提高热轧带钢表面质量

带钢表面质量不仅直接影响带钢的外观，而且对下游终端产品的质量也是至关重要。同时，带钢表面质量是企业炼钢、轧钢技术水平的体现，是产品品牌的缩影。随着汽车、家电工业的迅速发展，用户对带钢表面质量的要求越来越高。目前生产高质量汽车板、家电板，影响表面质量最显著的就是氧化铁皮类缺陷，因此对带钢氧化铁皮缺陷的控制非常重要。

氧化铁皮从何而来？

热轧带钢表面氧化铁皮是由于热轧生产中，高温的钢坯表面与车间环境中空气、水等介质发生氧化反应所形成的，因此，在钢坯加热、除鳞、轧制、冷却与卷取等热轧工序中都会发生。

热轧带钢表面氧化铁皮分为一次、二次和三次氧化铁皮。一次氧化铁皮是指钢坯在加热炉内加热过程中，表面与高温炉气生成的氧化铁皮，一次氧化铁皮缺陷一般以小斑点、斑痕和带状条纹形式不规则地分布在带钢上。二次氧化铁皮是指带钢在轧制过程中表面氧化铁皮脱落，炽热的金属表面与水和空气接触，会生成新的氧化铁皮。二次氧化铁皮呈颗粒状压入，分布多呈现分散的盐状。三次氧化铁皮是指带钢在精轧机内由于轧辊磨损和轧辊氧化膜剥落形成的氧化铁皮，氧化铁皮呈黑褐色、小舟状，细小、散沙状地分布在缺陷带钢表面，细摸起来有手感。

一次、二次氧化铁皮极易使带钢表面产生麻点，在带钢表面局部或连续分布大小不同、形状不一的凹坑。麻点缺陷形成的原因是：钢坯在加热炉中产生的氧化铁皮在除鳞中未被除去，黏在钢板上，在轧制过程中被压入钢板中，形成上下表面的麻点。

三次氧化铁皮是影响带钢表面质量的主要因素。因为大部分一次、二次氧化铁皮在高压水除鳞过程中被除去，而三次氧化铁皮在热轧后会生长在带钢表面，影响带钢的质量。三次氧化铁皮还会在冷轧工序中发生转变，诱发氧化铁皮压入等缺陷的发生，严重影响冷轧带钢的表面质量。

带钢表面的氧化铁皮一般由3层结构组成：与基体相接触的最内层的FeO、中间层的Fe3O4和最外层的Fe2O3。氧化铁皮的颜色随各种氧化成分比例的不同而变化，当Fe2O3比例较高时，表现为红色，FeO较多时，表现为蓝灰色。

直接影响：成分、温度与冷却方式

化学成分的影响。由于钢中含有Si、Ni、Cr、Cu、Sn等合金元素，这些元素对氧化铁皮的生长和结构影响很大，造成了带钢表面氧化铁皮结构的复杂性。

Si对氧化铁皮形成的影响。Si与O发生反应后以SiO2的形式存在，SiO2又与FeO形成铁橄榄石（2FeOSiO2），铁橄榄石颗粒长大时，被包埋在氧化膜中，呈杆条状平行于金属表面分布于FeO层中。铁橄榄石嵌入到氧化铁皮层中后，与基体的结合非常紧密，高压水除鳞也很难将其除去。

Ni和Cr对氧化铁皮形成的影响。Ni在钢中是一种较难氧化的元素，在氧化时Fe优先氧化，所以在氧化铁皮层会产生Ni的富集，形成富Ni的金属网丝和颗粒，并逐渐演变成一个附着力很强的黏附层，在高压水的冲击下仍不易剥离。而当钢中还有少量Ni存在时，黏附层的厚度有明显的增加。

Cu和Sn对氧化铁皮形成的影响。Cu和Sn富集在氧化铁皮与金属基体相界面，会使热轧板表面出现不规则的表面裂纹，所以应严格控制Cu和Sn的含量。

终轧温度及卷取温度的影响。终轧温度及卷取温度对氧化铁皮的结构影响很大，终轧温度及卷取温度越高，带钢表面的氧化铁皮越厚。

带钢冷却方式等因素的影响。由于带钢头、尾及边部在冷却时与空气接触多，因而氧化铁皮结构中Fe2O3及Fe3O4含量相对较高。而带钢冷却速度越慢，生成的氧化铁皮越厚，且氧化铁皮中难熔的Fe2O3及Fe3O4含量越高。

此外，板坯加热温度、加热时间对氧化铁皮的形成和厚度有很大影响，加热温度越高，加热时间越长，氧化铁皮越厚。

间接影响：轧辊的表面状况

轧制过程中轧辊是与带钢表面直接接触的，轧辊的表面状况间接地对带钢表面氧化铁皮产生影响，轧辊的磨损和轧辊氧化膜剥落导致带钢表面氧化铁皮的压入，从而形成三次氧化铁皮，严重影响带钢表面质量。因此在生产中对轧辊的控制非常重要。

轧辊氧化膜的形成。由于轧制过程中轧辊表面温度的升高，使轧辊辊面形成氧化膜，轧辊辊面状况与轧辊氧化膜密切相关，所以主要通过控制轧辊氧化膜来改善轧辊工作状况。控制氧化膜的厚度非常重要，一般以灰色和浅蓝色的氧化膜厚度最好。为了使轧辊辊面形成理想的氧化膜，要制定合适的的烫辊制度和工作辊冷却水水量制度，从而有效控制开轧初期的辊身温度。

轧辊氧化膜剥落分析。随着温度的升高，轧辊氧化膜中生长应力和热应力越来越大，氧化膜会发生开裂和剥落来松弛应力。轧辊氧化膜还受到接触应力作用，一定时间后，轧辊表面氧化膜与基体之间开始产生裂纹。在周向交变剪切应力作用下，裂纹不断扩展，氧化膜剥落，落在带钢表面，被轧辊碾轧导致带钢表面氧化铁皮压入的缺陷，形成带钢表面的三次氧化铁皮。

轧辊氧化膜的控制。控制轧辊温度是控制轧辊氧化膜的重点，目前降低轧辊温度最有效的手段是加装带有喷嘴的冷却水装置，必须保证冷却水喷嘴通畅，定期检查，防止阻塞。为了保护氧化膜，须对轧制负荷进行合理的分配，并在实际带钢生产中编制合理的轧制计划。而轧制润滑技术的应用可以有效减少轧辊的磨损、降低轧制力、缓解轧辊的热疲劳、改善轧制时的应力状态，从而提高轧辊的使用性能和延长使用寿命。

有的放矢去除氧化铁皮

除鳞是带钢生产工艺中非常重要的工序，目的是清除带钢表面的氧化铁皮，保证能顺利生产出质量合格的带钢产品。目前国内外应用较多的除鳞技术有高压水除鳞、化学法除鳞、机械法除鳞和气体除鳞等，其中最常用的办法就是高压水除鳞和化学法除鳞。

高压水除鳞。对于一次氧化铁皮的去除，高压水除鳞是最有效和经济的方法。经高压水流的冲击，在裂纹中高压水的动压力变成了流体的静压力而侵入氧化铁皮底部，使氧化铁皮从板坯表面剥落，达到清除氧化铁皮的目的，即粗除鳞，或称一次除鳞。

为了有效去除二次氧化铁皮，在粗轧机组内和精轧机组前也安装了高压水除鳞的装置。在高压水的冲击下，在带钢粗轧过程中产生的二次氧化铁皮会发生剥落，被水流冲走，大大减少了二次氧化铁皮进入精轧机组的可能性，即精除鳞，或称二次除鳞。

化学法除鳞。化学法即采用酸、碱等化学物质与钢铁材料表面的铁鳞起化学反应而去掉氧化铁皮。化学法应用最广泛的是酸洗，利用氧化物与酸液反应，通过酸液的溶解作用、机械剥落作用和还原作用有效去除氧化铁皮。目前发展最快的酸洗方式是浅槽紊流酸洗技术，具有酸洗时间短、产生废酸量少、表面质量洁净等优点，提高了生产率，取得了很好的经济效益。酸洗可以有效去除三次氧化铁皮，为生产出高质量的冷轧带钢创造了条件。

减少污染，强化控制是方向

随着国家不断控制废酸的排放，对钢铁材料后续加工的能耗要求进一步提高，促使企业迫切需要减酸洗和免酸洗的原材料产品。针对这种需求，国内各钢铁企业大力发展热轧免酸洗钢生产技术。免酸洗钢又可称为“黑皮钢”，其表面氧化铁皮主要由Fe3O4组成，具有较高的塑性、较薄的厚度及与基体紧密的结合力，在深加工过程中氧化铁皮可随基体发生变形，因此不须要通过酸洗去除氧化铁皮。

根据热轧过程中氧化铁皮的演变特点，可以在板坯加热、高压水除鳞、冷却方式、卷取温度等方面进行控制。在板坯加热过程中，要制定合理的加热制度，以控制一次氧化铁皮的厚度。在使用高压水除鳞时，要保持喷嘴的通畅，保持足够的喷水量和大的水压，以尽可能多地去除表面氧化铁皮。在卷取过程中，根据实际需要设定合适的卷取温度，以控制FeO的共析反应(4FeO→Fe+Fe3O4)。当需要减酸洗冷