熱軋H型鋼表面紅銹分析

彭 林，黃 琦，夏 勐，丁朝暉，吳湄莊，吳保橋

(馬鋼股份公司技術(shù)中心 安徽馬鞍山 243000)

熱軋H型鋼表面形成的紅銹(主要成分是Fe2O3)對其外觀和使用造成不利影響。有研究表明，產(chǎn)品表面紅銹主要是由于坯料除鱗不凈，在后續(xù)軋制過程中進(jìn)一步氧化形成的一種表面缺陷，通常沿軋制方向呈條帶狀分布。國內(nèi)外已對熱軋H型鋼表面氧化鐵皮的結(jié)構(gòu)、生成規(guī)律和去除方法進(jìn)行了廣泛的研究，但集中在實(shí)驗(yàn)室研究，且側(cè)重于微觀結(jié)構(gòu)分析[1]-[3]。

現(xiàn)以熱軋H型鋼為研究對象，通過對比分析，研究了熱軋H型鋼表面紅銹情況，為改善產(chǎn)品表面銹蝕做好現(xiàn)場數(shù)據(jù)積累。

1 試驗(yàn)方法

現(xiàn)選擇同規(guī)格Q235B進(jìn)行不同終軋溫度的對比，選擇Q235B和Q345B鋼種進(jìn)行化學(xué)成分的對比。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 氧化鐵皮表面生長形貌分析

圖1所示的是軋件的原始形貌，從圖中可以明顯看出，軋件翼緣氧化鐵皮呈現(xiàn)兩種截然不同的顏色。

圖1 軋件原始形貌

圖2中顯示的為熱軋H型鋼表面紅色和青色部位氧化鐵皮截面的形貌圖。從圖中可以明顯看出，紅色部位氧化鐵皮出現(xiàn)明顯的分層現(xiàn)象，與基體結(jié)合不緊密，局部區(qū)域的氧化鐵皮破碎，呈現(xiàn)大顆粒特征，平均厚度約為31 μm。青色部位氧化鐵皮與基體結(jié)合較緊密，沒有出現(xiàn)明顯的分層現(xiàn)象，氧化鐵皮不呈現(xiàn)破碎狀，致密性較好，平均厚度約為15μ m。

圖2 不同部位表面氧化鐵皮厚度

圖3對熱軋H型鋼表面紅色和青色部位氧化鐵皮進(jìn)行了能譜分析，通過能譜分析結(jié)果可以看出，紅色區(qū)域氧含量較高，主要氧化物為Fe2O3(呈現(xiàn)紅色)。青色區(qū)域氧含量較低，主要氧化物為FeO和Fe3O4的混合物(呈現(xiàn)青色)。

圖3 不同部位表面氧化鐵皮能譜分析

2.2 終軋溫度

選取了熔煉化學(xué)成分接近的2個(gè)批號Q235B熱軋H型鋼，相關(guān)數(shù)據(jù)見表1，由表可知，1號軋件的終軋翼緣溫度均值較2號的低約30℃，腹板溫度接近。

表1 選取的Q235B主要化學(xué)成分和終軋溫度

圖4中(a)、(c)為1號軋件表面紅銹分布情況，(b)、(d)為2號軋件表面紅銹分布情況。通過對比可知，2號軋件的翼緣和腹板表面紅銹區(qū)域較1號的小，2號軋件的翼緣端部的紅銹顏色均較深，其他紅銹區(qū)域顏色也無明顯差異。

圖5所示為軋制過程中表面紅銹形成機(jī)理示意圖。粗軋階段的溫度較高，處于FeO的高溫塑性區(qū)，表面形成的氧化鐵皮能夠與軋件一道進(jìn)行塑性變形而不破碎，通過阻礙O2-和Fe2+在銹層內(nèi)的運(yùn)動(dòng)，阻止基體被進(jìn)一步氧化。精軋階段溫度較低，溫度已降至FeO脆性區(qū)，在軋制變形過程中，表面氧化鐵皮易破碎，在后續(xù)的冷卻過程中與空氣接觸，氧化層中部區(qū)域形成Fe3O4，最外層與空氣接觸充分形成Fe2O3，呈現(xiàn)紅色銹層。因此，隨著終軋溫度升高，氧化鐵皮破碎概率和程度降低，使得上冷床的軋件表面紅銹區(qū)域縮小。

熱軋H型鋼翼緣端部散熱快，軋制過程中溫降塊，該區(qū)域的FeO銹層在精軋階段破碎程度大，銹層中Fe2O3占比較大，造成紅銹集中在翼緣端部；內(nèi)圓角附近的散熱條件差，溫度較高，整個(gè)翼緣的溫度由中間向兩端降低，銹層中Fe2O3占比隨之增加，造成越靠近端部紅銹顏色越深。腹板內(nèi)圓角部位由于生產(chǎn)過程中存在較多的殘留冷卻水，加速了銹蝕過程，造成腹板圓角的紅銹區(qū)域明顯多于中部，且呈通條帶狀。

(a)、(c)，T=935 ℃～950 ℃；(b)、(d)，T=960 ℃～980℃圖4 不同終軋溫度下的表面紅銹分布

圖5 紅色氧化鐵皮形成機(jī)理示意圖

2.3 化學(xué)成分

研究表明，對于以C、Si、Mn、P、S為主要成分的Q235B和Q345B鋼，C和Mn主要影響強(qiáng)度和淬透性，對氧化鐵皮形貌無影響；S為影響熱脆的有害元素，含量較低；P只有與Cu配合才能影響氧化鐵皮結(jié)構(gòu)，在含量較低時(shí)僅對冷脆性有較大影響。因此，主要針對Si含量對表面紅銹的影響進(jìn)行探討。

本次選取了同規(guī)格Q235B和Q345B熱軋H型鋼，其中C、P、S含量接近，Q235B的Si和Mn含量明顯低于Q345B，翼緣和腹板的終軋溫度無明顯差距，具體數(shù)據(jù)見表2。

表2 選取的Q235B和Q345B主要化學(xué)成分和終軋溫度

圖6 (a)、(c)為Q235B軋件表面紅銹分布情況，(b)、(d)為Q345B軋件表面紅銹分布情況。由圖可知，Q235B和Q345B的表面紅銹區(qū)域分布一致；相比而言，Q345B在每個(gè)區(qū)域的紅銹面積均較大，腹板的差距不明顯。

有研究表明，Si主要改變高溫氧化過程中氧化鐵皮與鋼基體之間界面的結(jié)構(gòu)，進(jìn)而影響軋制過程中的除鱗效果[4]。如圖7所示，如Si含量較高，坯料加熱過程中，在氧化鐵皮和鋼基體的界面易出現(xiàn)硅的富集，形成鐵橄欖石，即Fe2SiO4。鐵橄欖石層通常沿著基體或氧化鐵皮的晶界生長，釘扎作用使得氧化鐵皮和鋼基體結(jié)合牢固。相比而言，較高Si含量的Q345B軋件除鱗效果不佳，軋件表面殘留較多的氧化鐵皮(主要為FeO)，在隨后的軋制過程中，殘留的氧化鐵皮破碎并與空氣充分接觸氧化形成Fe2O3，導(dǎo)致表面紅銹區(qū)域增大。

(a)、(c)，0.14%Si; (b)、(d)，0.27%Si圖6 不同Si含量下H型鋼表面紅色銹蝕分布

圖7 紅色氧化鐵皮的產(chǎn)生機(jī)理

3 小結(jié)

(1)熱軋H型鋼表面紅銹主要集中在翼緣端部和腹板內(nèi)圓角。

(2)終軋溫度提高和Si含量降低有助于縮小熱軋H型鋼表面紅銹區(qū)域。

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