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氧化铁的形成及特性

作者:2835 发布时间:2025-06-04 文字大小:【大】【中】【小】
   氧化铁皮是金属在加热、热处理或热加工过程中,于金属表面形成的一层金属氧化物附着层。其成分与结构受金属成分、表面温度、加热冷却制度以及周围介质含氧量等多种因素影响。一般而言,金属化学性质越活泼、温度越高,氧化速度便越快;氧化时间越长,形成的氧化铁皮厚度也越大。铁作为较为活泼的金属,其氧化物结构疏松,且钢材轧制及铁制品加工多在高温下进行,这进一步加速了钢材的氧化,促进了表面氧化铁皮的形成。热轧带钢因化学成分、轧制温度、冷却速度及卷取温度的差异,表面氧化铁皮的结构、厚度和性质也会有所不同。

  形成

  轧件经过粗轧后,沿辊道向精轧机组输送时,温度约为1000°C,此时轧件表面已生成一层薄薄的氧化铁皮,但精轧机组前的二次除鳞装置能将其清除。在精轧过程中,带钢在机架间停留时间极短,且压下量大,阻碍了厚氧化铁皮的形成,同时形成的氧化膜立即被破坏并受冷却水冲洗。因此,从精轧机组出来的带钢,尽管温度较高,但表面氧化铁皮极薄。带钢在输出辊道上经过层流冷却后,于600°C左右卷取并缓慢冷却,此过程中带钢表面被氧化形成新的氧化铁皮。

  组成和结构

  带钢表面的氧化铁皮成分与结构受钢的化学成分、轧制时表面温度、加热温度、终轧温度、冷却制度及周围介质含氧量等多种因素影响。热轧碳素结构钢的终轧温度通常控制在870°C左右,且周围介质氧气含量高,随后冷却速度较快,因此其氧化铁皮一般具有三层结构:最靠近钢板基体的是富氏体(FeO和Fe3O4的固溶体),中间层是Fe3O4,最外层是Fe2O3。

  可酸洗性

  氧化铁皮的可酸洗性受多种因素影响,包括氧化铁皮的附着强度、带钢化学成分、机械变形种类和程度、氧化铁皮的结构及厚度、表面污染、表面缺陷、酸洗剂种类和成分以及酸洗工作条件等。在氧化铁皮中,富氏体靠近钢板基体表面,而外层的Fe3O4和Fe2O3在酸溶液中较难溶解。但由于铁皮层存在裂缝和气孔(特别是经过破鳞和拉矫处理后),酸溶液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,铁皮与金属之间的附着力减小,在酸溶液与金属铁反应生成的氢气作用下,氧化铁皮从基体上脱落并沉到酸槽底部。同时,难溶的Fe3O4和Fe2O3也被还原成易溶解的FeO,从而使氧化铁皮从带钢表面分离。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层致密,会堵死铁皮中其他氧化层的气孔,阻碍酸液渗入。尽管带钢在冷却过程中会形成裂纹,但也不能保证酸液渗入氧化铁皮深处。特别是现代化轧机生产的热轧带钢,铁皮厚度稳定且致密度高,因此采用破鳞设备增加裂纹以提高氧化铁皮的可酸洗性仍然十分必要。