轧后冷却工艺对70钢盘条氧化层厚度的影响

张朝磊，王 灿，刘雅政，周乐育

（北京科技大学材料科学与工程学院，北京，100083）

氧化铁皮厚度控制作为高线热轧产品质量控制的主要指标之一，长期以来受到业内极大的关注［1－6］。减少线材表面氧化铁皮厚度不仅可以提高金属收得率，而且还可以简化酸洗工艺，提高产品质量。高线热轧工艺包括钢坯加热、热轧和轧后冷却等主要过程，其线材表面的氧化铁皮虽然产生于加热炉和热轧过程，但在轧后冷却阶段还会进一步生长，并发生结构转变［5－6］。

本文采用工业试验的方法，研究吐丝温度和风冷工艺参数对硬线70钢盘条氧化层厚度的影响。

1 试验

试验材料为φ6.5mm的70钢，终轧速度为100m／s，其风冷段控制分为吐丝后至相变前、相变过程中和相变结束至集卷3个阶段。试验方案：方案1，控制水冷段吐丝温度分别为850℃和890℃，相变结束至集卷段平均冷却速度为5.1℃／s，实测风冷冷却曲线如图1（a）所示；方案2，控制水冷段吐丝温度为890℃，相变结束至集卷段平均冷却速度分别为5.1、4.2、2.6℃／s，集卷温度分别为335、385、475℃，实测风冷冷却曲线如图1（b）所示。

集卷空冷后，对成品盘条取样，制成金相试样，用JSM－6510A高真空扫描电镜能谱一体机对氧化层显微组织进行形貌观察，对其富硅层进行能谱分析，并使用ImageTool软件测定氧化层厚度。

图1 实测斯太尔摩风冷冷却曲线Fig.1 Actual cooling curves in Stelmor air－cooling

2 氧化层形貌

研究表明，70钢氧化层不是均一的氧化铁，它是由基体向外依次为FeO、Fe3O4和Fe2O3［2，6］。氧化层显微形貌和富硅层能谱图分别如图2和图3所示。可以看出，氧化层有明显分层现象，并且在基体与氧化层之间存在富硅层。

图2 氧化层显微形貌Fig.2 SEM micrograph of the oxide layer

图3 富硅层能谱图Fig.3 EDS spectrum of the Si－rich layer

3 轧后冷却工艺对氧化层厚度的影响

3.1 吐丝温度对氧化层厚度的影响

对硬线70钢盘条采用方案1冷却工艺，其氧化层SEM照片如图4所示。当吐丝温度分别为850℃和890℃时，测得氧化层厚度分别为4.5 μm和7.5μm。可见，相同风冷条件下，吐丝温度由890℃降低到850℃时，其氧化层厚度减少3.0μm，其减少幅度达40%。

3.2 相变结束至集卷段平均冷却速度对氧化层厚度的影响

对硬线70钢盘条采用方案2冷却工艺，其氧化层SEM照片如图5所示。当吐丝温度为890℃、相变结束至集卷段平均冷却速度分别为5.1、4.2、2.6℃／s以及对应的集卷温度分别为335、385、475℃时，测得其氧化层厚度分别为7.5、8.0、11.0μm。可见，吐丝温度一定（890℃）、相变结束至集卷段平均冷却速度由2.6℃／s增大到4.2℃／s（集卷温度相应由475℃降至385℃）时，其氧化层厚度减少3.0μm，其减少幅度约为27%，起到了显著降低氧化层厚度的效果。此时，进一步增大平均冷却速度至5.1℃／s，其氧化层厚度减少仅为0.5μm，对氧化层厚度降低效果不明显。考虑到提高冷却速度需要增加风机能耗，故控制相变结束后至集卷段平均冷却速度为4.2℃／s、集卷温度为385℃。

图4 方案1冷却工艺下的氧化层显微形貌Fig.4 SEM micrographs of the oxide layer on the controlled cooling scheme A

图5 方案2冷却工艺下的氧化层显微形貌Fig.5 SEM micrographs of the oxide layer on the controlled cooling scheme B

4 结论

（1）相同风冷条件下，水冷段吐丝温度由890℃降低到850℃时，氧化层厚度减少3.0μm，其减少幅度达40%。

（2）水冷段吐丝温度一定（890℃），相变结束至集卷段平均冷却速度由2.6℃／s升至4.2℃／s、集卷温度由475℃降至385℃时，氧化层厚度减少3.0μm，其减少幅度约为27%，氧化层厚度降低效果显著。

［1］强十涌，乔德庸，李曼云.高速轧机线材生产（第2版）［M］.北京：冶金工业出版社，2009.

［2］杨建春，李祥才，于同仁.70钢氧化铁皮测定分析［J］.钢铁研究，2003（6）：55－58.

［3］李玉华，陈少慧，朱希圣，等.80钢盘条氧化皮形貌及其厚度的计算［J］.物理测试，2006，24（5）：42－43.

［4］王勇，杭乃勤，张细菊，等.帘线钢线材表面质量分析［J］.特殊钢，2007，28（1）：57－58.

［5］潘燕.冷却工艺对普碳线材氧化铁皮生成的影响［J］.轧钢，1990（5）：21－25.

［6］李玉华，陈少慧，朱希圣，等.热轧盘条表面氧化皮的研究与控制［J］.金属制品，2008，34（1）：28－29.