SPHC热轧带钢表面氧化铁皮缺陷观察与分析

牛志涛

为了明确带钢氧化皮具体结构和形成机理，本文根据现场实际工况的色差样板分析氧化层形貌、结构和粗糙度，利用扫描电镜等分析手段开展了系统的研究工作，深入分析了带钢色差缺陷形成的主要原因和相关机理。

1 相关概述

1.1 氧化铁皮的分类

不同种类的氧化铁皮表面的组成成分是不同的。像一次氧化铁皮来讲，他的表面是由磁铁矿（Fe3O4）形成的灰黑色鳞层；而二次氧化铁皮表面的鳞层呈现红色，主要的组成物质是氧化铁和三氧化二铁。为了能够轻松去除热轧板表面的鳞层，我们可以运用高压水等方法经过处理之后再进行进一步的粗轧工作。在钢板表面没有经过完全处理的情况下就会在其表面再次形成二次氧化铁皮，它的厚度相对于一次氧化铁皮来讲更薄，但他相对于一次氧化铁皮来讲更难进行去除工作。我们所使用的高压喷水方法已经不适用二次氧化铁皮的去除工作，我们只有在对其进行精轧工作才能够达到此次目的，但这种工作又会导致产生三次氧化铁皮。

1.2 氧化铁皮压入缺陷主要表现以及形成机理

热轧带钢表面出现点状、柳叶状以及针状麻点、氧化膜脱落等等情况都是由于我们在对其进行精轧的过程中出现的一系列现象。①点状麻点：这种缺陷主要是我们在实际进行操作的过程中对于冷却水以及辊缝水的加入含量较少而导致的，在这种情况下，整个氧化铁皮表面将会变得更加粗糙。②柳叶状麻点：这种缺陷是在钢线表面出现氧化反应的情况下以及冷却水和辊缝水相关方面没有达到相关标准的情况下而导致出现轧辊磨损不均匀的现象，这时整个钢的表面就会形成一种柳叶状的麻点。③针状麻点：这种麻点出现主要是因为我们在实际进行生产的过程中使得整个开轧时间过长的情况下就会导致表面出现这种麻点，同时在此过程中温度过高也会导致形成这一问题。④氧化膜脱落：这一问题主要是因为我们在轧制过程中由于机架共振或者轧辊氧化膜脱落过早都会导致轧辊表面的氧化皮层出现脱落的缺陷，这些问题将会直接影响到整个带钢的表面质量。

2 氧化皮的控制和预处理

2.1 氧化皮控制技术

（1）免酸洗钢。在带钢进行实际热轧工作之后，整个带钢的表面是由三氧化二铁、氧化铁以及四氧化三铁所组成的一种氧化铁皮。我们进行洗钢工作主要是为了能够顺利的将产品表面的氧化铁层进行去除工作，一般我们都会选择玻璃工艺来将表面的氧化铁层进行去除，这样我们后期再进行涂装工作时便会更加顺利。但是这一工作在实际进行的过程中对环境有着一定的破坏性。为了能够降低废气排放含量以此来保护整体的生态环境，我们可以通过选取“无酸” 钢制品来达到这一目的，这也是目前汽车制造商最缺乏的一种东西。由于我们在实际进行生产的过程中，钢表面会由于各种各样的因素而受到一定的影响，所以我们需要站在不同类型的氧化皮特征上来选择出一个对钢表面最有利的一种氧化皮结构。在氧化过程中的温度、气氛以及时间等等均有可能影响到钢表面氧化皮的厚度以及结构等等内容。为了能够使得氧化铁皮的厚度尽量的降低，先我们需要充分的了解到氧化铁皮的一种形成原理，只有在铁皮中四氧化三铁的含量得到不断提高的情况下，我们才能够达到想要的效果，所以我们需要从以下几个方面入手来对四氧化三铁的含量进行有效控制：①我们可以站在加热工艺以及粗轧等工艺参数的角度上来更好的将钢表面的氧化皮进行去除，这样整个板材的表面质量便会越来越高。②我们需要从冷却速度以及轧制温度两方面入手来合理的控制冷却的整体过程。③在完成缠绕工作之后，需要运用冷却通道来更加合理的控制氧化皮的结构。

（2）易酸洗钢。这种方式与传统的钢材相比具有着较大的优势。无论是从生产工艺还是从钢铁使用的方面来讲都有着十分重要的作用。在对胶带产品进行清洗的过程中，可以运用辊带的快速冷却优点来进行合理的控制，但在实际工作的过程中热轧钢头部的温度一般都比较高，后期的冷却工作非常难以进行，这就导致运用这种方法对胶带产品进行清洗工作是不合理的。

2.2 预处理方法

在一些比较先进的热轧带钢应用行业中对于整个产品的质量要求非常高，质量一般需要从产品的光洁度、防腐蚀性、粗糙度等等表面综合考虑，所以在实际使用带钢进行工作之前必须要对整个产品表面进行氧化铁皮的基础工作，这一工作主要可以采取化学处理法以及物理处理法进行工作。①酸洗法。这种方法是处于化学处理法中的一部分，它主要是通过运用酸液来使得能够与钢铁表面的氧化铁皮发生一定的化学反应，这时表面的氧化铁皮便可以达到轻松去除的状态。但是化学处理法也具有着一定的劣势。不仅运用到的施工工艺较为复杂，同时在与氧化铁皮发生化学反应的过程中也会出现一些污染环境的气体，这种方法在一些城市周围肯定不适用，我们国家也不会让这种施工方法影响到环境。但是这种方法以其良好的防腐性以及粗糙度小的优点在一些汽车和家电行业得到了广泛应用。②SCS技术。这一技术是从美国引进过来的。这主要是通过安装尼龙针研磨辊来在钢板上下表面进行水平移动达到一个研磨的效果，之后再通过运用高压水冲洗的方式来将钢板上的一些杂质进行顺利去除，这对于去除氧化铁皮表面的三氧化2 铁以及四氧化三铁都有着十分重要的作用，同时在不断冲洗以及烘干的过程中，还会在整个钢材的表面形成一种氧化铁的保护层，这一保护层自身较强的附着力以及防锈性受到了很多汽车以及家电行业的热烈支持。

3 SPHC热轧带钢表面氧化铁皮缺陷观察与分析

3.1 实验材料与方法

在开展实验的过程中，从某个厂商提供的SPHC 钢缺陷样品中选择尺寸大概为20mm×16mm 的样品，并且对这一样品开展一系列的镶嵌、磨抛、清洗以及烘干、侵蚀等等一系列的工作，为了能够更加清晰的判断钢表面氧化铁皮缺陷的微观组织以及化学元素等方面的内容，可以通过运用三维激光共聚焦显微镜、能普仪以及扫描电镜等先进设备来更加精准的了解这些内容。

3.2 实验结果分析与讨论

3.2.1 带钢氧化皮的粗糙度测量

在对带钢氧化铁皮的粗糙度进行测量的过程中会运用到激光共聚焦显微镜，在经过多次测量之后发现中部和边部的温度以及颜色存在差异的区域整个表面的粗糙度为Sa。温度越高、粗糙度越小；越靠近边缘、粗糙度越大，从光泽度上面进行对比，发现边部表面颜色比中部表面颜色更暗。

3.2.2 带钢氧化皮表面形貌分析

我们通过运用扫描电子显微镜的方式来对样品温度为560℃的区域进行表面形貌的查看，这一工作主要是能够更加清楚的了解到导致SPHC 带钢出现色差的主要原因。对于边部存在色差的区域来讲，整个带钢表面表现更为粗糙，甚至存在一系列的裂纹，整体色差颜色可以初步判断为蓝黑色。而对于中部存在色差的区域来讲，整个带钢表面与边部存在色差的区域相比比较的平整，且没有过多的裂纹存在。特别是对于边部二号样品来讲，其从表面形貌上与其他形貌相比有着自身独特的特点，这是由于钢板中间部分时所受到的压力过高而导致的，越靠近中间整个钢材表面便越鲜亮。

3.2.3 酸洗黑边缺陷

①我们在对带钢进行酸洗的过程中会导致整个钢材表面发生发黑的问题，并且与正常位置存在着较大的色彩，这就是我们在进行酸洗的过程中给钢材带来的黑边缺陷。我们在对其进行观察的过程中，需要通过对缺陷处以及正常处进行对比来更加精准的判断黑边柱氧化铁皮的形貌。我们一般会运用三维激光共聚焦显微镜来进行观察，在观察的过程中，我们发现整个氧化铁皮已经垂直压入到了基体中，黑边处的氧化铁皮比正常区域的氧化铁皮厚度要厚得多，所以我们便可以发现氧化铁皮的厚度越厚整个带钢表面的发黑颜色便会越深。②我们也可以运用扫描电镜的方式来对酸洗黑边缺陷进行一系列的检测工作。我们可以运用SEM 的方式来对黑边缺陷处的元素分布情况进行详细的研究，再通过研究之后发现合金元素是黑边缺陷氧化铁皮中的主要构成部分，但是其分布情况较为均匀，所以我们便可以初步确认合金元素的偏析工作一般不会影响到钢材的质量。③总而言之，在氧化铁皮的厚度较厚的情况下会引发钢材的黑边缺陷，我们可以通过运用较为先进的除鳞工艺或者降低卷取温度的方式来避免这个问题的发生。

4 氧化铁皮压入缺陷控制措施

4.1 优化精轧机穿带速度功能

我们在实际进行精轧工作的过程中，由于带钢头部经常会出现穿戴不稳定的现象，这时候我们为了能够缓解这一问题一般都会选择来限制头部穿带的速度来达到此次目的，但是头部穿带速度会导致纯轧时间越来越长，这种情况下就会影响到整个精轧的质量。我们在不断开发带钢精轧穿带速差相关方法的过程中，能够运用相同的方法来保证整个带钢头部的稳定性，使得整个纯轧时间得到合理的控制，这对于保障产品的质量是非常重要的。

4.2 制定合理换辊周期和侧导板检验制度

如果工作辊处于长期工作的情况下也会影响到带钢表面的质量，所以我们只有通过制定一个合理的换辊周期才能够避免由于工作辊老化而导致带钢表面出现氧化铁皮的问题。除此之外整个工作辊的冷却水嘴部位也需要每天对其进行三次的检测工作，避免整个部位出现堵塞而影响到工作辊的冷却效果；同时我们还需要严格控制好侧导板更换时的高度，保证整个侧导板能够更加的平滑，只有这样我们才能够更好的避免钢材表面出现氧化铁皮。

4.3 优化除鳞工艺

首先我们需要完成除磷泵提速点的升速工作，这一工作对于是否能够保证除磷系统处于正常的压力下是极其重要的；当前我们在对精轧以及炉后工作之前进行处理工作时一般都会选取双除鳞梁的方式。而在进行炉后、粗轧工作的过程中需要不断的提高精轧工作时的除磷压力值，压力值的控制工作我们可以通过控制轧制节奏的方式来达到相关状态；除此之外，我们也可以通过调整除鳞的顺序来避免有除鳞不干净的现象发生；为了能够使得单位面积的打击水量得到不断的提高，这时我们可以通过降低炉后除磷速度的方式来达到此目的。

4.4 应用工艺润滑技术

工艺润滑技术是指我们在实际进行轧制工作的过程中通过在轧辊表面喷洒润滑剂的方式来使得整个钢表面涂上一层油膜，这一油膜对于保护带钢表面质量是极其重要的，除此之外，他对于降低变形区的摩擦系数以及摩擦力也是极其有利的，在这种情况下，整个轧辊磨损的强度将会得到不断的降低，轧机的工作效率一定会得到大大的提高；与此同时这一方法对于降低轧制过程中所消耗的电能也有着一定的作用。①流量控制。不同材质以及不同规格的带钢对于轧制稳定性方面均有着不同的要求，并不是说我们运用很多热轧油就会提高整体的润滑效果，而是我们需要站在实际工作角度上来合理选择热轧油的油量。比如F1 机架主要是为了能够避免发生咬钢打滑的问题，这时候我们不便使用较多流量的热轧油，一点点就好。②时序控制。我们在喷射热轧油的过程中需要严格按照其喷射顺序严格执行，过早过晚都会影响到热轧油的效果。如果喷射不到位或者喷射过早便会导致轧件容易出现咬钢打滑的现象；如果喷射过完或者喷射时间过长，那么便会大大降低整体的效果。朝阳1700ASP工艺润滑系统喷油的时序就非常准确，他可以保证整个热轧油的喷射时间更加合理，这时热轧油系统也会发挥出其最大化的效果。③支承辊热轧油切水板挡水效果。这是因为我们在进行冷却水的滴射过程中会导致其液体滴落在下支承辊上，这时整个下支承辊热轧油切水板挡水的效果也会得到得到不断的提高，也大大避免了支撑辊表面热轧油过多而导致润滑效果受到不利影响的问题出现。

4.5 合理编排轧制计划

我们在制定轧制计划的过程中需要站在热轧带钢宽度、温度、硬度以及厚度等等方面进行综合考虑，特别是对于相关工作位置的变化来讲更要引以重视，我们只有选择最佳的工作位置，才能够保证整体的工作质量得到大大的提高。我们在对轧制计划进行制定的过程中需要特别注意以下几点内容：①降低高温卷轧制过程中的规格变化次数；②避免轧制高硬度带钢以及轧制表面质量高于硬度组的情况出现；③合理控制硬度组的跳跃幅度。

5 结语

由于市场经济的不断刺激，提高企业生产效益和提升制造质量已经成为了企业立足于市场的重要基础。热轧带钢表面出现的氧化铁皮压入缺陷是影响轧钢制造质量的重要因素，因此应充分重视热轧带钢表面氧化铁皮的压入缺陷，采取相应的措施，控制氧化铁皮压入缺陷的发生概率。得出以下结论：①氧化铁皮与带钢基体的界面越粗糙，氧化铁皮与带钢基体的粘附性越强，越容易形成微观氧化铁皮浅压入，导致带钢酸洗后的氧化铁皮不易脱落、酸洗后出现灰暗色泽“难酸洗”。②带钢氧化铁皮的酸洗难易程度是由其厚度、致密度、各氧化物相的含量比例、显微结构、氧化铁皮与带钢基体的粘附性等综合因素决定。③采用调整层流冷却工艺、降低单位轧制计划的里程数的方法，可改善带钢氧化铁皮的可酸洗性，同时又能保证满足冷轧供料的力学性能和冷轧轧制力要求。④带钢成分不是SPHC 带钢氧化铁皮“难酸洗”的根本原因。带钢边缘酸洗“黑带”缺陷的主要原因是局部氧化铁皮增厚。⑤调整层流冷却工艺、降低单位轧制计划的里程数可改善带钢氧化铁皮的可酸洗性，同时又能保证满足冷轧供料的力学性能和冷轧轧制力要求。