張朝磊，王 燦，劉雅政，周樂育

（北京科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，北京，100083）

氧化鐵皮厚度控制作為高線熱軋產(chǎn)品質(zhì)量控制的主要指標(biāo)之一，長期以來受到業(yè)內(nèi)極大的關(guān)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(chǎn)品質(zhì)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(chǎn)生于加熱爐和熱軋過程，但在軋后冷卻階段還會(huì)進(jìn)一步生長，并發(fā)生結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變［5－6］。

本文采用工業(yè)試驗(yàn)的方法，研究吐絲溫度和風(fēng)冷工藝參數(shù)對硬線70鋼盤條氧化層厚度的影響。

1 試驗(yàn)

試驗(yàn)材料為φ6.5mm的70鋼，終軋速度為100m／s，其風(fēng)冷段控制分為吐絲后至相變前、相變過程中和相變結(jié)束至集卷3個(gè)階段。試驗(yàn)方案：方案1，控制水冷段吐絲溫度分別為850℃和890℃，相變結(jié)束至集卷段平均冷卻速度為5.1℃／s，實(shí)測風(fēng)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(jié)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(shí)測風(fēng)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(jī)對氧化層顯微組織進(jìn)行形貌觀察，對其富硅層進(jìn)行能譜分析，并使用ImageTool軟件測定氧化層厚度。

圖1 實(shí)測斯太爾摩風(fēng)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?？梢钥闯?，氧化層有明顯分層現(xiàn)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(dāng)吐絲溫度分別為850℃和890℃時(shí)，測得氧化層厚度分別為4.5 μm和7.5μm?？梢?，相同風(fēng)冷條件下，吐絲溫度由890℃降低到850℃時(shí)，其氧化層厚度減少3.0μm，其減少幅度達(dá)40%。

3.2 相變結(jié)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(dāng)吐絲溫度為890℃、相變結(jié)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(yīng)的集卷溫度分別為335、385、475℃時(shí)，測得其氧化層厚度分別為7.5、8.0、11.0μm?？梢?，吐絲溫度一定（890℃）、相變結(jié)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(yīng)由475℃降至385℃）時(shí)，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(shí)，進(jìn)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?？紤]到提高冷卻速度需要增加風(fēng)機(jī)能耗，故控制相變結(jié)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(jié)論

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

（2）水冷段吐絲溫度一定（890℃），相變結(jié)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(shí)，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。

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