热轧H型钢表面红锈分析

彭 林，黄 琦，夏 勐，丁朝晖，吴湄庄，吴保桥

(马钢股份公司技术中心 安徽马鞍山 243000)

热轧H型钢表面形成的红锈(主要成分是Fe2O3)对其外观和使用造成不利影响。有研究表明，产品表面红锈主要是由于坯料除鳞不净，在后续轧制过程中进一步氧化形成的一种表面缺陷，通常沿轧制方向呈条带状分布。国内外已对热轧H型钢表面氧化铁皮的结构、生成规律和去除方法进行了广泛的研究，但集中在实验室研究，且侧重于微观结构分析[1]-[3]。

现以热轧H型钢为研究对象，通过对比分析，研究了热轧H型钢表面红锈情况，为改善产品表面锈蚀做好现场数据积累。

1 试验方法

现选择同规格Q235B进行不同终轧温度的对比，选择Q235B和Q345B钢种进行化学成分的对比。

2 试验结果与分析

2.1 氧化铁皮表面生长形貌分析

图1所示的是轧件的原始形貌，从图中可以明显看出，轧件翼缘氧化铁皮呈现两种截然不同的颜色。

图1 轧件原始形貌

图2中显示的为热轧H型钢表面红色和青色部位氧化铁皮截面的形貌图。从图中可以明显看出，红色部位氧化铁皮出现明显的分层现象，与基体结合不紧密，局部区域的氧化铁皮破碎，呈现大颗粒特征，平均厚度约为31 μm。青色部位氧化铁皮与基体结合较紧密，没有出现明显的分层现象，氧化铁皮不呈现破碎状，致密性较好，平均厚度约为15μ m。

图2 不同部位表面氧化铁皮厚度

图3对热轧H型钢表面红色和青色部位氧化铁皮进行了能谱分析，通过能谱分析结果可以看出，红色区域氧含量较高，主要氧化物为Fe2O3(呈现红色)。青色区域氧含量较低，主要氧化物为FeO和Fe3O4的混合物(呈现青色)。

图3 不同部位表面氧化铁皮能谱分析

2.2 终轧温度

选取了熔炼化学成分接近的2个批号Q235B热轧H型钢，相关数据见表1，由表可知，1号轧件的终轧翼缘温度均值较2号的低约30℃，腹板温度接近。

表1 选取的Q235B主要化学成分和终轧温度

图4中(a)、(c)为1号轧件表面红锈分布情况，(b)、(d)为2号轧件表面红锈分布情况。通过对比可知，2号轧件的翼缘和腹板表面红锈区域较1号的小，2号轧件的翼缘端部的红锈颜色均较深，其他红锈区域颜色也无明显差异。

图5所示为轧制过程中表面红锈形成机理示意图。粗轧阶段的温度较高，处于FeO的高温塑性区，表面形成的氧化铁皮能够与轧件一道进行塑性变形而不破碎，通过阻碍O2-和Fe2+在锈层内的运动，阻止基体被进一步氧化。精轧阶段温度较低，温度已降至FeO脆性区，在轧制变形过程中，表面氧化铁皮易破碎，在后续的冷却过程中与空气接触，氧化层中部区域形成Fe3O4，最外层与空气接触充分形成Fe2O3，呈现红色锈层。因此，随着终轧温度升高，氧化铁皮破碎概率和程度降低，使得上冷床的轧件表面红锈区域缩小。

热轧H型钢翼缘端部散热快，轧制过程中温降块，该区域的FeO锈层在精轧阶段破碎程度大，锈层中Fe2O3占比较大，造成红锈集中在翼缘端部；内圆角附近的散热条件差，温度较高，整个翼缘的温度由中间向两端降低，锈层中Fe2O3占比随之增加，造成越靠近端部红锈颜色越深。腹板内圆角部位由于生产过程中存在较多的残留冷却水，加速了锈蚀过程，造成腹板圆角的红锈区域明显多于中部，且呈通条带状。

(a)、(c)，T=935 ℃～950 ℃；(b)、(d)，T=960 ℃～980℃图4 不同终轧温度下的表面红锈分布

图5 红色氧化铁皮形成机理示意图

2.3 化学成分

研究表明，对于以C、Si、Mn、P、S为主要成分的Q235B和Q345B钢，C和Mn主要影响强度和淬透性，对氧化铁皮形貌无影响；S为影响热脆的有害元素，含量较低；P只有与Cu配合才能影响氧化铁皮结构，在含量较低时仅对冷脆性有较大影响。因此，主要针对Si含量对表面红锈的影响进行探讨。

本次选取了同规格Q235B和Q345B热轧H型钢，其中C、P、S含量接近，Q235B的Si和Mn含量明显低于Q345B，翼缘和腹板的终轧温度无明显差距，具体数据见表2。

表2 选取的Q235B和Q345B主要化学成分和终轧温度

图6 (a)、(c)为Q235B轧件表面红锈分布情况，(b)、(d)为Q345B轧件表面红锈分布情况。由图可知，Q235B和Q345B的表面红锈区域分布一致；相比而言，Q345B在每个区域的红锈面积均较大，腹板的差距不明显。

有研究表明，Si主要改变高温氧化过程中氧化铁皮与钢基体之间界面的结构，进而影响轧制过程中的除鳞效果[4]。如图7所示，如Si含量较高，坯料加热过程中，在氧化铁皮和钢基体的界面易出现硅的富集，形成铁橄榄石，即Fe2SiO4。铁橄榄石层通常沿着基体或氧化铁皮的晶界生长，钉扎作用使得氧化铁皮和钢基体结合牢固。相比而言，较高Si含量的Q345B轧件除鳞效果不佳，轧件表面残留较多的氧化铁皮(主要为FeO)，在随后的轧制过程中，残留的氧化铁皮破碎并与空气充分接触氧化形成Fe2O3，导致表面红锈区域增大。

(a)、(c)，0.14%Si; (b)、(d)，0.27%Si图6 不同Si含量下H型钢表面红色锈蚀分布

图7 红色氧化铁皮的产生机理

3 小结

(1)热轧H型钢表面红锈主要集中在翼缘端部和腹板内圆角。

(2)终轧温度提高和Si含量降低有助于缩小热轧H型钢表面红锈区域。

[1] 夏茂森,关小军,蒋善玉. 耐大气腐蚀钢及表面稳定化处理的研究综述[J].山东冶金,2007,29(2):4-10

[2] 董汉君,陈家光,穆海玲,等. 卷取后热轧带钢氧化铁皮显微分析[J].中国冶金,2007,17(10):40-44

[3] Sun Wei-hua, Tieu A K. Oxide scale growth of low-carbon steel at high temperature[J].Journal of Materials Processing Technology,2004,156(15):1300-1306

[4] 王松涛,李敏,朱立新,张文能. Si含量对热轧板卷表面红色氧化铁皮的影响[J].材料热处理技术,2011,40(16):50-52