热轧工艺参数对汽车梁用钢表面氧化铁皮结构影响研究-攀钢集团研究院.doc

热轧工艺参数对汽车梁用钢表面 氧化铁皮结构的影响 刘 勇 （攀钢钒热轧板厂） 以热轧铌微合金化汽车梁用为研究对象，分别进行了氧化动力学和热模拟验，研究了热轧工艺参数对热轧板表面氧化铁皮结构的影响。验表明，汽车大梁钢在700 ℃时氧化增重随时间基本呈直线变化，而高于800 ℃时按抛物线规律变化。在热模拟验中，模拟了从精轧到卷取段的氧化铁皮的生成情况。随着开轧温度的升高，Fe3O4层的比例逐渐增大；随着终轧温度的升高，Fe3O4+FeO共存层的厚度逐渐减小；Fe3O4+FeO共存层的比例随着卷取温度的降低而增大。 0 引言 纯铁的氧化铁皮一般分为三层结构,即表层为氧化铁Fe2O3、中间是四氧化三铁Fe3O4、内层是氧化亚铁FeO,三层比例在高温状态下接近1∶4∶95[12],钢在热轧及冷却过程中表面均会形成一定厚度的氧化铁皮。因此,在冷轧前热轧带钢要经过酸洗工序将氧化层破碎并彻底去除, 以保证冷轧成品带钢的表面质量。据文献[34],成分不同的氧化层在酸洗中需要不同的机械破碎力度和不等的酸洗时间。因为氧化层的生成及成长过程受温度和时间等条件的影响,所以热轧带钢表面氧化层的厚度及组成决定于热轧后其表面的氧化及冷却条件[5-7]。 由于氧化铁皮的显微结构特征不仅是衡量热轧板表面质量的重要指标,同时也直接影响用户在使用过程中的相关工序质量生产成本,因此对热轧带钢在生产过程中氧化铁皮形成及结构进行深入研究是非常必要的。运用管式电阻炉和热模拟机模拟氧化铁皮的生成情况，并运用SEM对生成的氧化铁皮进行检测，分析热轧工艺参数对热轧铌微合金化汽车梁用钢氧化铁皮结构的影响。 试验所用的材料为攀钢热轧汽车梁用钢A，其典型化学成分见表1。 表1 攀钢热轧汽车梁用钢A的化学成分(质量分数) % C Si Mn Nb P S 0.06 0.19 1.08 0.015 0.01 0.008 .1 氧化动力学试验 氧化动力学试验设备采用SK2-2-12水平管式电阻炉，试样的尺寸规格为：10 mm×15 mm×2 mm，电阻炉恒温带长度约为20 cm，温度控制精度为±3 ℃。氧化温度分别为600、700、800、900、1 000、1100 ℃，氧化时间为0~720 min，氧化试验在空气中进行，试样空冷后采用电子天平称量其氧化后的重量。 .2 热模拟试验 为了研究开轧和终轧温度对氧化铁皮的影响，同时又要考虑符合工业生产实际情况，所以试验制定的开轧温度为1 030、1 000、970 ℃。终轧温度设定为三个值：910、880、850 ℃。试样加工成100 mm×20 mm×（1.5~2）mm的矩形试样，其试验设备采用GLEEBLE 1500热模拟试验机试验工艺如图2所示。然后将模拟后的样品切割成为15 mm×15 mm的正方形用热镶嵌的方法进行镶样，镶样后用氧化铝水砂纸研磨最细至1200#砂纸再用金刚石研磨剂(2.5 μm和1.5 μm)抛光。最后在扫描电子显微镜下观察氧化皮显微结构。 2 结果与讨论 2.1 氧化动力学试验结果 将试样放入炉中，经氧化不同时间后取出空冷至室温后，测定试样质量增重。其氧化增重与时间的关系如图1所示。 图1 A钢的氧化增重曲线 由图1可以见，在700 ℃时，试样氧化增重与时间基本呈现直线关系。在700 ℃以上时，则试样氧化增重与时间基本呈抛物线关系。 2.2 热模拟试验结果与讨论 2.2.1 不同开轧温度的氧化铁皮断面分析 在970、1 000、1 030 ℃的开轧温度条件下，试样氧化铁皮断面形貌见图2。从图2的断面照片看出，随着开轧温度的升高，氧化铁皮的厚度逐渐增厚。2.2.2 不同开轧温度的氧化铁皮断面EDS分析 从氧化铁皮的最外侧依次向内侧打点做EDS分析，测定各点的Fe/O比，得出，在开轧温度为970、1 000、1 030 ℃时，外侧Fe3O4层厚度在整个氧化层中所占的比例分别为23.2%、30.1%和30.98%。说明随着开轧温度的升高，Fe3O4层占铁皮层总厚度的比例呈逐渐增大的趋势。  图2 不同开轧温度的氧化铁皮断面形貌 2.2.3 不同终轧温度的氧化铁皮断面分析 在910、880、850 ℃的终轧温度条件下，试样氧化铁皮断面形貌见图3。可见，氧化铁皮的厚度有着明显的变化的规律：随着终轧温度的升高，带钢表面的氧化铁皮的厚度是逐渐增加。  图3 终轧温度不同的氧化铁皮断面形貌分析 2.2.4 不同终轧温度的氧化铁皮断面EDS分析 从氧化铁皮的最外侧依次向内侧打点做EDS分析，测定各点的Fe/O比，进而得出不同终轧温度下外侧Fe3O4层和内侧FeO层在整个氧化层中所占的比例，见图4。在终轧温度为850 ℃时，没有发现独立的Fe3O4层，Fe3O4和FeO共存层占总厚 图4 不同终轧温