热轧钢材表面氧化铁皮微观结构表征技术综述

热轧钢材氧化铁皮控制不当会引起表面缺陷,为了提高热轧钢材的表面质量,需要对其氧化产物结构和状态进行系统的分析检测,包括了解氧化铁皮的种类和结构、氧化铁皮的表面及断面形貌、氧化铁皮或氧化铁皮与钢基体界面处的元素分布等。由于目前表面分析技术种类多,且新技术不断得到应用,本文按照钢材氧化铁皮研究的表征步骤归纳了各种技术的特点和应用情况,可为钢材高温氧化理论研究和生产现场工艺优化提供帮助。     

新一代热轧板带材表面氧化铁皮控制技术的现状与进展

热轧板带材作为海洋、交通、能源等行业的支柱性原材料,力学性能与尺寸精度一直是衡量其质量的最重要指标。然而随着相关行业的转型升级,对其表面质量也提出了严苛的要求,导致大量钢材产品由于表面不过关被降级或判废。由于钢材的氧化在热轧过程中贯穿始终,并受到合金元素及诸多工艺参数的交互影响,很难实现结构、厚度、均匀性的精准控制。尽管前期围绕着“黑皮钢”,已经开发出了一些氧化铁皮的控制方法,但仅局限于强度较低、厚度较薄的汽车结构钢。为此,东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室开发了新一代热轧板带材表面氧化铁皮控制技术,其研发与应用全面提升了我国热轧钢材产品的表面质量。目前,所生产的系列高表面质量产品已达到了国外企业对钢材表面质量的苛刻要求,成功助力我国钢铁行业产品结构的转型升级。     

新一代热轧板带材表面氧化铁皮控制技术的现状与进展

热轧板带材作为海洋、交通、能源等行业的支柱性原材料，力学性能与尺寸精度一直是衡量其质量的最重要指标。然而随着相关行业的转型升级，对其表面质量也提出了严苛的要求，导致大量钢材产品由于表面不过关被降级或判废。由于钢材的氧化在热轧过程中贯穿始终，并受到合金元素及诸多工艺参数的交互影响，很难实现结构、厚度、均匀性的精准控制。尽管前期围绕着“黑皮钢”，已经开发出了一些氧化铁皮的控制方法，但仅局限于强度较低、厚度较薄的汽车结构钢。为此，东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室开发了新一代热轧板带材表面氧化铁皮控制技术，其研发与应用全面提升了我国热轧钢材产品的表面质量。目前，所生产的系列高表面质量产品已达到了国外企业对钢材表面质量的苛刻要求，成功助力我国钢铁行业产品结构的转型升级。     

热轧时钢铁材料高温氧化铁皮的研究进展

钢在热轧过程中发生氧化反应产生大量氧化铁皮,这不仅浪费钢铁资源而且影响其表面质量和耐蚀性,有效地控制氧化铁皮的厚度和结构是迫切需要解决的问题。本文主要从钢中的合金元素和热轧工艺两方面入手,介绍了钢在不同热轧条件下产生氧化铁皮的形态结构和形成机理。重点介绍了合金元素和终轧温度、卷取温度及冷却速度对氧化铁皮的厚度和结构的影响,并对各种条件下氧化铁皮的显微结构和厚度进行了分析,从而能够对氧化铁皮的生成和其引起的各种表面缺陷进行有效的控制。     

钢材表面氧化铁皮结构演变机理与应用控制技术研究进展

从氧化铁皮机械除鳞、钢材表面红色氧化铁皮(红锈)、热轧钢材表面抗腐蚀氧化层、热轧无酸洗钢材表面镀锌及氧化铁皮抗摩擦磨损等方面阐述了氧化铁皮应用控制机理。结合当前市场需求与已有控制技术,指出了未来关于氧化铁皮研究的主要发展方向。     

高压水除鳞技术的应用

在热轧钢材生产中,钢坯表面的炉生氧化铁皮是影响钢材表面质量的主要原因之一,长沙矿山研究院与杭州钢铁股份有限公司热轧带钢厂合作,设计了1套高压水除鳞装置。介绍了该装置的工作原理及其技术参数的确定方法,关键零部件的研制及使用效果等。     

热轧SPHC带钢酸洗行为及其高效酸洗工艺研究

冷轧带钢产品的表面质量主要取决于热轧原料的酸洗质量。针对常规热轧(HR)工艺、CSP工艺及ESP工艺生产的热轧SPHC带钢,对其表面氧化铁皮结构及其酸洗历程进行了对比分析研究;在上述基础上,指出缩短孕育期,使带钢快速进入氧化铁皮大面积剥离阶段是提高酸洗效率的关键,提出了热轧SPHC带钢预升温酸洗工艺,并进行了带钢升温、未升温酸洗试验以验证酸洗效果。结果表明:HR带钢、CSP带钢、ESP带钢表面氧化铁皮均由外层的Fe₃O₄和内层为的FeO组成,前两者氧化铁皮厚度约为6~8 μm,ESP带钢表面氧化铁皮两层之间有较为明显的间隙,总平均厚度约为18 μm。3种热轧带钢的酸洗曲线呈现相同的变化趋势,酸洗效率随着酸液温度及紊流度的提高而提高,且在低温和低雷诺系数下增幅明显。HR带钢与ESP带钢的酸洗曲线接近,相对于前两者,CSP带钢的酸洗效率更高、更易酸洗。热轧SPHC带钢氧化铁皮去除符合S型曲线,经历孕育期,加速期和平稳期的时长的占比分别为40%、40%及20%。板带预升温酸洗工艺实施简单,可使表层难酸洗氧化铁皮快速剥离,缩短酸洗时间约50%,显著提高了酸洗效率。     

热轧高强钢表面氧化铁皮的控制与改善

在热成型过程中,由于氧化铁皮抛丸清除不净,导致在加热后表面覆盖一层黑色氧化铁皮,影响加热温度的测量和精确控制。利用箱式加热炉、场发射电子显微镜和电子背散射衍射仪等设备,分析了460 MPa汽车桥壳用钢在两种不同热轧工艺条件下的氧化铁皮厚度、结构的变化规律。研究表明：工艺二(低温短时烧钢,高温终轧、卷取工艺)条件下的氧化铁皮结构更易抛丸去除,经抛丸、加热模拟试验后,表面无氧化铁皮覆盖物,满足测温要求。     

去除氧化铁皮的新方法介绍

氧化铁皮是热轧钢带较常见的一种产品质量缺陷,不但影响到轧制效率,而且是形成产品表面缺陷的主要原因,对氧化铁皮进行研究十分必要。文章阐述了加热过程中氧化铁皮的形成原因、影响因素、种类和组成,对目前常用的高压水去氧化皮方法进行了介绍。结合节能环保的社会要求,着重介绍了表面生态酸洗法对扁平材热轧过程中形成的氧化铁皮的良好去除效果。     

层流冷却水Cl-浓度和pH值对热轧带钢表面质量的影响

层流冷却水直接喷射到热轧带钢表面,对带钢的表面质量有较大影响。通过对标,武钢某热轧厂层流冷却水Cl-浓度、pH值均偏高。本文实验研究了层流冷却水Cl-浓度、pH值等对热轧带钢表面质量、氧化铁皮结构和厚度以及室温存放的影响。提出了冷却水Cl-浓度应控制在100 mg/L之内、pH值应控制为7.0～8.0,这样能够有效地降低带钢表面的腐蚀速率,减少带钢表面缺陷。     

不同冷却工艺对热轧钢筋表面氧化锈蚀的影响

热轧钢筋在运输和储存过程中其表面会产生锈蚀,影响钢筋的使用及外观质量。分析了钢筋表面锈蚀产生的原因,利用扫描电镜和电子背散射衍射技术,对比了轧后空冷、气雾冷却和穿水冷却工艺下钢筋的抗锈蚀性能,分析了不同冷却工艺对热轧钢筋表面氧化铁皮厚度和结构的影响。结果表明:钢筋表面锈蚀与其表面氧化铁皮厚度、结构和完整性有关,与空冷及穿水冷却相比,气雾冷却工艺通过优化冷却路径,可以获得厚度为10~20 μm、主要由FeO+Fe₃O₄构成的致密复合氧化铁皮,能够对钢筋基体起到保护作用,从而能够延缓钢筋表面生锈,并降低生产成本。     

Formation mechanism of surface scale defects in hot rolling process

Thick oxide scale on steel may result in serious surface defects on hot-worked products. Yield efficiency and productivity of processes are considerably deteriorated by formation of defects. It is highly demanded to establish a way to produce hot-worked steels free from surface defects by controlling oxide scale. The oxide scale shows various behaviors in hot rolling; (a) uniform deformation with matrix steel, (b) cracking, (c) fragmentation, (d) indentation to matrix steel, etc. Through observations using glass coating, it is found that the behavior strongly depends on the rolling temperature as well as the scale thickness before rolling. Temperature drop due to contact with cold rolls is found to cause the cracking and a major reason for the thickness dependence. It is found that the scale cracking is predictable using the estimated scale temperature and the ductile-brittle transition temperature of Wustite (FeO). Then, methodology to produce hot rolled steels without surface defects in industrial processes is presented.     

CSP板带热连轧中氧化铁皮的控制技术

在实验室对不同工艺不同厚度的CSP热轧钢板进行了酸洗速度、表面粗糙度、氧化皮厚度与组成等一系列实验,与传统热轧钢板进行了对比。研究发现CSP生产的钢板的氧化皮组成与传统热轧板接近,但氧化皮厚度、酸洗后钢板表面粗糙度均大于传统热轧钢板,酸洗速度快于传统钢板。     

冲压用结构钢热轧酸洗板生产工艺研究

针对低碳结构钢热轧酸洗板表面氧化铁皮缺陷问题,从加热工艺、精轧轧制润滑以及工作辊冷却等方面分析了不同生产工艺参数对板坯表面质量的影响;研究了钢卷下线入库不同的存放方式对钢卷表面氧化铁皮结构的影响。通过对板坯加热时间、出炉温度的控制,精轧轧制润滑给油量的优化,以及更换精轧工作辊水嘴型号从而增大工作辊冷却水量以保证轧辊表面质量,钢卷入库后采用风机快冷等措施,可以减少热轧酸洗板表面氧化铁皮,有效提高产品表面质量。     

钢坯高温抗氧化涂料应用效果试验研究

由于钢坯在加热过程中温度高、时间长,其表面氧化烧损严重,不仅降低了热连轧过程金属收得率,而且影响轧制过程中高压水的除鳞效果,产生带钢表面质量缺陷,为此出现了高温抗氧化涂料的研究和应用.在某常规热连轧生产线针对低碳钢、微合金钢、耐侯钢,试验研究了一种钢坯高温抗氧化涂料的高温防氧化效果及使用性能.结果表明,试验应用的高温抗...     

轧制过程表面氧化层控制技术的研发应用

基于对热轧氧化铁皮生成机理及缺陷产生机理的基础研究,对影响氧化铁皮生成不同结构和厚度的相关因素进行了详尽分析,得出形成以α-Fe+Fe3O4、FeO以及致密Fe3O4/Fe2O3为主的三大类氧化层结构以及厚度的控制方法,同时对精轧轧辊粗糙度对板带板面质量以及后续涂装质量的影响进行了深入研究。将研究结果应用于实际生产,形成表面免处理化钢、易酸洗钢和直接还原镀锌产品。免处理化产品包括免酸洗和免喷砂钢,用于制造重载汽车的大梁以及集装箱的面板;易酸洗钢可显著降低冷轧的酸液消耗,提高生产效率和酸洗质量;直接还原镀锌工艺采用连退镀锌生产线氢气还原的方法制造合格的镀锌产品,免除酸洗工序。以上技术和产品体现了柔性化制造的工艺思想,减少了对环境的污染,降低了制造成本,形成了氧化层控制及应用的技术路线。