Fe-Si合金热轧氧化铁皮结构演变及氧化界面控制机理的研究

With the technical improvement of steel process, high value-added silicon steel (Fe-Si alloy) has become the focus of the research and development of the major steel companies. During hot rolling process, due to the greater affinity of the main solute element silicon for oxygen comparing to Fe, the deterioration of the oxide scale structure and the unevenness of the oxide interface has seriously affected the surface quality of products and reduced the magnetic properties. According to characteristics of the hot rolling process of Fe-Si alloy, this research will focus on the structural changes of oxide scale, inner oxide precipitation and the evolution control of the oxide interface. The high temperature oxidation behavior in different segments of the process is revealed, such as reheating process, hot rolling process, cooling process and coiling process. The mechanism of transformation and evolution of inner oxide precipitation and oxide interface is also studied. And from the aspect of thermodynamic and kinetic theory, the genetic impact of the eutectoid transformation of the oxide scale on the subsequent continuous cooling process is concerned. The eutectoid reaction curve is obtained from experiments. The key theoretical points about oxide scale structure evolution and control mechanism of oxidation interface of Fe-Si alloy during hot rolling are established. The optimized processing design including heating, hot-rolling, continuous cooling process is carried out to find the optimal process window to improve the surface quality of Fe-Si alloy.

随着钢铁生产技术的发展，高附加值的硅钢（Fe-Si合金）已成为各大钢铁企业的研发重点。热轧过程中，较高含量的溶质元素Si对O的亲合力大于Fe, 容易发生内氧化，造成外层氧化铁皮结构混杂、内氧化界面凸凹不平，严重影响产品表面质量，加重酸洗难度，并降低磁性能。本项目针对Fe-Si合金热轧流程生产特点，围绕其氧化铁皮结构、内氧化物、氧化界面控制问题开展系统研究，弄清加热、热轧、冷却、卷取各阶段的高温氧化行为，揭示内氧化物及氧化界面的形成与演变机理。并从热力学和动力学理论出发研究其对后续连续冷却条件下氧化铁皮共析转变的遗传影响，获取相应的连续冷却条件下的共析转变曲线。据此建立热轧流程条件下Fe-Si合金氧化铁皮结构及内氧化界面控制的关键理论要点，开展加热、热轧、连续冷却的工艺优化设计，找到有效改善Fe-Si合金热轧板表面质量的关键工艺窗口。

随着钢铁生产技术的发展，高附加值的硅钢(Fe-Si合金)已成为各大钢铁企业的研发重点。硅钢在热轧过程中表面不可避免会形成氧化铁皮，一方面在氧化铁皮与基体界面处形成的Fe2SiO4，增加了氧化铁皮粘附性，导致与普碳钢相比，在热轧过程中热轧硅钢的氧化铁皮更容易残留在热轧板表面，造成红色氧化铁皮缺陷和氧化铁皮压入缺陷。另一方面，生产过程中，热轧硅钢基体表层会形成的内氧化层无法利用高压水除鳞去除，作为氧化物夹杂损害产品的磁性能。因此解决热轧硅钢氧化铁皮缺陷的关键，就是要减少红色氧化铁皮、控制氧化铁皮与基体界面的平直度以及内氧化层的厚度。.针对上述问题，本项目针对Fe-Si合金热轧流程生产特点，围绕其氧化铁皮结构、内氧化物、氧化界面控制问题开展系统研究，弄清加热、热轧、冷却、卷取各阶段的高温氧化行为，揭示内氧化物及氧化界面的形成与演变机理。取得了如下的创新成果：1) 通过热力学计算和氧化动力学分析，建立目标钢种的氧化动力学模型;2) 测定氧化铁皮中Fe2SiO4的熔点，分析了温度、气氛以及Si含量对氧化铁皮形态的影响，氧化铁皮形态包括结构、厚度和氧化铁皮与基体界面平直度3) 得到内氧化与外氧化相互转变的机理与条件。.本项目共发表SCI收录论文6篇，EI收录论文7篇，授权发明专利4项。作为部分成果获教育部科技进步二等奖1项，河北省科技进步三等奖1项，河北冶金科学技术一等奖1项。开发的热轧钢板的氧化铁皮控制技术应用到武钢、宝钢、鞍钢和太钢等多条热连轧生产线，相关成果具有广阔的应用前景，对促进我国硅钢生产技术的发展具有重要的现实意义。