热轧板卷表面红锈残留量的试验研究

热轧板卷表面红锈残留量的试验研究

带有红氧化铁皮的热压板卷（即带外的fe2o3氧化铁皮，呈紫色，以下简称红锈）对其性能和服役性能不利，也严重影响了钢卷的外观。一般认为,热轧板卷表面红锈主要是由于轧制过程中除鳞不净,残留的氧化铁皮在轧制过程中随钢带变形并进一步氧化而形成的一种表面缺陷。如果轧线除鳞效果差,则可能残留较厚的氧化铁皮并在变形过程中压入钢基体形成氧化铁皮压入缺陷,严重影响钢带的正常使用。国内外科研机构和企业对热轧钢带表面氧化铁皮的结构、生成规律和去除方法进行了广泛研究。但一般的研究仅限于实验室进行,研究的重点也侧重于对氧化铁皮的微观结构,与生产现场的结合程度并不紧密,不利于现场工艺参数的制定和控制。目前热轧带钢除鳞发展的趋势主要集中在增加喷水压力、提高除鳞道次、强化除鳞设备等方面,这不仅增加了生产维护成本,效果有时并不理想。为了紧密结合现场生产,更好地解决生产过程中出现的板卷红锈问题,本文利用首钢京唐公司2250热轧生产线,结合生产现场实际情况,对不同工艺条件下板卷的实际表面质量进行分析。重点进行了不同Si(硅)含量钢带的生产试验,为提高产品表面质量和使用性能提供可靠的现场数据和新的思路。1实验用钢带的制备首钢京唐公司2250热轧线包括3座加热炉、粗除鳞机组、粗轧机除鳞装置、精轧除鳞机组和7机架精轧机组,除鳞水压力22MPa。为了最大限度提高实验结果的可靠性,从同一牌号钢中选择Si含量为0.06%~0.18%的同一规格的连铸坯。连铸坯冷态入炉,并确保3座加热炉中都有低、中、高Si含量的铸坯,不同Si含量的铸坯在加热炉中随机排列。这主要是为了消除出炉温度波动和粗除鳞开始温度波动对除鳞效果的影响。实验选用C-Mn钢,其实际化学成分(质量分数,%)为:0.14~0.22C,0.40~1.5Mn,0.010~0.015P,0.002~0.005S,0.06~0.18Si。所有实验用铸坯经完全相同的轧制工艺轧制成规格完全相同的钢带。轧制规格及工艺如表1所示。轧制后、卷取前利用Parsytec在线表面质量检测系统实时拍摄钢带上下表面图像。最后,利用工具软件统计钢带表面红锈所占的面积百分比。2钢带表面红锈量的量测利用在线表面检测系统拍摄的不同Si含量热轧钢卷的典型表面红锈如图1所示。可以看出,在其他条件不变的情况下,随Si含量的降低钢带表面红锈明显减少。特别是当Si含量降至0.15%以下后,钢带表面基本无可见红锈。为了更精确的统计Si含量与钢带表面红锈面积百分比的关系,从12卷钢卷的在线检测系统图片库中各选取6张有代表性的钢带表面照片,统计上下表面红锈的总体分布情况,并进行定量计算。计算出的Si含量与钢带表面平均和最大红锈面积百分比分别如表2和图2所示。从表2中可看出,Si含量是影响钢卷表面红锈量的最主要因素。表中列出了不同加热炉与钢卷表面红锈的对应关系。3座加热炉的出钢温度设定值相同,但由于与粗除鳞的距离不同,必然导致从3座加热炉出来的铸坯到粗除鳞机所需的时间不同,进而导致其粗除鳞温度各不相同。但从表1还可看出,钢带表面红锈分布情况与加热炉号之间并无规律可循。Si含量与钢卷表面红锈最大和平均面积百分比的定量关系如图2所示。可以看出,当Si含量高于0.15%时,钢带表面红锈最大面积比达到35%以上,平均面积比达到5%以上。但当Si含量降至0.15%以下时,钢带表面红锈迅速减少,最大面积比和平均面积比都在1%以下。当Si含量降至0.1%以下时,钢带卷取并冷至室温后,表面颜色类似经过“发蓝”工艺处理的钢板,说明表面氧化铁皮主要由致密的Fe3O4组成。3氧化铁皮与钢体的界面结构影响从以上生产检验结果可看出,钢中Si含量对钢带表面红锈有非常显著的影响,而不同加热炉、除鳞开始温度、加热时间等因素的影响并不显著。为了分析元素Si与红锈的关系,在卷板红锈残留部位取样,仔细研磨横截面以免破坏氧化铁皮。制样后利用扫描电镜观察氧化铁皮和基体界面处的结构和元素分布。氧化铁皮与基体结合部位的微观结构和沿厚度方向元素分布结果如图3所示。可以看出,结合界面附近的氧化铁皮层中存在明显的Si富集。研究发现,Si主要通过改变高温氧化过程中氧化铁皮与钢基体的界面结构影响除鳞效果和钢带表面质量。Si含量较高的钢表面残留红锈的根源在于这类钢在长时间高温加热过程中,钢中的Si为选择性氧化,在FeO(方铁石)与钢基体的界面上形成2FeO·SiO2(铁橄榄石),因为铁橄榄石熔点低(1170℃),形成熔融状态后便会以楔形侵入鳞与钢基体中。这样鳞与钢基体界面就形成了错综复杂的特殊结构的鳞层。FeO与钢基体之间形成Fe2SiO4-FeO共析产物,FeO与共析产物之间存在较大的空洞。当温度低于1170℃时,硅酸亚铁凝固并与基体紧密结合在一起,很难在除鳞中完全被除掉。从实验结果来看,Si只是富集在氧化铁皮中的氧化亚铁中。可能是一次除鳞不净造成的或者除鳞温度偏低,导致Fe2SiO4压入基体,钉扎部分氧化亚铁。这部分FeO在后续冷却过程中进一步氧化,在室温转变为红色氧化铁皮。有资料显示,含Si量大于0.2%的钢进行热轧时,完全防止麻点的产生是极度困难的。因此,要完全去除红锈,必须保证在除鳞过程中去除残留的FeO层,则必然要求完全去除Fe2SiO4。这也是一般出炉后除鳞点温度要在1173℃之上10~20℃的原因。从上述分析也可看出,降低Si含量以及加大精轧前高压水除鳞压力、降低精轧入口温度、适当提高终轧温度、减少钢带卷取前与空气接触时间等措施都可以有效减少钢板表面红锈的面积比例。目前该措施已在京唐公司推广使用。从大生产情况看,板卷表面质量优异,Fe3O4含量都在70%以上,力学性能没有因Si含量的降低而变化。4板卷表面红锈与加热炉、除鳞之间的关系(1)热轧板卷表面红锈与钢中Si含量有明显关系,在其他条件不变的情况下高的Si含量会导致高的红锈量。(2)板卷表面红