热轧宽厚钢板外部轮廓氧化铁皮的研究

李志

【摘 要】由于铁容易在空气中氧化，氧化铁的结垢会严重影响热轧带钢的外部轮廓质量以及在实际中的应用价值。结合热轧宽厚钢板的实际生产，对热轧宽厚钢板外部轮廓氧化铁皮的原因进行了分析和探讨，并提出了具体有效的预防措施。在氧化铁皮结构中，氧化铁最接近铁层，氧化铁外面依次为氧化铁和氧化铁。氧化膜的密度由内向外增加。

【关键词】热轧钢板；氧化铁皮；热度

热轧宽厚钢板是由板坯经过热轧制造而成的，而板坯在加温过程中，难以避免其外部轮廓与氧气接触反应，从而生成氧化铁皮。虽然在板胚轧制前，要用高压水除鳞，但是氧化铁皮实际的性质，使其不能全部除尽，尤其是在低合金钢坯加温后，其外部轮廓氧化铁皮更加严密，因此也更难除尽。也正是因为这些原因导致了铁坯中会含有一定的氧化铁，而氧化铁皮一旦被轧入钢板外部轮廓就会形成大小不一的麻点，这也就大大降低了成品钢板外部轮廓质量。在实际中，潜移默化厚板外部轮廓氧化铁皮脱落的原因有很多，但归根到底还是与氧化铁皮本身的特征有关。因此，为了改善钢板外部轮廓的点蚀问题，有必要研究高温过程中钢板的氧化铁皮形成机理和氧化铁皮的特性，并找出有效去除钢板外部轮廓点蚀的方法。

一、氧化铁皮的形成及去除机理

钢的氧化是由于氧和铁在相反方向上的扩散，经过一段时间后，这两种元素会发生碰撞，在合适的环境条件下会发生化学反应生成氧化物。这种氧化物是我们所迷惑的氧化铁皮。它的结构不是紧密排列的，而是分层的。从铁层到外部，依次是氧化铁、氧化铁和氧化铁。由于氧化铁的化学性质不同，氧化膜的密度由内向外增加，氧化铁皮的熔点约为1325℃。氧化铁的比例，而合金钢的外部轮廓垢在加温后很难被高压水除去。然而，在后续的处理过程中，氧化铁皮的去除失败将导致钢板外部轮廓出现大量的黑点，这大大降低了成品钢板的质量。

一次氧化板被压入热轧宽厚钢板中，主要反映在钢板外部轮廓不规则分布的不规则黑点，外部轮廓常出现粗糙的点蚀。当二次氧化铁皮被压入钢中时，它以粒状嵌入到钢板中。钢板外部轮廓粗糙，存在大量的小黑点。

二、热轧氧化铁皮产生的原因及控制措施

氧化铁皮的产生受外部环境热度大小的变化影响很大，基于对氧化铁皮形成的环境因素，分析总结了以下几点氧化铁皮形成的原因及防范措施：

（1）由于钢材的形成是在铁的基础上降低其铁的含量，所以加温热度普遍较高，会产生局部或者整体由于加温时间长形成过热的缺点，使生成的氧化铁皮硬化，而硬化的氧化铁皮在清除过程中很难被清除干净。

（2）不恰当的空气通入，会导致很多的空气剩余，在实际的生产过程中，通入炉内的空气应根据实际情况做出正确的调整，避免因为空气过量导致氧化铁皮的生成量增大，造成不必要的麻烦。

（3）炉内形成负压，在通入冷空气的时候，应严格讲炉压控制在0～10Pa左右的微正压力下。因事故被迫停炉时，应当在恰当的时间关闭烟道闸门，保持炉膛压力为正压不变。

氧化铁皮与钢的基体的粘着力不仅仅是上述原因有关，还与其中的孔积率和气孔的直径有较为直接的关系。

钢的主要化学成分是在加温中影响氧化产生氧化铁皮的内在因素，但我们会发现一些合金元素对氧化铁皮的化学性质会产生一些影响，比如硅、铝、铬等元素都能够有效的提高钢自身的抗氧化性，这些元素能与空气中的氧反应，从而在钢的外部轮廓形成一层致密的氧化膜，这层氧化膜就相当于一层保护膜，使除鳞十分困难。我们以常见的管线钢X60为例进行探究分析：X60管线钢的成分中有0.22%的Si，这也与文献报道中的硅含量（0.2%～0.3%）相对较高的钢将会在钢与氧化层界面形成铁橄榄石层相吻合。当板坯加温热度和硅含量较高时，就会在高温的作用下，Si元素向氧化铁和钢二者之间的交界面发生扩散，并形成液化膜，该液化膜由氧化铁和组成，同时，我们由该液化膜的化学组成可知，它与氧化铁层之间存在着一种良好的浸润作用。在低于1175℃左右时，会发生共晶反应，形成一层铁橄榄石层。所以在实际生产轧制X60管线钢时，要尽量避免铁橄榄石层的形成，合理的调整加温炉的热度。

三、防止二次氧化铁垢和二次氧化铁垢的原因

主要是由于开度过大、轧制热度过高和除鳞时间过长等原因造成的化学反应不当。在实际生产中，通过控制轧制热度，缩短带钢在钢框架中的停留时间，强化除锈点，可以防止二次结垢：

（1）控制轧制热度：在高温条件下，结垢后的板坯会产生二次结垢。反应迅速，形成二级氧化铁皮，二级氧化铁皮将在高温条件下形成。熔化是很难去除的。因此，当热度过高时，可事先通知加温炉出钢，钢可在炉门处冷却，所有除鳞水均可打开，以降低钢的外部轮廓热度。由于1030℃是氧化铁皮的熔点，为了保证除鳞效率，中间坯料头部熱度应尽可能控制在1030℃以下。

（2）限制中间坯料的厚度：如果最终精轧机出口条件（带钢热度、厚度、轧制速度等）保持不变，并且中间坯料变薄，在除鳞后，它通过第一精轧机带钢上的不确定点。在除锈箱与第一精轧机和精轧机机架之间进行轧制。大大缩短了时间，从而有效地避免了氧化膜的形成。

（3）高速轧制：在精轧机内进行高速轧制能够有效减少与空气的接触，进而减少氧化铁皮的增长。

（4）精轧机机架间冷却：尽可能多地打开机架之间的冷却水。这样，在轧制模型中，最终轧制热度不会发生剧烈变化，轧制速度也会提高。另一方面，机架间冷却水对减缓氧化垢的生长和去除氧化铁皮有很好的效果。

基于先前的研究，根据前面的相关文献中，作者提出了以下的预防措施：

（1）辊抗剥落水：热度和机械疲劳引起的工作轧辊的外部轮廓上的微裂纹，从而导致氧化铁的积累比例。连接到卷筒上，然后转移到带材外部轮廓和抵靠带外部轮廓按压。辊子的防剥落可延长精轧辊的使用寿命，保护辊面，从而改善辊面外部轮廓质量。相关研究表明，辊式防剥落水功能在提高热轧宽厚钢板的质量上可取得较好的效果。

（2）轧制油轧制：精轧辊采用油雾轧制，在工作辊与带材之间形成润滑接触。注入的油在高温高压下会迅速汽化。对轧辊外部轮廓具有良好的润滑效果，可有效防止粘辊现象，防止轧辊外部轮廓产生较大损伤，提高带钢质量。为了提高产物质量，减少轧辊消耗，必须采用油膜润滑。

四、结论

在热轧钢板上控制氧化铁鳞片是一项艰巨的工作。只有更全面地了解氧化铁结垢的具体原因和部位，才能对氧化铁结垢进行针式控制，并提出相应的措施，提高产物质量。氧化铁垢及其介孔体积和孔径对氧化铁垢的结垢有一定的影响。另外，氧化铁皮较厚，与氧化铁皮结构相邻的氧化铁层是氧化铁，然后向外分别是三氧化二铁和四氧化三铁。然而，随着钢中硅含量的增加，在氧化铁皮与基体外部轮廓之间会形成一层中间材料。通过对这些问题的具体研究和分析，认为热轧宽厚钢板的质量将大大提高。

【参考文献】

[1]陆善忠.热轧高压水除鳞系统的设计[J].上海金属，2001（3）：19-22.

[2]R.Y.CHEN and W.Y.D.YUEN.Examination of Oxide Scales of Hot Rolled Steel Products [J].ISIJ International，2005（45）：52-59.

[3] 魏天斌.热轧氧化铁皮的成因及去除方法[J].钢铁研究，2003（4）.

[4] 宋涛，闵宏刚. 热轧钢板红色氧化铁皮形成原因分析[J].甘肃冶金，2005，（6）.