炉生氧化铁皮研究

陈宇杰　程广萍

摘要：在热轧生产中，板坯在热轧前需经高温加热，在加热过程中不可避免的会有氧化铁皮的产生，这会造成板材的成品率下降，也会造成钢材表面质量的下降。加热炉中产生的氧化铁皮，除鳞的时候未能完全除干净，在后续轧制生产过程中，会被压入钢基体，造成难酸洗，酸洗除不尽。本文主要通过高温氧化模拟实验，分析保温温度和保温时间对氧化铁皮的影响。运用显微分析、扫描电子衍射等试验手段研究出，分析FeO造成氧化铁皮缺陷的主要原因。

关键词：热轧；氧化铁皮；研究

1 实验材料和实验方法

1.1 实验材料

实验材料为马钢四钢轧生产线的热轧板，材质为SPCC，其平均的化学成分为C（0.050%）、Si（0.030%）、Mn（0.220%）、P（0.012%） 、S（0.007%）。

试样用剪切机切割板坯，切取小块，长宽约为30～40mm。然后用盐酸酸洗，去除表面原始的氧化层，再用蒸馏水冲洗试样后，再用吹风机吹干，最后试样表面残留少数氧化铁皮，用砂纸对试样的表面和侧面打磨，使原始氧化铁皮量降低到最低。为了接近生产实践，实验温度设为1180℃、1190℃和1200℃，加热时间分别为3小时和4小时，试样放入电阻炉加热保温氧化后，待空气冷却，作氧化铁皮结构分析，并利用实验室高温加热氧化实验，研究热轧加热工艺對氧化皮结构的影响，借助扫描电镜以及能谱分析等手段对氧化铁皮的显微结构进行分析，分析氧化铁皮结构随热轧加热温度和保温时间的变化规律。

1.2 实验结果分析

试样试样在炉内高温氧化后，温度在1180℃时，氧化铁皮表面生成的膜较薄且易碎，当温度在1200℃时，氧化铁皮表面生成的膜较厚而硬，温度在1190℃和1200℃时，用力敲击氧化铁皮内层，基本都能去除，可能会残留极小部分的氧化铁皮仍粘附在氧化铁皮基体表面。

利用扫面电子显微镜对上述保温温度为1190℃、保温时间为240min的试样进行微区成分分析，图给出了扫面电镜下氧化铁皮组织形貌，对靠近钢基体的氧化铁皮区4，外层的氧化铁皮区1、2、3、5进行微区能谱分析，结果见表。

根据上述的扫描电镜照片和能谱分析结果可以得出以下的结论：区域1、2、3、4中的氧元素和铁元素的原子比接近1：1，结合三种氧化物的原子比可以推断，1、2、3、4区域中的主要成分为FeO；对各个微区进行打点能谱分析，结果发现Fe元素的含量均接近100%，所以可以推断这些微区存在游离态的Fe；观察区域5中的Fe和O的原子比，发现明显大于1：1，可以推断在区域5中含有大量游离态的Fe；对3区和4区之间的黑色带状区域进行打点能谱微区分析，发现该区域中的白亮点的Fe含量为100%，其他非白亮区Fe含量几乎为0，因此可以推断3区和4区之间的黑色带状物是环氧树脂，这可能是4区和3区的氧化铁皮发生分离而环氧树脂填充到里面所致。由此可以判断出点3所在的区域和点4所在的区域之间比较容易分离，而最靠近基体的氧化铁皮层同钢板基体结合得较为紧密。

氧化是一种扩散过程，温度对氧化有非常显著影响，加热温度越高，氧化扩散越快，氧化速率就越快，金属的消耗量就越大，在1000℃以上氧化会急剧上升。开始氧化铁皮增长较快，而后逐渐减缓，因为氧化铁皮形成后，最外层的稳定的氧化膜Fe2O3，阻碍基体金属的氧化。但氧化铁皮层内部，板坯随着加热温度的升高和保温时间的延长，随着铁和氧的扩散，新的氧化物在氧化铁中生成，则会在氧化物中产生压应力，从扩散产生裂纹，易于在氧化铁皮/金属界面以及晶体处聚集集成空洞析出，减小了氧化铁皮与金属的接触面积，所以钢板表面起伏不平现象越严重。所以，随保温时间延长和加热温度升高，钢板表面形成一层氧化铁皮，氧化铁皮同钢基体的啮合程度越严重，钢基体表面的粗糙度越大。

3 结论

3.1 钢铁在高温氧化后，表面会产生分层的氧化铁皮。外层的氧化铁皮较厚而且易脱落，所以其粘附强度可以忽略不计；内层的氧化铁皮较薄，与基体的结合力与加热温度和保温时间有关。

3.2 氧化铁皮内层基体的粘附性随着加热温度和保温时间的增加而增强。随着氧化铁皮与基体的粘附性的增加，会造成除鳞的时候未能完全除干净，从而影响后续生产。

3.3 外层的氧化铁皮比较容易发生分离。内层的氧化铁皮粘附性强的区域，含有很薄的一层FeO层，很有可能保留下来，并随轧制压入到钢坯中形成缺陷

参考文献

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