厚規(guī)格熱軋大梁用鋼表面質(zhì)量改進(jìn)探討及實(shí)踐

李海波

（攀鋼集團(tuán)攀枝花鋼釩有限公司熱軋板廠，四川 攀枝花 617000）

攀鋼1450mm熱連軋機(jī)組自投產(chǎn)以來，經(jīng)三次技改，其產(chǎn)能從100萬噸/年提高到了280萬噸/年，形成了大梁板，車輪鋼等系列特色汽車結(jié)構(gòu)用鋼。但是，隨著市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)及下游用戶環(huán)保壓力的增加，用戶對(duì)熱板板的表面質(zhì)量要求越來越高，主要表現(xiàn)在：用戶將逐步拆除酸洗線，要求熱軋板原料在不經(jīng)酸洗的情況下成形時(shí)不出現(xiàn)明顯的“掉粉”現(xiàn)象。針對(duì)用戶要求的變化，鋼企的做法主要有兩種處理方式，一是通過優(yōu)化熱軋工藝，改善熱軋板表面氧化層結(jié)構(gòu)，以形成薄且致密的氧化層；二是通過EPS（Eco Pickled Surface）表面處理技術(shù)[1]，將熱軋板的表面氧化鐵皮徹底消除，形成光滑、清潔的表面。在無EPS表面處理技術(shù)裝備條件下，本文對(duì)厚規(guī)格（≥8mm）大梁用鋼進(jìn)行軋制工藝優(yōu)化探索，以改善其表面質(zhì)量，降低用戶使用過程中的“掉粉”現(xiàn)象。

1 厚規(guī)格熱軋板表面結(jié)構(gòu)分析

熱軋帶鋼表面典型的氧化鐵皮結(jié)構(gòu)是由最外層較薄的Fe2O3、中間層 Fe3O4層和靠近基體側(cè)的是 FeO層組成[2]。一般FeO層較為疏松，且其厚度占整個(gè)氧化層比例較高，導(dǎo)致其與基體的結(jié)合緊密度較低。典型厚規(guī)格大梁鋼的顯微組織，可見，其基體為鐵素體和少量珠光體組成，氧化層比較疏松，與基體結(jié)合不夠緊密，氧化層厚度為10.3μm～20.8μm。XRD物相分析表明，F(xiàn)e3O4比例為56.5%，比例較低。從以上結(jié)果來看，表面氧化層較厚、氧化鐵皮結(jié)構(gòu)不致密、Fe3O4比例較少是造成其氧化層與基體結(jié)合不夠緊密，容易在成形過程剝落的主要原因。

根據(jù) Fe-O平衡相圖，在570℃～1371℃ 時(shí)，F(xiàn)eO處于穩(wěn)定狀態(tài)，在570℃以下時(shí)，F(xiàn)eO發(fā)生共析反應(yīng)生成α-Fe+ Fe3O4的混合產(chǎn)物。因此，在熱連軋過程中，板坯從加熱爐出鋼后，在軋制階段形成以FeO為主的氧化鐵皮；在卷取過程中，F(xiàn)eO將發(fā)生先共析或共析反應(yīng)轉(zhuǎn)變成α-Fe和Fe3O4的混合物。因此，要改善熱軋板表面氧化層結(jié)構(gòu)，需在軋制過程中盡可能消除或減少FeO層的形成，在卷取過程中促進(jìn)FeO的共析轉(zhuǎn)變。

2 熱軋工藝改進(jìn)措施

2.1 技術(shù)現(xiàn)狀

通過前述對(duì)氧化層結(jié)構(gòu)的分析，要改善厚規(guī)格大梁鋼表面“掉粉”現(xiàn)象，即要降低其表面氧化層厚度、提高Fe3O4占比。容易考慮到的是，降低溫度及提高軋制速度。但工藝的改進(jìn)還需綜合考慮其機(jī)組能力及對(duì)產(chǎn)品性能的影響。

目前大梁鋼的出爐溫度一般為1225℃～1235℃，平均為1230℃，R2粗軋速度采用4m/s～4.5m/s軋制，精軋開軋溫度為1050℃左右。為了保證850℃的終軋溫度，精軋軋制速度在2.3m/s左右，導(dǎo)致帶鋼在層流冷卻段的空氣中停留時(shí)間過長(zhǎng)，表面形成黑色的氧化亞鐵，不致密，易脫落。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)層流冷卻布置圖，可以算出10.0mm大梁板在進(jìn)入層流水前的時(shí)間為11秒，到PY401高溫計(jì)的時(shí)間為35秒。因此，提高軋制速度以降低高溫鋼板與空氣的接觸時(shí)間存在較大優(yōu)化空間。

從軋制負(fù)荷來看（見表1），即使采用拋架軋制，精軋機(jī)組各機(jī)架的軋制能力是足夠的，具備精軋?zhí)崴佘堉茥l件。

表1 10.0mm*1150mm大梁鋼軋制負(fù)荷

從以上對(duì)軋線工藝及熱連軋機(jī)組軋制力的分析來看，大梁鋼提速軋制是可行的。但是，大梁鋼的目標(biāo)終軋溫度和卷取溫度分別為850℃和600℃，如果提高軋制速度，由于產(chǎn)線層流冷卻段較短，將導(dǎo)致其終軋溫度和卷取溫度無法保證，導(dǎo)致產(chǎn)品性能不合。因此，提速軋制工藝的制定還要綜合考慮其對(duì)終軋溫度和卷取溫度的影響。

2.2 工藝優(yōu)化措施

根據(jù)以上分析結(jié)果，提出以下工藝改進(jìn)措施：

（1）降低加熱爐出爐溫度以降低爐生氧化鐵皮厚度，目標(biāo)控制在1200℃～1215℃范圍，較原工藝降低20℃～30℃，保證在爐時(shí)間≥150min，均熱時(shí)間≥30min。

（2）優(yōu)化控軋控冷技術(shù)：一是提高粗軋軋制速度到2.5m/s～3.0m/s左右，通過開啟粗軋偶道次出鱗水，則精軋開軋溫度控制在1000℃左右；二是提高精軋速度，把精軋軋制速度從目前的2.3m/s提高到3.5m/s，經(jīng)過測(cè)算則F1的軋制速度從目前的0.98m/s提高到1.5m/s。則帶鋼在層冷前的時(shí)間由11秒降為7.2秒，降低幅度34.5%，在整個(gè)層流段的時(shí)間由35.13秒降為23.08秒，降低幅度34.3%；三是優(yōu)化終軋溫度、層流冷卻及卷取溫度，如表2所示，利用現(xiàn)有超快冷冷卻裝備，通過控制優(yōu)化達(dá)到普通層流冷卻的效果，可以降低帶鋼在空氣中暴露的溫度，減少氧化鐵皮生成。把厚規(guī)格大梁板的冷取方式從前段冷取改為稀疏冷卻，由于帶鋼上存在一層水，可以減少帶鋼在空氣中與氧的接觸量，可以減少一定的氧化鐵皮生成。同時(shí)，稀疏冷卻可以改善大梁鋼的組織均勻性。

表2 工藝優(yōu)化前后對(duì)比

3 實(shí)施效果

3.1 鋼板表面所化層改進(jìn)效果

改 進(jìn) 后 的 氧 化 層 厚 度6.7μm～15.2μm（ 改 進(jìn) 前 為10.3μm～20.8μm左右），氧化層厚度減少了30%左右。通過XRD物相分析表明，F(xiàn)e3O4比例為77.9%，較原工藝提高了21.4%。

3.2 工藝優(yōu)化后對(duì)力學(xué)性能的影響

在B=50mm,d=0a的條件下進(jìn)行冷彎，冷彎性能良好，試制的厚規(guī)格大梁鋼的力學(xué)性能合格率為100%。屈服強(qiáng)度平均值為408MPa，主要分布在378MPa～443MPa范圍內(nèi)，抗拉強(qiáng)度平均值為533MPa,主要分布在518MPa～558MPa范圍內(nèi)，延伸率平均值為29.1%，主要分布在24%～33.0%。與改進(jìn)前相比，屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度平均降低20MPa左右，延伸率提高2%～4%。

4 結(jié)論

（1）通過對(duì)厚規(guī)格大梁用鋼的板坯出爐溫度、粗軋和精軋?zhí)崴佟?yōu)化終軋溫度及卷取溫度、改進(jìn)層流冷卻方式等技術(shù)措施，顯著改善了其表面質(zhì)量，降低了用戶使用過程中出現(xiàn)的“掉粉”現(xiàn)象。

（2）通過工藝優(yōu)化，改善了厚規(guī)格大梁用鋼的表面氧化層結(jié)構(gòu)，氧化層厚度減少了30%左右，F(xiàn)e3O4比例為77.9%，較原工藝提高了21.4%。成品性能優(yōu)良，力學(xué)性能合格率為100%。屈服強(qiáng)度平均值為408MPa，主要分布在378MPa～443MPa范圍內(nèi)，抗拉強(qiáng)度平均值為533MPa,主要分布在518MPa～558MPa范圍內(nèi)，延伸率平均值為29.1%，主要分布在24%～33.0%。