热轧带钢还原除鳞及随后冷轧过程中表面形貌和组织性能演变规律的研究

利用还原性气体将热轧带钢表面的氧化铁皮还原以替代传统的盐酸或硫酸酸洗除鳞，可以减少环境污染、降低生产成本，但还原除鳞后，带钢表面易出现裂纹、脱碳以及晶粒粗大等现象，对随后进行的冷轧变形、成品表面质量及力学性能产生不利影响。本课题在前期工作的基础上提出以氢气和一氧化碳的混合气体为还原介质，进行带钢表面氧化铁皮还原试验，研究不同还原条件下带钢的表面形貌、内部组织和力学性能的演变规律，探明混合还原气氛下带钢表面氧化铁皮的还原、脱碳和增碳机理及各种缺陷产生的原因；通过对还原后带钢的冷轧变形试验，研究带钢在冷轧变形过程中的表面形貌、内部组织和力学性能的变化，阐明还原条件对冷轧工艺和冷轧成品质量的影响规律。预计研究取得的成果可以为无酸除鳞应用于热轧或冷轧带钢生产提供理论依据，对带钢生产企业的节能减排、实现可持续发展具有理论和实践指导意义。

目前，酸洗除鳞仍然是冷轧带钢生产中最常采用的除鳞方法，但酸洗除鳞存在很多缺点，采用还原除鳞代替现有的酸洗除鳞可以消除污染、降低生产成本。本项目以普通碳素钢带为研究对象，通过对原始带钢表面氧化铁皮的形貌及断面特征、还原之后的带钢表面氧化铁皮的形貌及断面特征、冷轧过程中的带钢表面氧化铁皮的形貌及断面特征以及冷轧退火后的带钢表面氧化铁皮的形貌及断面特征的观察与分析，综合分析了还原除鳞机理、还原及冷轧和退火过程中带钢表面形貌及组织性能的演变规律，阐明了还原除鳞作为一种新型除鳞工艺推广应用于实际生产的可行性。研究发现：采用氢还原去除带钢表面氧化铁皮的过程中，带钢表面氧化铁皮转化成多孔的金属铁层，此金属铁层表面存在大量的裂纹、气孔和气泡，经过冷轧后此金属铁层被压实变薄，紧贴于带钢基体之上，轧制后，带钢表面光洁度虽然有所提高，但在表面仍然残留有微观痕迹，这与酸洗冷轧的带钢表面状态有所不同。不过，未经过矫直机矫直的带钢原始表面没有矫直裂纹，还原后带钢表面也没有出现较大的横向裂纹，与酸洗冷轧的带钢表面状态相比，这种未经过矫直的带钢经过还原除鳞后再冷轧之后的表面更光洁，表面质量比酸洗冷轧的成品更好。此外，采用纯氢还原后，带钢表层还会出现厚度约几十至几百个微米的完全脱碳层，该脱碳层经冷轧后变薄，退火后转变成半脱碳层。较高的还原温度和较长的还原时间可能导致带钢基体晶粒粗化，粗化的晶粒可能遗传给成品，导致退火后的成品拉伸强度及延伸率稍有下降，但通过合理控制还原温度和还原时间可以消除晶粒粗化带来的不利影响。研究结果表明，对于普通用途的钢板，还原除鳞完全可以取代现有的酸洗除鳞工艺。