热轧板卷表面红色氧化铁皮缺陷分析及预防措施

1 简介

热轧卷板表面通常呈青灰色，光滑有光泽。但由于不同钢种的化学成分和轧制工艺不同，钢板表面可能会出现红色的氧化铁皮（俗称红锈），不仅影响产品的外观，而且会使轧辊的磨损增大，导致钢板表面质量受到氧化铁皮的挤压而受到影响。在热轧过程中，带钢表面基本形成一层以FeO为主的氧化铁皮。FeO在高温条件下具有很高的塑性，能随基体变形而不断裂。

但在低温轧制过程中，FeO发生断裂，与空气接触的比表面积增大，继续被氧化成Fe2O3。

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2 试验钢的化学成分

红铁皮缺陷分析：此缺陷覆盖整个钢板表面，并沿轧制方向延伸，具有明显的方向性，部分部位酸洗后有明显的凹坑，规格越厚，缺陷越严重。热卷表面红铁皮缺陷如图1所示。

通过分析发现，该材料氧化铁皮结构较为复杂，且氧化铁皮与基体界面存在凹坑，存在氧化铁皮压痕现象。根据分析结果推断红锈缺陷产生的原因可能与Si有关。

为了进一步确认该缺陷与铸坯表面质量的对应关系，对铸坯进行了跟踪观察发现，铸坯在炉内除鳞后，表面存在黑色斑块状缺陷（如图2所示）。

为了分析钢坯在加热炉内“黑点”对氧化铁皮的影响，在炉外除鳞后取出钢坯，用扫描电镜对钢坯表面的氧化铁皮进行分析（如图3所示）。通过扫描电镜分析，分析了钢坯表面缺陷产生的原因。通过分析，确定氧化铁皮的类型为FeO和FeSiO4。可以看出，红色氧化铁皮缺陷与钢坯表面“黑点”缺陷之间存在对应关系。为了去除这种缺陷，必须重点控制钢坯表面的黑点。

3.红氧化皮缺陷的控制措施

3.1 热轧氧化铁皮形成机理

氧化铁皮的形成过程是铁和氧两种元素的扩散过程。氧由铁的表面向内部扩散，铁则向外部扩散。在氧化反应中，外层氧浓度高，铁浓度低，生成铁的高价氧化物。内层铁浓度高，氧浓度低，生成氧的低价氧化物。O2与钢的反应为：

3.2加热温度对氧化铁红皮的影响

据文献报道，消除或减少钢锭表面氧化铁皮缺陷最有效的方法是提高炉温，使钢锭出炉后除鳞时表面温度高于FeSiO4的熔点，使其呈液态。

根据FeO-SiO2体系状态图（如图4所示），要保证板坯中的FeSiO4（铁橄榄石）完全呈液态，炉温必须控制在1205℃以上。因此，在保证精轧入口温度的前提下，要尽可能增加除鳞道次，降低每道次除鳞速度。

3.3 终轧温度和轧制速度对红铁板的影响

根据现场观察，薄规格产品红氧化皮缺陷较少。通过对比不同厚度规格的热轧工艺，厚度大于3.0mm钢板终轧入口温度降低30℃，终轧温度提高10℃，热轧速度提高2m/s，从而减少卷取前钢卷与空气的接触时间。通过现场观察，红氧化皮缺陷明显减少。

3.4 层流冷却及卷取工艺对红铁板的影响

根据下列H2O与钢的反应式可知，钢板在层冷过程中不会生成Fe2O3，这是因为钢板在卷取前表面覆盖有一层薄膜，阻止了空气中的氧气与钢板接触，有利于防止红色氧化铁的生成。H2O与钢的反应如下：

由于钢板在卷取后仍与空气中的氧气发生反应，此时反应产物中Fe2O3的比例较大，为减少钢板与氧气的接触面积，卷取工序采用高张力卷取工艺，减少钢卷层间间隙，有效减少空气进入量，缓解氧化铁红皮缺陷。

4 结论

（1）热轧板表面出现红锈缺陷，是由于氧化铁皮中Fe2O3含量过高而引起的。锈蚀缺陷的本质是FeSiO4粘附在钢基体上，FeO在热轧、冷却过程中与冷却水和空气接触，氧化成红色氧化铁皮。

（2）保证出炉后板坯的除鳞温度在1205℃以上，使FeSiO4处于熔融状态，是去除板坯表面FeSiO4最有效的方法。

（3）增加粗轧除鳞道次、降低除鳞速度，可以去除钢板表面的FeO，减少后续氧化铁红鳞的生成。

（4）针对厚钢板表面红斑缺陷，可通过降低精轧入口温度、提高终轧温度等措施，提高精轧速度。

（5）适当增加卷取张力，减少卷取后钢卷的层间间隙，减少空气进入量，可减少红氧化铁皮缺陷。

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