随着物流业的快速发展,集装箱用热轧板带钢的市场份额也随之扩大。然而热轧SPA-H钢板表面频繁出现红色氧化铁皮和氧化铁皮压入等缺陷,严重影响其表面质量,降低了产品的市场竞争力。为了改善SPA-H热轧钢板的表面质量,针对热轧现场工况特点,本文利用高温差热分析仪、场发射电子探针、扫描电子显微镜等设备系统的研究了不同气氛对钢板表面氧化铁皮结构的影响规律,探究了不同表面粗糙度和不同晶粒尺寸对钢板表面氧化铁皮生长的影响规律,对不同热轧工艺参数以及卷取温度和卷后冷速对氧化铁皮结构的影响进行了规律性的探索,并根据实验室理论研究结果,在工业现场进行了试制。得出如下结论:(1)通过干燥空气下的恒温氧化实验研究了 SPA-H的高温氧化行为,计算得到SPA-H在干燥空气中的氧化激活能,温度低于800℃时氧化激活能Q1为60.7 kJ/mol,高于800℃时氧化激活能Q2为193.1 kJ/mol。800℃以上温度氧化时,Si、Cr等合金元素的氧化产物会在氧化铁皮内侧富集,这是氧化激活能产生差异的原因。(2)通过水蒸气条件下恒温氧化实验研究了 SPA-H在潮湿空气中的高温氧化行为,通过计算获得目标钢种在相对湿度30%的水蒸气中的氧化激活能Q为116.26 kJ/mol,低于干燥空气下高温段的氧化激活能。相同温度下,随着相对湿度的增加,实验用钢单位面积氧化增重增加。水蒸气条件下氧化会生成气体和挥发性氢氧化物,导致氧化铁皮疏松多孔,从而加速氧化,湿度越大加速氧化的效果越明显。(3)系统研究了不同表面粗糙度对目标钢种氧化铁皮生长的影响规律,结果表明,相同温度下氧化后,目标钢种单位面积氧化增重随着表面粗糙度增大而减少。表面粗糙度越大越有利于氧化初期Si、Cr元素的选择性氧化,形成保护性氧化膜,抑制氧化。随着氧化温度的升高,试样的表面缺陷被厚的氧化铁皮侵蚀,导致表面粗糙度对氧化的影响减弱。(4)研究了晶粒尺寸对实验用钢氧化铁皮生长的影响规律,结果表明,随着晶粒尺寸的降低,目标钢种单位面积氧化增重减少。晶界是Fe、Si、Cr等离子向表面扩散的快速通道,晶粒尺寸越小,晶体中晶界所占比例越高,越有利于离子的扩散,由于Si、Cr元素的选择性氧化,试样表面会形成保护性氧化膜抑制氧化,导致氧化增重减小。(5)通过模拟精轧过程探究精轧开轧温度和终轧温度对氧化铁皮结构的影响,结果表明,精轧终轧温度对氧化铁皮结构没有太大影响,而随着精轧开轧温度的升高,氧化铁皮中FeO的百分含量增加,Fe3O4的百分含量减少。(6)通过模拟卷取过程探究卷取温度和卷后冷速对氧化铁皮结构的影响,结果表明,在连续冷却条件下,氧化铁皮中FeO会发生先共析和共析反应,其转变遵循“C”曲线规律,共析鼻尖温度约为450℃。在鼻尖温度下,控制冷速大于20℃/min可基本避免共析组织的形成。卷取温度为350℃时,由于离子扩散能力弱,无法发生共析反应;卷取温度大于550℃时,只有在较低冷速下才会发生共析反应,冷却速度越小,氧化铁皮中的共析组织越多。(7)结合实验室研究成果对热轧全流程工艺参数进行优化,通过“高温快轧”工艺思路有效地解决了 SPA-H带钢表面缺陷,改善了带钢的表面质量。