基于热轧全流程氧化铁皮控制的耐蚀性工艺

 针对热轧生产流程实际工况,系统研究了热轧、卷取阶段的三次氧化铁皮演变规律,旨在不增加生产成本的前提下,通过调整热轧生产工艺控制氧化铁皮结构,利用热轧后生成的氧化铁皮作为防护屏障,提高钢材耐蚀性能。结果表明,在不同轧制温度下,三次氧化铁皮结构从外到里分别为Fe₂O₃、Fe₃O₄和FeO,由于FeO中的阳离子空位密度大,导致其比例最大,并且随着轧制温度增加,氧化铁皮中的FeO层厚度逐渐增厚,并且其比例也逐渐增加。通过模拟连续冷却试验发现氧化铁皮结构转变关系呈现出“C”曲线的形式。在450～550 ℃温度范围内卷取时,FeO发生共析反应程度达到峰值,同时可以看出在高温下卷取可以有效抑制共析转变的发生。通过大量的试验研究表明,获得以先共析Fe₃O₄为主的完整氧化铁皮的结构类型,是有效提高热轧钢材耐蚀性的主要控制方向。因此在国内某钢厂热连轧生产线进行了基于氧化铁皮控制的耐蚀性工艺试轧试验和盐雾试验,结果表明,氧化铁皮完整致密,并且其结构类型主要为先共析Fe₃O₄,因此利用轧制工艺调整改变钢板表面氧化皮结构,钢材耐蚀性能得到显著提高。     

Fe-Cr钢在空气中的氧化行为

 为了测定不同质量分数的铬元素对钢高温氧化行为的影响,采用热重法对Fe-5Cr钢与Fe-10Cr钢在800～1 200 ℃下进行高温氧化研究。建立了两钢种的氧化动力学模型,计算出了两钢种的激活能。利用金相显微镜和X射线衍射对两钢种氧化后的断面形貌和物相进行了分析。结果表明,两钢种的高温氧化动力学曲线遵循抛物线规律,Fe-5Cr钢的激活能小于Fe-10Cr钢。800 ℃下,Fe-5Cr钢生成不连续的氧化铁皮,Fe-10Cr钢氧化铁皮极少部分形核。900～1 200℃下,氧化铁皮结构由外向里依次为Fe₂O₃、Fe₃O₄和Cr₂O₃。由于Cr₂O₃的阻碍作用,氧化铁皮中没有发现FeO。由于高温和高氧分压,Cr₂O₃失效,导致两钢种在1 000～1 200 ℃下具有相似的氧化速率。     

静电复印用载体铁粉氧化膜的微观研究

用金相、X光、扫描电子显微镜和俄歇谱仪(AGUER)等对静电复印机用载体铁粉的氧化膜进行了微观分析和研究。结果表明:当载体铁粉氧含量为2%左右时,在其颗粒表面形成的Fe₃O₄膜层,厚度约2μm:当氧含量超过5%时,则载体铁粉中有一部分颗粒的氧化膜层显著加厚,甚至可达5-8μm,这种厚的氧化膜已不再是单一的Fe₃O₄膜,而是在Fe₃O₄膜与α-Fe基体之间出现的厚度不均匀的低价氧化铁(FeO)层。FeO的出现将降低载体铁粉的性能和使用寿命。     

铬元素添加对热轧低碳钢高温氧化行为的影响

 为了研究铬元素和加热工艺参数(加热温度、保温时间)对热轧低碳钢表面氧化铁皮形成过程的复合作用,采用热重分析法研究了铬含量对低碳钢在1 100~1 250 ℃空气中氧化行为的影响规律,计算了氧化速率常数,并对比了不同试验条件下氧化铁皮的物相组成、显微结构以及微区元素占比。结果表明,所有氧化过程均呈现两阶段特征,即初期氧化动力学曲线呈线性规律,中后期逐渐转变成抛物线规律,而从线性到抛物线转变所需时间会随着钢中铬含量的升高而缩短;同时,铬元素添加后氧化铁皮的结构由最外侧的Fe₂O₃层、中间的Fe₃O₄层和FeO层以及靠近基体的富铬尖晶石(FeCr₂O₄)层组成,FeCr₂O₄层在氧化过程中通过阻碍铁离子和电子的外扩散,降低了氧化速率,从而显著提高低碳钢的抗高温氧化性能。     

氧化铁皮微观结构对M510L钢表面氧化铁粉重量的影响

利用不同热轧工艺获得不同微观结构的氧化铁皮,通过电子天平、扫描电子显微镜等分析了M510L钢表面氧化铁粉重量与氧化铁皮微观结构之间的关系。结果表明,相同厚度规格的M510L钢的表面氧化铁粉重量与氧化铁皮厚度及微观形貌有关,氧化铁皮厚度在7~9mm范围内时,M510L氧化铁粉重量主要与氧化铁粉微观形貌有关。微观结构特征为10%FeO+90%Fe_3O_4,且FeO呈岛状均匀分布在Fe_3O_4中,对应的M510L钢的氧化铁皮粘附性最好,表面氧化铁粉重量小于1.0g/m~2。     

硅钢高温氧化铁皮的显微结构表征

利用电子探针面分析、状态分析及电子背散射衍射相分析技术研究硅钢高温氧化铁皮的显微结构。电子探针面分析可以直观的看出元素的分布状态,初步判断氧化铁皮的结构,而状态分析可以准确表征常规氧化铁皮中铁元素的状态,对于合金元素富集区域则通过电子背散射衍射相分析技术来标定。结果表明,高温氧化铁皮的结构主要有4层,即最外层为厚度约为10 μm的Fe₂O₃相,次外层为Fe₃O₄相,中间层为FeO相上分布有颗粒状的Fe₃O₄相,最内层为FeO相和Si元素富集的Fe₂SiO₄相。其中Fe₂SiO₄层的分布特征与加热温度密切相关:1 100 ℃时,Fe₂SiO₄相呈颗粒状,弥散分布在FeO层;1 200 ℃时,Fe₂SiO₄相呈液态,侵入基体和疏松的FeO层,且沿着FeO晶界呈网状分布。     

在线盐浴热处理生产高性能Fe-C-Mn-Si高碳钢线材

为满足制丝行业对大规格高强高塑性线材原料的需求，研发了青钢高速线材轧机多功能在线盐浴热处理(QMIT)工艺，并研究了QMIT工艺参数对Fe-C-Mn-Si高碳钢显微组织、力学性能和氧化铁皮的影响规律。与传统风冷工艺相比，QMIT大幅降低了粗大珠光体、先共析渗碳体、游离铁素体、离异珠光体和芯部马氏体等异常组织的产生概率。大规格高强度高塑性YL82B线材抗拉强度为1 215～1 325 MPa,断面收缩率为40%～48%,抗拉强度通圈差小于35 MPa。QMIT盘条氧化铁皮分为2层，白亮的外层为Fe₃O₄,灰色的内层为FeO,内层FeO层上有球状或者岛状的Fe₃O₄。随着盐浴温度的升高，氧化铁皮的厚度基本一致，但内层FeO中分布的岛状先共析Fe₃O₄的尺寸和数量明显增大。综合来看，采用较低的盐浴温度既能获得良好的显微组织和力学性能，又能获得适于机械剥壳的氧化铁皮。     

电子探针分析钢表面氧化铁皮的状态

利用电子探针(EPMA)对标准样品及待测钢板分别进行了状态分析试验,结果表明:电子探针可有效判定钢表面氧化铁皮中Fe元素存在的不同价态,其中Fe元素L_β/L_α峰强比对照法最为实用,即通过电子探针测试获得待测试样的Fe元素Lβ/Lα峰强比,然后将该比值与标准样品的Fe元素Lβ/Lα峰强比进行对照,即可判断待测试样氧化铁皮层内不同位置铁的价态,从而鉴定物相为Fe₂O₃、Fe₃O₄、FeO或单质Fe。经多次测试,Fe₂O₃、Fe₃O₄、FeO、单质Fe 4种相的Fe元素Lβ/Lα峰强比分别为0.36、0.41、0.47、0.08,最大统计不确定度为0.02。依据Fe元素Lβ/Lα峰强比的差异,电子探针可对截面试样氧化铁皮的不同灰度区域进行物相鉴定,此外,还可对表面试样的氧化铁皮缺陷进行状态分析。     

含Cr合金钢线材氧化铁皮分析与工艺优化

研究了低碳钢、低合金钢以及含Cr的合金钢不同温度时的氧化情况，测量铁皮厚度并对铁皮进行物相分析，发现含Cr的合金钢线材在850℃氧化时，容易生成Fe₃O₄，且缓冷时铁皮又以Fe₂O₃为主。正常轧制时，含Cr的合金钢线材在850℃吐丝以及缓慢冷却时容易生成以Fe₃O₄为主要成分的铁皮，对后续的酸洗除鳞不利。提高吐丝温度到900℃以上，并且吐丝后开启保温罩，可以提高FeO的含量，从而改善氧化铁皮的除鳞性能。     

Q235B热轧带钢氧化皮开卷易剥落原因分析

Q235B热轧带钢(尤其是10 mm以上厚规格)氧化皮开卷剥落严重，污染作业环境，影响焊管焊缝质量。为查明原因，选择9.45 mm、11.45 mm、16.2 mm 3个规格的Q235B热轧带钢，利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、X射线能谱(EDS)等手段进行了氧化皮物相结构定性及无标样全谱拟合定量分析、微观结构和形貌特性表征、微区成分分析。结果表明：9.45、11.45、16.2 mm 3个规格Q235B热轧带钢氧化皮物相以Fe₃O₄、Fe₂O₃、FeO三相结构为主，未见2FeO·SiO₂(铁橄榄石),Si以SiO₂形式存在；氧化皮裂纹微观结构反映出：随着带钢厚度的增加氧化皮内的应力状态发生着改变，9.45 mm热轧带钢氧化皮内应力表现为压应力，11.45 mm热轧带钢氧化皮内应力表现为拉应力，16.2 mm热轧带钢氧化皮内应力表现为拉应力与压应力；另外，3个规格Q235B热轧带钢氧化皮内均存在微观结构缺陷如气孔、裂纹、孔隙、卷渣等，这些缺陷...     

汽车大梁用热轧黑皮表面钢的生产工艺探讨

在分析热轧钢板表面氧化铁皮结构及影响因素的基础上,探讨了汽车大梁用黑皮表面钢的生产工艺技术.对510 MPa级的黑皮钢,可以通过较低硅含量的成分设计和适当的轧制工艺控制来实现;而对于高强度的610L,由于FeO的共析转变温度较低,还需要严格的钢卷冷却控制才能实现.     

热轧结构钢氧化铁皮结构及其对酸洗质量的影响

为研究热轧结构钢氧化铁皮厚度、结构及其对酸洗质量的影响,设计了"高温、低冷速"和"低温、高冷速"两种热轧工艺,并进行了热轧结构钢的生产制备.利用光学显微镜、扫描电镜分析了带钢宽度方向上氧化铁皮的厚度分布、结构特点和带钢酸洗后的表面形貌;基于不同热轧工艺下氧化铁皮厚度、结构差异,对带钢的酸洗效果以及酸洗色差缺陷的产生机理...     

HRB400螺纹钢的高温氧化行为及动力学

为了优化HRB400螺纹钢氧化皮结构,以提高耐蚀性能,采用热重法研究了试验钢空气条件下在800、850、900、950、1000和1050℃温度下的氧化行为,建立了氧化动力学模型,计算出试验钢的氧化激活能,借助扫描电镜(SEM)分析和确定氧化皮结构和组成.结合螺纹钢的实际生产情况讨论了螺纹钢氧化皮形成规律,建立了螺纹钢...     

700 MPa级别热轧高强钢氧化铁皮结构转变规律

选取700 L作为试验用典型钢种，利用高温同步热分析仪（TGA）研究了热轧过程中不同卷取温度和冷却速率条件对氧化铁皮结构转变的影响规律。实验结果表明，450～500 ℃为700 L共析转变的“鼻温”区间，此时共析转变的孕育期最短，容易发生共析转变，生成大量的共析组织（Fe+Fe₃O₄）。相较于其他成分钢种的氧化铁皮共析组织转变规律，700 L中添加的Mn、Nb、Ti元素会使晶粒细化，进而使参与反应的离子的扩散通道增加，并最终使共析转变速率发生一定的延迟，共析“C”曲线整体出现向左偏移。      

斯太尔摩工艺参数对72A钢盘条氧化铁皮剥离性能的影响

用扫描电镜和弯曲试验研究了吐丝温度和斯太尔摩风冷线Ⅰ～Ⅲ段冷却速度对72A钢盘条（/%:0.70～0.75C,0.15～0.35Si,0.35～0.60Mn,≤0.025P,≤0.025S）氧化铁皮层厚、组成结构和剥离性的影响。结果表明,氧化铁皮的剥离性主要与铁皮厚度有关,10～20μm厚的氧化铁皮具有较好的机械剥离性。FeO层与氧化铁皮的剥离性呈正相关关系,FeO层达到9μm以上具有较好的剥离性,Fe₃O₄层与氧化铁皮剥离性呈负相关关系;FeO层厚比随冷却速度的提高而增加,当吐丝温度到910℃,提高斯太尔摩风冷线各段冷却速度,Ⅰ段为6～7.5℃/s,Ⅱ段为12～20℃/s,高碳钢盘条的机械剥离性得到了有效改善。     

不同应力状态下带钢的破鳞机理

利用自主设计的拉矫机对热轧带钢进行不同应力状态的破鳞试验,采用金相显微镜、扫描电镜和能谱分析对破鳞前后氧化皮的表面和界面进行分析,研究了带钢不同应力状态下的破鳞机理.试验结果表明,随着拉应力和压应力的增大,氧化皮全剥落率不断增大,并逐渐趋于稳定,且压应力的破鳞效果强于拉应力;拉应力作用下氧化皮以分层剥落为主,外层Fe3O4发生剥落,内层FeO仅在缺陷处发生少量剥落;而压应力作用下氧化皮以全剥落为主,临界弯曲应力随剥落量的增大而增大.     

铌对65SiCrV6弹簧钢氧化增重的影响

 铌对Si-Cr-V系弹簧钢强度和脱碳层特征的影响已受到较多关注,但铌对该系弹簧钢氧化增重影响的研究还较少。以65SiCrV6弹簧钢为研究对象,在其中添加质量分数约0.017%的铌(65SiCrV6Nb)。采用SEM+EDS、XRD、TEM、FactSage化学热力学软件、反应扩散理论和数理统计相结合的方法,从研究铌加入是否会对该弹簧钢在炉氧化增重和氧化铁皮物相组成等产生明显影响的角度,对铌加入是否会对该弹簧钢高压水除鳞难易度产生影响进行评价。结果表明,铌的加入提高了锻态65SiCrV6钢中的珠光体和未溶M(C,N)的相对含量,降低了铁素体的相对含量,并细化了组织。在氧气浓度为2%~7%(体积分数)、加热速度为8~20 ℃/min、保温温度为1 050~1 150 ℃和保温时间为60~90 min等工艺条件下,铌的加入使65SiCrV6钢的氧化增重明显提高,提高幅度为2.54%~27.82%且具有统计学意义。影响试验钢在炉氧化增重的主次效应依次为保温温度>保温时间>加热速度>氧气浓度,保温温度和保温时间对试验钢在炉氧化增重的影响为正相关,氧气浓度和加热速度对试验钢在炉氧化增重的影响为负相关。65SiCrV6钢在炉氧化增重达最小值的工艺为氧气浓度为7%、加热速度为14 ℃/min、保温温度为1 050 ℃和保温时间为60 min;65SiCrV6 Nb钢在炉氧化增重达最小值的工艺为氧气浓度为7%、加热速度为8 ℃/min、保温温度为1 050 ℃和保温时间为60 min。影响铌对65SiCrV6钢在炉氧化增重提高幅度的主次效应为保温时间>保温温度>加热速度>氧气浓度。铌的加入使65SiCrV6钢在炉氧化增重提高幅度最小的工艺为氧气浓度为2%、加热速度为8 ℃/min、保温温度为1 050 ℃和保温时间为75 min。由反应扩散控制的氧化固态相变是造成保温温度、保温时间、加热速度和氧气浓度对试验钢在炉氧化增重产生不同影响的主要原因。铌的加入未改变65SiCrV6钢表面氧化铁皮的3层结构特征,氧化铁皮由外向钢基体主要由Fe₂O₃、Fe₃O₄和FeO(或FeO+Fe₂SiO₄)等构成。铌的加入降低了65SiCrV6钢氧化铁皮中Fe₂SiO₄的相对含量,对高压水除鳞有利。