吳漢科， 賈志雷， 呂苗苗， 李 博

（唐山不銹鋼有限責(zé)任公司， 河北 唐山 063100）

廣州某客戶在使用QSTE420TM 產(chǎn)品生產(chǎn)汽車剎車片鋼背，采購熱軋鋼卷通過開平切板、橫切定尺，最終沖壓汽車剎車片，對開平板表面的壓痕、凹坑等表面類缺陷要求零缺陷；過厚的、疏松的熱軋氧化鐵皮，在開平切板過程時，氧化鐵皮剝落并粘在矯直輥上，在矯直輥作用力下，對鋼表面形成壓入，最終表現(xiàn)為凹坑，導(dǎo)致客戶最終產(chǎn)品合格率低，需要解決。

唐山不銹鋼有限責(zé)任公司（以下簡稱唐鋼）1 580 mm 線熱軋產(chǎn)線QSTE420TM 的氧化鐵皮，均存在著表面氧化鐵皮，氧化鐵皮的厚度和結(jié)構(gòu)是影響后續(xù)開平切板工序的主要因素之一；需要通過調(diào)整合金成分、控制軋制工藝的控制，使得鋼鐵產(chǎn)品表面質(zhì)量提高，具體通過改善氧化鐵皮結(jié)構(gòu)，抑制紅色氧化鐵生成，促進致密性氧化鐵皮生產(chǎn)；提高附著力、降低厚度，確保后續(xù)輥壓、沖壓過程中氧化鐵皮不脫落，保證產(chǎn)品表面質(zhì)量。

為了降低全流程生產(chǎn)總成本，實現(xiàn)與客戶的利益共贏，唐鋼1 580 mm 熱軋線在現(xiàn)有產(chǎn)品的基礎(chǔ)上進行了調(diào)整和優(yōu)化。

1 生產(chǎn)實際存在的問題

客戶在使用QSTE420TM 產(chǎn)品生產(chǎn)汽車剎車片鋼背，采購熱軋鋼卷通過開平切板、橫切定尺，最終沖壓汽車剎車片，對開平板表面的壓痕、凹坑等表面類缺陷要求零缺陷（見圖1）。

從現(xiàn)場取樣并測量客戶氧化鐵皮厚度，樣品鐵皮厚度在11.20~14.03 μm，以疏松的w（FeO）占80%，w（Fe2O3）、w（Fe3O4）僅占20%（見圖2）。

圖1 開平板表面掉粉情況

圖2 客戶現(xiàn)場樣品鐵皮厚度檢測

疏松的FeO 與基板結(jié)合力差，收到外力作用下，出現(xiàn)剝落、掉粉現(xiàn)象嚴(yán)重，經(jīng)矯直輥作用力下，對鋼表面形成壓入，最終表現(xiàn)為凹坑，嚴(yán)重影響客戶產(chǎn)品合格率。

2 氧化鐵皮的形成機理及主要影響因素

2.1 形成機理

熱軋鋼卷軋制過程中，在高溫、有氧條件下，表面形成一層氧化鐵皮，表面鐵皮結(jié)構(gòu)為三層，其由外到內(nèi)的構(gòu)成依次是：Fe2O3（相對致密紅色鐵皮）→Fe3O4（光滑無裂紋的黑色鐵皮）→FeO（松軟藍灰色鐵皮，外力作用下易碎易剝落）。Fe3O4具有較好的附著力，在后續(xù)輥壓或沖壓過程中不易在外力作用下發(fā)生剝落而造成表面缺陷，一次希望控制較大比例的Fe3O4結(jié)構(gòu)[1]。

氧化鐵皮的增長規(guī)律類似于拋物線模式。根據(jù)Kofstad 理論，建立氧化動力學(xué)的模型為：

式中：Kp為常數(shù)，表征氧化過程速率大小；t為氧化時間，min；ΔW為氧化增質(zhì)量，mg；S為試樣表面積，cm2。

在一定表面積下，隨著時間t的增加，氧化增質(zhì)量的值越大，縮短軋制過程的鋼與氧氣的結(jié)合時間，有利于氧化鐵皮厚度的降低[2]。

2.2 主要影響因素

2.2.1 煉鋼成分對氧化鐵皮的影響

Cr 對鋼氧化層的影響：由元素周期表可得，Cr金屬活性大于Fe，同時存在于鋼中時優(yōu)先形成Crd的氧化物：Cr2O3、FeCr2O4。二者為尖晶石結(jié)構(gòu)形式氧化物，組織致密，阻礙原子擴散，從動力學(xué)上降低了Fe 的氧化速度，間接提高含Cr 鋼的抗氧化性[2]，同時提高氧化鐵皮的黏附力[3]。

2.2.2 熱軋過程控制對氧化鐵皮的影響

鋼板及熱卷的軋制工藝制度是控制氧化鐵皮厚度的關(guān)鍵因素，主要包括：

1）制度溫度，制度溫度是影響氧化鐵皮生成速度的主要因素。

2）軋制速度，軋制速度決定了鋼帶與空氣的接觸時間，即氧化鐵皮的生成時間。

實際生產(chǎn)中，開軋溫度、終軋溫度及卷取溫度會影響軋制速度，合理的軋制工藝能夠控制氧化鐵皮的生成量。

3 改善熱軋產(chǎn)品氧化鐵皮的主要措施

3.1 優(yōu)化成分設(shè)計

在成分設(shè)計時，根據(jù)成分對氧化層的影響進行成分調(diào)整。通過研究分析1 580 mm 熱軋各階段氧化鐵皮存在的形態(tài)和生長規(guī)律及各項技術(shù)參數(shù)對氧化鐵皮厚度及結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律，提出在現(xiàn)有QSTE420TM 產(chǎn)品成分的基礎(chǔ)上加入0.25%的Cr 并適當(dāng)降低C 含量、Mn 含量，成分設(shè)計見表1。

表1 QSTE420TM 成分對比 %

3.2 軋制工藝調(diào)整

唐鋼通過降低精軋入口溫度，減小高溫下氧化鐵皮生成速度；同時適當(dāng)提高終軋溫度，以達到提高軋機速度，減少帶鋼在精軋機的停留時間，縮短鋼帶與空氣的接觸時間，來控制氧化鐵皮的生產(chǎn)；提高冷卻強度以提高鋼帶軋制速度降低接觸時間，從而降低氧化鐵皮厚度[3]。

表2 QSTE420TM 熱軋工藝對比

4 效果驗證

4.1 力學(xué)性能

通過調(diào)整化學(xué)成分和熱軋控制工藝，新工藝與原工藝產(chǎn)品實際性能，變化不大，滿足產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)要求，如表3 所示。

表3 QSTE420TM 產(chǎn)品物理性能對比

4.2 表面質(zhì)量

4.2.1 開平板表面光潔度

新工藝熱卷開平切板較原工藝下熱軋開平板的光潔度（見圖1），有很大提高，表面未見明顯掉粉現(xiàn)象，見圖3。

圖3 新工藝下開平板表面質(zhì)量

4.2.2 鐵皮厚度變化

對新工藝熱卷冷卻至室溫后進行取樣，將鋼卷沿板寬方向分別在距邊部200 mm 處、板寬中心處取樣進行檢測分析，觀察氧化皮形貌、結(jié)構(gòu)和厚度，見下頁圖4。

圖4 工藝調(diào)整后氧化鐵皮厚度

工藝調(diào)整后氧化鐵皮厚度范圍在10.23～10.4 μm，較原工藝氧化鐵皮厚度降低約2 μm；w（Fe3O4）由10%增加至60%。

4.2.3 酸洗減重法對比

通過酸洗減重法對比，新工藝QSTE420TM 氧化鐵皮厚度控制水平為2.4~2.5 mg/cm2，比原工藝氧化鐵皮厚度2.1~2.2 mg/cm2降低了0.3 mg/cm2；氧化鐵皮致密度得到有效提升，掉粉現(xiàn)象得到有效遏制，見表4。

5 結(jié)語

通過成分調(diào)整和軋制工藝調(diào)整，成功開發(fā)具有致密氧化鐵皮的QSTE420TM 產(chǎn)品，通過加入Cr 成分、降低精軋入口溫度、提高軋制速度，使氧化鐵皮以Fe3O4+FeO 結(jié)構(gòu)為主，厚度控制在11 μm 以下。在客戶端開平切板過程掉粉現(xiàn)象得到抑制，板面表面質(zhì)量良好，未出現(xiàn)凹坑、壓痕等缺陷，有效提高客戶產(chǎn)品合格率，同時提高了產(chǎn)品的市場競爭力。

表4 酸洗減重法測定氧化鐵皮掉粉程度