改进轧钢工艺提升钢板表面耐腐蚀性

陈源昊

（南京钢铁股份有限公司，江苏 南京210035）

钢板的性能通常会因为使用条件而存在着差别，但是其前提条件对于钢板表面的耐腐蚀性都具有较高的要求。而钢板的质量主要包括外形、尺寸、精度、板形以及内在质量，钢的化学成分、冶金质量以及加工工艺都会对于钢板的使用产生影响。本文通过以某钢铁公司为例，研究通过改进轧钢工艺提高钢板表面耐腐蚀性的效果。

1 概述

某钢铁公司的生产工艺布置如下图1所示。

图1 生产工艺布置

该钢铁生产公司近段时间以来，频繁发生钢板表面带有气泡的情况，并且这一现象十分严重，对于钢板的外观造成直接的影响；而表面带有鼓泡状斑点的钢板会非常快出现锈蚀，常常在半个月之内就会出现严重的锈蚀情况，并且锈蚀的起点主要是从气泡点开始[1]。钢板厚度较薄时，起泡现象相对较轻，而钢板较厚时，钢板表面的起泡现象就会比较严重。由于钢材表面在起泡之后，非常容易出现生锈的问题，会对钢板的后续销售与使用等造成严重影响[2]。

2 成因分析

2.1 表层结构分析

对钢板出现起泡现象的表层氧化膜的厚度、成分结构等开展金相组织分析，然后获得结果。

（1）当钢板受到较大的温度变化时，如果氧化膜的厚度越大，就意味着钢板表层氧化膜将会出现较大的内应力，从而出现破裂的情况。

（2）钢板表面在高温状态下，会形成氧化膜，如果温度越高，那么氧化膜的厚度也就会相应的越大。根据调查研究发现，钢板表面温度与氧化量之间的关系如图2所示。如果钢的表面氧化量为1，并且此时的温度是90℃，那么当1000℃的时候，钢板表面的氧化量是2，1100℃的时候，钢板氧化量为3.5，而到了1300℃时，钢板表面的氧化量为7；终轧温度越高的话，钢板表面的氧化情况也会加重。而热轧钢板在正常的情况下，其表面将会存在氧化层，其厚度主要在10μm～50μm之间，并且钢板表面主要是以顺序序列分布的，其顺序依次为外层Fe2O3、中间层Fe3O4、内层FeO，并且其中的内层FeO是处于一个比较稳定的状态。在对于钢板进行加热过程中，钢板表面形成的三种氧化物相是由氧含量所确定的；由于钢板表层存在的接触介质相对偏多，氧含量比较的丰富，导致在Fe中出现大量的固溶，并成为Fe2O3，而钢板中间层则会成为Fe3O4，内层为FeO。对钢板进行热轧工艺过程中，进行加热和冷却的时候所产生的y-Fe2O3、Fe3O4、以及FeO均为立方晶系，其中的Fe3O4相对来说更加的致密，能够有效地避免进一步氧化。

图2 钢板表面温度与氧化量的关系

2.2 冷却工艺分析

该钢铁生产企业所实施的工艺是控制冷却工艺，为了能够保障钢板可以最大程度上符合标准，对于其实施的工艺主要是采取弱冷却工艺，冷床温度通常都会在1000℃以上；将弱冷却工艺应用在钢板中，在冷却过程中，四周冷却不均，表面温度不均是表面起泡的重要原因之一。

（1）弱冷却工艺导致钢板表面冷却不均。轧钢厂穿水装置是由多个小冷却环组合而成的，当钢板在经过每一冷却环时，钢板将会与空气之间产生接触，并且在此过程中，钢板将会出现带水和附着物的情况，而如果水中含油，这一情况则会愈发严重。钢板带出的水在经重力作用下，会导致钢板表面出现不均匀分布的问题，直接导致钢板表面出现鼓泡。

（2）冷却产生的冷却效果不佳。轧钢厂冷却水压力偏低，通常仅有0.4MPa左右，这一温度不足以将钢板表面的蒸汽膜击破，并且也很难将钢板表面的二次氧化膜清除干净，导致钢材在进行再回火的过程中，还会出现新的氧化膜；水冷而导致的温降非常小，经过对其进行反复试验，整个穿水段所获得表面温降通常仅有30℃。穿水之后发生冷却的钢板在这一环节中，只有表面发生了冷却，而钢板在出水之后，其自身的表面温度还会迅速回升，并且钢板厚度越厚，返红温度也就会相应的更高，因此，较厚规格的钢板发生起泡的情况也就会更加常见。

3 应用改进轧钢工艺提升钢板表面耐腐蚀性

为了将钢板表面发生起泡问题的情况进行妥善的解决，通过多次试验，可根据以下途径，来解决此问题。

3.1 降低出钢温度

在钢坯出炉时，适当的降低出钢温度，能够有效地确保将开轧温度从1100℃下降到1050℃，以此来缓解钢板腐蚀性的情况。

3.2 降低二阶段轧制温度

钢坯在进入到精轧的前一个环节中，设置一台中轧预穿水系统，这样可以使二阶段轧制温度降低至900℃～950℃之间，不仅能够有效的提高钢板性能，同时还能够有效地降低钢板上冷床的温度。

3.3 调整控冷工艺

通过对控冷过程中水压、流量、加速度等参数的调节及喷嘴设备、水质的改善，降低返红温度，提升钢板的耐腐蚀性。

4 实施效果

4.1 表面温降得到加强

在控冷过程中，钢板的温降在原有的弱控冷工艺下，温降为30℃，通过调整控冷工艺后，钢板温降能够在80℃左右；在钢板进入冷床后，温度从原有的1000℃以上将会开始逐渐地下降，直到温度处于950℃左右。在保证金相组织与国际标准严格符合的情况下，可以明显的减轻钢板表面上的氧化现象。

4.2 表面质量得到改善

对于经过快速冷却之后的钢板进行金相组织检验，结果见图3，可以发现，钢板表层的氧化膜厚度由42um下降到16μm左右。在快速冷却工艺工作正常条件下，可以有效地解决钢板所存在的起泡的现象。由于表层氧化膜得到一定程度上的完整性，钢板的耐腐蚀性也得到了有效的提升。

图3 工艺改进前后钢板氧化膜厚度

5 结语

①导致热轧钢板发生表面起泡的原因主要有上冷床温度偏高、冷却强度不够、冷却不均等。②原弱冷却工艺无法为钢板提供良好的温降、冷却均匀度等条件，所以导致钢板表层出现了氧化膜过厚的情况，非常容易破裂，这一情况是热轧钢板表面起泡以及容易锈蚀的一道关键因素。③通过利用改进轧钢工艺，降低出钢温度、降低二阶段轧制温度、降低返红温度，使得钢板的冷床温度调整为1000℃以下，从而使钢板表面所具有的的耐腐蚀性得到极大的加强。