氧化铁皮

冶金术语

氧化铁皮的形成过程也是氧和铁两种元素的扩散过程，氧由表面向铁的内部扩散，而铁则向外部扩散。外层氧的浓度大，铁的浓度小，生成铁的高价氧化物；内层铁的浓度大，而氧的浓度小，生成铁的低价氧化物。所以氧化铁皮的结构是分层的。

物质组成

氧化铁皮是轧钢厂在轧制过程中轧件遇水急剧冷却后钢材表面产生的含铁氧化物。它占所处理钢材的3%~5%之间，其w(Fe)高达80%~90%。

钢材锻造和热轧热加工时，由于钢铁和空气中氧的反应，常会大量形成氧化铁皮，造成堆积，浪费资源。如果对这些资源合理利用，可以降低生产成本，同时可以起到环保节能作用。氧化铁皮的主要成分是Fe2O3、Fe3O4、FeO。其中，氧化铁皮最外层为Fe2O3，约占氧化铁皮厚度10%，阻止氧化作用；中间为Fe3O4，约50%，最里面与铁相接触为FeO，约40%。

一般氧化铁皮的层次有三层：最外一层为Fe2O3 ，约占整个氧化铁皮厚度的10%，其性质是:细腻有光泽、松脆、易脱落；并且有阻止内部继续剧烈氧化的作用；第二层是Fe2O3和FeO的混合体，通常写成Fe3O4，约占全部厚度的50%；与金属本体相连的第三层是FeO，约占氧化铁皮厚度的40% ，FeO的性质发粘，粘到钢料上不易除掉。

特征

热轧钢板红色氧化铁皮(红锈)具有一定的普遍性。其特征是红色氧化铁皮沿板宽分布比较均匀，一般靠边部100mm内稍重些，卷内部比外部轻一些，这种红色氧化铁皮比较薄，一般不易擦下色，钢板越厚红色越重。

钢的表面氧化铁皮主要由FeO、Fe3O4和Fe2O3所组成，Fe2O3呈红色，Fe3O4呈黑色，FeO呈蓝色，由于铁皮中各种氧化成份比例随其氧化过程不同而变化，因此表现颜色不同，当Fe2O3比例较多时，即表现为红色，当FeO较多时，表现为蓝灰色。

影响因素

经大量调查，热轧钢板铁皮呈红色的钢种Si含量较高，Si>0.2%时红锈相对重一些，呈蓝灰色的钢种Si含量较低。以相同热轧工艺进行轧制试验，其结果与上述调查结论相符。Si≤0.07%红色氧化色可基本消除，对于厚规格Si还要更低些(Si≤0.05%)。由此，降低Si含量是解决红锈问题较有效的办法。

1、含Si量较高的钢，由于铁皮中气孔直径大，空冷时的裂纹容易在氧化铁皮厚度中间停止，除鳞时裂纹与基底金属相平等传播，导致基底金属侧的氧化铁皮易残留下来，所以氧化铁皮剥离性不好。由于氧化铁皮易残留，导致随后的氧化过程中，Fe2O3比例高，使氧化铁皮呈红色。含Si 0.2%以上的钢，由于加热时在氧化铁皮与基底金属界面产生层状的Fe2SiO4，界面温度在Fe2SiO4的凝固温度1170℃以下时，铁皮对基底的着力增强，剥离性更差，导致红色更重。

2、对于Si≤0.05%的C－Mn钢，氧化铁皮中气孔小，分布比较均匀，由空冷引起的热应力使氧化铁皮产生裂纹，低Si钢氧化铁皮中由于气孔小，应力松弛缓小，裂纹就沿气孔扩展到基底金属界面。除鳞时，热应力就在氧化铁皮和基底金属界面作为剪切力起作用，使氧化铁皮从基义金属上剥离开。

由于高温时铁皮剥离性好，在随后的氧化过程中导致铁皮中FeO比例较高，使铁皮呈蓝灰色。

对于边部100mm以内红色相对重一些是由于板坯出炉后边部冷速较快，造成边部温度比中部低，导致除鳞时FeO比中部残留多，所以边部红色相对中部重一些。

卷取前钢板表面覆盖一层冷却水，阻止空气中O2与钢板接触，有利于防止出现红色氧化色。

卷取后钢卷冷却慢(或钢板厚)红色氧化色较重。由于较厚的钢板，层冷时表面与芯部存在温度梯度，卷取后钢板表面温度回升，钢卷冷速较慢，与O2反应充分，Fe2O3比例更大，所以红色相对重一些。

应用

1、化工行业氧化铁皮提供给化工厂可用来生产氧化铁红、氧化铁黄、三氯化铁、硫酸亚铁等。其中，采用氧化铁皮为主要原料的液相沉淀法，可以生产从黄相红到紫相红各个色相的铁红。

2、制造硅铁合金冶炼硅铁合金的主要原料是钢屑，全国每年冶炼硅铁合金消耗的钢屑在200万t左右，用氧化铁皮替代钢屑冶炼硅铁合金的工艺已经成熟并得以应用。以硅石、冶金焦炭粒、氧化铁皮为原料，在还原气氛下生成硅铁。全国每年的氧化铁皮约1000万t左右。可以提供充足的原料。

3、烧结原料氧化铁皮是烧结较好的辅料，一方面，氧化铁皮相对粒度较为粗大，可改善烧结料层的透气性，另一方面，氧化铁皮中FeO在燃烧氧化成Fe2O3的过程中会大量放热，可以降低固体燃料消耗，同时提高烧结生产率，经验表明，8%的氧化铁皮可增产约2%左右。

此外，氧化铁皮还可以用来制造海绵铁。生产的海绵铁的w(Fe)高，含杂质量低且成分稳定，较矿石生产的海绵铁，不含脉石杂质，可作优质的废钢原料。同时还可以粗还原法或者精还原法制造还原铁粉。在国内，氧化铁皮做为烧结原料，已形成大规模工业生产。用氧化铁皮生产硅铁合金，工艺简单也有规模化生产的趋势

产生原因

(1) 板坯加热制度不合理或加热操作不良时产生一次铁皮难以除尽，轧制时被压人到钢板表面上。

(2) 大立辊设定不合理，铁皮未挤松，难以除掉。

(3) 由于高压除鳞水管的水压低，水咀堵塞，水咀角度不对及使用不当等原园，使钢板上的铁皮没有除尽，轧制后被压在引钢板表面上。

(4) 氧化铁皮在沸腾钢中发生较多，在含硅较高的钢中易产生红铁皮。

类别

定义与外观：带钢表面的氧化铁皮在酸洗工序中没有被完全洗净；或由氧化铁皮压入留下的印点在冷轧过程中没有完全消除，这种缺陷的外观可为麻点、线痕或大面积的压痕，可出现在带钢表面的任意部位。

成因：热轧轧机前的高压水喷嘴堵塞；氧化铁皮等未吹干净而被轧入；热轧高温卷取料，在酸洗拉矫时破鳞不够，酸洗不净。

消除对策：保证热轧机的除鳞高压水装置工作正常；热轧机架上面要清理干净，防止氧化铁皮落在带钢表面再轧入；对高温卷取料，在酸洗时加强破鳞，提高清除能力。

鉴别：由其外观及金相检测等手段进行判别。

可能误判：有时会与划伤或酸洗麻点等相混淆。

分类

氧化铁皮可分为一次氧化铁皮、二次氧化铁皮、三次氧化铁皮和红色氧化铁皮。

一次氧化铁皮

钢在热轧前，往往要在1100~1300℃加热和保温。在此温度下,钢表面于高温炉气接触发生氧化反应，生成1~3mm厚的一次鳞以及由粗轧侧压不充分、除鳞不彻底所致。该一次鳞也称为一次氧化铁皮。一次鳞的内部存在有较大的空穴，一次氧化铁皮为灰黑色鳞层，呈片状覆盖在钢板表面。鳞层主要成分由磁铁矿(Fe3O4)组成。

二次氧化铁皮

热轧钢坯从加热炉出来后，经高压水除去一次鳞后，即表面氧化铁皮脱落，进行粗轧。在短时间的粗轧过程中钢坯表面与水和空气接触,钢坯表面产生了二次鳞，也称为二次氧化铁皮。二次鳞受水平轧制的影响厚度较薄，钢坯与鳞的界面应力小，所以剥离性差。如果喷射高压水不能完全除去二次鳞,鳞残留在钢板表面的情况下进行精轧，产品表面就会出现缺陷。二次氧化铁皮为红色鳞层，呈明显的长条、压入状，沿轧制方向带状分布，鳞层主要成分由方铁矿(FeO)、赤铁矿 (Fe2O3)等微粒组成。

三次氧化铁皮

热轧精轧过程中，带钢进入每架轧机时都将产生表面氧化铁皮层。轧制后通过最终的除鳞或在每架轧机之间时还将再次产生氧化铁皮。因此，轧辊作用下的带钢表面条件将取决于进入各架轧机前形成的氧化铁皮的数量和特性。这时的氧化铁皮称为三次氧化铁皮，因为它是在除鳞之后。进入精轧机之前形成的。

三次氧化铁皮缺陷肉眼可见：黑褐色、小舟状。相对密集、细小、散沙状地分布在缺陷带钢表面,细摸有手感，酸洗后在带钢表面缺陷处留下深浅不一的针孔状小麻坑，它们在正常热轧带钢的表面上是看不见的。

红色氧化铁皮

红色氧化铁皮仅发生在高硅含量等特定的钢种上，主要由于在钢坯加热过程中，表面氧化物与基体金属强烈啮合所致。无明显深度，呈不规则片状。

红色氧化铁皮分两种：一种在板宽方向非均匀分布，主要分布在中间，偏向操作侧，红色与兰色处有明显水印，在钢板长度方向上也不均匀，个别部位稍轻些。这种红色氧化铁皮较厚，矫直时可崩起，可用高压风吹去，残余红色很易擦下色，此红色氧化铁皮称红锈较贴切。

另一种红色氧化铁皮沿板宽分布比较均匀，一般靠边部100mm内稍重些，卷外部比内部重些。这种红色氧化铁皮较薄，不易擦下色，钢板越厚红色越重。这种红色氧化铁皮其他一些钢种也存在，具有一定的普遍性。

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