熱軋中小H型鋼表面鐵皮、銹蝕分析及探討

吳立紅，李秀清，吳雪峰

（河北天柱鋼鐵集團有限公司，河北 唐山 063000）

熱軋中小H型鋼在軋后冷卻過程中，翼緣沿寬度方向自中部向端部逐漸產生紅色鐵皮，并且經矯直機矯直、冷鋸鋸切在翼緣與上腹板的圓角附近會出現淺紅色銹蝕，對其外觀質量產生了一定影響。

1 熱軋H型鋼表面鐵皮、銹蝕形成過程及機理

1.1 工藝流程簡介

連鑄坯→加熱→除鱗→粗軋→飛剪切頭→精軋→熱鋸取樣、分段→冷床冷卻矯直→編組→冷鋸鋸切定

熱軋中小H型鋼工藝生產線是由熱送輥道運送連鑄坯，步進式加熱爐根據鋼坯斷面尺寸變化和不同的加熱工藝要求進行加熱。經高壓水除鱗箱除鱗，再經二輥可逆往復式粗軋機5～11道次軋制成雛形異型坯并運送到精軋機組，途中經切頭剪切去一定長度的頭部后，進入由萬能軋機和軋邊機組成的多架次精軋機組進行全連續軋制，再在設有強制水霧噴淋冷卻系統的冷床上進行長尺冷卻，使軋件下冷床溫度低于80℃。之后，進行長尺多輥輥式矯直機矯直，以滿足產品矯直質量要求。

1.2 形成過程

軋件經熱軋由成品機架運至冷床上，翼緣溫度由930～995℃逐漸降到 795～850℃，腹板溫度由 825～875℃逐漸降到715～770℃，到冷床上后翼緣與腹板內圓角處溫度為835～890℃，在此過程中將發生的化學反應如下：

O2（潮濕的空氣中）與Fe反應：

軋件表面氧化鐵皮主要由FeO、Fe3O4和Fe2O3組成。鄰鐵層是比較疏松的FeO（呈藍色），依次向外是比較致密的Fe3O4（呈黑色）和Fe2O3（呈紅色）。最終鐵皮顯現的顏色將因不同溫度和冷卻速度隨形成的各種氧化鐵皮比例的不同而變化：當Fe2O3比例較高時，表現為紅色；而當Fe3O4比例較高時，則表現為藍黑色。

1.3 形成機理

（1）翼緣紅色鐵皮形成機理

由于熱軋中小H型鋼生產工藝及斷面特點，在軋制和冷卻過程中，翼緣沿寬度方向自中部向端部的冷卻速度較快，溫度逐漸降低，以及后續在冷床上冷卻時的降溫速度也較快。

翼緣沿寬度方向的中部終軋溫度高（910℃以上）且冷卻速度慢時，氧化鐵皮層為Fe3O4和FeO共存層且占總厚度的比例約為3%，形成了獨立的Fe3O4層，同時軋件氧化激烈，氧化鐵皮增厚，并促使FeO生成Fe3O4或Fe2O3（少量），軋件呈藍黑色；翼緣沿寬度方向的端部終軋溫度較低且冷卻速度較快時，氧化鐵皮層為Fe3O4和FeO共存層且占總厚度的比例約為13.5%，無獨立的Fe3O4層，且FeO生成Fe2O3或Fe3O4（少量），軋件呈紅色或紅褐色。軋件在冷床上進行自然冷卻過程中，翼緣寬度方向在其上下端部形成了以Fe2O3和FeO為主的紅色氧化鐵皮，而翼緣寬度方向在其中部則形成了以Fe3O4和FeO為主的藍黑色氧化鐵皮。

（2）翼緣與上腹板的圓角附近淺紅色銹蝕形成機理

翼緣與上腹板形成的U型槽內由于圓角部位及附近溫度較高且大量軋輥冷卻水較長時間的積聚，以及后續在冷床上冷卻時的降溫速度最慢，使表層形成了以Fe3O4（黑色）為主的厚度最厚且呈塊狀的鐵皮層。為保證矯直溫度≤80℃，冷床上采取了水霧噴淋冷卻。在矯直過程中，翼緣與腹板的過渡圓角附近部位因矯直力反復彎曲作用，大量表層厚而呈塊狀結合的鐵皮氧化膜（以Fe3O4為主）被嚴重破壞而爆裂、脫落，顯露出基體。

矯后軋件在冷鋸鋸切定尺時，由于冷鋸冷卻水再次存留到上腹板與翼緣的過渡圓角附近部位，致使水量增多，且干燥的下腹板與翼緣的過渡圓角附近部位受到冷鋸冷卻水腐蝕。同時，隨著軋件運行上腹板與翼緣的過渡圓角附近部位的積水逐漸外流，軋件上腹板圓角處形成了化學原電池反應條件，即鐵（不是純鐵而是含有碳等其它元素）、空氣（氧氣）、電解質（水）。

總反應：2Fe+O2+2H2O=2Fe（OH）2

4Fe（OH）2+O2+2H2O=4Fe（OH）3

2Fe（OH）3=Fe2O3×XH2O+（3-X）H2O

Fe2O3×XH2O就是鐵銹的結晶體，由于起初水分子含量高，呈現出淺紅色，隨著水分的蒸發，顏色逐漸加深至紅棕色，最終呈現為紅鐵銹。

當水中有 CI-、Na+、H+等離子存在時，原電化學反應會大幅度增快，從而加快了生銹的速度。

2 措施

（1）在設備允許條件下，適當降低軋件溫度，減小上腹板與翼緣的過渡圓角附近部位的氧化保護膜的厚度，以提高其與基體的附著力。

（2）在保證矯直溫度≤80℃條件下，停用冷床上水霧噴淋冷卻，改用精軋后快冷冷卻。

（3）根據快冷裝置對軋件的冷卻狀態，將翼緣冷卻溫度控制在一定范圍內且確保沿寬度和長度方向上趨于均勻。

（4）在冷鋸處增設并合理布置空壓風（或氮氣）吹掃裝置，且保證足夠的吹掃壓力，迅速使積聚在軋件上的冷卻水吹干、吹凈。

（5）改善水質，降低水中Cl-等其它離子含量。

（6）優化矯直參數，以減小矯直彎曲力對軋件氧化保護膜的破壞程度。

3 效果

通過制定上述措施并有效執行，從機理和實際兩方面有效控制了型鋼紅色鐵皮和銹蝕的產生，熱軋中小H型鋼外觀質量得到了有效改善、提升。