型鋼表面銹蝕的控制研究

徐增慶 辛本龍 焦峰

摘 要：以型鋼銹蝕為研究對象，通過分析銹蝕形成的原因，從優化水質、控制軋件溫度、關閉冷床冷卻水等方面給出了有針對性的改進方案和防護措施，使型鋼外觀銹蝕情況得到了有效改善。

關鍵詞：型鋼;銹蝕;優化

0 引言

型鋼作為一種經濟斷面型材，具有重量輕、承載能力強、造價低等優點，被廣泛應用于工業與民用建筑鋼結構中。日照鋼鐵小型鋼工場自2003年投產以來，具備生產國標、英標、美標等標準要求的125～350、I16～I32、C18～C32系列等多個規格小型鋼的能力。工字鋼被普遍應用于隧道等建筑，但部分客戶購買產品后發現銹蝕現象嚴重，需重新拋丸、除銹。銹蝕缺陷的產生極大地降低了客戶的滿意度，需要對其進行深入分析并加以解決。

1 生產線概況

小型鋼工場生產工藝流程如下：煉鋼1#連鑄機提供的連鑄坯—加熱爐加熱—高壓水除鱗—可逆式粗軋機—1#曲柄飛剪切頭切尾（部分規格分段）—精軋機組連軋—齒式步進冷床冷卻—矯直機矯直—橫移編組臺架編組—定尺鋸切—合格品碼垛（不合格品及短尺到剔除臺架—改制線帶鋸改制）—打捆—貼牌—稱重機稱重—入庫發貨。

小型鋼工場引進的達涅利H型鋼設備就是典型的X-H生產工藝流程，萬能粗軋機組中軋件腿部是斜的，軋件呈X形，只有成品軋機的立輥輥面是直的，軋出的軋件為H形。

工藝流程如下：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，采用一架兩輥可逆開坯軋機，后跟連續式萬能軋機，萬能軋機為開口式孔型，平輥側壁帶有7%～9%的斜度，立輥帶有一定的斜度。連軋軋制16、19軋機用兩架軋邊機對腿部尺寸進行修飾，在最后一架萬能軋機上用水平輥和立輥對軋件進行全面加工成型（H形），經過輪廓儀檢測表面質量，后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，長尺十輥式矯直機矯直，以滿足產品矯直質量要求，后經過3臺冷鋸改尺鋸，切割定尺、非定尺，以滿足客戶需求尺寸，對定尺、非定尺進行碼垛，打捆焊接，后貼牌稱重，入庫等待發貨處理。

2 銹蝕產生的原因

熱軋時，由于鋼鐵和空氣中氧反應，常會大量形成氧化鐵皮。氧化鐵皮的主要成分是Fe2O3、Fe3O4、FeO。其中，氧化鐵皮最外層為Fe2O3，可阻止氧化作用;中間為Fe3O4;最里面為FeO。Fe2O3呈紅色，Fe3O4呈黑色，FeO呈藍色，由于鐵皮中各種氧化成分比例隨其氧化過程不同而變化，因此表現顏色也各不相同[1]。具體反應公式如下：

O2（潮濕的空氣中）與Fe反應：

型鋼銹蝕原因主要有以下幾點：

2.1? ? 腹板冷卻水積存

為保證型鋼下冷床溫度能夠滿足矯直要求，避免矯直后溫度過高，冷卻過程中造成側彎或其他不可控的浪型，需在冷床進行噴霧強制冷卻，冷卻后，型鋼腹板位置存水較多，如圖1所示。同時，冷鋸鋸切時，為保證鋸切速度及質量，需使用冷卻水對鋸片進行冷卻，鋸片的冷卻水也留存在腹板上，部分規格下線即發生銹蝕。分析原因主要是軋件腹板表面存水過多，積水的存在加快了軋件表面銹蝕速度，導致下線型鋼腹板位置發生銹蝕。

2.2? ? 軋件表面氧化膜脫落

在熱軋后，軋件表面形成一層氧化鐵皮保護層，因冷卻過程軋件存在不同方向彎曲，須通過矯直對R角或翼緣等位置進行矯正，但在矯直后氧化鐵皮剝落，后期鋸切后，也同時破壞了型鋼兩端表面氧化膜，而鋼材本身含有鐵、碳等多種成分，由于這些成分的電極電位不同，于是在矯直輥片壓過的腹板兩側和鋸切端面失去氧化層保護的位置，形成許多微電池，將軋件表面氧化成為疏松易剝落的紅棕色鐵銹，從而加劇了產品的表面銹蝕。同時，由于冷卻水的水質差，水中含有較多氧化鐵皮、油污等雜質，也加劇了型鋼的表面銹蝕[2]。

2.3? ? 冷卻水電導率和氯離子濃度過高

目前，小型鋼工場1#、2#爐產生的凈環水往濁環水里排，而濁環水不外排。

小型型鋼的濁環水水質情況如下：2020年6月—8月的電導率平均水平是1 646 μS/cm，氯離子濃度平均水平是268 mg/L。

大型型鋼的濁環水水質情況如下：2020年6月—8月的電導率平均水平是624 μS/cm，氯離子濃度平均水平是84.6 mg/L。

通過對比可知，大型型鋼的濁環水電導率和氯離子濃度均低于小型型鋼，同時大型型鋼表面無銹蝕。2019年10月，小型型鋼的水質情況如下：電導率平均水平是624 μS/cm，氯離子濃度平均水平是84.6 mg/L，當時表面無銹蝕。在煉鋼、軋制、矯直等工藝未發生變化的前提下，總結發現近期小型型鋼的電導率和氯離子濃度較2019年均明顯升高[3]。

2.4? ? 運輸過程中遇到陰雨天

因產品目前主要通過陸路及鐵路運輸，運輸過程中多數露天存放，碰到陰雨天，型鋼表面未苫蓋的，都出現了不同程度的銹蝕，對比同批次運輸過程中進行苫蓋的產品，個別表面輕微銹蝕，多數情況較好。因此，運輸過程中陰雨天會持續氧化型鋼表面，加劇型鋼表面銹蝕的發生。

3 工藝優化措施

（1）在保證矯直溫度≤80 ℃的條件下，停用或少用冷床上水霧噴淋冷卻，總結每個規格的冷卻數據，分規格制訂冷床噴霧開啟標準。

（2）通過改善型鋼表面吹掃條件，在矯直后端、冷鋸出口增加壓縮空氣吹掃設備，如圖2所示，保證足夠的吹掃壓力，迅速吹干、吹凈積聚在軋件上的冷卻水，減少腹板因冷床水霧噴淋冷卻水、鋸切殘留水長時間留存而發生的銹蝕。

（3）改善水質，降低冷卻水氯離子濃度和電導率，將冷鋸冷卻水中的氯離子濃度降低到85 mg/L以下，電導率降低到620 μS/cm以下，同時部分易銹蝕規格采用凈環水來冷卻鋸切。