20Cr13不锈钢氧化皮研究

吴月龙 蒋 鹏 张 爽

(山东泰山钢铁集团有限公司，山东271100)

某不锈钢酸洗厂酸洗20Cr13不锈钢退火板时出现大批量重洗现象，重洗原因主要是氧化皮残留缺陷，常规产品06Cr13不锈钢一次酸洗合格率则在99%以上。据了解20Cr13和06Cr13热轧工艺与酸洗工艺差别不大，但20Cr13需进行退火处理，由此判断，重洗率高可能与氧化皮有关，因此对20Cr13氧化皮进行研究，并与06Cr13进行对比分析，找出20Cr13重洗率高的原因。

1 氧化皮对比检测结果

分别取4.0 mm规格20Cr13热轧板、退火板各1组进行氧化皮检测分析，并与同规格06Cr13热轧板进行对比。

1.1 宏观检测结果

氧化皮宏观形貌见图1。20Cr13热轧板与06Cr13热轧板氧化皮宏观形貌基本一致，表面颜色一般为红褐色，20Cr13退火板颜色一般为灰黑色。

利用体视显微镜对3组样品放大20倍后进行观察，结果如图2所示，样品最表层氧化皮颜色均为红褐色，06Cr13热轧板底部氧化皮为灰黑色，20Cr13热轧板和20Cr13退火板底部氧化皮为灰白色，退火板基体较热轧板裸露面积比例更大。

(a)热轧板

(b)退火板

1.2 氧化皮形貌电镜显示结果

分别截取金相试样，磨制、抛光后在扫描电镜下进行厚度测量和形貌观察，结果见表1和图3。06Cr13热轧板氧化皮厚度低于20Cr13热轧板氧化皮厚度，且06Cr13热轧板基体与氧化皮结合部位较20Cr13热轧板光滑，06Cr13热轧板制样过程中氧化皮易出现破碎、脱落现象；20Cr13退火板氧化皮较热轧板薄，且氧化层出现大量银白色颗粒，疑似氧化皮在罩退过程中还原产生，结合部位非常粗糙，氧化层向基体延伸明显。

图2 体视显微镜检测结果Figure 2 Test results by stereoscopic microscope

图3 电镜观察氧化皮结果Figure 3 Scale observed by electron microscopic

表1 氧化皮厚度检测结果Table 1 Test results of scale thicknesses

1.3 氧化皮成分与结构能谱分析

为检测氧化皮成分与结构，对试样进行能谱分析，氧化皮成分主要包含Fe、Cr、O、C、Si、Mn、P、S等元素，因氧化皮主要成分为Fe、Cr、O等元素，可通过能谱分析得到质量百分含量，从而计算出原子数量百分比，根据原子数比例关系推算氧化皮结构。

1.3.1 06Cr13热轧板氧化皮能谱分析

06Cr13热轧板氧化皮能谱分析结果见图4和表2。靠近基体部位氧化皮中Fe2O3与Cr2O3数量比约为9∶2，即靠近基体部位氧化皮结构以Fe2O3为主，同时含有较高数量的Cr2O3；远离基体位置氧化皮中Fe2O3与Cr2O3数量比约为6∶1，即远离基体部位氧化皮结构以Fe2O3为主，Cr2O3含量较低。

1.3.2 20Cr13热轧板氧化皮能谱分析

20Cr13热轧板氧化皮能谱分析结果见图5和表3，氧化皮主要为Fe2O3和Cr2O3。通过观察，发现氧化皮明显分为两部分，即以谱图5与谱图6两个点为界，基体结合处至谱图5氧化皮较为完整，无明显剥落现象，Fe2O3与Cr2O3数量比约为3∶1，谱图6和谱图7至氧化皮表面出现明显剥落现象，Cr2O3含量极低，该部分氧化皮主要为Fe2O3。

图4 06Cr13热轧板氧化皮能谱分析图Figure 4 Energy spectrum analysis diagram of 06Cr13 hot rolled plate scale

表2 06Cr13热轧板氧化皮能谱分析结果Table 2 Energy spectrum analysis results of 06Cr13 hot rolled plate scale

图5 20Cr13热轧板氧化皮能谱分析图Figure 5 Energy spectrum analysis diagram of 20Cr13 hot rolled plate scale

表3 20Cr13热轧板氧化皮能谱分析结果Table 3 Energy spectrum analysis results of 20Cr13 hot rolled plate scale

1.3.3 20Cr13退火板氧化皮能谱分析结果

20Cr13退火板氧化皮能谱分析结果见图6和表4，靠近基体部位氧化皮结构Fe2O3和FeCr2O4，比例约为1∶1；距离基体位置越远，O元素含量下降，原子数低于Fe、Cr元素原子数量，尤其在金相图中发现的疑似金属颗粒物处(Cr+Fe)原子总数∶O原子数约为3∶1。退火板氧化皮中O元素原子数低于热轧板氧化皮O原子数量。

图6 20Cr13退火板氧化皮能谱分析图Figure 6 Energy spectrum analysis results of 20Cr13 annealed plate scale

表4 20Cr13退火板氧化皮能谱分析结果Table 4 Energy spectrum analysis results of 20Cr13 annealed plate scale

2 结果分析与控制措施

2.1 检测结果分析

通过上述对比检测分析可知，06Cr13热轧板、20Cr13热轧板和20Cr13退火板氧化皮存在以下区别：

(1)06Cr13热轧板氧化皮厚度较薄，氧化皮与基体结合部位光滑，制样过程中已发生破碎、脱落。靠近基体部位氧化皮中Fe2O3与Cr2O3数量比约为9∶2，远离基体位置氧化皮中Fe2O3与Cr2O3数量比约为6∶1。

(2)20Cr13热轧板较06Cr13热轧板氧化皮厚，氧化皮与基体结合部位较粗糙，结合较为紧密。靠近基体部位氧化皮中Fe2O3与Cr2O3数量比约为3∶1，远离基体位置氧化皮基本为Fe2O3。

(3)20Cr13退火板氧化皮较热轧板薄，且氧化层出现大量银白色颗粒，疑似氧化皮在罩退过程中还原产生，结合部位非常粗糙，氧化层向基体延伸明显。靠近基体部位氧化皮结构为Fe2O3和FeCr2O4，比例约为1∶1；远离基体位置氧化皮主要为Fe颗粒物和Fe2O3。

由此可知，20Cr13退火板酸洗重洗率高与其氧化皮结构有直接关系，Fe颗粒物、Fe2O3和FeCr2O4构成的氧化皮结合程度紧密，氧化皮与基体结合部位粗糙是造成酸洗重洗率高的主要原因。

2.2 热轧工艺分析

因退火、酸洗工序都是批量生产，相同规格钢带工艺控制波动小，在热轧过程中工艺参数波动相对较大，因此，可从热轧工序对是否重洗钢带轧制参数进行对比分析。

热轧板氧化皮一般在精轧过程和精轧后、卷取前在带钢表面形成氧化层与带钢一同卷曲，并保留到室温状态，对上述20Cr13钢带一次酸洗合格，重洗钢带对应精轧开轧温度、精轧终轧温度、卷取温度3个参数进行对比。结果见表5，20Cr13重洗卷较合格卷精轧、卷取温度控制偏高。

2.3 改进措施

从热轧工艺分析来看，精轧、卷取过程温度偏高，可能会引起氧化皮向基体延伸，造成酸洗重洗缺陷，可从以下两个方面进行工艺改善：

(1)精准控制轧制工艺，在保证产品性能的基础上，适当降低精轧、卷取温度，降低氧化皮生成和减缓氧化皮向基体扩展。

(2)优化酸洗工艺，在保证酸洗速度且不出现过酸洗的前提下可通过适当提高抛丸机电流或提高混酸1段氢氟酸浓度，从而达到彻底清除氧化皮的目的。

表5 热轧工艺对比Table 5 Comparison of hot rolling processes

3 总结

通过进行氧化皮对比检测分析，发现20Cr13退火板酸洗重洗率高与其氧化皮特性有直接关系，可通过降低精轧、卷取温度或适当提高抛丸机电流及提高混酸1段氢氟酸浓度等方式有效提高酸洗合格率。