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铬元素微量添加对700Mpa大梁钢铁皮粉化性能的改善

高温氧化；黑皮钢；抗氧化性；粉化性能

大梁钢用”黑皮钢“表面氧化铁皮主要由 Fe₃O₄ 组成，具有较高的塑性、较薄的厚度及与基体紧密的结合力,在深加工过程中氧化铁皮可随基体发生变形，因此不需要通过酸洗去除氧化铁皮。日本、欧美等发达国家已开发出可带氧化铁皮进行深加工的“黑皮钢”，但针对工艺调整的技术细节一直未见报道，而国内在黑皮钢引进和开发过程中存在两种不同成型方式包括：辊压成型无涂油工艺、冲压成型有涂油工艺，这也对热轧氧化铁皮的精细控制提出新的要求。

本文采用差热分析仪、扫描电镜和冷弯试验等手段系统研究了铬元素微量添加对700Mpa大梁钢氧化特性、铁皮生长规律和黑皮钢粉化性能的影响。对比分析原始成分和添加0.2%的铬后钢种氧化特性的变化发现：1050℃以下Cr元素添加有利于抗氧化性提高，结合钢种热轧工艺特点精轧入口温度一般设定在1050℃附近，而Cr元素添加有利于减低精轧过程表面铁皮厚度以及提高变形性。等温氧化实验结果发现：；对比添加Cr元素0.2%后可以发现氧化增重量均出现明显降低，900℃、1000℃条件下添加微量Cr元素可降低外氧化增重达到22%左右，但随着温度进一步升高至1100℃条件下氧化增重抑制效果有所降低，降低外氧化增重为10%左右。界面元素富集层分析发现：对比添加0.2%的Cr元素后界面元素富集层厚度增加至近6μm。

以上的分析可见氧化铁皮的厚度随着Cr含量增加而减薄，主要机理如图所示，高温氧化过程中，Cr与O的亲和力明显高于Fe与O的亲和力，Cr会在钢板表面发生选择性氧化，率先在其表面形成了致密的Fe-Cr尖晶石相。致密的Fe-Cr尖晶石相层的存在可有效阻碍Fe²⁺和O^2-交互扩散的作用，延迟了它们之间物质的传输，使得离子扩散所需的激活能增大，从而对基体表面起到保护性作用，提高了钢基体的抗氧化能力，相同条件下氧化皮厚度得以明显减薄。

   原始工艺条件下氧化铁皮的厚度为10-15μm，以外侧先共析Fe₃O₄+共析组织（Fe₃O₄+α-Fe）为主，外侧先共析Fe₃O₄共析比例占比20%。对比Cr元素添加后氧化铁皮厚度由10-15μm降低到6-8μm，氧化铁皮出现明显降低，氧化铁皮的结构包括外侧的Fe₃O₄、共析组织和未分解的FeO，外侧先共析Fe₃O₄共析比例占比40%。利用冷弯试验对铁皮粉化特性进行分析发现，原始成分铁皮粉化脱落比例为40%，对比Cr元素添加后粉化脱落比例降低至7%左右。原始成分热轧形成较厚铁皮条件下，氧化铁粉脱落量达到90-130mg/dm²；而当合金优化从而氧化铁皮减薄后，氧化铁粉脱落量降低至10mg/dm²以下。