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氧化鐵皮形成的原因和影響

氧化鐵皮是金屬在加熱、熱處理或在熱狀態(tài)下進(jìn)行加工時(shí)形成的一層附著在金屬表面上的金屬氧化物。由于金屬的成分、表面溫度、加熱和冷卻制度、周圍介質(zhì)含氧量等因素的不同，氧化鐵皮的成分與結(jié)構(gòu)也因之而異。

一般來說，金屬的化學(xué)性質(zhì)越活潑，溫度越高，金屬的氧化速度就越快。氧化時(shí)間長(zhǎng)則形成的氧化鐵皮厚度就越大。

鐵是一種比較活潑的金屬，各種鐵的氧化物、結(jié)構(gòu)也較為疏松，而鋼材的軋制及鐵制品的加工，多半都是在較高的溫度下進(jìn)行的，因此，加快了鋼材的氧化速度，促進(jìn)了鋼材表面氧化鐵皮的形成。

由于熱軋帶鋼的化學(xué)成分、軋制溫度、軋制后的冷卻速度及卷取溫度的不同，所以帶鋼表面上所形成的氧化鐵皮的結(jié)構(gòu)、厚度、性質(zhì)亦有所不同。

1、表面氧化鐵皮的形成

軋件經(jīng)粗軋后沿輥道向精軋機(jī)組運(yùn)行時(shí)，溫度為1000℃左右，這時(shí)在軋件表面上已生成了一層薄的氧化鐵皮，但精軋機(jī)組前的二次除鱗裝置可將其清除掉。

在精軋過程中帶鋼在機(jī)架間暴露的時(shí)間極短，而且較大的壓下量阻礙了表面上形成厚的氧化鐵皮，而所形成的氧化胞膜立即被破壞并受到冷卻水的沖洗，因此，可以說剛剛從精軋機(jī)組軋出的帶鋼，雖然有較高的溫度，但帶鋼表面的氧化鐵皮是極薄的。

帶鋼在輸出輥道上經(jīng)過層流冷卻后，在600℃左右進(jìn)行卷取，隨后緩慢冷卻，在此過程中，帶鋼表面被氧化而形成氧化鐵皮。

2、氧化鐵皮的組成和結(jié)構(gòu)

帶鋼表面的氧化鐵皮，由于鋼的化學(xué)成分、軋制時(shí)帶鋼表面溫度、加熱溫度、終軋溫度、冷卻制度、周圍介質(zhì)的含氧量的不同，因此，氧化鐵皮的組成和結(jié)構(gòu)也因之而異。

熱軋?zhí)克亟Y(jié)構(gòu)鋼的終軋溫度一般控制在870℃左右，且周圍介質(zhì)含有大量的氧氣，隨后又是相當(dāng)快的冷卻速度，所以其氧化鐵皮一般都具有三層結(jié)構(gòu)：

·鋼鐵表面的一層是富氏體（FeO和Fe3O4固溶體）

·在上面一層是Fe3O4

·最上面一層是Fe2O3。

3、影響帶鋼表面氧化鐵皮的因素

Ａ 終軋溫度和速度的影響

鐵的氧化過程是Fe→FeO→Fe3O4→Fe2O3，隨著溫度的升高，氧化速度逐漸增大。在600~800℃的范圍內(nèi)，生成的氧化鐵皮能夠很好地阻礙鐵及氧原子的擴(kuò)散，因此氧化速度反而不再繼續(xù)增大。

當(dāng)溫度超過800℃時(shí)，氧化鐵皮阻礙擴(kuò)散的能力將大大降低，因此，氧化速度又迅速增大。

由于溫度升高，氧化速度加快，因此在單位時(shí)間內(nèi)，帶鋼表面氧化鐵皮的厚度隨著溫度的升高而增厚。

同樣，高的軋制速度可以減少鋼在高溫狀態(tài)下與空氣接觸的時(shí)間，從而也就減少了氧化鐵皮的厚度。因此，為了減小氧化鐵皮的厚度，熱軋帶鋼應(yīng)在盡可能低的溫度和盡可能高的軋制速度下進(jìn)行軋制。

從氧化鐵皮的結(jié)構(gòu)上看，終軋溫度在700~900℃之間時(shí)，所形成的氧化鐵皮含80%~ 90%的FeO、10%~20%的Fe3O4，在溫度高于900℃的條件下，氧化和氧化性氣體較多時(shí)，鐵將迅速被氧化，F(xiàn)e3O4可以在高溫下迅速形成，并開始在鐵皮表面形成Fe2O3單獨(dú)一層。當(dāng)溫度低于570℃時(shí)，氧化鐵皮由Fe3O4組成，表面上覆蓋著一層很薄的Fe2O3 。

提高軋制速度可以減小氧化鐵皮的厚度，然而，過高的軋制速度將使卷取溫度迅速提高，并造成氧化鐵皮中的富氏體轉(zhuǎn)變?yōu)镕e3O4，給以后清除帶鋼表面上的氧化鐵皮（酸洗）工作帶來困難 。

因此，準(zhǔn)確地控制軋制速度乃是有利于酸洗的重要因素

B 冷卻速度的影響

一般來說，熱軋帶鋼表面的氧化鐵皮有三層：靠近基鐵的內(nèi)層為富氏體，中間層為Fe3O4，外層為Fe2O3 。

其中有利于酸洗的富氏體在575℃以上是穩(wěn)定的，在570℃以下時(shí)富氏體中的FeO不穩(wěn)定，并且按照 4FeO＝Fe3O4+Fe 分解，變成Fe3O4和Fe。當(dāng)溫度進(jìn)一步降低到300℃以下時(shí)，這種轉(zhuǎn)變將趨近于零。

如果氧化鐵皮層在570~300℃之間急速冷卻的話，則富氏體層將來不及分解并在更低的溫度下被固定下來，從而得到有利于酸洗的富氏體結(jié)構(gòu)。

緩冷時(shí)，鐵皮中的富氏體層隨著冷卻速度降低二逐漸減少，因此，帶鋼在冷卻區(qū)域冷卻速度較慢時(shí)，鐵皮中的富氏體層只有少量存在或完全沒有。

實(shí)際生產(chǎn)過程中，一般是軋后進(jìn)入層流冷卻區(qū)進(jìn)行快冷。在噴水的情況下，氧化鐵皮的厚度增加很快。因?yàn)檠趸F皮在水中要比在空氣中形成的快，因此，在水蒸氣氣氛中停留的時(shí)間愈長(zhǎng)，形成的氧化鐵皮就愈多，而FeO的含量卻減少。所以，準(zhǔn)確地調(diào)節(jié)噴水段的冷卻速度和盡可能地減少在水中的停留時(shí)間是非常重要的。

C 卷取溫度的影響

帶鋼的卷取溫度在600~700℃時(shí)，對(duì)氧化鐵皮厚度的增加沒有太明顯的影響。但卷取溫度提高，在帶鋼的邊緣和頭部會(huì)生成Fe3O4。

進(jìn)一步降低卷取溫度對(duì)氧化鐵皮的厚度沒有明顯影響，但是，帶鋼邊緣和尾部出現(xiàn)Fe2O3的危險(xiǎn)減小了，同時(shí)，富氏體向Fe3O4轉(zhuǎn)化的程度也減小了。當(dāng)卷取溫度從700℃降低到600℃時(shí)，酸洗時(shí)間就縮短10%~20%。為了控制富氏體的轉(zhuǎn)化，帶鋼應(yīng)該在相當(dāng)?shù)蜏囟认逻M(jìn)行卷?。?00℃～550℃），但這樣將導(dǎo)致卷取前帶鋼水冷時(shí)間增加，從而引起氧化鐵皮厚度的不均勻性增加，F(xiàn)e3O4將增多，富氏體減少，因此，必須制定最佳的卷取溫度，以減少帶鋼在冷卻過程中富氏體的轉(zhuǎn)化，防止氧化鐵皮厚度明顯增加。實(shí)踐表明，在550℃～590℃卷取時(shí)，帶鋼表面的氧化鐵皮最薄，其中富氏體層較厚，富氏體分解最少，因而酸洗時(shí)間能夠減少。

4、帶鋼表面氧化鐵皮的可酸洗性

氧化鐵皮的附著強(qiáng)度、帶鋼的化學(xué)成分、機(jī)械變形的種類和程度、氧化鐵皮的結(jié)構(gòu)及厚度、表面污染、表面缺陷、酸洗劑的種類和成分以及酸洗時(shí)的工作條件等。

在氧化鐵皮中，富氏體只是靠近在鋼板基體的表面上存在，而鐵皮外層的Fe3O4和Fe2O3在酸溶液中是比較難溶解的。但由于鐵皮層存在著裂縫和氣孔（特別是通過破鱗和拉矯后），因此，酸溶液便能通過這些裂縫和氣孔到達(dá)金屬表面和富氏體層，隨著金屬鐵和富氏體的溶解，便減少了鐵皮與金屬之間的附著力，并在酸溶液與金屬鐵反應(yīng)過程中生成的氫氣的作用下，氧化鐵皮便從基體上脫落而沉到酸槽的底部。與此同時(shí)，難溶的Fe3O4及Fe2O3也被還原成容易溶解的FeO，從而使氧化鐵皮從帶鋼表面上分離開來。

影響酸洗性的另一個(gè)重要因素是氧化鐵皮的致密度。

富氏體具有天然的最大孔隙率，而Fe3O4層和Fe2O3層是致密的，它們會(huì)把鐵皮中其他氧化層內(nèi)的氣孔全部堵死，從而阻礙了酸液的滲入。帶鋼在冷卻過程中雖然會(huì)形成一些裂紋，但也不能保證酸液滲入氧化鐵皮的深處。特別是現(xiàn)代化軋機(jī)生產(chǎn)的熱軋帶鋼，鐵皮的厚度是相當(dāng)穩(wěn)定的，其致密度是相當(dāng)高的，因此，為了提高氧化鐵皮的可酸洗性，采用破鱗設(shè)備增加裂紋仍然是十分必要的。