娄亚彬
马鞍山钢铁股份有限公司 安徽马鞍山市 243000
摘要：常见的热轧产品表面质量缺陷包括：氧化铁皮不易去除、氧化物压入、表面红锈、带状“麻点”及“麻面”等问题。随着市场竞争越来越激烈，钢材用户企业不仅严格要求钢材内在的性能，而且对钢材外观质量也提出了新的要求，而氧化铁皮造成的钢材表面质量问题一直困扰着轧钢企业。基于此，本文将对热轧钢材氧化及表面质量控制技术的发展及应用进行分析。
关键词：热轧钢；氧化；质量控制技术
1 热轧钢材的氧化原理
随着自动厚度控制，自动宽度控制和板厚控制系统在生产实践中的广泛应用，特别是在中厚板产品的高精度和板形精密轧制质量评价中，能够通过对钢种和热轧工艺的控制，使得热轧钢的力学性能得到了显著提高。随着板材厚度的增加和应用范围的扩大，板材的性能越来越受到用户的关注，中厚板及其表面质量钢板中连续加热轧制是一项重要的节能技术。
钢的氧化是由于金属暴露在一定的热量下，钢材表面逐渐转化为氧化物，尤其是在高温下，氧化的过程反应非常迅速，氧化层对于钢材的质量控制也有着深远影响。而且往往具有破坏性。氧化铁不仅影响整体表面质量和剥离效果，而且影响表面处理机理，如涂层和耐蚀性。氧化铁也可以具有层状产品的特性，典型的氧化钙鳞片主要有方铁（FeO）、磁铁（Fe3O4）和赤铁矿（Fe2O3）。影响热轧氧化层形成的因素很多。主要包括热轧过程中，环境中的氧气量、终轧时的温度、绕组的温度以及环境介质中氧化物、热轧钢材的冷却方式等等。热轧钢板表面与空气中的氧直接接触，热轧钢板的铁原子与空气中的氧原子发生反应，在金属板钢表面形成第一层氧化铁。热轧钢板和热轧钢板的潜在成分包括密度Fe3O4和分散氧化铁。当金属板的热轧钢板表面形成氧化铁皮时，空气就很难通过表面氧化铁层，氧气和热轧钢材中的铁离子它们都会参与热轧钢的氧化过程，导致氧化铁的形成。在经过高温处理后的带钢，其表面会形成不同的氧化铁层，在经过多孔空间的氧化过程之后，其特点包括多孔、致密。大多数金属与氧或氧原子氧化发生在接触处。特别是在高温氧化过程中，氧化反应强烈，而且具有破坏性质。氧化物表面不仅影响产品的表面质量，而且影响产品的表面去除机理，如涂层、防腐等。根据热轧钢板表面氧化铁的含氧量，热轧钢板表面氧化铁皮的可能的成分包括致密的Fe3O4和松散的FeO。热轧钢板表面形成氧化铁后，空气很难通过致密的氧化铁层表面扩散氧化氧和铁离子形成Fe3O4。高温处理后，钢表面产生各种混合氧化物，空气中的氧化铁通过多孔空间氧化和疏松的表皮而致密化。热轧钢材氧化过程需要恒定的条件，氧化的发生也需满足一些化学反应条件，包括环境温度、氧气浓度和反应时间。
随着钢材下游加工和用户要求的不断提高，以及氧化过程与氧化铁皮除去的控制技术研究与开发，可在材料设计与生产过程中，控制热轧钢材氧化物的构成、厚度及氧化物与钢基体界面，从而控制热轧钢材的表面质量，同时，可以最大限度地降低后续加工成本，提高制造效率，也可为环保生产、绿色制造提供有力支撑。
2 氧化层控制技术的应用
通过对氧化铁氧化皮控制技术的研究，开发了无表面处理钢等新型钢材，开发了热轧产品表面优化和直接还原镀锌产品。
2.1 免酸洗钢
热轧后，带钢表面覆盖着由Fe2O3、Fe3O4和FeO组成的氧化皮。一是为了去除热轧产品表面的氧化铁层，汽车厂采取剥离工艺，在加工前去除氧化铁层，以避免对铸造和涂装工艺产生不利影响。然而，废酸的产生对环境造成了严重的破坏。汽车制造商迫切需要“无酸”钢制品，以减少和补救废气排放对环境造成的损害。根据用户对汽车大梁钢的要求，以及不同类型的氧化皮特性和附着力对钢表面的影响，可据此设计汽车大梁钢的最终氧化皮结构。钢表面氧化皮的厚度和相结构主要与氧化温度、氧化时间和氧化气氛有关。根据氧化铁氧化皮的形成原理，为了减少氧化铁氧化皮的厚度，提高铁皮中Fe3O4的比例，热轧生产各阶段的主要控制目标如下：（1）轧制前，通过控制加热工艺、粗轧等工艺参数，去除氧化皮，使板材表面质量良好。（2）冷却过程采用中间冷却和轧制温度控制两种方法，即冷却速度和轧制温度。（3）缠绕后，氧化皮的结构由冷却通道来控制。
2.2 免喷砂钢
在传统的生产工艺中，热轧钢材在再生前必须进行涂层处理，这样处理的主要目的是去除钢表面的氧化铁和铁锈等杂质，以保证钢材能够具有的粗糙度。但在预处理过程中，粉尘污染大大增加，导致环境卫生成本增加。因此，热轧钢材的厂商希望在低成本的基础上，开发不需要在钢厂研磨的热轧钢材产品，从而达到提高效率和保护环境的目的。除此之外，这种处理方式对质量和性能没有不良影响，在这方面，有人提出了“无雾化砂”的概念。氧化皮的腐蚀速率和氧化程度不同。氧化铁皮的耐蚀性越低，腐蚀速度越快。快速控制氧化铁的厚度和结构，同时控制氧化铁的粗糙度，以提高氧化铁的质量。根据轧制设备热法，带钢表面氧化铁皮的粗糙度只有在剥离过程中通过复制和转移才能得到改善。通过对热轧机大梁工作辊表面预处理的训练，可以得到筒体表面粗糙度，将粗糙的表面从圆筒表面转移到钢带表面。
2.3 易酸洗钢
轻咬钢表面质量良好，不影响下道工序氧化皮处理和最终表面质量，而且其表面氧化铁状态大大缩短了去除时间、金属损失和酸耗。从钢铁产品的生产和使用来看，易洗钢与传统钢材相比，在工艺成本、环境等方面具有很大的优势。辊带的快速冷却是一种理想的控制程序，可以方便地清洗胶带产品，然而，热轧钢头部的温度通常高于550益，而这一过程，随后的冷却很慢。热轧钢板的表面质量是生产控制的主要指标之一，钢材的组织、热轧氧化铁的显微组织、反应动力学、固相、厚度和热力学直接影响钢的能量回收设计、化学成分设计、加热、轧制和控制。热轧钢材在经过冷却之后的厚度和热力学反应确定其质量控制面的效率。
3 结束语
钢材在热轧生产过程中氧化物的结构、厚度和分布的控制，是表面质量控制的重要方面。热轧钢材表面氧化控制技术已经在减量酸洗、免表面处理和高质量表面控制等方面得到了应用。由于钢材的氧化铁皮结构的影响因素较多，有些机理性问题仍需要进一步研究。
参考文献：
[1]张晋彰.热轧钢材氧化及表面质量控制技术的发展及应用[J].冶金与材料,2020,40(06):73-74+84.
[2]余伟,王俊,刘涛.热轧钢材氧化及表面质量控制技术的发展及应用[J].轧钢,2017,34(03):1-6.