董文扬
【期刊名称】《《天津冶金》》
【年(卷),期】2019(000)0z1
【总页数】4页(P25-28)
【关键词】氧化铁皮; 表面缺陷; 形成机理; 改进措施
【作 者】董文扬
【作者单位】天津钢铁集团有限公司技术中心 天津300301
【正文语种】五轴联动雕刻机中 文
0 引言
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随着制造业开始向高质量发展迈进，钢铁行业在回暖的同时，市场竞争也开始变得激烈起来。以市场需求为主，从质量上满足客户需求是企业生存和发展的长远目标。氧化铁皮不仅会对钢板的表面质量产生影响，严重者可能会影响设备生产情况，从而使后续产品质量下降，造成恶性循环，最终导致经济效益下降，给企业的生产经营带来损失。本文主要探讨了在生产钢板过程中产生氧化铁皮导致的表面缺陷形成机理以及解决措施。通过实施相应形成机理的配套改进措施，使因氧化铁皮导致的表面缺陷大幅降低，实现提升收益的目标。
1 氧化铁皮的组成、产生条件及导致的表面缺陷
1.1 氧化铁皮的组成
氧化铁皮由Fe和O两种元素组成，表现为氧化亚铁、氧化铁与四氧化三铁的混合物。氧化铁皮的中心层为FeO，当温度低于570℃时在氧化铁皮中的含量与温度成正比，当温度达到700℃时，在混合物中FeO的含量高达95%，一般在 [1370℃,1425℃]的温度区间内开始融化，并会加速氧化铁皮的生成。氧化铁皮的中间层为Fe3O4，当温度低于500℃，中间层由其单一相组成；当温度超过700℃时Fe3O4开始向FeO转化；在更高温度下Fe3O4只
占氧化铁皮含量的4%。氧化铁皮的最外层为Fe2O3，一般存在于高温环境下，且只占氧化铁皮含量的1%。轧钢厂氧化铁皮金相形貌见图1。
1.2 氧化铁皮的产生条件
影响氧化铁皮生成的因素主要有钢坯的合金成分、钢坯在加热炉中的加热时间和温度以及炉内条件等。钢中的合金元素C、Si、Ni、Cu促进氧化铁皮的生成；Mn、A1、Cr可以减缓氧化铁皮的生成[1]。氧化铁皮的厚度会随着钢坯加热时间的延长、加热温度的提高而变厚。炉内气体主要有CO、H2、CO2、H2O、O2、SO2，其中SO2会在高温下与钢坯发生反应生成液态硫化物，这不仅加速了氧化铁皮的生成，还提高了氧化铁皮与金属的接触粘度，使去除氧化铁皮的难度大为增加。 氧化铁皮通常呈红褐，其中生成的Fe3O4的比例越高则颜越深。这既会影响产品外观，又会在生产过程中造成设备的损耗，如轧辊磨损加重。在轧制过程中，由于除鳞不彻底或者钢坯表面有划伤导致高温氧化铁皮残留于钢坯表面或者边角部位，在轧制后期会被轧辊碾压压入热轧钢板次表层，基体与表层之间被隔离开来。 图1 轧钢厂氧化铁皮金相形貌
1.3 氧化铁皮导致的表面缺陷
氧化铁皮引起的缺陷质量问题，较为常见的有麻点、凹坑和翘皮。以下主要讨论这3种缺陷。
1.3.1 麻点缺陷
麻点是指在钢板表面分布的块状或条状的深浅不同形状各异的小凹坑或凹痕[2]。轧钢厂麻点缺陷宏观图见图2。
一般而言，缺陷方向与轧制方向一致。该缺陷部位颜偏暗，大小不一，深度各异，具有一定的规律性，表面凹凸不平，呈点状分布。冷却至常温后，用手触摸凹凸感不明显。轧钢厂麻点表面能谱分析见图3。
图2 轧钢厂麻点缺陷宏观图
图3 轧钢厂麻点表面能谱分析
由能谱分析可知其主要元素为Fe和O，典型的由氧化铁皮压入所致。根据不同的形成机理，
麻点缺陷可能是由轧制过程中产生的一次氧化铁皮、二次氧化铁皮和三次氧化铁皮所导致，其中三次氧化铁皮的压入是产生麻点缺陷的主要原因。一次氧化铁皮是指在进行轧制前，钢坯要在加热炉中进行保温和均热化，在此阶段其表面产生的氧化铁皮。二次氧化铁皮则是经过高压水除鳞后，在传送至轧机前钢坯表面与空气和水进行氧化反应生成。一次氧化铁皮和二次氧化铁皮由于除鳞不净，在钢坯表面残留，在钢坯被咬入工作辊后，被碾碎形成琐屑，在轧制时挤压基体，生成麻点。三次氧化铁皮主要由两方面原因形成，一是由于工作辊辊面氧化膜脱落，二是由前者导致辊面粗糙，在轧制过程中其突出的部分对钢坯表面产生类似犁沟的作用，使钢坯在变形过程中产生的新鲜表面被氧化，从而生成三次氧化铁皮。在随后的轧制道次中，先形成的氧化铁皮被轧碎，碾入钢板表面而形成麻点缺陷[3]。
1.3.2 凹坑缺陷
凹坑是指在钢板表面有低于轧制面分布的局部或者连续的比较大的深坑[4]。该缺陷泽暗淡，一般凹坑内残留黑粉状物或无残留，通过电镜进行现场查看，可以发现该缺陷内部组织较为稀松。能谱分析结果显示该缺陷表面残留元素为O和Fe。据此推测该缺陷是由于
除鳞不净，残余的氧化铁皮引起的。氧化铁皮中的Fe3O4、Fe2O3塑性相对较差，不能随基体进行同步延伸，在后期成型后，随着应力的缓慢释放，逐渐脱落，形成凹坑。轧钢厂凹坑缺陷宏观图见图4。
1.3.3 翘皮缺陷
图4 轧钢厂凹坑缺陷宏观图
由氧化铁皮引起的翘皮缺陷形状一般较为规整，沿轧制方向呈带状分布，缺陷部分翘起或脱落，脱落区域显现为黑褐。翘皮通常与基体紧密相连。通过进行能谱分析可知只有Fe和O元素，故确认细缝中的琐屑为氧化亚铁、三氧化二铁、四氧化三铁混合物，为典型的氧化铁皮缺陷。掀开翘皮后，表面泽发暗，在尾部与基体紧密相连。由此可见，翘皮缺陷是由于在热轧过程中，除鳞不彻底或者钢坯表面有缝隙裂纹而导致的，在这一过程中钢坯表面残留的高温氧化铁皮在轧制时被压入热轧钢板次表层，割裂了基体与表层之间的联系，最终在压入部位形成明显的间隙。在后续的轧制过程未能将上述间隙压合，最终形成热轧钢板表面翘皮缺陷。或在轧制时，钢坯存在的皮下气泡被拉开，进行氧化反应形成局部烧损最终形成翘皮。
2 改进措施扫路刷
通过从传送过程、加热制度、除鳞系统和工作辊4个方面优化与改进来提升钢板表面质量状况。
2.1 传送过程
在传送过程中，防止出现钢坯的划伤类缺陷。一是在保证生产节奏的情况下，加大对生产线辊道的点检频率，避免出现抱死辊、保证辊面清洁无毛刺压痕凸起等，优化点检制度，尽可能的使设备处于良好运行状态。二是适当降低生产线辊道辊速，避免出现钢坯打滑现象引起的划伤。
双层布2.2 加热制度
优化加热制度，首先使钢坯的加热温度均匀化，将均热温度、保温温度、出钢温度分别控制在[1250℃ ，1280℃ ]、[1080℃ ，1120℃ ] 和 [1 050℃ ，1120℃]3个区间内，控制钢坯尾部温度比头部温度高25～45℃，上表面加热温度则比下表面温度高25～45℃，避免在炉头位置摆放钢坯。与此同时，也要到能耗与表面质量之间的有机结合点，尽量降低能
耗，节约成本。其次，在保证充分燃烧的前提下，精细化控制炉内气体配比，降低充分燃烧后的炉内自由氧的含量，将煤气热值保持在微正压状态，防止出现炉内负压冷风进入。最后，根据钢坯的不同钢种控制适宜的在炉时间。
2.3 除鳞制度
改进除鳞系统，将高压水除鳞的压力下限设置为18 MPa，此外，通过优化喷嘴高度、角度，调整喷嘴间距和及时更换喷嘴等措施，使其最大化地去除轧制过程中产生的二次氧化铁皮。
2.4 工作辊状况
体育馆看台膜结构
合理利用工作辊的不同轧制时期。工作辊在轧制过程中于辊面生成一层氧化薄膜，在生成氧化膜的初期进行轧制对改善钢板表面的质量大有裨益。在更换新的或刚磨削好的轧辊后，在开产轧制时容易出现打滑现象，随着轧制过程的逐渐进行，辊面开始生成氧化薄膜，在产出550～750t的钢板后，已完全生成氧化薄膜，轧辊进入稳定状态。氧化膜在轧辊末期会脱落，掉入工作辊与钢坯间，进行轧制时，可能会引发上述表面质量问题。因此，应在此阶段进行工作辊的更换，避免轧辊末期的轧制作业。
3 取得效果
通过上述措施的实施，对比2019年3、4月Q355B钢板中因氧化铁皮导致的缺陷钢板占该钢种月产量的比例，由3月的1.744%降低至4月的1.276%。单就Q355B钢板可实现175541.93元增收，吨钢提升效益6.76元。通过Q355B在全部板材中的存在比例和不同钢种当月毛利率进行粗略估算，预计理想情况下全月可以增收1065052.36元。
4 结论
综上所述，对氧化铁皮的组成、产生条件及导致的表面缺陷形成机理进行分析，可以看出，氧化铁皮的对表面质量的影响方式具有多样性。为了确保改进措施的有效性，同时减少对实际生产的影响，应尽可能地利用非生产时间进行改造工作。通过对传送过程、加热制度、除鳞系统和工作辊4个方面优化，可以降低氧化铁皮导致的表面缺陷，提高企业的生产经营效益。
参考文献
【相关文献】
[1]黄庆学，梁爱生．高精度轧制技术[M]．北京：冶金工业出版社，2002.
[2]张宇军．中厚钢板表面麻点产生原因分析[C].第四届中国金属学会青年学术年会论文集.2008．
[3]夏先平，何晓明，孙业中，等．三次氧化铁皮缺陷的成因分析[J]．宝钢技术，2002(4):33-36．
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