高碳鋼盤條表面氧化皮的形成規(guī)律及機(jī)械剝離性能研究.pdf

1、在高溫軋制和隨后的控制冷卻過(guò)程中，鋼線材表面會(huì)與空氣接觸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成一層氧化物，俗稱氧化皮。由于氧化皮硬而脆難以形變，在線材的后續(xù)冷拉拔加工過(guò)程中容易導(dǎo)致鋼絲表面出現(xiàn)缺陷甚至引起斷絲從而影響產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，同時(shí)會(huì)加劇模具的磨損。因此，氧化皮在拉絲生產(chǎn)前必須去除干凈。常用的氧化皮去除方法主要有化學(xué)酸洗和機(jī)械剝離兩種，但化學(xué)酸洗法由于高污染、效率低等缺點(diǎn)正逐漸被機(jī)械剝離所替代。 本文以高碳鋼盤條SWRH72A表面氧化皮的形成

2、過(guò)程為研究對(duì)象，以提高氧化皮機(jī)械剝離性能為目標(biāo)，采用實(shí)驗(yàn)室研究和實(shí)際生產(chǎn)工藝改進(jìn)相結(jié)合的方法開展了一系列的工作。 首先，采用多種實(shí)驗(yàn)手段對(duì)高碳鋼氧化皮的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征，發(fā)現(xiàn)：高碳鋼盤條表面形成的氧化皮主要由Fe1-yO和Fe3O4組成，F(xiàn)e2O3含量很少，因此形貌上一般呈Fe1-yO和Fe3O4兩層結(jié)構(gòu)。與進(jìn)口產(chǎn)品相比，國(guó)產(chǎn)盤條氧化皮存在厚度薄、Fe1-yO含量較少和機(jī)械剝離性能較差等缺點(diǎn)。 在此基礎(chǔ)上，采用熱模擬試驗(yàn)的

3、方法著重研究了工藝參數(shù)和合金元素對(duì)氧化皮形成過(guò)程的影響，結(jié)果表明：隨著氧化溫度的升高，氧化皮厚度快速增加，其增長(zhǎng)規(guī)律基本符合Arrhenius方程；氧化初始階段氧化皮快速增厚，隨著氧化時(shí)間的延長(zhǎng)增長(zhǎng)速率逐漸變慢，呈拋物線氧化規(guī)律；不同條件下獲得的氧化皮厚度變化以Fe1-yO層為主，F(xiàn)e3O4層厚度變化不大；當(dāng)冷速較慢(<1℃/s)時(shí)，鋼基體/氧化皮界面上會(huì)析出連續(xù)的Fe3O4帶，而當(dāng)冷速較快時(shí)(>5℃/s)時(shí)就可以有效抑制Fe1-yO共

4、析反應(yīng)的發(fā)生從而避免其形成。同時(shí),高碳鋼氧化過(guò)程中，鋼基體/氧化皮界面上會(huì)發(fā)生Fe、Mn的貧化和一些合金元素的偏聚，C、Si、Cu、Ni等會(huì)顯著影響高碳鋼的氧化速率，而Mn的含量對(duì)短時(shí)氧化影響不大。 接著，采用單向拉伸和劃痕試驗(yàn)的方法研究了氧化皮厚度和結(jié)構(gòu)與其機(jī)械剝離性能之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)：厚度大、Fe1-yP含量高且與鋼基體界面上無(wú)Fe3O4析出帶的氧化皮具有良好的機(jī)械剝離性能。厚度較大的氧化皮在較低應(yīng)力下基本就可以剝離干凈，而