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提高热轧带钢酸洗效果的探讨

2023-05-28 来源:小侦探旅游网
第25卷第3期 20l3年9月 武汉工程职业技术学院学报 Journal ofWuhan Engineering Institute V0I.2S NO.3 September 201 3 提高热轧带钢酸洗效果的探讨 刘 洋 韩 斌 谭 文 杨 奕 汪水泽 魏 兵 (武汉钢铁(集团)公司研究院 湖北 武汉:430080) 摘要热轧带钢表面的氧化铁皮在冷轧和使用前一般需要通过酸洗除掉,其酸洗效果直接影响 到冷轧及后续高附加值产品的表面质量。对影响热轧带钢酸洗效果的因素进行了分析,认为氧化 铁皮的状态是影响热轧带钢酸洗效果的重要因素之一。从氧化铁皮结构控制的角度,探讨了生产 热轧减、易酸洗钢的可行工艺。 关键词 热轧带钢;酸洗;氧化铁皮结构;减、易酸洗钢 中图分类号:TG156.6 文献标识码:A 文章编号:1671—3524(2013)03—0007—04 带钢经过热轧后,其表面会覆盖一层由Fe O。, 时有较大差异,而且由于热轧钢卷在卷取前后以及 Fe。O 和FeO等铁氧化物组成的氧化铁皮层,在冷 轧前或用户进行加工前这层氧化铁皮一般需要经过 钢卷不同部位的冷却条件不同,卷取后各部位的供 氧差异,导致钢卷的内、外层(带钢的头、尾部分)与 钢卷的中间层、带钢的边部和带钢的中心的氧化铁 皮都存在一定的差异。图1是带钢板宽方向上形成 的典型氧化皮结构示意图,带钢表面在5个区域形 成了3种结构的氧化皮:在带钢的最边部,形成了 Fe O。/Fe。O /FeO的三层结构;在边部到中心的过 渡区,形成了Fe。O /FeO两层结构的氧化皮;在带 钢中心很宽的范围内,形成了由Fe。O 和Fe。O + Fe颗粒组成的单一氧化层Lg]。研究热轧带钢的酸 酸洗工艺除掉。酸洗质量不佳,除了会影响冷轧板 自身的档次提升,也会给彩涂、镀锌等后续工艺造成 不利的影响。此外,随着国家对冶金工业各生产流 程的废酸排放指标要求越来越高,如何有效减少热 轧带钢在酸洗阶段的耗酸量成为亟待解决的问题。 本文对影响酸洗效果的因素进行了论述,并对热轧 减、易酸洗钢的生产工艺进行了探讨。 1 影响酸洗效果的因素 一洗,必须考虑热轧带钢的实际氧化铁皮结构。 般情况下,可以将影响热轧带钢酸洗效果的 因素分为内因和外因。内因主要为氧化铁皮的状 态,它是由氧化铁皮的厚度、致密度、裂纹形态及数 // l Fe3O4+Fe e+Feo l === 量、各氧化物相的含量比例、显微结构、氧化铁皮与 带钢基体的粘附性等综合因素决定的,大量研究表 明,热轧带钢的氧化铁皮特性会对酸洗效果(速度及 质量)产生显著影响_】 ]。而外因则主要为酸洗槽条 件,其主要包括酸液浓度、酸液温度、酸液中溶解铁 浓度等 _8_。 1.1 热轧带钢的氧化铁皮结构及其对酸洗效果的 影响 1.1.1 热轧带钢氧化铁皮结构 图1 带钢板宽方向典型氧化铁皮结构示意图 1.1.2 热轧带钢不同氧化铁皮结构的酸洗机理 热轧带钢的最终氧化铁皮由FeO,Fe 0。, Fe。O 等氧化物组成,有时还有一定量的单质铁。 众所周知,FeO在酸中溶解最快,Fe。O 次之,Fe。O。 最难被酸溶解,但在氧化铁皮的酸洗过程中,除了这 种化学溶解规律,热轧带钢氧化铁皮的结构特点也 是决定其酸洗效果的关键。 国外学者针对热轧带钢的酸洗机理做了大量广 热轧带钢在室温下的实际氧化铁皮结构与高温 收稿日期:2013-05—23 作者简介:刘洋(1986 ̄),男,硕士,工程师.E—mail:yawnO01@sina.corn 8 武汉工程职业技术学院学报 泛及深入的研究。Frisch等人提出修正后的电化学 酸洗模型_2j,如图2所示。在此模型中,所有氧化层 结构(FeO,Fe O。,Fe。O )都与基体铁和周围的 流作用则是还原酸中的H ,生产氢气。但此模型 中假定的氧化铁皮结构是在57O℃以上受热后进行 快速冷却形成的,这种结构不同于热轧带钢的实际 氧化铁皮结构。 HC1溶液形成局部电池,其中无氧化铁皮的铁基体 成为阳极,而阴极由FeO,Fe O。,Fe。O 的混合物组 成。此模型的主要内容是:暴露的铁基体首先被酸 氧化,产生的电子形成电流,一部分电流将FeO, Susumu YAMAGUC等人通过实验观察,发现 无FeO成分的氧化铁皮与富含FeO的氧化铁皮酸 洗过程有一定差别_3]。无FeO氧化铁皮的酸洗可 以分为两个阶段,如图3(a)所示: Fe30 和Fe2o。中的Fe抖还原成Fe ,另一部分电 l Fe,O 一 //// / 次Fe O \\\ \ = 二次Fe O +FeO o皇 [===:>40:+8H 一4H O 一 …2+,… FeO \ / —台・ 冒 ^l 2Cl ①④一① 2--, l 氢气泡 基体 ● 电化学电池—--. ’.-_ 自由Fe消耗—_-. 图2 Frisch等人提出的修正电化学酸洗模型 热轧态 热轧态 _.. 化学裂纹的产 牛 化学裂纹的产‘生 簟 '..1lr ÷ FeO[ ̄J选择性溶解 第一阶段 第 阶段 裂纹到达基体 I '.一 氧化铁皮侧向溶解 : 裂纹到达摹体 ◆ 氧化铁皮发 剥离 第 .阶段 界面处的皮的侧向溶解 第=阶段 氧化铁皮剥离 (a)无FeO氧化铁皮 (b)含73%FEO氧化铁皮 图3 同类型氧化铁皮酸洗示意图 刘洋韩斌谭文杨奕汪水泽魏兵:提高热轧带钢酸洗效果的探讨 9 第一阶段:氧化铁皮首先在容易产生裂纹的位 置出现化学裂纹,随着酸洗时间的增加,裂纹的数量 也随之增加并扩展至氧化铁皮与基体的界面。第二 阶段:当裂纹的数量(裂纹密度)达到一定程度时便 进入第二阶段,此时界面附近的氧化铁皮开始侧向 溶解,随后氧化铁皮开始从界面剥离。 富含FeO的氧化铁皮酸洗过程与无FeO氧化 铁皮差别在于,其酸洗过程中产生的裂纹不会直接 穿透氧化铁皮层至基体,而是会对氧化铁皮中的 FeO进行选择性溶解进而形成一种迂回的扩展线 路,如图3(b)所示。Susumu YAMAGUC等认为 富含FeO氧化铁皮的酸洗过程中,裂纹密度达到饱 和的时间点会因为对FeO的选择性溶解而推迟,导 致最终酸洗时间比无FeO氧化铁皮更长。 R.Y.Chen等人将不同冷却温度和速度下碳钢 表面生成的氧化皮结构进行了分类 ]。第1类为大 部分为残留FeO,伴有一些Fe。O 析出物;第Ⅱ类 为大量残留的FeO与在FeO/基体界面形成的明显 连续的Fe。O 层,在FeO相中,Fe。O 析出量明显 多于第1类氧化铁皮;第Ⅲ类由Fe。O +Fe共析 物、Fe。O 析出相和少量Feo混合物组成。R.Y. Chen等人的实验表明第1类氧化铁皮的酸洗速度 与第Ⅱ类相似,但第Ⅲ类的酸洗速度则低得多。R. Y.Chen提出以下酸洗机理(图4):①第工类和第Ⅱ 类氧化铁皮的主要酸洗机理是,沿着FeO层进行溶 解;②第Ⅲ类氧化铁皮的主要酸洗机理是沿氧化物/ 基体界面底切。 第l …… 理 — I类氧化铁皮酸洗机理 霍 (b)FeO, ̄N发生底切或溶解 Hcl溶液 .Fe:0 啉……理 ..... :::......:: . ... ..... ::...... 钢基体 (c)沿着氧化铁皮/钢基界面底切 图4 R.Y.Chen等人提出的3类氧化铁皮的酸洗机理 张孟仪,邵光杰认为氧化铁皮的不同显微结构 直接影响了酸洗时间,具有FeO和Fe。o 复合结构 的氧化皮比Fe。O 单层氧化皮更易酸洗。晶粒尺 寸越大,氧化铁皮酸洗所需时间越长;富含FeO的 氧化铁皮容易酸洗;含高比例随机晶界的氧化铁皮 容易酸洗l5 ]。 以上研究基于氧化铁皮不同相的比例和结构, 对其酸洗机理及效果进行了不同的阐述,但结论也 有一定的差异。实际上,带钢氧化铁皮的酸洗难易 程度是由氧化铁皮的特性来综合确定的,孤立地根 据某一因素来预测、评价氧化铁皮的酸洗效果是不 准确的。 1.2破鳞对酸洗的影响 破鳞使氧化皮产生裂纹,裂纹的密度和尺寸随 着氧化皮延伸率的增加而增加,这些裂纹将在酸洗 时起到人工酸洗核的作用。氧化铁皮中的这些裂纹 能使酸在不需要形核的情况下,很容易地到达钢基 使得酸洗孕育期(初始无酸洗时间)显著缩短,对于 一些氧化皮延伸率较大的情况,孕育期甚至会完全 消除。但有研究表明破鳞对工业酸洗的影响明显减 弱,这是因为热轧带钢在钢卷的生产过程中,经历了 重卷和平整等工艺,使得氧化铁皮中已经存在了一 定数量的微裂纹_4]。 1.3化学成分对酸洗的影响 A.Chattopadhyaya等人的实验表明钢中的Si 元素会对氧化铁皮产生影响,当Si含量大于0.35% 时,生成的Fe。SiO 相将显著影响酸洗速度口 。为 了获得更好的酸洗效果,A.Chattopadhyaya等建 议应将Si含量控制的尽可能低。图5为钢中Si含 量对酸洗速度的影响曲线。 8O 7O 6O 星50 纂 o 30 20 10 O 0 0 2 0 4 0 6 0.8 1 0 1 2 l 4 1 6 1 8 2 0 2 2 钢中Si含量 图5钢中sj含量对酸洗速度的影响 1.4酸液条件对酸洗速率的影响 Yubonrat JATUPHAKSAMPHAN等人对不 同盐酸酸洗液温度与浓度下的氧化铁皮溶解速度进 行了研究,结果表明随着盐酸温度或者浓度的增加, 试样表面氧化铁皮移除的速度加快 。M.J.L_ GINES等人的研究也得到了相似的结果,并认为温 度影响最显著,其次是酸液浓度,而酸液中Fe离子 浓度对酸洗速度几乎无影响[8]。 10 武汉工程职业技术学院学报 2 减、易酸洗钢的生产工艺探讨 通过对影响热轧带钢酸洗效果的因素进行分 析,认为控制热轧板带的氧化铁皮结构是减少酸洗 用酸量、提高酸洗效率的重要途径。根据用户需要, 在热轧过程中合理调整工艺参数以生成不同结构的 氧化铁皮,可达到减、易酸洗的目的。 R.Y.Chen等人提出两种方法来得到易酸洗的 氧化铁皮结构:①在35o ̄c以下卷取带钢;②500~ 740℃卷取后之后加速冷却,冷却速度最好大于 5℃/rain_4J。但第一种方法由于卷取温度太低,会 大大恶化钢卷的力学性能,因而不太现实。对于第 二种方法,由于热轧带钢卷取后散热非常缓慢,在工 业风扇的降温下也很难达到5℃/rain的冷却速度, 因此需要其他冷却手段或设备。 有研究指出,相对较高的卷取温度可以降低共 析反应速度,使FeO含量增多,从而得到易酸洗的 结构。这种方法的缺点是由于卷取温度较高,容易 导致卷取后带钢边部氧化加剧,生成较厚的Fe O。, 导致边部酸洗困难。 通过以上分析,认为减、易酸洗钢的生产可以通 过以下工艺及措施来实现: (1)在成分上尽可能的降低Si含量,以减少其 对除鳞及酸洗的影响; (2)通过轧制温度及轧制速度的合理化控制及 优化,降低氧化铁皮的厚度; (3)控制轧辊条件、层流冷却水等确保带钢在宽 度方向上的温度均匀性,从而使氧化铁皮在带钢宽 度方向上厚度均匀; (4)通过适当调整轧辊凸度,控制卷型使卷取后 钢卷边部空隙减小,弱化其供氧条件; (5)合理控制卷取温度及随后的冷却速率,得到 易酸洗的氧化铁皮结构,可能需要新的冷却设备及 冷却工艺来实现; (6)适当增加钢卷平整时的延伸率,从而得到更 多的氧化铁皮裂纹,起到人工酸洗核的作用。 3 结束语 通过以上分析可以看出,氧化铁皮结构是影响 带钢氧化铁皮酸洗难易程度最主要因素,通过对带 钢生产过程中决定带钢氧化铁皮质量的工艺参数进 行合理的控制,可以得到易酸洗的氧化铁皮结构,提 高酸洗效率。 参考文献 [1]王银军,穆海玲,董汉君,等.SPHC热带氧化铁皮酸洗困难原 因分析及对策EJ].轧钢,2006,23(04):5l一54. 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Harm and prevention of residual stress on wire rod with high carbon steel QIN Zhiguang LI Jianhua XUE Huan (Research and Development Center of WISCO,Wuhan 430080,Hubei) Abstract:According to the spontaneous fracture of wire rod with high carbon steel,longitudinal resid— ual stress on the wire rod surface iS determined and the distribution laws of residual stress on wire rod of different sizes are obtained.Causes of forming and harmful effects of residual draw stress on the surface of large size wire rod are analyzed and measures of avoiding fracture and changing the character of residual stress are proposed. Key words:high carbon stee1;wire rod;residual stress;harm;prevention (责任编辑:李文英) (上接第10页) A Discussion on Improving the Pickling Effect of Hot--Rolled Strip LIU Yang HAN Bin TAN Wen YANG Yi WANG Shuize WEI Bin (Research and Development Center of WISCO,Wuhan 430080,Hubei) Abstract:Scale cinder on hot—rolled strip surface needs to be descaled by pickling before cold rolling and being used.Pickling effect directly affects the surface quality of cold—rolled and subsequent high value— added products.Factors affecting the pickling effect are analyzed and the condition of the scale is consid— ered to be one of the most important factors.From the perspective of the controlling of scale structure, this paper discussed the feasible process of producing easy—pickling stee1. Key words:hot—rolled strip;pickling;scale structure;easy—pickling steel (责任编辑:李文英) 

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