Q345B鋼帶表面氧化鐵皮精細控制技術

張博睿，管傳華，王曉飛，陳紅雨，丁依晟

（寧波鋼鐵有限公司 制造管理部，浙江 寧波315807）

Q345B鋼帶表面氧化鐵皮精細控制技術

張博睿，管傳華，王曉飛，陳紅雨，丁依晟

（寧波鋼鐵有限公司 制造管理部，浙江 寧波315807）

針對Q345B熱軋鋼帶出現(xiàn)表面紅色氧化鐵皮的情況，分析發(fā)現(xiàn)缺陷位置表面粗糙，存在明顯的硅元素富集。一系列的對比試驗表明，影響表面紅色氧化鐵皮缺陷的因素是化學成分、工藝溫度和除鱗工藝。通過采取優(yōu)化成分設計、調整熱軋工藝溫度和除鱗道次等控制措施，明顯改善了以Q345B為代表的低合金高強鋼表面紅色氧化鐵皮缺陷。

Q345B熱軋鋼帶；表面氧化鐵皮；精細控制技術；除鱗

1 前言

在熱連軋寬帶鋼生產(chǎn)過程中，連鑄板坯需要經(jīng)過加熱爐高溫加熱并保溫至1100～1300℃后才能進入軋制工序，在加熱和軋制過程中板坯表面均會發(fā)生明顯的氧化現(xiàn)象。一是板坯在爐內的高溫環(huán)境下與氧化性氣體接觸，其表面發(fā)生明顯的氧化反應，生成一層較厚的氧化鐵皮（一次氧化鐵皮）；二是板坯在軋制過程中高溫帶坯與空氣、冷卻水接觸，繼續(xù)發(fā)生氧化反應生成薄層氧化鐵皮（二次氧化鐵皮）。若軋件表面氧化鐵皮去除不盡，會導致成品表面氧化鐵皮太厚，產(chǎn)生紅色氧化鐵皮，不僅影響產(chǎn)品外觀質量，而且會造成酸洗困難、沖壓成型及激光切割產(chǎn)生過多鐵銹、加大軋機工作輥磨損等負面影響[1]。

某鋼廠1780mm熱連軋寬帶鋼生產(chǎn)線主體工藝與設備情況：產(chǎn)線設置了3座步進梁式加熱爐，2架粗軋機，7機架精軋機組，1套層流冷卻系統(tǒng)和3座卷取機。高壓水除鱗系統(tǒng)配置為：1臺粗軋除鱗機，R1和R2粗軋機入口側各設1組機架除鱗，1臺精軋除鱗機，除鱗水系統(tǒng)工作壓力19～22 MPa。該產(chǎn)線在生產(chǎn)低合金高強Q345B鋼帶時，產(chǎn)品表面存在嚴重的紅色氧化鐵皮缺陷，缺陷一般呈條帶狀，嚴重時覆蓋整個板面。該缺陷導致產(chǎn)品在酸洗后板面扔存在氧化鐵皮清洗不凈的現(xiàn)象，對部分用戶后期的鍍鋅等表面處理造成嚴重影響。為此，本研究對帶鋼表面紅色氧化鐵皮缺陷的特征進行分析，進行現(xiàn)場工藝試驗，找出缺陷的影響因素，并采取改善措施，改進鋼帶表面質量。

2 缺陷特征與分析

對存在缺陷的鋼卷開平檢查，發(fā)現(xiàn)Q345B鋼帶表面紅色氧化鐵皮呈條帶狀分布，上下表面均有不同程度的出現(xiàn)，在線表面檢測儀捕獲的圖像和鋼帶實物缺陷形貌基本一致。因此，在實際生產(chǎn)時，在線表面檢測儀能夠及時發(fā)現(xiàn)該缺陷。

對熱軋態(tài)缺陷鋼板紅色氧化鐵皮位置和正常位置取樣進行電鏡分析。測量氧化鐵皮厚度，其中缺陷位置氧化鐵皮厚度為20～23 μm，而相鄰的正常位置氧化鐵皮厚度為10～13 μm，缺陷位置氧化鐵皮厚度明顯大于正常位置，見圖1。同時，缺陷位置氧化鐵皮界面凹凸起伏，氧化鐵皮局部嵌入鋼板基體，正常位置氧化鐵皮界面比較平整，無局部嵌入。

圖1 Q345B鋼帶表面氧化鐵皮厚度對比

對氧化鐵皮界面及基體采用電子探針分析，對比缺陷位置和正常位置能譜分析結果，發(fā)現(xiàn)缺陷位置存在明顯的Si元素富集情況，而其他元素并無明顯差異，見表1。

表1 Q345B鋼帶界面能譜分析結果 %

鋼板表面缺陷位置表面粗糙，氧化鐵皮顆粒粗大。能譜成分同樣含有Si；而緊鄰的正常位置氧化鐵皮比較平整致密（見圖2），能譜成分不含Si，見表2。

圖2 Q345B鋼帶表面形貌及能譜分析

表2 Q345B鋼帶表面能譜分析結果

綜合上述分析及相關研究表明[2]，Si含量較高時，在氧化鐵皮與基體間可以形成Fe2SiQ4層，抑制Fe離子和O離子的擴散，大幅降低氧化鐵皮的生長速度。Si含量很低時，在氧化鐵皮與基體間不能形成Fe2SiQ4層，氧化形成的細小SiO2彌散分布于鋼基體與氧化鐵皮界面，不能抑制Fe離子和O離子的擴散。前面的分析也驗證了熱軋Q345B的鋼基體和表面氧化鐵皮的交界處出現(xiàn)的Si富集，即在鋼基體和表面氧化鐵皮的交界處形成了鐵橄欖石（Fe2SiQ4）。鐵橄欖石沿基體和氧化鐵皮界面生長，產(chǎn)生釘扎效應，使氧化鐵皮和基體之間緊密結合。研究表明，F(xiàn)e2SiQ4的凝固溫度為1173℃，在該溫度以上進行除鱗，比較容易清除表面氧化鐵皮。如果板坯一次氧化鐵皮除鱗不盡，殘留的氧化鐵皮成分主要為FeO，在隨后的軋制過程中變形破碎，進一步發(fā)生氧化反應生成Fe2O3，導致熱軋鋼帶表面產(chǎn)生紅色氧化鐵皮[3]。

3 現(xiàn)場工藝試驗

3.1 化學成分的影響

在同批次軋制計劃中組織了Q345B、Q235B和SPHC 3個鋼種生產(chǎn)，對比產(chǎn)品表面氧化鐵皮情況。3種產(chǎn)品的Si含量分別為0.26%、0.18%和0.01%，主要工藝參數(shù)為：出鋼溫度1180℃，終軋溫度850℃，4次除鱗，前段冷卻。

成品鋼帶表面情況：Q345B鋼帶表面紅色氧化鐵皮明顯，覆蓋面積較大，呈條帶狀分布于整個板面；Q235B鋼帶表面紅色氧化鐵皮明顯減少，呈線狀分布于局部板面；SPHC鋼帶表面基本無紅色氧化鐵皮。對比試驗及實際產(chǎn)品生產(chǎn)過程表明：在相同工藝條件下，隨著Si含量的增加，表面紅色氧化鐵皮呈明顯加重趨勢，Si含量高于0.20%時紅色氧化鐵皮較為嚴重，Si含量0.10%～0.20%時紅色氧化鐵皮基本受控，而Si含量低于0.10%時基本無紅色氧化鐵皮出現(xiàn)。

3.2 工藝溫度的影響

工藝溫度試驗主要對比了出鋼溫度和終軋溫度不同時對表面紅氧化鐵皮的影響。通過組織在相鄰軋制單位使用同爐Q345B板坯（Si 0.22%）生產(chǎn)相同規(guī)格鋼帶（7.5mm×1500mm）的方式進行對比，板坯出鋼溫度分別1230℃和1180℃。成品表面質量情況表明，采用高溫出鋼的Q345B成品表面無紅色氧化鐵皮，而低溫出鋼的成品表面紅色氧化鐵皮較嚴重。另外，在同一軋制單位使用同爐Q345B板坯（Si 0.24%）以840℃和880℃的終軋溫度生產(chǎn)同規(guī)格（5.75mm×1500mm）鋼帶，成品表面質量也有明顯差異。采用高溫終軋、實現(xiàn)快速軋制也可以在一定程度改善紅色氧化鐵皮現(xiàn)象。

3.3 除鱗工藝的影響

在同批次的Q345B軋制單位安排除鱗道次增減試驗，對比粗軋機架除鱗“1+1”、“2+1”和“2+2”3種模式下的鋼帶表面情況，發(fā)現(xiàn)增加粗軋除鱗道次有助于改善紅色氧化鐵皮現(xiàn)象，尤其是增加R2除鱗道次改善效果較為明顯。同時進行了除鱗壓力對比試驗，當產(chǎn)線采用正常節(jié)奏生產(chǎn)，除鱗水壓力始終保持在19 MPa以上時，產(chǎn)品表面氧化鐵皮狀況良好；而當產(chǎn)線采用快節(jié)奏生產(chǎn)時，除鱗水壓力因除鱗點工作重疊增加而導致除鱗水壓力降低，進而影響除鱗效果使表面質量劣化。

4 優(yōu)化改進措施

結合上述對比試驗結果和氧化鐵皮控制技術研究成果，控制Q345B紅色氧化鐵皮缺陷的主要優(yōu)化方向為降低Si含量、提高出鋼溫度、增加除鱗次數(shù)并保持較高除鱗水系統(tǒng)的工作壓力以及較高的終軋溫度。在實際工業(yè)生產(chǎn)中，考慮到降低Si含量對煉鋼工序生產(chǎn)過程，特別是連鑄環(huán)節(jié)有較大影響，同時降低Si含量需要提高其他合金元素含量來保證產(chǎn)品性能，因而將增加工序成本。因此對熱軋工藝進行了優(yōu)化，主要優(yōu)化內容見表3。

表3 優(yōu)化前后熱軋工藝參數(shù)

采用上述工藝參數(shù)生產(chǎn)后，Q345B產(chǎn)品表面紅色氧化鐵皮缺陷改善顯著。在特定條件下，Si含量達到0.33%時，產(chǎn)品表面也無紅色氧化鐵皮缺陷。但在大生產(chǎn)環(huán)境下，各項參數(shù)之間相互影響，導致產(chǎn)線控制能力下降，紅色氧化鐵皮缺陷仍時有發(fā)生。為了適應產(chǎn)線大生產(chǎn)條件的需要，對Q345B成分也進行了微調。產(chǎn)線最終優(yōu)化措施為：

1）Si目標成分由0.25%下調至0.16%。主要是減少Si在氧化鐵皮界面富集形成Fe2SiQ4，減輕Fe2SiQ4釘扎作用，同時適當增加了其他合金含量以彌補強度損失。

2）板坯加熱目標出鋼溫度由1180℃上調至1220℃。保證板坯在粗軋除鱗箱進行除鱗的溫度高于Fe2SiQ4的共析凝固溫度，避免Fe2SiQ4凝固后產(chǎn)生釘扎效應。

3）粗軋機架除鱗次數(shù)由1+1增加為2+2。增加除鱗次數(shù)是為了更好地去除Fe2SiQ4殘留，降低軋件進精軋機組溫度，控制二次氧化鐵皮厚度，提升精軋除鱗效果。

4）終軋溫度由850℃提高到880℃。保證了精軋過程在氧化鐵皮高溫塑性區(qū)間進行，避免軋件表面氧化鐵皮在軋制過程中破碎，從而抑制軋后紅色氧化鐵皮產(chǎn)生。

采取以上各項改善措施后，成功消除了Q345B鋼帶表面紅色氧化鐵皮，提高了熱卷的表面質量。

5 結語

對Q345B等含Si量較高的鋼產(chǎn)品表面紅色氧化鐵皮產(chǎn)生的機理已有較全面的研究，控制方向基本一致，但在具體產(chǎn)線上，各項工藝技術參數(shù)仍需要進一步摸索。本產(chǎn)線實現(xiàn)氧化鐵皮精細控制的主要經(jīng)驗為：

1）應根據(jù)產(chǎn)線情況，將板坯出鋼溫度提高到一個合理范圍，既能保證除鱗溫度，又盡可能降低能耗；高溫快軋能有效抑制鋼產(chǎn)品紅色氧化鐵皮缺陷的產(chǎn)生；產(chǎn)線的除鱗水系統(tǒng)壓力和除鱗設備狀態(tài)，是控制紅色氧化鐵皮缺陷的關鍵環(huán)節(jié)之一。

2）實際生產(chǎn)實踐表明，Si含量低于0.20%時，產(chǎn)線更易于穩(wěn)定控制產(chǎn)品表面紅色氧化鐵皮缺陷。

3）板坯加熱質量也是紅色氧化鐵皮缺陷控制的關鍵。板坯加熱質量不佳，很容易產(chǎn)生單面紅色氧化鐵皮，特別是下表面易產(chǎn)生。生產(chǎn)過程中異常停軋導致板坯在爐時間過長或溫度波動較大時，產(chǎn)品表面紅色氧化鐵皮缺陷發(fā)生概率會大幅增加。

4）通過采取優(yōu)化成分設計、調整熱軋工藝溫度和除鱗道次等控制措施，明顯改善了以Q345B為代表的低合金高強鋼表面紅色氧化鐵皮缺陷。

[1] 董守安.現(xiàn)代貴金屬分析[M].北京：化學工業(yè)出版社，2007.

[2] 伯格斯邁爾佩蒂特.金屬高溫氧化導論[M].北京：高等教育出版社，2010.

[3] 徐蓉.熱軋氧化鐵皮表面狀態(tài)研究和控制工藝開發(fā)[D].沈陽：東北大學，2012.

學會動態(tài)

山東省科協(xié)助力萊蕪市鋼城區(qū)創(chuàng)新驅動發(fā)展工程暨粉末冶金專家鋼城行啟動儀式在萊蕪成功舉行

2017年8月19日，由山東金屬學會、萊蕪市鋼城區(qū)人民政府共同承辦的“山東省科協(xié)助力萊蕪市鋼城區(qū)創(chuàng)新驅動發(fā)展工程暨粉末冶金專家鋼城行”啟動儀式在萊蕪市鋼城區(qū)成功舉行。省科協(xié)學會部副部長吳希峰、山東省冶金工業(yè)總公司總經(jīng)理助理、山東金屬學會秘書長徐新洲、萊蕪市科技局副局長申洪柱、鋼城區(qū)副區(qū)長李秀芳等領導分別致辭；中國粉末冶金產(chǎn)業(yè)技術創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟秘書長韓偉教授、中國鋼鐵工業(yè)協(xié)會粉末冶金協(xié)會名譽理事長李森蓉教授、中國金屬學會粉末冶金分會秘書長、北京科技大學賈成廠教授等17位粉末冶金領域全國知名專家蒞臨鋼城指導，上午有8位專家作了專題學術報告，下午考察了企業(yè)現(xiàn)場，聽取了情況介紹，進行了技術對接。2017省科協(xié)助力鋼城創(chuàng)新驅動發(fā)展工程全面啟動！

下一步，學會將按照省科協(xié)助力地方創(chuàng)新驅動發(fā)展工程的活動要求，圍繞鋼城區(qū)粉末冶金產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略規(guī)劃，充分發(fā)揮學會具有的信息、人才和組織優(yōu)勢，調動國內和省內冶金行業(yè)領域高校、研究院所、重點企業(yè)的積極性，通過“產(chǎn)學研”協(xié)作，做強人力資源支撐，集聚創(chuàng)新資源要素，推進產(chǎn)業(yè)技術創(chuàng)新體系建設，解決企業(yè)技術難題和人才需求。

（山東金屬學會秘書處）

Fine Control Technology for Oxidation Iron in Q345B Strip Surface

ZHANG Borui,GUAN Chuanhua,WANG Xiaofei,CHEN Hongyu,DING Yisheng
（Department of Manufacture and Management,Ningbo Iron and Steel Co.,Ltd.,Ningbo 315807,China）

When the Q345B strip surface has the red iron oxide defect,crucial surface is found on the defect part and the element Si is concentrating.By a series of comparative experiments on the strip line,the actual reasons to bring the red iron oxide defects were orientated.The chemical compositions,process temperature and descaling are the key points.A suggestion was given to get a better surface quality on hot rolled Q345B(HSLA)coil,including with better chemical compositions design,optimized rolling temperature and descaling passes controlling.

Q345B hot-rolled strip;surface oxide scale;fine control technology;descaling

TG335.11

B

1004-4620（2017）04-0022-03

2017-06-07

張博睿，男，1987年生，2010年畢業(yè)于遼寧工程技術大學材料成型與控制工程專業(yè)。現(xiàn)為寧波鋼鐵有限公司制造管理部工程師，從事熱軋工序質量管理、表面質量提升、氧化鐵皮控制技術等工作。