氧化铁皮形成的原因和影响

氧化铁皮是金属在加热、热处理或在热状态下进行加工时形成的一层附着在金属表面上的金属氧化物。由于金属的成分、表面温度、加热和冷却制度、周围介质含氧量等因素的不同，氧化铁皮的成分与结构也因之而异。

一般来说，金属的化学性质越活泼，温度越高，金属的氧化速度就越快。氧化时间长则形成的氧化铁皮厚度就越大。

铁是一种比较活泼的金属，各种铁的氧化物、结构也较为疏松，而钢材的轧制及铁制品的加工，多半都是在较高的温度下进行的，因此，加快了钢材的氧化速度，促进了钢材表面氧化铁皮的形成。

由于热轧带钢的化学成分、轧制温度、轧制后的冷却速度及卷取温度的不同，所以带钢表面上所形成的氧化铁皮的结构、厚度、性质亦有所不同。

1、表面氧化铁皮的形成

轧件经粗轧后沿辊道向精轧机组运行时，温度为1000℃左右，这时在轧件表面上已生成了一层薄的氧化铁皮，但精轧机组前的二次除鳞装置可将其清除掉。

在精轧过程中带钢在机架间暴露的时间极短，而且较大的压下量阻碍了表面上形成厚的氧化铁皮，而所形成的氧化胞膜立即被破坏并受到冷却水的冲洗，因此，可以说刚刚从精轧机组轧出的带钢，虽然有较高的温度，但带钢表面的氧化铁皮是极薄的。

带钢在输出辊道上经过层流冷却后，在600℃左右进行卷取，随后缓慢冷却，在此过程中，带钢表面被氧化而形成氧化铁皮。

2、氧化铁皮的组成和结构

带钢表面的氧化铁皮，由于钢的化学成分、轧制时带钢表面温度、加热温度、终轧温度、冷却制度、周围介质的含氧量的不同，因此，氧化铁皮的组成和结构也因之而异。

热轧炭素结构钢的终轧温度一般控制在870℃左右，且周围介质含有大量的氧气，随后又是相当快的冷却速度，所以其氧化铁皮一般都具有三层结构：

·钢铁表面的一层是富氏体（FeO和Fe3O4固溶体）

·在上面一层是Fe3O4

·最上面一层是Fe2O3。

3、影响带钢表面氧化铁皮的因素

Ａ 终轧温度和速度的影响

铁的氧化过程是Fe→FeO→Fe3O4→Fe2O3，随着温度的升高，氧化速度逐渐增大。在600~800℃的范围内，生成的氧化铁皮能够很好地阻碍铁及氧原子的扩散，因此氧化速度反而不再继续增大。

当温度超过800℃时，氧化铁皮阻碍扩散的能力将大大降低，因此，氧化速度又迅速增大。

由于温度升高，氧化速度加快，因此在单位时间内，带钢表面氧化铁皮的厚度随着温度的升高而增厚。

同样，高的轧制速度可以减少钢在高温状态下与空气接触的时间，从而也就减少了氧化铁皮的厚度。因此，为了减小氧化铁皮的厚度，热轧带钢应在尽可能低的温度和尽可能高的轧制速度下进行轧制。

从氧化铁皮的结构上看，终轧温度在700~900℃之间时，所形成的氧化铁皮含80%~ 90%的FeO、10%~20%的Fe3O4，在温度高于900℃的条件下，氧化和氧化性气体较多时，铁将迅速被氧化，Fe3O4可以在高温下迅速形成，并开始在铁皮表面形成Fe2O3单独一层。当温度低于570℃时，氧化铁皮由Fe3O4组成，表面上覆盖着一层很薄的Fe2O3 。

提高轧制速度可以减小氧化铁皮的厚度，然而，过高的轧制速度将使卷取温度迅速提高，并造成氧化铁皮中的富氏体转变为Fe3O4，给以后清除带钢表面上的氧化铁皮（酸洗）工作带来困难 。

因此，准确地控制轧制速度乃是有利于酸洗的重要因素

B 冷却速度的影响

一般来说，热轧带钢表面的氧化铁皮有三层：靠近基铁的内层为富氏体，中间层为Fe3O4，外层为Fe2O3 。

其中有利于酸洗的富氏体在575℃以上是稳定的，在570℃以下时富氏体中的FeO不稳定，并且按照 4FeO＝Fe3O4+Fe 分解，变成Fe3O4和Fe。当温度进一步降低到300℃以下时，这种转变将趋近于零。

如果氧化铁皮层在570~300℃之间急速冷却的话，则富氏体层将来不及分解并在更低的温度下被固定下来，从而得到有利于酸洗的富氏体结构。

缓冷时，铁皮中的富氏体层随着冷却速度降低二逐渐减少，因此，带钢在冷却区域冷却速度较慢时，铁皮中的富氏体层只有少量存在或完全没有。

实际生产过程中，一般是轧后进入层流冷却区进行快冷。在喷水的情况下，氧化铁皮的厚度增加很快。因为氧化铁皮在水中要比在空气中形成的快，因此，在水蒸气气氛中停留的时间愈长，形成的氧化铁皮就愈多，而FeO的含量却减少。所以，准确地调节喷水段的冷却速度和尽可能地减少在水中的停留时间是非常重要的。

C 卷取温度的影响

带钢的卷取温度在600~700℃时，对氧化铁皮厚度的增加没有太明显的影响。但卷取温度提高，在带钢的边缘和头部会生成Fe3O4。

进一步降低卷取温度对氧化铁皮的厚度没有明显影响，但是，带钢边缘和尾部出现Fe2O3的危险减小了，同时，富氏体向Fe3O4转化的程度也减小了。当卷取温度从700℃降低到600℃时，酸洗时间就缩短10%~20%。为了控制富氏体的转化，带钢应该在相当低温度下进行卷取（500℃～550℃），但这样将导致卷取前带钢水冷时间增加，从而引起氧化铁皮厚度的不均匀性增加，Fe3O4将增多，富氏体减少，因此，必须制定最佳的卷取温度，以减少带钢在冷却过程中富氏体的转化，防止氧化铁皮厚度明显增加。实践表明，在550℃～590℃卷取时，带钢表面的氧化铁皮最薄，其中富氏体层较厚，富氏体分解最少，因而酸洗时间能够减少。

4、带钢表面氧化铁皮的可酸洗性

氧化铁皮的附着强度、带钢的化学成分、机械变形的种类和程度、氧化铁皮的结构及厚度、表面污染、表面缺陷、酸洗剂的种类和成分以及酸洗时的工作条件等。

在氧化铁皮中，富氏体只是靠近在钢板基体的表面上存在，而铁皮外层的Fe3O4和Fe2O3在酸溶液中是比较难溶解的。但由于铁皮层存在着裂缝和气孔（特别是通过破鳞和拉矫后），因此，酸溶液便能通过这些裂缝和气孔到达金属表面和富氏体层，随着金属铁和富氏体的溶解，便减少了铁皮与金属之间的附着力，并在酸溶液与金属铁反应过程中生成的氢气的作用下，氧化铁皮便从基体上脱落而沉到酸槽的底部。与此同时，难溶的Fe3O4及Fe2O3也被还原成容易溶解的FeO，从而使氧化铁皮从带钢表面上分离开来。

影响酸洗性的另一个重要因素是氧化铁皮的致密度。

富氏体具有天然的最大孔隙率，而Fe3O4层和Fe2O3层是致密的，它们会把铁皮中其他氧化层内的气孔全部堵死，从而阻碍了酸液的渗入。带钢在冷却过程中虽然会形成一些裂纹，但也不能保证酸液渗入氧化铁皮的深处。特别是现代化轧机生产的热轧带钢，铁皮的厚度是相当稳定的，其致密度是相当高的，因此，为了提高氧化铁皮的可酸洗性，采用破鳞设备增加裂纹仍然是十分必要的。

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