镀锌板具备优良的表面质量和耐蚀性,广泛应用于建筑、家电和汽车等行业。在常规的热镀锌板生产流程中,“酸洗”工序污染环境、增加成本,而对于含锰、硅等合金元素的高强钢,由于在退火时合金元素容易发生选择性氧化,这些合金元素的氧化物降低基板的润湿性,导致镀锌板出现漏镀等缺陷。为解决这一问题,通常需要增加预氧化工序,如此会增加成本,降低生产效率。热镀锌板的生产工艺需要降低能耗、减少污染排放,实现短流程生产。本文设计研究了热轧带钢免酸洗还原热镀锌工艺,新工艺省略酸洗和预氧化工序,能够极大地提高生产效率、降低成本,同时可以很好地消除由于合金元素选择性氧化造成的镀层缺陷。从热轧氧化铁皮控制入手,开展了免酸洗冷轧工艺、氧化铁皮在升温过程中组织转变、氧化铁皮在低浓度H2中的还原反应和免酸洗还原热镀锌工艺的专题研究。论文的主要工作和创新性成果如下:1.利用SetsysEvolution1750型高温热重分析仪研究了低碳钢的高温氧化行为,结果表明在反应初期实验钢种氧化反应呈线性规律,当氧化铁皮厚度达到一种厚度后,反应由线性规律转为抛物线规律,目标钢种的氧化激活能为204.097kJ·mol-1。结合数学模型,利用氧化铁皮的等温相变数据,对连续冷却过程中氧化铁皮的组织转变进行了模拟预测。2.通过轧卡实验研究了氧化铁皮在免酸洗冷轧过程中的演变规律。结果表明,氧化铁皮在免酸洗直接冷却过程中易发生断裂。在辊缝入口区域带钢发生弹性变形,如果压下率较大,表面氧化铁皮将会产生断裂;进入轧制变形的后滑区和前滑区,受摩擦力和轧制力作用,氧化铁皮继续发生断裂,甚至剥离和粉化。对于厚度为2.3mm的低碳钢板,单道次轧制压下量小于16%时,氧化铁皮只发生断裂;压下量超过16%时,氧化铁皮开始出现剥离和粉碎;润滑轧制时,临界道次压下率提高至23%。同样的总压下量条件下,多轧制道次有利于保护氧化铁皮的完整性。3.结合差示扫描量热法(DSC)和金相法,系统研究了氧化铁皮在升温过程中的组织转变规律。在升温过程中,当温度高于570℃,氧化铁皮中的共析组织(Fe304/Fe)和先共析组织逆向转变为Fe1-yO。共析组织的转变主要发生在590-640℃;而Fe304向Fei-yO的转变可一直持续至750℃。由于Fe1-yO的密度大于Fe3O4,逆向转变的Fei-yO中分布着大量孔洞。4.利用热重分析法(TGA),系统研究了热轧带钢表面氧化铁皮在低浓度(5%、10%、20%)H2/Ar混合气体中的还原反应,并利用EPMA检测还原产物的微观结构。热轧带钢表面氧化铁皮中分布着大量的裂纹、孔隙等贯穿性孔隙,这些孔隙为H2向氧化铁皮内部转变提供了通道,同时增大试样表面参与还原反应的氧化铁皮的有效面积,所以冷轧能够促进还原反应。氧化铁皮在低浓度氢气中的等温还原反应过程具有气-固反应的特征,包括诱导期、反应加速期和减速期。还原性气体中氢气分压越高诱导期越短,反应速率更快,还原率更高。结合气-固反应数学模型,分析了氧化铁皮在10%H2中等温还原的动力学特征,结论表明在500℃还原时,还原反应的控制环节是新相晶粒的形核与长大,在800℃还原时,还原过程的控制环节是界面化学反应。在还原反应初期,还原率随着温度升高而增大;反应持续6min后,由于在600-700℃的还原反应速率下降,导致在这个温度区间出现还原率的低谷。热轧带钢表面氧化铁皮的还原产物可分为低于600℃还原时的多孔铁和高温还原产物致密铁;还原产物由多孔铁转变为致密铁是在600-700℃出现还原率低谷的原因。5.在实验室条件下研究了热轧带钢免酸洗(冷轧)还原热镀锌工艺,结果表明热镀锌板的镀层组织受到还原工艺、锌液成分、残余氧化铁皮和原板表面状态的影响。低于600℃还原时,还原产物为多孔铁,多孔铁将加大镀锌原板表面的粗糙,如果A1含量较低,则容易导致δ相和ζ相的出现,影响镀层的成形性;高温还原产物为致密铁,带钢表面具有较好的表面质量,但由于热轧板的表面粗糙度较大,所以A1含量需提高至0.6%。如果还原率较低,残余的氧化铁皮起到Fe2A15抑制层的作用,阻碍Zn和Fe的合金化反应,可避免锌铁合金相的产生。结合实验室研究成果,在工业条件下进行了热轧带钢免酸洗还原热镀锌板的试生产,生产的热镀锌板表面质量良好,镀层的粘附性能够满足2T弯曲要求。