氧化工藝對(duì)Q355B鋼氧化鐵皮特征和力學(xué)性能的影響

王瑞章，郭云俠，江 雁，王 萍，楊 凱，郭愛民，黃貞益

(1.南京鋼鐵股份有限公司中棒廠，江蘇南京 211500；2.南京泉峰汽車精密技術(shù)股份有限公司項(xiàng)目部，江蘇南京 211111；3.安徽工業(yè)大學(xué)冶金工程學(xué)院，安徽 馬鞍山 24300)

以鐵素體(F)和珠光體(P)組織為特征的低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼廣泛用于制造建筑、船舶、車輛、油井、高壓容器、輸送管道等構(gòu)件，為了獲得所需組織與力學(xué)性能并盡可能降低F和P帶狀級(jí)別，使其在具備優(yōu)良強(qiáng)韌性配合的同時(shí)具有較強(qiáng)的抗冷彎變形開裂性能，一般需采用控制軋制和控制冷卻等生產(chǎn)工藝[1-4]。但此類鋼坯在加熱爐進(jìn)行長時(shí)間加熱時(shí)，表面會(huì)形成一定厚度的氧化鐵皮，即爐生氧化鐵皮[5-8]，熱軋前一般采用高壓水除鱗設(shè)備去除?？刂茽t生氧化鐵皮的厚度、致密性等是其易于被高壓水除鱗設(shè)備去除的關(guān)鍵[9-11]。影響爐生氧化鐵皮特征的因素主要有溫度、時(shí)間和加熱氣氛等[12]。提高加熱溫度會(huì)加快鐵和氧原子的擴(kuò)散速度，致使氧化鐵皮的厚度迅速增加；隨加熱時(shí)間的延長，氧化鐵皮的厚度呈線性增加趨勢(shì)；將加熱氣氛中空氣過剩系數(shù)控制在0.90～1.05，可降低加熱爐燃耗并提高氧化鐵皮的易除性能，進(jìn)一步增大空氣過剩系數(shù)會(huì)使氧化鐵皮的厚度增加[9]。但也有研究發(fā)現(xiàn)，在爐氣溫度和加熱時(shí)間一定的情況下，鋼坯的氧化燒損(與氧化鐵皮厚度呈正相關(guān))隨氧氣含量的增加呈先減少后增加的趨勢(shì)[10]。綜上可知，影響鋼坯氧化鐵皮特征的因素復(fù)雜。已有關(guān)于鋼坯氧化鐵皮特征的研究大多采用定性手段，鮮見采用定量手段分析上述因素對(duì)氧化增重和氧化鐵皮厚度的影響，對(duì)不同工藝制度和氧氣含量下獲得氧化鐵皮力學(xué)性能的研究也較少?；诖?，以低合金高強(qiáng)度鋼Q355B 為研究對(duì)象，建立氧化增重和氧化鐵皮厚度與溫度、時(shí)間、氧氣濃度的定量關(guān)系模型，對(duì)其在一定加熱工藝和氧氣含量下的氧化增重、氧化鐵皮厚度與致密性及力學(xué)性能進(jìn)行研究，以期為低合金高強(qiáng)度鋼加熱工藝的優(yōu)化制定提供試驗(yàn)和理論依據(jù)。

1 試驗(yàn)材料與方法

試驗(yàn)所用Q355B 鋼(原Q345B)主要合金元素的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))為0.17% C，1.41% Mn，0.20% Si，0.014% P，0.017% S，0.02% V，0.012% Nb，0.05% Ni，0.003% Mo 等[9]。采用線切割截取尺寸為Φ50 mm×5 mm的圓片試樣若干，采用鉆床在圓片中間鉆出直徑為4 mm的圓孔，采用MTLQ-ND-6物性原位測(cè)定系統(tǒng)進(jìn)行高溫氧化試驗(yàn)，測(cè)試系統(tǒng)示意圖如圖1。氧化試驗(yàn)前，將試樣進(jìn)行打磨、拋光并烘干，然后放入干燥皿中備用。

圖1 高溫氧化測(cè)試系統(tǒng)示意圖Fig.1 Schematic diagram of the high temperature oxidation test system

用直徑為3.5 mm 的鎳鉻絲穿過試樣中心圓孔，鎳鉻絲的一端固定試樣和坩堝(坩堝底部有直徑為3.5 mm 的孔，鎳鉻絲穿過之后采用高溫膠泥密封)并使試樣懸于坩堝中，另一端與萬分之一電子天平連接。打開氧氣閥和氮?dú)忾y，按一定的氧氣和氮?dú)饬髁勘?O2與N2的體積比)將氧氣和氮?dú)夥謩e輸入配氣瓶中并充分混合。然后將試樣懸吊于加熱爐內(nèi)，通入10 min氮?dú)鈱⒓訜釥t內(nèi)的空氣排出后，稱取試樣和鎳鉻絲及坩堝等的初始質(zhì)量并關(guān)閉氮?dú)忾y門。與此同時(shí)，以10 ℃/min 的速度將試樣加熱至設(shè)定的氧化溫度后，打開配氣瓶閥門，將混合氣體以100 mL/min的速度輸入加熱爐，持續(xù)輸入時(shí)間為設(shè)定的氧化時(shí)間。

試驗(yàn)過程中通過電腦和電子天平自動(dòng)記錄試樣的氧化增重。當(dāng)氧化時(shí)間即將達(dá)到設(shè)定時(shí)間時(shí)，切斷加熱設(shè)備電源、關(guān)閉氧氣瓶和氧氣閥門并加大氮?dú)饬魉伲焖倥趴张錃馄績?nèi)氧氣的同時(shí)將氮?dú)馔ㄟ^配氣瓶持續(xù)不斷地輸入到加熱爐內(nèi)，防止試樣在加熱爐內(nèi)冷卻到室溫的過程中進(jìn)一步氧化，避免其對(duì)后續(xù)氧化鐵皮特征和性能的影響。

表1 為三因素三水平正交試驗(yàn)方案。在高溫氧化試驗(yàn)中，通過控制輸入至配氣瓶中的氧氣和氮?dú)饬髁勘葋砜刂谱罱K輸入到加熱爐內(nèi)的氧氣體積分?jǐn)?shù)，氧氣的體積分?jǐn)?shù)為2%，10%和5%。

表1 Q355B鋼高溫氧化正交試驗(yàn)方案Tab.1 Orthogonal experimental scheme for high temperature oxidation of Q355B steel

采用線切割將含氧化鐵皮的試樣沿圓片表面切成10 mm×10 mm×厚度(厚度指包含圓片高度和氧化鐵皮在內(nèi)的整個(gè)尺寸)的長方體若干，用丙酮將其表面油污去除；用鑲嵌料將試樣鑲嵌成塊，厚度方向暴露在鑲嵌塊表面，通過機(jī)械打磨和拋光將其拋成鏡面。采用JSM-6510LV 型掃描電子顯微鏡(scanning electron microscope，SEM)觀察氧化鐵皮的截面特征，采用Image J圖像分析軟件測(cè)量氧化鐵皮的厚度。采用Smartlab 型X 射線衍射儀(X ray diffractometer，XRD)分析氧化鐵皮的物相組成，電壓和電流分別為40 kV 和40 mA，掃描角度范圍為10°～80°。采用Nano Indenter G200 型納米壓痕儀測(cè)量氧化鐵皮的硬度和楊氏模量，納米壓痕試驗(yàn)壓痕的壓入速度為10 nm/s，預(yù)設(shè)壓入深度為100，150 nm。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 氧化工藝對(duì)氧化鐵皮物物相組成的影響

圖2為Q355B鋼在不同高溫氧化工藝下生成氧化鐵皮的物相組成。

圖2 氧化工藝對(duì)Q355B鋼氧化鐵皮物相組成的影響Fig.2 Effect of oxidation process on the phase compositions of iron oxide scale on Q355B steel surface

由圖2可見，不同高溫氧化工藝下生成的氧化鐵皮均由FeO，F(xiàn)e3O4和Fe2O3等物相組成，該結(jié)果與Fe O相[13]所示的結(jié)果一致。比較圖2 可知：氧氣體積分?jǐn)?shù)為5%時(shí)，試樣在1 150 ℃下氧化180 min 生成的氧化鐵皮中各物相含量具有Fe2O3＞Fe3O4＞FeO 特征，在1 100 ℃下氧化240 min 及1 200 ℃下氧化300 min 后各物相含量則具有Fe3O4＞FeO＞Fe2O3特征；氧氣體積分?jǐn)?shù)增至10%，試樣在上述溫度下氧化不同時(shí)間生成的氧化鐵皮中各物相含量均具有FeO＞Fe3O4＞Fe2O3特征；進(jìn)一步提高氧氣體積分?jǐn)?shù)至21%，試樣在1 150 ℃下氧化300 min 生成的氧化鐵皮中Fe3O4含量最多，而在1 100 ℃下氧化180 min 及1 200 ℃下氧化240 min 各物相含量則具有FeO＞Fe3O4＞Fe2O3特征。

綜上可知，氧化溫度、氧化時(shí)間和氧氣含量對(duì)Q355B 鋼高溫氧化鐵皮中各物相含量的影響復(fù)雜。氧氣含量較低(體積分?jǐn)?shù)為5%)時(shí)，加熱溫度的提高和氧化時(shí)間的延長對(duì)Fe3O4含量的增加有利；氧氣體積分?jǐn)?shù)增至10%和21%時(shí)，加熱溫度的提高和氧化時(shí)間的延長對(duì)FeO含量的增加有利。

2.2 氧化工藝對(duì)氧化鐵皮截面形貌和厚度的影響

圖3 為Q355B 鋼在不同高溫氧化工藝下生成氧化鐵皮的截面形貌和厚度特征。由圖3(a)～(c)可見：Q355B 鋼在氧氣體積分?jǐn)?shù)為21%下高溫氧化不同時(shí)間生成的氧化鐵皮較致密、厚度較均勻且看不出明顯的分層現(xiàn)象。該結(jié)果預(yù)示著，Q355B鋼在氧氣體積分?jǐn)?shù)為21%的氣氛下進(jìn)行較長時(shí)間加熱時(shí)，氧化鐵皮與鋼基體的結(jié)合強(qiáng)度較高，氧化鐵皮不易脫落，對(duì)高壓水除鱗不利[14]。由圖3(a)～(c)還可看出：氧氣體積分?jǐn)?shù)為21%的氣氛下，Q355B 鋼在1 100 ℃氧化180 min 時(shí)生成的氧化鐵皮總厚度約866.45 μm；提高加熱溫度和延長氧化時(shí)間，1 150 ℃下氧化300 min時(shí)生成的氧化鐵皮總厚度約1 109.11 μm，1 200 ℃下氧化240 min時(shí)生成的氧化鐵皮總厚度1 099.97 μm。由此可知，提高氧化溫度和延長氧化時(shí)間，氧化鐵皮的厚度增加，且氧化溫度對(duì)氧化鐵皮厚度增加的影響比氧化時(shí)間大。

圖3 氧化工藝對(duì)Q355B鋼氧化鐵皮截面特征的影響Fig.3 Effect of oxidation process on the cross-sectional morphology of iron oxide scale on Q355B steel surface

由圖3(d)～(f)可看出：加熱氣氛中氧氣體積分?jǐn)?shù)降低為10%時(shí)，氧化溫度和氧化時(shí)間對(duì)Q355B 鋼氧化鐵皮厚度的影響與氧氣體積分?jǐn)?shù)為21%時(shí)的類似，但其在1 100 ℃下氧化300 min 及在1 150 ℃下氧化240 min生成氧化鐵皮的致密性(圖3(e))比其在氧氣體積分?jǐn)?shù)為21%下的低，且具有疏松特征及出現(xiàn)分層和裂紋；Q355B 鋼在1 200 ℃下氧化180 min(加熱氣氛為氧氣體積分?jǐn)?shù)10%)生成較致密且無分層的氧化鐵皮，表明Q355B 鋼高溫氧化時(shí)，氧化溫度、氧化時(shí)間和氧氣含量對(duì)氧化鐵皮特征的影響復(fù)雜。上述因素對(duì)Q355B 鋼氧化鐵皮特征影響的復(fù)雜性可從其在氧氣體積分?jǐn)?shù)為5%下生成的氧化鐵皮特征得到進(jìn)一步驗(yàn)證(圖3(g)～(i))，此時(shí)氧化溫度和氧化時(shí)間對(duì)Q355B鋼氧化鐵皮厚度的影響與其在氧氣體積分?jǐn)?shù)為21%和10%下的類似，但在氧氣體積分?jǐn)?shù)為5%下生成的氧化鐵皮呈明顯的分層現(xiàn)象。

2.3 氧化工藝對(duì)氧化鐵皮納米壓痕硬度和模量的影響

圖4(a)～(c)為Q355B 鋼在氧氣體積分?jǐn)?shù)21%下氧化鐵皮的納米壓痕載荷-位移曲線，上升段和下降段分別為加載階段和卸載階段。由圖4(a)～(c)可見：載荷-位移曲線在加載過程完成并卸載后并未回到加載曲線的初始位置，而是有一定的殘留，表明氧化鐵皮在壓頭壓入過程中發(fā)生了一定的塑性變形；當(dāng)壓頭壓入到預(yù)設(shè)深度(100，150 nm)后，載荷-位移曲線上部出現(xiàn)載荷不變而位移突然增加的現(xiàn)象，即出現(xiàn)突進(jìn)(pop-in)現(xiàn)象[15]，這是由于多相構(gòu)成的氧化鐵皮在壓頭壓入到一定深度后使位錯(cuò)源開動(dòng)所致[15]；在卸載曲線的近末端出現(xiàn)位移突然減少的現(xiàn)象，即出現(xiàn)突退(pop-out)現(xiàn)象[15]，如圖中箭頭所示。

圖4 氧化工藝對(duì)Q355B鋼氧化鐵皮納米壓痕載荷-位移曲線的影響Fig.4 Effect of oxidation process on the nanoindentation load-displacement curve of iron oxide scale on Q355B steel surface

如上所述：在加載過程中，位錯(cuò)源的產(chǎn)生將引起突進(jìn)和應(yīng)力集中；在卸載過程中，應(yīng)力集中的快速釋放并與卸載過程疊加，產(chǎn)生的應(yīng)力超過氧化鐵皮的強(qiáng)度而出現(xiàn)破裂損傷，從而出現(xiàn)位移突然減少的突退現(xiàn)象[15]。比較不同預(yù)設(shè)壓入深度的載荷-位移曲線特征可見，預(yù)設(shè)壓入深度為150 nm 的突進(jìn)和突退現(xiàn)象比預(yù)設(shè)壓入深度為100 nm 的明顯，進(jìn)一步說明關(guān)于載荷-位移曲線上出現(xiàn)突進(jìn)和突退現(xiàn)象原因解釋的正確性。在壓頭加載過程中，氧化鐵皮內(nèi)部的位錯(cuò)源開動(dòng)而在加載曲線上出現(xiàn)突進(jìn)并在氧化鐵皮內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力集中。在卸載過程中，應(yīng)力集中釋放與卸載過程疊加導(dǎo)致氧化鐵皮出現(xiàn)破裂損傷從而出現(xiàn)壓入深度突然減小的突退現(xiàn)象。預(yù)設(shè)壓入深度越大，加載過程中氧化鐵皮中位錯(cuò)源開動(dòng)得越多，應(yīng)力集中越大，加載曲線上的突進(jìn)現(xiàn)象越明顯。加載過程中產(chǎn)生的應(yīng)力集中越大，卸載過程中的釋放越大，氧化鐵皮中發(fā)生的破裂損傷越大，突進(jìn)現(xiàn)象越明顯。Q355B 鋼在其他氧化工藝下生成的氧化鐵皮納米壓痕載荷-位移曲線特征與圖4(a)～(c)類似，如圖4(d)～(i)。

圖5為根據(jù)圖4結(jié)果獲得的納米壓痕硬度和楊氏模量隨氧化工藝的變化曲線。由圖5可見，壓痕深度對(duì)Q355B 鋼氧化鐵皮硬度和楊氏模量的影響具有3 種特征：壓痕深度對(duì)氧化鐵皮的硬度和楊氏模量影響不大(如T7 和T8)，該種特征的氧化鐵皮結(jié)構(gòu)致密(如圖3(g)和(h))，基體與內(nèi)層氧化鐵皮的結(jié)合力大，在高壓水除鱗過程中難以脫落；氧化鐵皮的硬度和楊氏模量隨壓痕深度的增加而增加(如T1，T2，T5，T6和T9)，該種特征的氧化鐵皮結(jié)構(gòu)較致密(如圖3(a)，(b)，(e)，(f)和(i))，基體與內(nèi)層氧化鐵皮的結(jié)合力較大，在高壓水除鱗過程中不易脫落；氧化鐵皮的硬度和楊氏模量隨壓痕深度的增加而減小(如T3 和T4)，該種特征的氧化鐵皮結(jié)構(gòu)疏松(如圖3(c)和(d))，沿氧化鐵皮厚度方向的變形相對(duì)不協(xié)調(diào)，內(nèi)部可能有空隙，與基體結(jié)合性差，易被高壓水除鱗去除干凈。

圖5 氧化工藝對(duì)Q355B鋼氧化鐵皮納米壓痕硬度和楊氏模量的影響Fig.5 Effect of oxidation process on the nanoindentation hardness and Young’s modulus of iron oxide scale on Q355B steel surface

3 討論

上述分析表明，氧化溫度、氧化時(shí)間和氧氣含量對(duì)Q355B 鋼氧化鐵皮物相和厚度等特征的影響復(fù)雜，從試驗(yàn)結(jié)果難以準(zhǔn)確找到影響氧化鐵皮特征的主次因素，故從理論和數(shù)理統(tǒng)計(jì)角度進(jìn)行討論。

Q355B鋼在含氧氣氛下發(fā)生氧化并生成由不同鐵的氧化物組成的氧化鐵皮不能用鐵和氧氣發(fā)生的單純化學(xué)反應(yīng)理論來解釋，需要用由鐵和氧反應(yīng)擴(kuò)散控制的固態(tài)相變理論來解釋[16-17]。對(duì)于低合金高強(qiáng)度鋼，在氧氣含量一定的情況下，鐵和氧在單位時(shí)間內(nèi)的擴(kuò)散量隨擴(kuò)散系數(shù)的增大而增大，即氧化鐵皮的厚度隨擴(kuò)散系數(shù)的增大而增大[17]。由式(1)所示的擴(kuò)散系數(shù)D表達(dá)式[17]可知，在基體的化學(xué)成分和組織結(jié)構(gòu)等一定的情況下，隨溫度的升高擴(kuò)散系數(shù)呈指數(shù)級(jí)提高，擴(kuò)散速率增大，氧化鐵皮厚度增加。

式中：D0為與溫度無關(guān)的擴(kuò)散常數(shù)；Q為擴(kuò)散激活能；R為氣體常數(shù)；T為熱力學(xué)溫度。

此外，由擴(kuò)散速率決定的氧化鐵皮厚度還與氧化時(shí)間有關(guān)，對(duì)于恒流源(氧氣源源不斷地供給且供給含量不變)的反應(yīng)擴(kuò)散而言，氧氣的體積分?jǐn)?shù)φ與擴(kuò)散距離x和時(shí)間t具有如式(2)所示的關(guān)系[18]。

式中：φs為恒流源氧氣的體積分?jǐn)?shù)；erf(β)為誤差函數(shù)，可通過查表獲得，其中β為

由式(3)可知，在x和D一定的情況下，隨氧化時(shí)間t的增大或在x和t一定的情況下，隨D的增大，β值均減小。由誤差函數(shù)的特性可知，erf(β)隨β值的減小大致呈線性減小關(guān)系。則由式(2)可知，隨氧化時(shí)間t或擴(kuò)散系數(shù)D的增大，氧的擴(kuò)散速率大致呈線性增加趨勢(shì)。由于擴(kuò)散系數(shù)D與溫度T的關(guān)系為指數(shù)增大關(guān)系，即由擴(kuò)散系數(shù)決定的擴(kuò)散速率隨溫度呈指數(shù)增大關(guān)系。綜上可知，氧化溫度T對(duì)氧擴(kuò)散速率的影響比氧化時(shí)間t對(duì)氧擴(kuò)散速率的影響大。對(duì)于本研究，在氧氣含量一定的條件下，提高氧化溫度、延長氧化時(shí)間，氧化鐵皮的厚度增加(氧擴(kuò)散速率增加)，且氧化溫度對(duì)氧化鐵皮厚度增加的影響比氧化時(shí)間的大。

為進(jìn)一步說明上述結(jié)果，采用線性回歸方法對(duì)表2所示的不同氧化工藝下的氧化增重和氧化鐵皮厚度與氧化溫度、氧化時(shí)間和氧氣含量等三因素之間的關(guān)系進(jìn)行擬合分析。上述三因素的單位不同，為使其在回歸方程中的回歸系數(shù)具有可比性，將上述因素均除以標(biāo)準(zhǔn)差，通過比較回歸系數(shù)的大小來預(yù)測(cè)不同因素所起作用的大小。

表2 Q355B鋼高溫氧化增重和氧化鐵皮厚度測(cè)量結(jié)果Tab.2 Measurement results of high temperature oxidation weight gain and oxide scale thickness of Q355B steel

式(4)，(5)分別為采用線性回歸方法獲得的氧化增重m或氧化鐵皮厚度L與標(biāo)準(zhǔn)化溫度Tnor、標(biāo)準(zhǔn)化時(shí)間tnor和標(biāo)準(zhǔn)化氧氣體積分?jǐn)?shù)φnor的關(guān)系式。

式(4)，(5)所示的逐步回歸方程的擬合優(yōu)度R2分別為0.95和0.83，說明上述三因素對(duì)氧化增重影響的線性回歸關(guān)系明顯，對(duì)氧化鐵皮增厚影響的線性回歸關(guān)系則不夠明顯。數(shù)理統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，氧化溫度、氧化時(shí)間和氧氣含量對(duì)Q355B 鋼平均氧化增重和平均氧化鐵皮厚度的影響大小關(guān)系為：氧化溫度＞氧化時(shí)間＞氧氣含量，三因素對(duì)氧化增重和氧化鐵皮厚度的整體影響非常顯著(反映差別的概率為P，顯著性水平為α[19]，本研究設(shè)α=0.05，回歸結(jié)果的P≈0，P＜α，影響非常顯著)，呈正相關(guān)關(guān)系并具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。該結(jié)果進(jìn)一步驗(yàn)證了前述采用擴(kuò)散方程得到的結(jié)果。

對(duì)于氧氣含量，其對(duì)氧化增重的影響為正相關(guān)，但對(duì)氧化鐵皮厚度的影響為負(fù)相關(guān)。一般而言氧化增重的增加會(huì)導(dǎo)致氧化鐵皮厚度的增加，但由圖3 可知，不同氧化工藝下的氧化鐵皮會(huì)出現(xiàn)疏松、與基體結(jié)合不牢固及分層現(xiàn)象，隨著氧化的進(jìn)行，會(huì)存在少量氧化鐵皮掉落的現(xiàn)象，從而使氧化鐵皮厚度(圖3)的測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)確。氧化增重是在加熱保溫過程中同步進(jìn)行的，試樣下有坩堝，稱重包含坩堝的質(zhì)量，即使在氧化過程中出現(xiàn)氧化鐵皮的少量脫落，也不會(huì)對(duì)氧化增重測(cè)量的準(zhǔn)確性產(chǎn)生影響。此外，氧氣含量增加導(dǎo)致的氧化增重增加與氧化鐵皮厚度減小還與氧化鐵皮由不同物相構(gòu)成有關(guān)。由圖2 可知，氧化工藝對(duì)氧化鐵皮各物相含量的影響復(fù)雜，而各物相的密度不同，在一定溫度和時(shí)間下，氧化鐵皮的物相組成由氧氣含量決定(由Fe O相圖和擴(kuò)散定律可知[18])，故出現(xiàn)氧化增重隨氧氣含量增加與氧化鐵皮厚度反而減小的現(xiàn)象。由此可知，采用氧化增重來研究氧化工藝對(duì)氧化特征的影響更準(zhǔn)確。

由式(4)所示的線性歸回方程結(jié)果P=0.17＞0.05 可知，氧氣含量對(duì)氧化增重的影響不顯著。式(5)所示的線性回歸方程的P=0.64，遠(yuǎn)大于0.05，說明氧氣含量對(duì)氧化鐵皮增厚的影響非常不顯著，即氧氣含量對(duì)氧化增重和氧化鐵皮增厚的影響不大。由式(4)，(5)所示的線性回歸方程得到的歸一化系數(shù)也可得到同樣的結(jié)論。

綜上可知，氧化溫度、氧化時(shí)間和氧氣含量等三因素對(duì)Q355B 鋼氧化鐵皮特征的影響由鐵和氧間的反應(yīng)擴(kuò)散決定，三因素對(duì)Q355B 鋼氧化鐵皮特征影響的大小關(guān)系為氧化溫度＞氧化時(shí)間＞氧氣含量，氧化溫度對(duì)Q355B 鋼氧化鐵皮特征的影響最顯著、氧氣含量最小。由此可知，在滿足Q355B 鋼軋制加熱組織結(jié)構(gòu)和性能的前提下，應(yīng)盡可能降低軋制加熱溫度和縮短保溫時(shí)間，特別是要盡可能降低加熱溫度，從而使Q355B鋼表面形成的氧化鐵皮薄且易于被高壓水除鱗去除。

4 結(jié)論

1)Q355B 鋼在氧氣體積分?jǐn)?shù)為5%，10%，21%，氧化溫度為1 100，1 150，1 200 ℃，氧化時(shí)間為180，240，300 min的三因素三水平正交氧化試驗(yàn)下生成的氧化鐵皮均由FeO，F(xiàn)e3O4和Fe2O3等物相構(gòu)成。

2)氧氣含量、氧化溫度和氧化時(shí)間對(duì)Q355B 鋼氧化增重和氧化鐵皮厚度影響的大小關(guān)系為氧化溫度＞氧化時(shí)間＞氧氣含量。溫度和時(shí)間對(duì)Q355B 鋼氧化增重和氧化鐵皮厚度的影響顯著且呈正相關(guān)關(guān)系，氧氣含量對(duì)氧化增重和氧化鐵皮厚度影響的顯著性比氧化溫度和氧化時(shí)間的小。

3)氧化鐵皮具有疏松、致密和分層等特征，其在納米壓痕試驗(yàn)過程中發(fā)生塑性變形，在加載-位移曲線和卸載-位移曲線上分別出現(xiàn)突進(jìn)和突退現(xiàn)象，預(yù)設(shè)壓入深度為150 nm 時(shí)的突進(jìn)和突退現(xiàn)象比預(yù)設(shè)壓入深度為100 nm的明顯。

4)將Q355B 鋼在氧氣體積分?jǐn)?shù)為10%的加熱氣氛下于1 100～1 150 ℃加熱240～300 min 時(shí)，可獲得結(jié)構(gòu)較疏松且厚度較薄的氧化鐵皮，這種氧化鐵皮易于被高壓水除鱗去除，對(duì)提高熱軋材的表面質(zhì)量有利。