī)則分布的不規(guī)則黑點(diǎn)，外部輪廓常出現(xiàn)粗糙的點(diǎn)蝕。當(dāng)二次氧化鐵皮被壓入鋼中時(shí)，它以粒狀嵌入到鋼板中。鋼板外部輪廓粗糙，存在大量的小黑點(diǎn)。

二、熱軋氧化鐵皮產(chǎn)生的原因及控制措施

氧化鐵皮的產(chǎn)生受外部環(huán)境熱度大小的變化影響很大，基于對(duì)氧化鐵皮形成的環(huán)境因素，分析總結(jié)了以下幾點(diǎn)氧化鐵皮形成的原因及防范措施：

（1）由于鋼材的形成是在鐵的基礎(chǔ)上降低其鐵的含量，所以加溫?zé)岫绕毡檩^高，會(huì)產(chǎn)生局部或者整體由于加溫時(shí)間長(zhǎng)形成過(guò)熱的缺點(diǎn)，使生成的氧化鐵皮硬化，而硬化的氧化鐵皮在清除過(guò)程中很難被清除干凈。

（2）不恰當(dāng)?shù)目諝馔ㄈ耄瑫?huì)導(dǎo)致很多的空氣剩余，在實(shí)際的生產(chǎn)過(guò)程中，通入爐內(nèi)的空氣應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況做出正確的調(diào)整，避免因?yàn)榭諝膺^(guò)量導(dǎo)致氧化鐵皮的生成量增大，造成不必要的麻煩。

（3）爐內(nèi)形成負(fù)壓，在通入冷空氣的時(shí)候，應(yīng)嚴(yán)格講爐壓控制在0～10Pa左右的微正壓力下。因事故被迫停爐時(shí)，應(yīng)當(dāng)在恰當(dāng)?shù)臅r(shí)間關(guān)閉煙道閘門(mén)，保持爐膛壓力為正壓不變。

氧化鐵皮與鋼的基體的粘著力不僅僅是上述原因有關(guān)，還與其中的孔積率和氣孔的直徑有較為直接的關(guān)系。

鋼的主要化學(xué)成分是在加溫中影響氧化產(chǎn)生氧化鐵皮的內(nèi)在因素，但我們會(huì)發(fā)現(xiàn)一些合金元素對(duì)氧化鐵皮的化學(xué)性質(zhì)會(huì)產(chǎn)生一些影響，比如硅、鋁、鉻等元素都能夠有效的提高鋼自身的抗氧化性，這些元素能與空氣中的氧反應(yīng)，從而在鋼的外部輪廓形成一層致密的氧化膜，這層氧化膜就相當(dāng)于一層保護(hù)膜，使除鱗十分困難。我們以常見(jiàn)的管線(xiàn)鋼X60為例進(jìn)行探究分析：X60管線(xiàn)鋼的成分中有0.22%的Si，這也與文獻(xiàn)報(bào)道中的硅含量（0.2%～0.3%）相對(duì)較高的鋼將會(huì)在鋼與氧化層界面形成鐵橄欖石層相吻合。當(dāng)板坯加溫?zé)岫群凸韬枯^高時(shí)，就會(huì)在高溫的作用下，Si元素向氧化鐵和鋼二者之間的交界面發(fā)生擴(kuò)散，并形成液化膜，該液化膜由氧化鐵和組成，同時(shí)，我們由該液化膜的化學(xué)組成可知，它與氧化鐵層之間存在著一種良好的浸潤(rùn)作用。在低于1175℃左右時(shí)，會(huì)發(fā)生共晶反應(yīng)，形成一層鐵橄欖石層。所以在實(shí)際生產(chǎn)軋制X60管線(xiàn)鋼時(shí)，要盡量避免鐵橄欖石層的形成，合理的調(diào)整加溫爐的熱度。

三、防止二次氧化鐵垢和二次氧化鐵垢的原因

主要是由于開(kāi)度過(guò)大、軋制熱度過(guò)高和除鱗時(shí)間過(guò)長(zhǎng)等原因造成的化學(xué)反應(yīng)不當(dāng)。在實(shí)際生產(chǎn)中，通過(guò)控制軋制熱度，縮短帶鋼在鋼框架中的停留時(shí)間，強(qiáng)化除銹點(diǎn)，可以防止二次結(jié)垢：

（1）控制軋制熱度：在高溫條件下，結(jié)垢后的板坯會(huì)產(chǎn)生二次結(jié)垢。反應(yīng)迅速，形成二級(jí)氧化鐵皮，二級(jí)氧化鐵皮將在高溫條件下形成。熔化是很難去除的。因此，當(dāng)熱度過(guò)高時(shí)，可事先通知加溫爐出鋼，鋼可在爐門(mén)處冷卻，所有除鱗水均可打開(kāi)，以降低鋼的外部輪廓熱度。由于1030℃是氧化鐵皮的熔點(diǎn)，為了保證除鱗效率，中間坯料頭部熱度應(yīng)盡可能控制在1030℃以下。

（2）限制中間坯料的厚度：如果最終精軋機(jī)出口條件（帶鋼熱度、厚度、軋制速度等）保持不變，并且中間坯料變薄，在除鱗后，它通過(guò)第一精軋機(jī)帶鋼上的不確定點(diǎn)。在除銹箱與第一精軋機(jī)和精軋機(jī)機(jī)架之間進(jìn)行軋制。大大縮短了時(shí)間，從而有效地避免了氧化膜的形成。

（3）高速軋制：在精軋機(jī)內(nèi)進(jìn)行高速軋制能夠有效減少與空氣的接觸，進(jìn)而減少氧化鐵皮的增長(zhǎng)。

（4）精軋機(jī)機(jī)架間冷卻：盡可能多地打開(kāi)機(jī)架之間的冷卻水。這樣，在軋制模型中，最終軋制熱度不會(huì)發(fā)生劇烈變化，軋制速度也會(huì)提高。另一方面，機(jī)架間冷卻水對(duì)減緩氧化垢的生長(zhǎng)和去除氧化鐵皮有很好的效果。

基于先前的研究，根據(jù)前面的相關(guān)文獻(xiàn)中，作者提出了以下的預(yù)防措施：

（1）輥抗剝落水：熱度和機(jī)械疲勞引起的工作軋輥的外部輪廓上的微裂紋，從而導(dǎo)致氧化鐵的積累比例。連接到卷筒上，然后轉(zhuǎn)移到帶材外部輪廓和抵靠帶外部輪廓按壓。輥?zhàn)拥姆绖兟淇裳娱L(zhǎng)精軋輥的使用壽命，保護(hù)輥面，從而改善輥面外部輪廓質(zhì)量。相關(guān)研究表明，輥式防剝落水功能在提高熱軋寬厚鋼板的質(zhì)量上可取得較好的效果。

（2）軋制油軋制：精軋輥采用油霧軋制，在工作輥與帶材之間形成潤(rùn)滑接觸。注入的油在高溫高壓下會(huì)迅速汽化。對(duì)軋輥外部輪廓具有良好的潤(rùn)滑效果，可有效防止粘輥現(xiàn)象，防止軋輥外部輪廓產(chǎn)生較大損傷，提高帶鋼質(zhì)量。為了提高產(chǎn)物質(zhì)量，減少軋輥消耗，必須采用油膜潤(rùn)滑。

四、結(jié)論

在熱軋鋼板上控制氧化鐵鱗片是一項(xiàng)艱巨的工作。只有更全面地了解氧化鐵結(jié)垢的具體原因和部位，才能對(duì)氧化鐵結(jié)垢進(jìn)行針式控制，并提出相應(yīng)的措施，提高產(chǎn)物質(zhì)量。氧化鐵垢及其介孔體積和孔徑對(duì)氧化鐵垢的結(jié)垢有一定的影響。另外，氧化鐵皮較厚，與氧化鐵皮結(jié)構(gòu)相鄰的氧化鐵層是氧化鐵，然后向外分別是三氧化二鐵和四氧化三鐵。然而，隨著鋼中硅含量的增加，在氧化鐵皮與基體外部輪廓之間會(huì)形成一層中間材料。通過(guò)對(duì)這些問(wèn)題的具體研究和分析，認(rèn)為熱軋寬厚鋼板的質(zhì)量將大大提高。

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