摘  要  本文详细介绍了热轧盘卷时钢带表面锈皮的形成过程与生成机理，总结了盘卷温度与锈皮生成关系的一些理论依据，分析锈皮生成与盘卷温度之间的关系，概述了改善锈皮分布状态、厚度和成分控制的基本方法。经过实际生产应用，提高公司该工序的产出率约0.5%，降低酸洗不足重工重量约1000吨/月。

关键词  盘卷温度  氧化铁皮  热轧

1  前言

热轧钢带氧化铁皮的结构特点是决定其酸洗效果的关键，人们对热轧钢带表面氧化铁皮的研究已经延续了几十年，不少论文文献都对其做过详尽的描述，但对不锈钢的热轧表面锈皮的研究很少，因此我们借助于碳钢氧化铁皮的生成机理，对我公司的不锈钢氧化铁皮进行实验验证。钢带表面的氧化铁皮是因为热轧带钢在加热、轧制及冷却过程中与空气接触而生成的。在冷却过程中，随着钢带与空气接触的温度、时间等不同，其表面氧化铁皮的结构、性质以及厚度也不同。通过了解氧化铁皮生成因素和特性，可有效改善后续钢带氧化铁皮的酸洗效果。

由于氧化铁皮的结构、性质与厚度不仅是衡量热轧钢带表面质量的重要指标, 同时也直接影响酸洗、轧延产品的质量，甚至影响用户在使用过程中的相关工序质量, 因此对在生产过程中形成的氧化铁皮进行深入研究是非常有必要的。为此针对联众热轧钢带在卷取冷却过程中产生的氧化铁皮缺陷的形成原因进行分析，提出改善措施，提高产品产出率，减少产品的重工率，从而为生产高质量不锈钢产品提供保证。

2  氧化铁皮概述

钢带表面氧化铁皮是两种元素在相反的方向扩散的结果如图1,即空气中的氧原子通过钢带表面向钢带内部进行扩散，而铁原子则由钢带内部向钢带外部扩散，当这两种元素相遇，在一定条件（温度）下就会生成铁的氧化物——氧化铁皮[1]。

钢带在热轧过程中形成的氧化铁皮有三种形态，包括在加热炉内形成的炉生一次氧化铁皮、在精轧前形成的二次氧化铁皮以及后续冷却过程中形成的三次氧化铁皮。由于一、二次氧化铁皮可通过除鳞箱中的高压水除去，真正影响后续酸洗工艺和不锈钢产品质量的主要锈皮为钢卷冷却过程中形成的三次氧化铁皮，故而本文主要通过分析热轧钢卷盘卷温度与氧化铁皮的性质、分布和厚度之间的关系，以减少钢带表面锈皮的生成量。

钢带冷却过程中氧化铁皮的生成机理：

（1）钢带与空气中氧反应  2Fe + O2 = 2FeO；3Fe + 2O2 = Fe3O4；2Fe3O4 + 1/2O2 = 3Fe2O3 

（2）钢带与空气中H2O反应  Fe + H2O = FeO + H2；3Fe + 4H2O = Fe3O4+ 4H2；3FeO + H2O = Fe3O4 + H2

3  氧化铁皮与CT关系

3.1  氧化铁皮结构与CT关系

氧化铁皮结构控制的目标在于实现Fe3O4和FeO的含量和比例的控制[3]。热轧钢带表面形成的氧化皮会出现多层结构是由生产条件和生产过程决定的，具有相对普遍性。

含有与Fe2+离子空穴相当的正空穴（Fe3+），由Fe2+向外生成，晶格缺陷的浓度极大，可以到达9%~10%，它是氧化膜中最厚的一层。Fe3O4也是属于金属不足型的氧化物，但是晶格缺陷比FeO层少些。其80%是由氧离子向内扩散、20%是由Fe2+向外扩散而生成的，如图2。

有关研究表明，FeO容易被腐蚀，Fe3O4是具有磁性的黑色晶体，较为致密，难溶于酸，Fe2O3晶体结构为刚玉型（密排六方），在酸中也难溶。热轧钢带经水幕层流冷却后，在开卷状态下于空气中快速冷却时，氧化铁皮容易形成明显的双层结构，其内层是FeO、外层主要是Fe3O4，尽管外层Fe3O4难酸洗，但是由于这种显微结构的氧化铁皮更容易形成裂纹，实验证明其酸洗特征是剥落式酸洗，酸洗速度较快[2]。

为了控制富氏体的转化，钢带应该在相当低的温度下卷取，但这样将导致卷取前钢带水冷时间增加，从而引起氧化铁皮厚度不均匀性的增加，Fe3O4将增多，富氏体减少，给酸洗带来不利。因此，必须给热轧钢带找出最佳带钢卷取温度，以减少带钢在冷却后富氏体的转化。

3.2  氧化铁皮性质与CT关系

氧化铁皮的性质是由氧化铁皮组分的性质所决定的。酸洗去除氧化铁皮过程中，FeO最容易被还原分解，Fe3O4次之，Fe2O3最难被酸还原分解。因此从酸洗角度来考虑，控制氧化铁皮构成中以FeO为主，可以使带钢实现减酸洗的效果，提高酸洗效率，并降低对环境的污染；Fe2O3最难被酸洗掉。因此，在热轧生产过程中尽量避免Fe2O3的生成，即使生成的氧化铁皮组分尽可能多的为FeO，以降低酸洗负担。因此需要在钢带卷取过程中适当控制氧化铁皮中FeO组分的量。根据实际需要设定适宜的卷取温度，以控制FeO、Fe3O4 、Fe2O3的不同含量，卷取温度较低，氧化速度慢。

氧化铁皮的颜色随氧化铁皮中各氧化组分的构成 而改变：当Fe2O3比例较高时，锈皮表现为红色；当FeO较多时，锈皮表现为蓝灰色；Fe3O4占多数时，锈皮呈黑色[3]。

3.3  氧化铁皮厚度与CT关系

随温度的升高，氧化速度逐渐增大。在600~800℃的温度范围内，生成的氧化铁皮主要是FeO和Fe3O4混晶，这种结构能够很好地阻碍铁原子及氧原子的扩散，因而氧化速度反而不再继续增大。当温度超过800 ℃时，由于大量的FeO的生成，致使氧化铁皮阻碍扩散的能力将大大降低，因此氧化速度又迅速增大[4]。

热轧带钢氧化铁皮的厚度是由卷取前的生产工艺和卷取温度所决定的，快速冷却或在钢卷卷曲紧密、氧分压很小条件下，氧化铁皮不会明显增厚[6]。不同盘卷温度在盘卷前对锈皮厚度的影响。冷轧原料钢带氧化铁皮结构变化、厚度减薄，其锈皮的厚度平均减少约40%。

氧化铁皮在钢带的不同位置分布也有所不同。由于带钢头、尾及边部在冷却时与空气接触多，因而氧化铁皮结构中Fe2O3及Fe3O4含量相对较高，但因为冷却速度快，总锈皮量较少。

4  研究的意义

热轧盘卷温度的高低直接影响黑皮钢卷表面锈皮的成分、分布和厚度，故通过研究热轧钢带表面氧化铁皮的形成过程和生产机理，分析热轧盘卷温度与钢带锈皮成分、分布以及厚度的关系，加以改善并确定最佳盘卷温度，使得钢带在后续除锈过程中得以顺利进行。

通过对钢带表面锈皮的改善，不仅减少了贵重金属（Cr、Ni等）的损失，还能减少钢带因锈皮性质原因，而造成在酸洗除锈过程中出现酸洗不足的量，降低钢带生产成本，同时提高产线生产效率和产出率。

通过对卷取后的热轧带钢氧化铁皮显微结构特征和变化规律进行了分析、为热轧、酸洗工艺的优化和带钢氧化铁皮的质量控制提供了重要依据。酸洗时间的长短主要取决于氧化铁皮的结构和厚度。氧化铁皮的厚度与酸洗时间的关系。

广州某大型不锈钢厂2008年8月至2009年7月一年时间内通过降低热轧盘卷温度改善钢带表面锈皮后钢卷酸洗重工率的一个评估计算。从表中可以看出因钢带表面锈皮难酸洗而造成酸洗不足重工减少量大约在1000吨/月左右，一年时间内为公司节省成本约458万元（表中平均重酸量为2008年1月到7月总合重酸量除以7，得平均每月之重酸量）。

5  结论

通过对钢带冷却过程中表面氧化铁皮的性质、分布和生成厚度的分析与实验，可以得出：

（1）可通过降低热轧钢带的盘卷温度以控制锈皮的组分，从而减少酸洗负担。

（2）可通过降低盘卷温度改善钢带表面锈皮组成，以得到较多易于后续酸洗的、表面质量好的、尽可能多的富氏体氧化铁皮。

（3）降低热轧盘卷温度，可降低钢带表面氧化铁皮的生成量，即降低钢带表面氧化铁皮的生成厚度。卷取温度越高，带钢表面的氧化铁皮越厚，且氧化铁皮中难溶的Fe2O3及Fe3O4含量越高。同时还可以提升带钢收得率，减少酸洗损耗，提高后续酸洗工艺过程中的生产效率和产品质量。

6  参考文献

[1]刘小军,顾晓琳,王涛,靳博.降低热轧氧化铁皮的控制技术[J],新疆钢铁,2010,113（1）:40～42

[2]董汉君,王银军.影响热轧带钢氧化铁皮酸洗质量和速度的因素[J],机械工程材料,2009,33（3）:83～89.

[3]陈豪卫.氧化铁皮控制技术的研究与发展[J],莱钢技术,2012,158（2）:4～5.

[4]张孟仪,邵光杰.热轧板的氧化皮结构对酸洗效果的影响[J],上海金属,2007,29（3）:41～44. 

[5]刘振宇,于洋,郭晓波,关菊,王国栋.板带热连轧中氧化铁皮的控制技术[J],轧钢,2009,26（1）:5～9.

[6]王银军,董汉君等.卷取后的热轧带钢氧化铁皮显微分析[J],中国冶金，2007,17（10）：40～44.

[7]崔卫中. 热轧带钢表面氧化铁皮成因及去除方法[J],山西冶金,2010,125（3）:25～27.

[8]吴祝民.热轧带钢氧化铁皮的成因及对策[J],轧钢,2007,24（3）:56～58.