高强船板花斑缺陷原因分析及改进措施

梁玉超 李连任 朱建业

(山东钢铁股份有限公司济南分公司中厚板厂，山东 250101)

随着钢铁市场形势日趋严峻，用户对钢板的表面质量提出了更加严格的要求。部分造船用户反映我厂提供的钢板表面存在花斑缺陷，喷漆后严重影响钢板美观度。我们对花斑产生原因进行了跟踪、分析，并进行了试验，提出了改进措施，使高强船板花斑缺陷得到了显著改善。

1 花斑缺陷特征及规律

钢板经过轧制后，表面呈现不同的颜色，其中有部分钢板表面呈现红、黑颜色相间的情况，红色部分呈条带状分布。这是钢板内部存在不同化学成分的氧化铁皮，红色部分为Fe2O3，黑色部分为Fe3O4。红色氧化铁皮部分通常称为红锈，表面经过抛丸处理去除氧化铁皮露出的钢板本体在强光下观察时，钢板表面呈现凹凸不平的情况，即出现花斑缺陷的形貌。凹凸不平部分的深度差基本都在0.5 mm 以内，对钢板厚度影响不大，但是影响钢板光洁度、美观度。经过现场跟踪发现，不同钢种花斑缺陷的比例差别比较大，各钢种中高强船板花斑缺陷比例最高，而Q235B、SS400 等普碳钢板花斑缺陷比例较小。

对表面呈现条带状红色氧化铁皮分布的钢板进行抛丸对比试验。对整张钢板只抛丸一半，未抛丸的另一边保留热轧后的氧化铁皮，以便进行观察对比，交界处钢板表面形貌如图1 所示。

图1 抛丸交界处钢板表面形貌Figure 1 Steel plate surface appearance on the blasting interface

由图1 可以看出，在抛丸与未抛丸钢板交界处，钢板表面不同颜色的氧化铁皮区域与抛丸后凹凸不平的区域有直接的对应关系。表面氧化铁皮颜色呈红色的部分即有红锈的部分在未抛丸时结构比较松散，局部区域已经脱落，脱落后露出的钢板本体比较粗糙，相对应的区域经过抛丸处理后的表面存在凹陷;表面氧化铁皮呈现黑色的区域，未抛丸部分结构比较致密，无脱落的情况出现，相对应的区域经过抛丸处理后的表面凸出。可见，钢板表面红锈与钢板花斑缺陷有直接的对应关系，因此需要采取措施减少或消除红锈，以改善或消除钢板花斑缺陷。

2 红锈产生机理分析及试验研究

2.1 红锈机理分析

2.1.1 加热过程

研究表明［1］，钢坯在加热、轧制过程中将发生以下一系列反应:

O2与钢的反应:

2Fe+O2=2FeO

3Fe+2O2=Fe3O4

2Fe3O4+1/2O2=3Fe2O3

H2O 与钢的反应:

Fe+H2O=FeO+H2

3Fe+4H2O=Fe3O4+4H2

钢坯在加热过程中，表面生成(1～3)mm 厚的氧化铁皮，称为一次氧化铁皮，在轧制过程中又生成二次、三次氧化铁皮，典型的氧化铁皮结构由内至外依次为FeO、Fe3O4、Fe2O3。研究显示［2］，一次氧化铁皮的构成比例为FeO∶Fe3O4∶Fe2O3=4∶5∶1，该种氧化铁皮的熔点为1 300～1 350℃，影响因素通常为加热温度、加热时间、化学成分及炉内气氛等。研究表明［1］，含硅量高于0.2%的钢在加热到1 250℃以上时，在氧化铁皮与基底金属界面会产生层状的FeO·Fe2SiO4(铁橄榄石)，强度较高，一次除鳞过程中难以将其有效去除，在轧制过程中容易压入钢板表面。

2.1.2 轧制过程

轧制过程中，板坯表面基本形成以FeO 为主的氧化铁皮，在连续轧制中发生变形并与空气接触的表面积增大，被继续氧化成Fe2O3。另外，加热过程中在氧化铁皮和基体之间生成的FeSi2O4牢固粘黏在基体上，在后续热轧过程中被压入钢板表面，还易导致热轧过程中铁皮破碎而形成红锈。

钢板表面红色氧化铁皮的比例与进精轧时氧化铁皮厚度有直接关系，精轧前钢板表面氧化铁皮厚度越薄，成品钢板出现红色氧化铁皮的几率越低。因此，精轧前氧化铁皮厚度应控制在尽可能薄的范围内，以消除红锈。采用刘振宇等人关于恒温氧化动力学估算复杂变温过程中氧化动力学的数值模型，对不同热轧工艺制度的氧化铁皮生长情况进行了模拟计算［3］。结果表明，提高终轧温度、缩短道次间隔时间，可以使氧化铁皮厚度降低至8 μm 以下，达到完全消除红色氧化铁皮的水平。

2.2 试验研究

对高强船板采取在不同工艺条件下轧制的试验，以观察轧制工艺参数对钢板表面氧化铁皮颜色的影响情况，各方案的轧制工艺参数及轧后钢板表面情况见表1。

采取各工艺方案轧后钢板表面质量及进行抛丸后观察的钢板表面质量见图2 和图3。

表1 不同轧制条件下的钢板表面状况Table 1 Surface status of steel plate under various rolling conditions

图2 三种工艺方案轧制后的钢板表面形貌Figure 2 Surface appearances of steel plate rolled by three kinds of technology projects

图3 三种工艺方案抛丸后的钢板表面形貌Figure 3 Surface appearances of steel plate blasted by three kinds of technology projects

由以上各图对比可知，在工艺方案1 中，开轧温度880℃、终轧温度850℃时，钢板表面红锈较多，钢板抛丸后表面花斑缺陷比较严重;在工艺方案2 及工艺方案3 中，随着开轧温度、终轧温度的提高，钢板表面氧化铁皮颜色逐步转变为黑色，表面红锈显著减少，经过抛丸后观察，钢板表面花斑基本消除。但是要注意的是由于终轧温度提高后，钢板强度性能指标难以有效保证，因此需要合理控制终轧温度并对厚规格钢板采取ACC 水冷工艺，以保证钢板强度指标。

3 改进措施

由于铁橄榄石与钢表面及FeO 结合强度较高，一次除鳞水压力达到(30～40)MPa 才能将其有效除去［4］。而除鳞水压力通常维持在18 MPa，改造的可能性很小，因此需要通过优化成分及加热工艺来控制铁橄榄石的产生。通过采取优化化学成分，适当降低Si 元素含量，在加热过程中缩短加热时间，适当降低加热温度，在轧制过程中通过优化轧制工艺以控制铁橄榄石随轧制工艺的变化生成氧化铁皮。根据试验情况，确定了高强船板的轧制温度参数及ACC 冷却工艺参数，见表2、表3。

表2 高强船板轧制工艺参数Table 2 Rolling process parameters of high strength ship plate

表3 高强船板ACC 冷却工艺参数Table 3 ACC cooling process parameters of high strength ship plate

高强船板中间坯不使用IC 进行水冷，以确保中间坯待温过程中氧化均匀;保证开轧温度980℃以上，可以降低轧制节奏，终轧温度必须保证900℃±10℃，严禁最后一道次控温。

4 结语

在高强船板生产过程中，通过优化钢板化学成分，在加热过程和轧制过程中改进工艺参数，明显降低了钢板表面氧化铁皮的生成，并使用水冷工艺保证了钢板强度性能，使高强船板表面花斑缺陷得到了明显改善，钢板质量达到了用户的要求。

［1］宋涛，闵宏刚.热轧钢板红色氧化铁皮形成原因分析［J］.甘肃冶金，2001(3):27-28.

［2］沈黎晨.热轧宽厚钢板表面氧化铁皮的研究［J］.宽厚板，1996(5):10-11.

［3］刘振宇，于洋，郭晓波，等.板带热连轧中氧化铁皮的控制技术［J］.轧钢，2009(1):6-7.

［4］杨峰，欧鹏.热轧产品红色氧化铁皮成因及消除方法的研究［J］.钢铁，2002(2):380-381.