降低角鋼表面黑斑的控制技術

供稿|安霞，董四美，張曉香，楊樹鵬 / AN Xia, DONG Si-mei, ZHANG Xiao-xiang, YANG Shu-peng

鐵塔用角鋼產(chǎn)品表面質(zhì)量中黑斑缺陷是產(chǎn)品質(zhì)量事故中比較頭疼的問題。鐵塔用角鋼最基本的表面質(zhì)量要求是要達到滿足鍍鋅工藝要求，而角鋼一旦鍍鋅效果不好，使用過程中經(jīng)雨淋后，未鍍上鋅的部分將被氧化而產(chǎn)生鐵銹。2012年生產(chǎn)200#角鋼時，表面出現(xiàn)大量黑斑，不合格品率大幅增加，為企業(yè)帶來極大的損失。本文對角鋼表面黑斑現(xiàn)象進行了深入的分析，并提出工藝的優(yōu)化措施，解決了角鋼表面黑斑問題，提高了角鋼產(chǎn)品的實物質(zhì)量。

角鋼黑斑的原因分析

鋼鐵表面氧化過程

在鋼坯加熱的初始階段，金屬表面已經(jīng)形成薄氧化膜，它是由于金屬和氧直接接觸，互擴散幾乎無阻礙形成的[1]。在加熱的過程中，氧化鐵皮一般由3層組成，既最外層的Fe3O4，中間的Fe2O3及最里邊的FeO、Fe、Fe3O4的混合層[2]。當其氧化條件改變時，氧化鐵皮的組成也不同。氧化鐵皮的厚度因其形成條件不同而差異很大，氧化鐵皮中各層的厚度也各不相同，但是各層的形貌較為固定，既FeO層疏松，有較大的孔洞；Fe3O4層相對致密，也有較多的缺陷和空隙；Fe2O3層最緊密，但厚度極薄，一般不易分辨。

圖1 黑斑表面形貌

角鋼表面黑斑的表面形貌

在鋼坯出爐及軋機軋制過程中鋼坯上下表面的黑色氧化鐵皮黏度很大，黏在角鋼兩個邊的表面上，不能與鋼分離、脫落，在軋制過程中，被壓入角鋼中，使得角鋼表面形成不均勻分布的黑斑，從而影響表面質(zhì)量。

顯微組織

取試樣橫截面，用光學顯微鏡觀察金相。檢查結果表明，顯微組織為鐵素體+珠光體，有級別為2.0的帶狀組織，為正常組織。

圖2 試樣顯微組織

鑄坯表面黑斑形貌及電鏡分析

通過對連鑄坯表面進行掃描電鏡能譜分析，其中部分表面有Mg、Al、Si、Ca等保護渣成分，為夾渣類冶金缺陷引起。通過對能譜分析，可以確定鑄坯表面黑色部分由保護渣引起的。

圖3 黑斑電鏡掃描

改進措施

保護渣物化性能的優(yōu)化

保護渣做為結晶器和坯殼間的互相作用介質(zhì)，對鑄坯表面質(zhì)量起至關重要的作用。不同鋼種、不同斷面、不同拉速、需要使用不同性能的保護渣與之相匹配，保護渣黏度太高，渣流動性不好，形成薄厚不均且不連續(xù)的渣膜。黏度太低，渣膜厚度較薄。為此，我公司與供貨廠家合作，進行了不同物化性能的保護渣對比試驗，摸索出了適合生產(chǎn)大角角鋼保護渣-角鋼專用保護渣，提高供軋角鋼連鑄坯的表面質(zhì)量。

提高加熱爐空燃比

“空燃比”是指空氣量與煤氣量之比。根據(jù)加熱爐實際情況，加熱爐空燃比由0.7提高到0.9。這樣加熱爐爐內(nèi)氣氛中空氣量增大，使得爐內(nèi)氧化性氣氛增多，鑄坯表面氧化加劇，形成厚厚的氧化鐵皮，這樣就使鑄坯表面黑斑生成氧化鐵皮，最終脫落，達到去除鑄坯表面黑斑的目的。

增加高壓水除磷設備

高壓水除鱗的簡單機理如下：鑄坯從加熱爐出來后，表面氧化鐵皮急速冷卻，由于爐內(nèi)生成的氧化鐵皮呈現(xiàn)網(wǎng)狀裂紋[3]。在高壓水的噴射之下，氧化鐵皮表面局部急冷，產(chǎn)生較大收縮，從而使氧化鐵皮裂紋擴大，并有部分翹曲。經(jīng)高壓水流的沖擊，

在裂紋中高壓水的動壓力變成流體靜壓力而侵入氧化鐵皮底部，使氧化鐵皮從板坯表面剝落，達到了清除氧化鐵皮之目的。目前生產(chǎn)大角角鋼時，使用除鱗水壓力為12 MPa左右，可以使一次氧化鐵皮完全去除，使角鋼表面質(zhì)量大大提高。

結論

通過以上連鑄坯質(zhì)量改進措施的實施，角鋼質(zhì)量明顯提高，廢品率大幅度降低。角鋼質(zhì)量的提高受到用戶的一致好評，在用戶中享有了較高的質(zhì)量信譽，創(chuàng)出了名優(yōu)品牌，為此我們得出如下結論：

（1）連鑄坯表面黑斑是影響角鋼表面質(zhì)量的關鍵因素，而合適的保護渣是影響連鑄坯表面質(zhì)量的關鍵因素。

（2）提高加熱爐空燃比，可以使連鑄坯在加熱爐中生成厚的氧化鐵皮，達到消除表面缺陷的目的。

（3）增加高壓水除磷，可以使鑄坯表面氧化鐵皮有效去除。

[1] 朱日彰, 何業(yè)東, 齊慧濱. 高溫腐蝕及耐高溫腐蝕材料. 上海: 上?？茖W技術出版社, 1995

[2] 蔡開科. 連鑄技術的進展. 煉鋼, 2001, 17(1): 30

[3] 方一鶴. 鋼鐵酸洗. 北京: 冶金工業(yè)出版社, 1959