热轧钢材氧化铁皮控制技术的最新进展
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［1 ］
刘振宇等: 热轧钢材氧化铁皮控制技术的最新进展
《鞍钢技术》 2011 年第 2 期 总第 368 期
一方面， 国际国内 开 发出的 热轧免 酸洗钢生产 技 术， 品种主要 限 制 在 普 碳 低 级别系列， 如 Q235 － SPHC 和 510L 等， 345 ， 免酸洗钢生产技术限于 510L 级别以下。 对 于 510L 强 度 级别 以 上， 厚度 8 mm以上 的 高 强 度、 厚规格热轧钢材还未有涉 及。对于此类性能要求更高、 更严格的钢种， 其控 轧控冷工艺要求也更加严格。相对已经基本成熟 的 510L 级别以下的免酸洗生产工艺来说， 如何协 调好控轧控冷工 艺与 免 酸洗钢生产工 艺， 是开发 免酸洗高强钢生产工艺的关键。这方面国际国内 一直未有涉足。 本文对热轧钢材氧化铁皮控制方面的一些最 对 热轧 过程中氧化 铁 皮 结构 与 新进展加以介绍， 厚度演变的冶金 学现 象 进 行了 总 结和 阐述， 并在 此基础上 提出 了这 一 技术 的 应用 前 景 和 发展 构 想。 FeO 等温共析转变的温度 － 时间 关系。 从图 中 可 610L 的 共析转变 鼻尖 温 度 较 510L 降低 以看出， 了 120 ℃ 左右。这样的差别明确表明， 控制 610L 热轧氧化铁皮结构 不 能 像 开 发 510L 免 酸洗钢 那 样， 将卷取温度控 制 在 FeO 共析转变 的 鼻尖 温 度 范围， 以 生 成 超 过 75% 的 Fe3 O4 。 因 为这 样会 将 卷取温度降低至 400 ℃ 以下， 不仅造成卷取困难， 而且会导致钢 板强 度 超 标 和 延伸率偏 低等 问 题。 因此， 高强度热轧 钢材的 氧化 铁 皮 结构 控 制 更 加 严格和复杂。 1． 2 变形过程中热轧钢板氧化铁皮的剥落行为 为了 评判 钢 板表 面 氧化 铁 皮在 受 到 外 力 时 ， 不同 结 构 氧 化 铁 皮 的 脱 落 情 况， 将钢板切割成 20 200 mm矩形板， 试样 厚 度 为 钢 板 的 原 始 厚 度; 对试样表面进行充分清洗并确保试样表面没有毛 刺和刮伤等陷， 采用 万 能 试验机， 对钢 板 进 行 90° 弯曲实验， 实验方法见图 2 ， 不同 结构 氧化 铁 皮 弯 曲剥落形态如图 3 所示。
鞍 钢 技术
2011 年第 2 期
ANGANG TECHNOLOGY
Biblioteka Baidu
总第 368 期
专家论坛
热轧钢材氧化铁皮控制技术的最新进展
刘振宇， 王国栋 ( 东北大学， 辽宁 沈阳 110004 ) 摘要: 介绍了热轧氧化铁皮控制技术发展情况 。结合实验室热轧氧化铁皮厚度与结构演 变的研究结果， 对热轧钢材氧化铁皮控制技术的最新进展和应用进行了阐述 。 提出了针对热 轧高强钢后续加工特点的氧化铁皮的柔性化控制技术 。初步明确了热轧钢板表面氧化铁皮结 构对钢板耐候性能的影响规律。 关键词: 氧化铁皮; 热轧钢材; 柔性化控制; 耐腐蚀性能 中图分类号: TG335 文献标识码: A 文章编号: 1006 － 4613 ( 2011 ) 02 － 0001 － 05
The R ＆ D Progress on Technology for Controlling Oxide Scales on Hot Rolled Steel Products
Liu Zhenyu，Wang Guodong ( Northeastern University，Shenyang 110004 ，Liaoning，China) Abstract: This paper introduces the R ＆ D progress on technology for controlling oxide scales on hot rolled steel products，and also discusses the R ＆ D on the technology for controlling oxide scales on hot rolled steel and its application based on the research results for the interacting relationship between thickness and structure of the oxide scales on hot rolled products produced under conditions in laboratory，and thus proposes the flexible technology for controlling the oxide scales in regard to the characteristics of hot rolled steel products with high strength during their subsequent processing，and finally clarifies the regularities of the effect of structure of the oxide scales on weather resistant properties of steel plates． Key words: oxide scale; hot rolled steel products; flexible controlling; weather resistant property “十一五” 规划发展纲要提出“将单位国内生 产总值能源消耗降低 20% ， 主要污染物排放总量 减少 10% 的目标值 ” 的约束性指标， 国家对废酸 排放的惩治力度空前加大， 对钢铁材料后续加工 的能耗要求进一步提高。面对国家宏观政策的调 整， 促使汽车等生产企业迫切需要“减酸洗 ” 甚至 “免酸洗” 2006 年 的原材料产品。针对这种需求，
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1． 1
热轧氧化铁皮结构演变规律研究
高强钢表面 FeO 的共析转变行为
在前期开展的免酸洗钢和减酸洗钢开发过程 中， 对钢材表面 FeO 共析转变 行为及 其 对 最终氧 化铁皮结构的影响 规 律 进 行了 系统研究， 得到了 SPHC 和 510L 等钢种的 FeO 等 温共析转变曲 线， 据此可以适当 控 制 卷 取 温 度 和 带卷 的 冷 却速 度， ［2 ］ 以获得适量的 Fe3 O4 。 一直以来存 在 的 模糊认识 是， 钢 中 的 微合 金 元素 种 类 和 含 量对钢 板表 面 FeO 的 共析转变 行 为可 能 不 会 有 太 大 的 影 响。 为 此， 本文作者对 510L 和 610L 热轧钢材表面形成的 FeO 的共析转 变 行为进行了详细研究
图1 2 510L 和 610L 汽车大梁板表面 FeO 的等温共析转变曲线
目前， 我国汽车大 梁板 深 加工生产 线 生产工 艺主要有以下两种:
鞍 钢 技术
2011 年第 2 期
ANGANG TECHNOLOGY
总第 368 期
( a) FeO 层未发生共析反应氧化铁皮的脱落; ( b) FeO 层共析反应量小于 50% 氧化铁皮的块状脱落; ( c) FeO 层发生先共析反应后氧化铁皮的块状脱落; ( d) FeO 层发生完全共析反应后氧化铁皮的细粉状脱落
图3
不同结构氧化铁皮结构和剥落形态
( 1 ) 开卷→矫直→定尺→涂油 → 纵剪 → 冲孔 →弯边→脱脂→成品。 针 对 这种 有 涂油 工 序 的 深 加工工 艺， 希望 氧 化铁皮呈细粉状脱落， 与润滑油 结 合形 成 油泥， 有 利于大梁板 深 冲 过程中 的 润滑。 因此， 根 据 氧化 铁皮剥落实验 结 果， 应 该 将 这种深 加工工 艺 的 氧 化铁皮控制为以 Fe3 O4 为主的结构。 ( 2 ) 开卷→矫直→定尺→纵剪 → 冲孔 → 弯 边 →脱脂→成品。 针 对 这种 没 有 涂油 工 序 的 深 加工工 艺， 要求 氧化铁皮在开 卷 的 过程中 尽 量产生 较 少的 剥落， 以保证加工车间环境的清洁。 通 过氧化 铁 皮 剥落 实验， 类 型 2 的 氧 化 铁 皮 中 含 有 一 定 量 的 FeO， FeO 本身结构疏松多孔， 在 开 卷时 FeO 可 以 在 一 定程度上吸收 并 阻止裂纹扩 展， 从 而 减少 氧化 铁 皮脱落。 从图 3 可 以 看 出， 氧 化 铁 皮 结 构 中 FeO 和 Fe3 O4 比例与 FeO 的存 在 形态 决定 着 氧化 铁 皮 的 剥落行为。因此， 应 该 针 对汽车大 梁板 后续 深 加 工工艺的特点 合 理 控 制 氧化 铁 皮 结构， 才能够控 制氧化铁皮在 后续加工 过程中 的 剥落形态， 从而 使不同深加工生产线实现环境清洁的绿色制造。 1． 4 模拟 由于热轧过程中氧化铁皮厚 度 控 制 是 实现 氧 化铁皮结构控 制 的 基础， 因此 明 确 铁 皮在 热轧 生 热轧过程中氧化铁皮厚度演变规律的数值
［3 ］
。 图1 示 出 的 是 两 者
图2
弯曲实验方法
从 氧 化 铁 皮 剥 落 实 验 结 果 可 以 看 出， 随着 Fe3 O4 含 量的 增 加， 氧化 铁 皮在变 形 过程中 的 剥 落形式发生了明显 的 变化， 由片 状 脱落 向 细 粉末 状剥落变化。 在 实 际 开 卷 过程中， 钢 板表 面 所受 的力不足以使氧化 铁 皮 层 中 的 裂纹完全扩 展， 因 此在开平过程中氧化铁皮剥落的数量远达不到弯 曲实验中铁皮剥落 的 严 重 程 度， 但通 过 弯 曲 实 验 可以评定不同氧化铁皮结构的剥落形态。 1． 3 氧化铁皮结构柔性化控制
图4
热轧 610L 成品氧化铁皮厚度 预测值与实测值的对比
产过程中的 演变 规 律 显得 非常重 要。 但 是， 热轧 过程中现场取样观察氧化铁皮 的 结构和 厚 度 是 困 难的， 为此开发氧化 铁 皮厚 度 变化 的“软测 量 ” 方 法成为解决这一问题的唯一 途径。 东北 大 学热轧 钢材氧化 铁 皮控 制技术 研究 小组 在 修正 Wagner 恒温氧化动力 学 理论 的 基础上， 开 发 了 适 用 于板 带热连轧 ( 常 规 热 连 轧和 薄 板 坯连铸连 轧 ) 和 中 厚板轧制 过程 的 氧化 铁 皮厚 度 演变 数 值 模 拟软 件， 经过在不同生产线的应用， 达 到了 较 高的 预测 精度， 可以用于 开 发 控 制 氧化 铁 皮厚 度的 热轧 工 。 艺 图 4 示出的 是 国内 某 企业 2 050 mm 热轧 生 产线生产的 601L 成品 氧化 铁 皮厚 度 预测 值 与 实 测值的对比。
刘振宇， 教授、 博 士 生 导师; E － mail: zyliu @ mail． neu． edu． cn; 电话: 024 83680571 ; 辽宁省沈阳市东北大学 105 信箱。 国家科技支撑课题( 2004CB619108 ) 。
以后， 国内开发出热轧免酸洗钢生产技术， 品种涉 Q235 － 345 、 SPHC 、 510L 。 及 等 免 酸洗钢 技术普 ， 对下游深 加工产 线实现绿色制造 做出了贡献， 汽车结构件加工的酸洗工序被取消， 遍应用以后 成为行业节能减排的一项示范性技术。随着免酸 洗钢的广泛应用， 作业环境得到了明显改善。 目前， 国内以长春 一汽 和青岛 一汽 为代 表 的 先进汽车生产企业已将汽车大梁板达到免酸洗要 求作为企业的 基本 技术 指标。 因此， 开 发 达 到免 酸洗钢氧化铁皮要求的生产工艺迫在眉睫。一方 面， 汽车结构钢持续向更高强度的方向发展; 而另
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刘振宇等: 热轧钢材氧化铁皮控制技术的最新进展
《鞍钢技术》 2011 年第 2 期 总第 368 期
一方面， 国际国内 开 发出的 热轧免 酸洗钢生产 技 术， 品种主要 限 制 在 普 碳 低 级别系列， 如 Q235 － SPHC 和 510L 等， 345 ， 免酸洗钢生产技术限于 510L 级别以下。 对 于 510L 强 度 级别 以 上， 厚度 8 mm以上 的 高 强 度、 厚规格热轧钢材还未有涉 及。对于此类性能要求更高、 更严格的钢种， 其控 轧控冷工艺要求也更加严格。相对已经基本成熟 的 510L 级别以下的免酸洗生产工艺来说， 如何协 调好控轧控冷工 艺与 免 酸洗钢生产工 艺， 是开发 免酸洗高强钢生产工艺的关键。这方面国际国内 一直未有涉足。 本文对热轧钢材氧化铁皮控制方面的一些最 对 热轧 过程中氧化 铁 皮 结构 与 新进展加以介绍， 厚度演变的冶金 学现 象 进 行了 总 结和 阐述， 并在 此基础上 提出 了这 一 技术 的 应用 前 景 和 发展 构 想。 FeO 等温共析转变的温度 － 时间 关系。 从图 中 可 610L 的 共析转变 鼻尖 温 度 较 510L 降低 以看出， 了 120 ℃ 左右。这样的差别明确表明， 控制 610L 热轧氧化铁皮结构 不 能 像 开 发 510L 免 酸洗钢 那 样， 将卷取温度控 制 在 FeO 共析转变 的 鼻尖 温 度 范围， 以 生 成 超 过 75% 的 Fe3 O4 。 因 为这 样会 将 卷取温度降低至 400 ℃ 以下， 不仅造成卷取困难， 而且会导致钢 板强 度 超 标 和 延伸率偏 低等 问 题。 因此， 高强度热轧 钢材的 氧化 铁 皮 结构 控 制 更 加 严格和复杂。 1． 2 变形过程中热轧钢板氧化铁皮的剥落行为 为了 评判 钢 板表 面 氧化 铁 皮在 受 到 外 力 时 ， 不同 结 构 氧 化 铁 皮 的 脱 落 情 况， 将钢板切割成 20 200 mm矩形板， 试样 厚 度 为 钢 板 的 原 始 厚 度; 对试样表面进行充分清洗并确保试样表面没有毛 刺和刮伤等陷， 采用 万 能 试验机， 对钢 板 进 行 90° 弯曲实验， 实验方法见图 2 ， 不同 结构 氧化 铁 皮 弯 曲剥落形态如图 3 所示。
鞍 钢 技术
2011 年第 2 期
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热轧钢材氧化铁皮控制技术的最新进展
刘振宇， 王国栋 ( 东北大学， 辽宁 沈阳 110004 ) 摘要: 介绍了热轧氧化铁皮控制技术发展情况 。结合实验室热轧氧化铁皮厚度与结构演 变的研究结果， 对热轧钢材氧化铁皮控制技术的最新进展和应用进行了阐述 。 提出了针对热 轧高强钢后续加工特点的氧化铁皮的柔性化控制技术 。初步明确了热轧钢板表面氧化铁皮结 构对钢板耐候性能的影响规律。 关键词: 氧化铁皮; 热轧钢材; 柔性化控制; 耐腐蚀性能 中图分类号: TG335 文献标识码: A 文章编号: 1006 － 4613 ( 2011 ) 02 － 0001 － 05
The R ＆ D Progress on Technology for Controlling Oxide Scales on Hot Rolled Steel Products
Liu Zhenyu，Wang Guodong ( Northeastern University，Shenyang 110004 ，Liaoning，China) Abstract: This paper introduces the R ＆ D progress on technology for controlling oxide scales on hot rolled steel products，and also discusses the R ＆ D on the technology for controlling oxide scales on hot rolled steel and its application based on the research results for the interacting relationship between thickness and structure of the oxide scales on hot rolled products produced under conditions in laboratory，and thus proposes the flexible technology for controlling the oxide scales in regard to the characteristics of hot rolled steel products with high strength during their subsequent processing，and finally clarifies the regularities of the effect of structure of the oxide scales on weather resistant properties of steel plates． Key words: oxide scale; hot rolled steel products; flexible controlling; weather resistant property “十一五” 规划发展纲要提出“将单位国内生 产总值能源消耗降低 20% ， 主要污染物排放总量 减少 10% 的目标值 ” 的约束性指标， 国家对废酸 排放的惩治力度空前加大， 对钢铁材料后续加工 的能耗要求进一步提高。面对国家宏观政策的调 整， 促使汽车等生产企业迫切需要“减酸洗 ” 甚至 “免酸洗” 2006 年 的原材料产品。针对这种需求，
1
1． 1
热轧氧化铁皮结构演变规律研究
高强钢表面 FeO 的共析转变行为
在前期开展的免酸洗钢和减酸洗钢开发过程 中， 对钢材表面 FeO 共析转变 行为及 其 对 最终氧 化铁皮结构的影响 规 律 进 行了 系统研究， 得到了 SPHC 和 510L 等钢种的 FeO 等 温共析转变曲 线， 据此可以适当 控 制 卷 取 温 度 和 带卷 的 冷 却速 度， ［2 ］ 以获得适量的 Fe3 O4 。 一直以来存 在 的 模糊认识 是， 钢 中 的 微合 金 元素 种 类 和 含 量对钢 板表 面 FeO 的 共析转变 行 为可 能 不 会 有 太 大 的 影 响。 为 此， 本文作者对 510L 和 610L 热轧钢材表面形成的 FeO 的共析转 变 行为进行了详细研究
图1 2 510L 和 610L 汽车大梁板表面 FeO 的等温共析转变曲线
目前， 我国汽车大 梁板 深 加工生产 线 生产工 艺主要有以下两种:
鞍 钢 技术
2011 年第 2 期
ANGANG TECHNOLOGY
总第 368 期
( a) FeO 层未发生共析反应氧化铁皮的脱落; ( b) FeO 层共析反应量小于 50% 氧化铁皮的块状脱落; ( c) FeO 层发生先共析反应后氧化铁皮的块状脱落; ( d) FeO 层发生完全共析反应后氧化铁皮的细粉状脱落
图3
不同结构氧化铁皮结构和剥落形态
( 1 ) 开卷→矫直→定尺→涂油 → 纵剪 → 冲孔 →弯边→脱脂→成品。 针 对 这种 有 涂油 工 序 的 深 加工工 艺， 希望 氧 化铁皮呈细粉状脱落， 与润滑油 结 合形 成 油泥， 有 利于大梁板 深 冲 过程中 的 润滑。 因此， 根 据 氧化 铁皮剥落实验 结 果， 应 该 将 这种深 加工工 艺 的 氧 化铁皮控制为以 Fe3 O4 为主的结构。 ( 2 ) 开卷→矫直→定尺→纵剪 → 冲孔 → 弯 边 →脱脂→成品。 针 对 这种 没 有 涂油 工 序 的 深 加工工 艺， 要求 氧化铁皮在开 卷 的 过程中 尽 量产生 较 少的 剥落， 以保证加工车间环境的清洁。 通 过氧化 铁 皮 剥落 实验， 类 型 2 的 氧 化 铁 皮 中 含 有 一 定 量 的 FeO， FeO 本身结构疏松多孔， 在 开 卷时 FeO 可 以 在 一 定程度上吸收 并 阻止裂纹扩 展， 从 而 减少 氧化 铁 皮脱落。 从图 3 可 以 看 出， 氧 化 铁 皮 结 构 中 FeO 和 Fe3 O4 比例与 FeO 的存 在 形态 决定 着 氧化 铁 皮 的 剥落行为。因此， 应 该 针 对汽车大 梁板 后续 深 加 工工艺的特点 合 理 控 制 氧化 铁 皮 结构， 才能够控 制氧化铁皮在 后续加工 过程中 的 剥落形态， 从而 使不同深加工生产线实现环境清洁的绿色制造。 1． 4 模拟 由于热轧过程中氧化铁皮厚 度 控 制 是 实现 氧 化铁皮结构控 制 的 基础， 因此 明 确 铁 皮在 热轧 生 热轧过程中氧化铁皮厚度演变规律的数值
［3 ］
。 图1 示 出 的 是 两 者
图2
弯曲实验方法
从 氧 化 铁 皮 剥 落 实 验 结 果 可 以 看 出， 随着 Fe3 O4 含 量的 增 加， 氧化 铁 皮在变 形 过程中 的 剥 落形式发生了明显 的 变化， 由片 状 脱落 向 细 粉末 状剥落变化。 在 实 际 开 卷 过程中， 钢 板表 面 所受 的力不足以使氧化 铁 皮 层 中 的 裂纹完全扩 展， 因 此在开平过程中氧化铁皮剥落的数量远达不到弯 曲实验中铁皮剥落 的 严 重 程 度， 但通 过 弯 曲 实 验 可以评定不同氧化铁皮结构的剥落形态。 1． 3 氧化铁皮结构柔性化控制
图4
热轧 610L 成品氧化铁皮厚度 预测值与实测值的对比
产过程中的 演变 规 律 显得 非常重 要。 但 是， 热轧 过程中现场取样观察氧化铁皮 的 结构和 厚 度 是 困 难的， 为此开发氧化 铁 皮厚 度 变化 的“软测 量 ” 方 法成为解决这一问题的唯一 途径。 东北 大 学热轧 钢材氧化 铁 皮控 制技术 研究 小组 在 修正 Wagner 恒温氧化动力 学 理论 的 基础上， 开 发 了 适 用 于板 带热连轧 ( 常 规 热 连 轧和 薄 板 坯连铸连 轧 ) 和 中 厚板轧制 过程 的 氧化 铁 皮厚 度 演变 数 值 模 拟软 件， 经过在不同生产线的应用， 达 到了 较 高的 预测 精度， 可以用于 开 发 控 制 氧化 铁 皮厚 度的 热轧 工 。 艺 图 4 示出的 是 国内 某 企业 2 050 mm 热轧 生 产线生产的 601L 成品 氧化 铁 皮厚 度 预测 值 与 实 测值的对比。
刘振宇， 教授、 博 士 生 导师; E － mail: zyliu @ mail． neu． edu． cn; 电话: 024 83680571 ; 辽宁省沈阳市东北大学 105 信箱。 国家科技支撑课题( 2004CB619108 ) 。
以后， 国内开发出热轧免酸洗钢生产技术， 品种涉 Q235 － 345 、 SPHC 、 510L 。 及 等 免 酸洗钢 技术普 ， 对下游深 加工产 线实现绿色制造 做出了贡献， 汽车结构件加工的酸洗工序被取消， 遍应用以后 成为行业节能减排的一项示范性技术。随着免酸 洗钢的广泛应用， 作业环境得到了明显改善。 目前， 国内以长春 一汽 和青岛 一汽 为代 表 的 先进汽车生产企业已将汽车大梁板达到免酸洗要 求作为企业的 基本 技术 指标。 因此， 开 发 达 到免 酸洗钢氧化铁皮要求的生产工艺迫在眉睫。一方 面， 汽车结构钢持续向更高强度的方向发展; 而另