本文根據熱連軋生產工藝的特點，結合已有對碳鋼氧化行為研究的成果，系統總結了熱軋帶鋼表面氧化皮的組成與結構變化規律，詳細分析了熱軋帶鋼表面主要氧化皮缺陷形成的影響因素、類型與成因，并歸納了氧化皮缺陷的生產和工藝控制措施。

　　熱連軋是鋼鐵生產的重要工藝過程。目前在熱軋板型和精度控制，成分組織和力學性能控制等方面均取得了較大進步，然而熱軋產品的表面質量，尤其是氧化皮軋入導致的各類缺陷一直困擾著國內外各生產廠家，成為影響熱軋產品質量，造成用戶質量異議的主要因素之一。

　　表面氧化皮缺陷不僅影響熱軋產品的外觀和酸洗質量，而且影響其表面性能，如涂裝和腐蝕性能，甚至通過冷軋的傳續，對冷軋尤其涂鍍產品表面質量造成嚴重影響，因此熱軋產品的氧化皮缺陷已構成影響板帶產品表面質量的主要問題之一。

　　本文根據熱軋工藝過程的特點和生產實踐中經常遇到的問題，從氧化行為和機理入手，系統分析了熱連軋不同工藝階段氧化皮形成和結構特點，總結了各種主要氧化皮缺陷的類型、影響因素和成因。

帶鋼熱軋過程中的氧化和影響因素

　　碳鋼的氧化行為與反應

　　碳鋼在受熱狀態下不可避免地發生氧化，決定碳鋼的氧化行為、氧化皮組成與結構的主要因素是合金成分、氧化條件（溫度、氣氛和時間）、熱力學及動力學。

　　碳鋼在空氣中恒溫氧化動力學主要遵從拋物線規律，一般情況下，氧化溫度越高和氧化時間越長，氧化皮生成量或厚度越大。

　　氧化初期，氧化物形核和穩定氧化層建立之前反應動力學一般遵從線性規律，之后在致密氧化層形成狀態下符合拋物線規律。當氧化時間較長時，由于柯肯達爾效應（Kirkendal effect）導致在氧化層/基體界面處形成空洞，加之氧化層內應力的增加或者新相的形成，會導致氧化動力學波動，甚至出現失穩氧化行為.

在高于570℃的空氣條件下，碳鋼的恒溫氧化形成界面明顯的Fe/FeO/Fe3O4/Fe2O3三層結構氧化皮；在570℃以下，由于Fe0相熱力學不穩定，故碳鋼表面僅形成Fe/FeO/Fe3O4/Fe2O3兩層結構的氧化皮。

　　在碳鋼的高溫三層結構氧化皮中共存在4個界面。在1000℃附近的溫度下，碳鋼三層氧化物厚度的比例基本為FeO∶Fe3O4∶FeFe2O3=95∶4∶1。FeO晶體中Fe2+不足，常表示為Fe1_y0，即在陽離子點陣中存在大量缺陷，有利于Fe2+的擴散，因而其生長最快，并控制著總的氧化速度。

　　需要指出的是，碳鋼氧化皮中三種氧化物的比例并非固定不變，會隨著碳鋼成分、氧化溫度、氧化時間甚至氧化環境的不同發生明顯變化.

  在冷卻過程中，碳鋼氧化皮會發生Fe1_y0的相變過程，包括Fe3O4的先共析反應。理論上，Fe3O4先共析反應發生在570℃以上，而共析反應則發生在570℃以下。當冷卻速度較快時，先共析反應和共析反應的實際發生溫度范圍會下移，如共析發應可在570~220℃的溫度下進行，發生所謂的“遲滯共析反應”。

　　熱軋工藝過程和氧化皮類別

　　帶鋼的熱連軋生產工藝過程主要包括板坯再熱、粗軋、精軋、層流冷卻、卷取和鋼卷空冷等，該過程從鋼坯在1200℃左右的溫度加熱開始，經歷整個軋程一直到室溫。工藝段不同，帶鋼的氧化條件不同，因而氧化皮組成和結構變化較大。

　　熱連軋生產起始于鋼坯在加熱爐中的再熱，一般采用燃氣將鋼坯加熱到1200~1250℃。由于加熱爐內的氣氛具有氧化性，而且加熱時間長達3~4h，故在板坯出爐時表面會形成厚達2~3mm的氧化皮，而且在鋼坯經傳送臺傳送時，氧化皮還會加速生長。生產上將這種氧化皮稱作“一次氧化皮”（Primary  sca1e），在粗軋機之前采用高壓除鱗箱（PSB）去除。在鋼材的生產過程中，一次氧化皮的形成是導致鋼材燒損的主要原因，燒損量約占1%~3%。

　　粗軋的溫度約為1000~1200℃，除鱗后的碳鋼表面在粗軋過程中還會形成新的氧化皮。粗軋一般要經5~7個道次，粗軋后形成的氧化皮厚度約為100μm，稱為“二次氧化皮”（SecOndary  sca1e）。二次氧化皮采用高壓水（RSB）在每個道次或部分道次中加以去除，并在精軋機入口前用另一高壓除鱗箱（FSB）進行徹底清除。

　　精軋的溫度一般在1000℃附近，精軋過程中形成的氧化皮稱作“三次氧化皮”（Tertiary  or  ternary scale），厚度約為7~15μm，因鋼種、工藝和產線的不同而略有差異。精軋中，在F1甚至F2機架出口處常配有高壓水除鱗噴嘴（IFSB），用于精軋初期帶鋼表面除鱗，其后直至終軋完了不再除鱗。值得指出的是，終軋完了形成的氧化皮在層冷過程中由于板溫較高還會進一步生長，尤其是在中段層冷之前，氧化皮生長速度較快。最終三次氧化皮隨帶鋼一同卷取進入鋼卷的緩慢冷卻階段。

　　傳統上，將精軋中形成的氧化皮和帶鋼表面在室溫下的最終氧化皮統稱為三次氧化皮。然而帶鋼卷取后由于張力的作用使相鄰鋼板的中間部位緊密貼合，而鋼板邊部由于沿板寬方向的凸度造成邊部減薄形成縫隙，因此鋼卷冷卻過程中鋼板的中間部位和邊部與空氣的接觸程度不同，從而持續的氧化反應程度不同。在一定的溫度以上，邊部的氧化會繼續發生，而中間部位由于缺氧主要發生高價氧化物還原，進而發生氧化物的先共析反應和遲滯共析反應，導致高溫下形成的FeO發生相變而形成不同組成和結構的最終氧化皮。

　　鑒于熱軋帶鋼高溫和室溫下氧化皮組成與結構的明顯差異，試驗中將室溫下的最終氧化皮定義為“四次氧化皮”（Quartus  sca1e），并詳細論述了四次氧化皮的結構特點和轉變規律。根據鋼卷冷卻過程中氧化和相變反應程度的不同，可將帶鋼表面的氧化皮大致分為邊部的三層結構氧化皮、板寬1/4處的兩層結構氧化皮和鋼板中間部位的混合氧化皮，而中間部位的氧化皮又可根據組成和結構分為I型、Ⅱ型及Ⅲ型等三種類型，見圖3.結合熱軋生產工藝可知，決定熱軋帶鋼四次氧化皮厚度的主要因素是終軋溫度（FT），而決定氧化皮組成與結構的主要因素是卷取溫度（CT）與冷卻條件。四次氧化皮的組成與結構決定了熱軋帶鋼產品的酸洗性能、銹蝕性能和氧化皮的力學性能。

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