軋后冷卻工藝對70鋼盤條氧化層厚度的影響

張朝磊，王 燦，劉雅政，周樂育

（北京科技大學材料科學與工程學院，北京，100083）

氧化鐵皮厚度控制作為高線熱軋產品質量控制的主要指標之一，長期以來受到業內極大的關注［1－6］。減少線材表面氧化鐵皮厚度不僅可以提高金屬收得率，而且還可以簡化酸洗工藝，提高產品質量。高線熱軋工藝包括鋼坯加熱、熱軋和軋后冷卻等主要過程，其線材表面的氧化鐵皮雖然產生于加熱爐和熱軋過程，但在軋后冷卻階段還會進一步生長，并發生結構轉變［5－6］。

本文采用工業試驗的方法，研究吐絲溫度和風冷工藝參數對硬線70鋼盤條氧化層厚度的影響。

1 試驗

試驗材料為φ6.5mm的70鋼，終軋速度為100m／s，其風冷段控制分為吐絲后至相變前、相變過程中和相變結束至集卷3個階段。試驗方案：方案1，控制水冷段吐絲溫度分別為850℃和890℃，相變結束至集卷段平均冷卻速度為5.1℃／s，實測風冷冷卻曲線如圖1（a）所示；方案2，控制水冷段吐絲溫度為890℃，相變結束至集卷段平均冷卻速度分別為5.1、4.2、2.6℃／s，集卷溫度分別為335、385、475℃，實測風冷冷卻曲線如圖1（b）所示。

集卷空冷后，對成品盤條取樣，制成金相試樣，用JSM－6510A高真空掃描電鏡能譜一體機對氧化層顯微組織進行形貌觀察，對其富硅層進行能譜分析，并使用ImageTool軟件測定氧化層厚度。

圖1 實測斯太爾摩風冷冷卻曲線Fig.1 Actual cooling curves in Stelmor air－cooling

2 氧化層形貌

研究表明，70鋼氧化層不是均一的氧化鐵，它是由基體向外依次為FeO、Fe3O4和Fe2O3［2，6］。氧化層顯微形貌和富硅層能譜圖分別如圖2和圖3所示。可以看出，氧化層有明顯分層現象，并且在基體與氧化層之間存在富硅層。

圖2 氧化層顯微形貌Fig.2 SEM micrograph of the oxide layer

圖3 富硅層能譜圖Fig.3 EDS spectrum of the Si－rich layer

3 軋后冷卻工藝對氧化層厚度的影響

3.1 吐絲溫度對氧化層厚度的影響

對硬線70鋼盤條采用方案1冷卻工藝，其氧化層SEM照片如圖4所示。當吐絲溫度分別為850℃和890℃時，測得氧化層厚度分別為4.5 μm和7.5μm。可見，相同風冷條件下，吐絲溫度由890℃降低到850℃時，其氧化層厚度減少3.0μm，其減少幅度達40%。

3.2 相變結束至集卷段平均冷卻速度對氧化層厚度的影響

對硬線70鋼盤條采用方案2冷卻工藝，其氧化層SEM照片如圖5所示。當吐絲溫度為890℃、相變結束至集卷段平均冷卻速度分別為5.1、4.2、2.6℃／s以及對應的集卷溫度分別為335、385、475℃時，測得其氧化層厚度分別為7.5、8.0、11.0μm。可見，吐絲溫度一定（890℃）、相變結束至集卷段平均冷卻速度由2.6℃／s增大到4.2℃／s（集卷溫度相應由475℃降至385℃）時，其氧化層厚度減少3.0μm，其減少幅度約為27%，起到了顯著降低氧化層厚度的效果。此時，進一步增大平均冷卻速度至5.1℃／s，其氧化層厚度減少僅為0.5μm，對氧化層厚度降低效果不明顯。考慮到提高冷卻速度需要增加風機能耗，故控制相變結束后至集卷段平均冷卻速度為4.2℃／s、集卷溫度為385℃。

圖4 方案1冷卻工藝下的氧化層顯微形貌Fig.4 SEM micrographs of the oxide layer on the controlled cooling scheme A

圖5 方案2冷卻工藝下的氧化層顯微形貌Fig.5 SEM micrographs of the oxide layer on the controlled cooling scheme B

4 結論

（1）相同風冷條件下，水冷段吐絲溫度由890℃降低到850℃時，氧化層厚度減少3.0μm，其減少幅度達40%。

（2）水冷段吐絲溫度一定（890℃），相變結束至集卷段平均冷卻速度由2.6℃／s升至4.2℃／s、集卷溫度由475℃降至385℃時，氧化層厚度減少3.0μm，其減少幅度約為27%，氧化層厚度降低效果顯著。

［1］強十涌，喬德庸，李曼云.高速軋機線材生產（第2版）［M］.北京：冶金工業出版社，2009.

［2］楊建春，李祥才，于同仁.70鋼氧化鐵皮測定分析［J］.鋼鐵研究，2003（6）：55－58.

［3］李玉華，陳少慧，朱希圣，等.80鋼盤條氧化皮形貌及其厚度的計算［J］.物理測試，2006，24（5）：42－43.

［4］王勇，杭乃勤，張細菊，等.簾線鋼線材表面質量分析［J］.特殊鋼，2007，28（1）：57－58.

［5］潘燕.冷卻工藝對普碳線材氧化鐵皮生成的影響［J］.軋鋼，1990（5）：21－25.

［6］李玉華，陳少慧，朱希圣，等.熱軋盤條表面氧化皮的研究與控制［J］.金屬制品，2008，34（1）：28－29.