改進軋鋼工藝提升鋼板表面耐腐蝕性

陳源昊

（南京鋼鐵股份有限公司，江蘇 南京210035）

鋼板的性能通常會因為使用條件而存在著差別，但是其前提條件對于鋼板表面的耐腐蝕性都具有較高的要求。而鋼板的質量主要包括外形、尺寸、精度、板形以及內在質量，鋼的化學成分、冶金質量以及加工工藝都會對于鋼板的使用產生影響。本文通過以某鋼鐵公司為例，研究通過改進軋鋼工藝提高鋼板表面耐腐蝕性的效果。

1 概述

某鋼鐵公司的生產工藝布置如下圖1所示。

圖1 生產工藝布置

該鋼鐵生產公司近段時間以來，頻繁發生鋼板表面帶有氣泡的情況，并且這一現象十分嚴重，對于鋼板的外觀造成直接的影響；而表面帶有鼓泡狀斑點的鋼板會非常快出現銹蝕，常常在半個月之內就會出現嚴重的銹蝕情況，并且銹蝕的起點主要是從氣泡點開始[1]。鋼板厚度較薄時，起泡現象相對較輕，而鋼板較厚時，鋼板表面的起泡現象就會比較嚴重。由于鋼材表面在起泡之后，非常容易出現生銹的問題，會對鋼板的后續銷售與使用等造成嚴重影響[2]。

2 成因分析

2.1 表層結構分析

對鋼板出現起泡現象的表層氧化膜的厚度、成分結構等開展金相組織分析，然后獲得結果。

（1）當鋼板受到較大的溫度變化時，如果氧化膜的厚度越大，就意味著鋼板表層氧化膜將會出現較大的內應力，從而出現破裂的情況。

（2）鋼板表面在高溫狀態下，會形成氧化膜，如果溫度越高，那么氧化膜的厚度也就會相應的越大。根據調查研究發現，鋼板表面溫度與氧化量之間的關系如圖2所示。如果鋼的表面氧化量為1，并且此時的溫度是90℃，那么當1000℃的時候，鋼板表面的氧化量是2，1100℃的時候，鋼板氧化量為3.5，而到了1300℃時，鋼板表面的氧化量為7；終軋溫度越高的話，鋼板表面的氧化情況也會加重。而熱軋鋼板在正常的情況下，其表面將會存在氧化層，其厚度主要在10μm～50μm之間，并且鋼板表面主要是以順序序列分布的，其順序依次為外層Fe2O3、中間層Fe3O4、內層FeO，并且其中的內層FeO是處于一個比較穩定的狀態。在對于鋼板進行加熱過程中，鋼板表面形成的三種氧化物相是由氧含量所確定的；由于鋼板表層存在的接觸介質相對偏多，氧含量比較的豐富，導致在Fe中出現大量的固溶，并成為Fe2O3，而鋼板中間層則會成為Fe3O4，內層為FeO。對鋼板進行熱軋工藝過程中，進行加熱和冷卻的時候所產生的y-Fe2O3、Fe3O4、以及FeO均為立方晶系，其中的Fe3O4相對來說更加的致密，能夠有效地避免進一步氧化。

圖2 鋼板表面溫度與氧化量的關系

2.2 冷卻工藝分析

該鋼鐵生產企業所實施的工藝是控制冷卻工藝，為了能夠保障鋼板可以最大程度上符合標準，對于其實施的工藝主要是采取弱冷卻工藝，冷床溫度通常都會在1000℃以上；將弱冷卻工藝應用在鋼板中，在冷卻過程中，四周冷卻不均，表面溫度不均是表面起泡的重要原因之一。

（1）弱冷卻工藝導致鋼板表面冷卻不均。軋鋼廠穿水裝置是由多個小冷卻環組合而成的，當鋼板在經過每一冷卻環時，鋼板將會與空氣之間產生接觸，并且在此過程中，鋼板將會出現帶水和附著物的情況，而如果水中含油，這一情況則會愈發嚴重。鋼板帶出的水在經重力作用下，會導致鋼板表面出現不均勻分布的問題，直接導致鋼板表面出現鼓泡。

（2）冷卻產生的冷卻效果不佳。軋鋼廠冷卻水壓力偏低，通常僅有0.4MPa左右，這一溫度不足以將鋼板表面的蒸汽膜擊破，并且也很難將鋼板表面的二次氧化膜清除干凈，導致鋼材在進行再回火的過程中，還會出現新的氧化膜；水冷而導致的溫降非常小，經過對其進行反復試驗，整個穿水段所獲得表面溫降通常僅有30℃。穿水之后發生冷卻的鋼板在這一環節中，只有表面發生了冷卻，而鋼板在出水之后，其自身的表面溫度還會迅速回升，并且鋼板厚度越厚，返紅溫度也就會相應的更高，因此，較厚規格的鋼板發生起泡的情況也就會更加常見。

3 應用改進軋鋼工藝提升鋼板表面耐腐蝕性

為了將鋼板表面發生起泡問題的情況進行妥善的解決，通過多次試驗，可根據以下途徑，來解決此問題。

3.1 降低出鋼溫度

在鋼坯出爐時，適當的降低出鋼溫度，能夠有效地確保將開軋溫度從1100℃下降到1050℃，以此來緩解鋼板腐蝕性的情況。

3.2 降低二階段軋制溫度

鋼坯在進入到精軋的前一個環節中，設置一臺中軋預穿水系統，這樣可以使二階段軋制溫度降低至900℃～950℃之間，不僅能夠有效的提高鋼板性能，同時還能夠有效地降低鋼板上冷床的溫度。

3.3 調整控冷工藝

通過對控冷過程中水壓、流量、加速度等參數的調節及噴嘴設備、水質的改善，降低返紅溫度，提升鋼板的耐腐蝕性。

4 實施效果

4.1 表面溫降得到加強

在控冷過程中，鋼板的溫降在原有的弱控冷工藝下，溫降為30℃，通過調整控冷工藝后，鋼板溫降能夠在80℃左右；在鋼板進入冷床后，溫度從原有的1000℃以上將會開始逐漸地下降，直到溫度處于950℃左右。在保證金相組織與國際標準嚴格符合的情況下，可以明顯的減輕鋼板表面上的氧化現象。

4.2 表面質量得到改善

對于經過快速冷卻之后的鋼板進行金相組織檢驗，結果見圖3，可以發現，鋼板表層的氧化膜厚度由42um下降到16μm左右。在快速冷卻工藝工作正常條件下，可以有效地解決鋼板所存在的起泡的現象。由于表層氧化膜得到一定程度上的完整性，鋼板的耐腐蝕性也得到了有效的提升。

圖3 工藝改進前后鋼板氧化膜厚度

5 結語

①導致熱軋鋼板發生表面起泡的原因主要有上冷床溫度偏高、冷卻強度不夠、冷卻不均等。②原弱冷卻工藝無法為鋼板提供良好的溫降、冷卻均勻度等條件，所以導致鋼板表層出現了氧化膜過厚的情況，非常容易破裂，這一情況是熱軋鋼板表面起泡以及容易銹蝕的一道關鍵因素。③通過利用改進軋鋼工藝，降低出鋼溫度、降低二階段軋制溫度、降低返紅溫度，使得鋼板的冷床溫度調整為1000℃以下，從而使鋼板表面所具有的的耐腐蝕性得到極大的加強。