Mechanical & Chemical Engineering
218《华东科技》
杨 洋，纪玉忠
（江阴兴澄特种钢铁有限公司，江苏 江阴 214400）
摘要：本文对20MnCr 热轧钢材的表面氧化层进行了分析，探讨20MnCr 钢材表面氧化层的成分结构情况。发现钢材局部氧化层内成分中，出现Fe 原子比例高于50%，以及氧化层内层中出现硅橄榄石的情况。并对这2种情况进行了分析。 关键词：20MnCr；表面氧化层；硅橄榄石
氧化层是指在加热和在加热状态下加工时形成的，附着在钢材表面的一层金属氧化物[1]
。对热轧钢材来说，由于不同的热轧工艺和周围环境的不同，造成钢材表面氧化铁皮的结构和厚度会有很大的变化。典型的氧化层结构由最外层较薄的Fe 2O 3、中间层的Fe 3O 4层和靠近基体侧的FeO 层组成。根据Fe-O 平衡相图，在570～1371℃时，FeO 处于稳定状态，而在570℃以下时，FeO 要发生共析反应生成α-Fe+Fe 3O 4的混合产物[2]
。本文对20MnCr 热轧钢材的表面氧化层进行了分析，探讨20MnCr 钢材表面氧化层的成分结构情况。 1 20MnCr 的表面氧化层 1.1 试样的采集与制备 试样从15mm 厚度热轧钢材上取样。钢材的化学熔炼成分符合表1的范围。 表1 20MnCr 熔炼成分（质量分数，%） C Si Mn P S
Cr ≤0.23
≤0.50cao20
≤1.60
0.016点火加热装置
0.005
≤1.00
钢材生产过程采用普通轧制工艺，粗轧开轧温度＞1050℃，终
轧温度＜900℃；钢材热轧完成后，从钢材上切取15×200×200mm 的试块，在实验室制成15×10×20mm 的试样，然后用砂纸打磨，酒精清洗干净。 1.2 结果与分析 对试样的上表面和下表面，分别随机测量2个位置点。测量氧
化层的成分与厚度。氧化层的形貌如图1所示。对氧化层形貌进行观察，发现无论上表面还是下表面的氧化层，都没有明显的结构分层。钢材上表面处的氧化层内部有一定的疏松和孔洞。而钢材下表面处的氧化层内部总体较为致密，局部存在一定的疏松和孔洞。
为分析氧化层内部的成分结构情况，从外向内对不同部位的氧化层，以及氧化层内不同深度位置点的成分进行检测分析。结果如
表2所示。
(a)上表面1 （b）上表面2 （c）下表面1 （d）下表面2
图1 钢材上下表面氧化层
表2 氧化层成分与氧化层厚度 （原子百分比，%）
上表面1 上表面2
下表面1
下表面2 位置点 11 12 21 22 31 32 33 34 41 42 43 44 O 59.8 51.21 56.4 52.1 56.18 55.04 51.07 44.25 53.23 47.48 48.97 51.12 Si 1.96 0.73 2.72 3.64 Fe 40.2 48.79 43.6 45.95 43.82 44.96 48.2 53.03 46.77 52.52 51.03 45.25 总量 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 组成
Fe O
Fe O +FeO
Fe O
Fe O +FeO +Fe SiO
Fe O
Fe O +FeO
Fe O +FeO +Fe SiO小型迷你封口机怎样封口
FeO+Fe +Fe SiO
Fe O +FeO
Fe O +Fe +FeO
Fe O +Fe +FeO
FeO+ Fe SiO
由上表可知，20MnCr 钢材的氧化层外层成分容易变化，Fe 2O 3
或Fe 3O 4或Fe 3O 4+FeO 都有可能成为氧化外层的成分。而氧化层中间层，应以Fe 3O 4+FeO 或Fe 3O 4+FeO+Fe 为主。氧化层内层，以Fe 3O 4+FeO+Fe 2SiO 4为主。这与通常钢材氧化层内部成分有一定的差异，表现在：（1）在下表面42/43点处则发现Fe 原子比例高于50%；（2）靠近钢材基体处，无论钢材的上表面，还是下表面，在氧化层内层，均出现了硅橄榄石Fe 2SiO 4，但厚度较薄，位置紧贴基体表面，且与FeO 共存。应用系统集成
一般来说，氧化层中的成分以Fe 2O 3、Fe 3O 4和FeO 为主，这3种氧化物的Fe 原子数量比例均≤50%。而Fe 原子数量比例＞50%，说明在该点，有从基体处扩散来的Fe 原子。而Fe 原子的扩散需要在
高温条件下才能完成[3]
。这说明，在坯料高温加热阶段形成和产生的氧化铁，由于在氧化层的生长和扩展阶段，氧化层内层的氧化不完全，而形成了高比例Fe 含量的氧化层内层。
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硅橄榄石是一种粘性较强的物质，一旦形成，就很容易在钢材表面残留。硅橄榄石中的Si 原子，是从钢材基体中扩散而来，而Si 原子的扩散须依靠高温条件才能完成。这说明，氧化层内层中靠近基体处的硅橄榄石，是在坯料高温加热阶段形成和产生，并且，由于较强的粘性，导致除鳞未完全清除干净，而得以保留下来的，成为氧化层内层的成分。 2 结语
废盐酸回收20MnCr 氧化层内的成分结构，较为复杂。氧化层外层成分为Fe 2O 3或Fe 3O 4或Fe 3O 4+FeO。中间层成分以Fe 3O 4+FeO 为主。若坯料高温加热时间过长或温度过高，则中间层成分会以Fe 3O 4+FeO+Fe 为主。而氧化层内层，若坯料在高温加热阶段时间较长或温度较高，会产生一定比例的硅橄榄石Fe 2SiO 4，因此，内层成分以Fe 3O 4+FeO+Fe 2SiO 4为主。 参考文献：
[1]吴祝民.热轧带钢氧化铁皮的成因与对策[J].梅山科技,2006(2):56. [2]孙彬，曹光明，贾涛，邹颖，刘振宇，王国栋.热轧高强钢氧化铁皮演变规律的研究[J].钢铁,2010(11):53.
[3]徐蓉.热轧氧化铁皮表面状态研究和控制工艺开发[C].东北大学硕士学位论文,2012.
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