厚规格热轧大梁用钢表面质量改进探讨及实践

李海波

（攀钢集团攀枝花钢钒有限公司热轧板厂，四川 攀枝花 617000）

攀钢1450mm热连轧机组自投产以来，经三次技改，其产能从100万吨/年提高到了280万吨/年，形成了大梁板，车轮钢等系列特色汽车结构用钢。但是，随着市场的竞争及下游用户环保压力的增加，用户对热板板的表面质量要求越来越高，主要表现在：用户将逐步拆除酸洗线，要求热轧板原料在不经酸洗的情况下成形时不出现明显的“掉粉”现象。针对用户要求的变化，钢企的做法主要有两种处理方式，一是通过优化热轧工艺，改善热轧板表面氧化层结构，以形成薄且致密的氧化层；二是通过EPS（Eco Pickled Surface）表面处理技术[1]，将热轧板的表面氧化铁皮彻底消除，形成光滑、清洁的表面。在无EPS表面处理技术装备条件下，本文对厚规格（≥8mm）大梁用钢进行轧制工艺优化探索，以改善其表面质量，降低用户使用过程中的“掉粉”现象。

1 厚规格热轧板表面结构分析

热轧带钢表面典型的氧化铁皮结构是由最外层较薄的Fe2O3、中间层 Fe3O4层和靠近基体侧的是 FeO层组成[2]。一般FeO层较为疏松，且其厚度占整个氧化层比例较高，导致其与基体的结合紧密度较低。典型厚规格大梁钢的显微组织，可见，其基体为铁素体和少量珠光体组成，氧化层比较疏松，与基体结合不够紧密，氧化层厚度为10.3μm～20.8μm。XRD物相分析表明，Fe3O4比例为56.5%，比例较低。从以上结果来看，表面氧化层较厚、氧化铁皮结构不致密、Fe3O4比例较少是造成其氧化层与基体结合不够紧密，容易在成形过程剥落的主要原因。

根据 Fe-O平衡相图，在570℃～1371℃ 时，FeO处于稳定状态，在570℃以下时，FeO发生共析反应生成α-Fe+ Fe3O4的混合产物。因此，在热连轧过程中，板坯从加热炉出钢后，在轧制阶段形成以FeO为主的氧化铁皮；在卷取过程中，FeO将发生先共析或共析反应转变成α-Fe和Fe3O4的混合物。因此，要改善热轧板表面氧化层结构，需在轧制过程中尽可能消除或减少FeO层的形成，在卷取过程中促进FeO的共析转变。

2 热轧工艺改进措施

2.1 技术现状

通过前述对氧化层结构的分析，要改善厚规格大梁钢表面“掉粉”现象，即要降低其表面氧化层厚度、提高Fe3O4占比。容易考虑到的是，降低温度及提高轧制速度。但工艺的改进还需综合考虑其机组能力及对产品性能的影响。

目前大梁钢的出炉温度一般为1225℃～1235℃，平均为1230℃，R2粗轧速度采用4m/s～4.5m/s轧制，精轧开轧温度为1050℃左右。为了保证850℃的终轧温度，精轧轧制速度在2.3m/s左右，导致带钢在层流冷却段的空气中停留时间过长，表面形成黑色的氧化亚铁，不致密，易脱落。根据现场层流冷却布置图，可以算出10.0mm大梁板在进入层流水前的时间为11秒，到PY401高温计的时间为35秒。因此，提高轧制速度以降低高温钢板与空气的接触时间存在较大优化空间。

从轧制负荷来看（见表1），即使采用抛架轧制，精轧机组各机架的轧制能力是足够的，具备精轧提速轧制条件。

表1 10.0mm*1150mm大梁钢轧制负荷

从以上对轧线工艺及热连轧机组轧制力的分析来看，大梁钢提速轧制是可行的。但是，大梁钢的目标终轧温度和卷取温度分别为850℃和600℃，如果提高轧制速度，由于产线层流冷却段较短，将导致其终轧温度和卷取温度无法保证，导致产品性能不合。因此，提速轧制工艺的制定还要综合考虑其对终轧温度和卷取温度的影响。

2.2 工艺优化措施

根据以上分析结果，提出以下工艺改进措施：

（1）降低加热炉出炉温度以降低炉生氧化铁皮厚度，目标控制在1200℃～1215℃范围，较原工艺降低20℃～30℃，保证在炉时间≥150min，均热时间≥30min。

（2）优化控轧控冷技术：一是提高粗轧轧制速度到2.5m/s～3.0m/s左右，通过开启粗轧偶道次出鳞水，则精轧开轧温度控制在1000℃左右；二是提高精轧速度，把精轧轧制速度从目前的2.3m/s提高到3.5m/s，经过测算则F1的轧制速度从目前的0.98m/s提高到1.5m/s。则带钢在层冷前的时间由11秒降为7.2秒，降低幅度34.5%，在整个层流段的时间由35.13秒降为23.08秒，降低幅度34.3%；三是优化终轧温度、层流冷却及卷取温度，如表2所示，利用现有超快冷冷却装备，通过控制优化达到普通层流冷却的效果，可以降低带钢在空气中暴露的温度，减少氧化铁皮生成。把厚规格大梁板的冷取方式从前段冷取改为稀疏冷却，由于带钢上存在一层水，可以减少带钢在空气中与氧的接触量，可以减少一定的氧化铁皮生成。同时，稀疏冷却可以改善大梁钢的组织均匀性。

表2 工艺优化前后对比

3 实施效果

3.1 钢板表面所化层改进效果

改 进 后 的 氧 化 层 厚 度6.7μm～15.2μm（ 改 进 前 为10.3μm～20.8μm左右），氧化层厚度减少了30%左右。通过XRD物相分析表明，Fe3O4比例为77.9%，较原工艺提高了21.4%。

3.2 工艺优化后对力学性能的影响

在B=50mm,d=0a的条件下进行冷弯，冷弯性能良好，试制的厚规格大梁钢的力学性能合格率为100%。屈服强度平均值为408MPa，主要分布在378MPa～443MPa范围内，抗拉强度平均值为533MPa,主要分布在518MPa～558MPa范围内，延伸率平均值为29.1%，主要分布在24%～33.0%。与改进前相比，屈服强度和抗拉强度平均降低20MPa左右，延伸率提高2%～4%。

4 结论

（1）通过对厚规格大梁用钢的板坯出炉温度、粗轧和精轧提速、优化终轧温度及卷取温度、改进层流冷却方式等技术措施，显著改善了其表面质量，降低了用户使用过程中出现的“掉粉”现象。

（2）通过工艺优化，改善了厚规格大梁用钢的表面氧化层结构，氧化层厚度减少了30%左右，Fe3O4比例为77.9%，较原工艺提高了21.4%。成品性能优良，力学性能合格率为100%。屈服强度平均值为408MPa，主要分布在378MPa～443MPa范围内，抗拉强度平均值为533MPa,主要分布在518MPa～558MPa范围内，延伸率平均值为29.1%，主要分布在24%～33.0%。