进入21世纪,“资源、能源和环境”已成为我国钢铁工业发展的优先主题,是支撑其可持续发展的关键。在当代钢铁生产流程中,钢铁企业广泛使用酸洗去除带钢氧化铁皮,但其产生的废酸严重破坏了生态环境。与此同时,为保证酸洗效果,并提高生产效率,大量使用盐酸、硫酸等强酸。造成“欠酸洗”、“过酸洗”等表面缺陷,严重影响了产品质量。因此,面对国家宏观政策的调整,为适应我国节能减排的基本方针,下游生产企业迫切需要“减酸洗”乃至“免酸洗”的钢材产品,以缓解废酸排放对生态环境造成破坏。随着货运物流业的发展和运输成本的增加,下游汽车厂对重型货车载重量的要求逐渐增大。所使用的“免酸洗”大梁板强度级别和厚度规格不断提高,原有的“免酸洗”钢控制技术制备出的大梁板冲压成形时表面氧化铁粉脱落严重,不能满足汽车厂对“免酸洗”钢的使用要求。在保证钢材力学性能的同时,如何协调控轧控冷工艺是实现“免酸洗”高强钢的关键问题。另外,针对免酸洗还原热镀锌技术,提高还原效率,保证合理的镀层结构,增强产品的耐蚀性能是本技术推广应用的前提。因此,本文针对热轧“免酸洗”钢以及免酸洗还原退火热镀锌控制技术在工业化实施过程中的核心问题,围绕氧化铁皮的高温特性和镀层组织的变化规律,开展了 Cr元素对钢材氧化铁皮生长机理、热轧过程氧化铁皮变形协调性、氧化铁皮结构转变规律、H2条件下氧化铁皮高效还原机制以及免酸洗条件下的锌液成分等关键问题的研究。论文的主要研究结果如下:（1）研究了实验钢在1050～1300℃干燥气氛中的高温氧化行为,建立了氧化动力学模型。结果表明,在氧化初期实验钢的氧化动力学曲线呈线性规律,随着氧化时间的延长,氧化动力学曲线逐渐转变成抛物线规律。随着Cr含量的增加,在基体表面形成完整的FeCr204层,阻碍了离子扩散,氧化速率明显变慢,大幅度提高了实验钢的抗高温氧化能力。（2）研究了实验钢在1050℃潮湿气氛中的高温氧化行为。结果表明,潮湿气氛条件下,水蒸气与FeCr204发生反应生成挥发性氢氧化物,在氧化铁皮和基体的界面处产生大量的孔洞缺陷,破坏了 FeCr204层对基体的保护,使得实验钢的高温氧化速率增加,抗高温氧化能力下降。随着水蒸气体积分数的增加,氧化速率不断增大。（3）热轧钢材表面氧化铁皮的状态决定了产品最终的表面质量,针对表面质量控制问题,系统研究了热变形过程中实验钢氧化铁皮的变形协调性。结果表明,变形温度直接决定氧化铁皮高温塑性,在950～1050℃变形10%～15%时,氧化铁皮可以与基体近似等比例变形,从而保证了氧化铁皮的完整性。此外,通过等温转变实验系统研究了氧化铁皮中FeO在等温过程中的相变行为,绘制出实验钢氧化铁皮结构等温TTT（Time,Temperature,Transformation）曲线,共析转变的主要温度区间在300～450℃,鼻尖温度为400℃。氧化铁皮初始组织决定了其最终转变结构,由于潮湿气氛下生长的氧化铁皮内部存在孔洞缺陷,抑制了共析组织长大,使FeO共析转变“C”曲线向右移动。（4）针对免酸洗还原热镀锌技术中镀锌基板表面氧化铁皮还原效率低的问题,研究了氧化铁皮在20%H2-Ar混合气氛中的还原反应,建立了升温还原和等温还原的动力学曲线,得出了氧化铁皮状态对还原效率的影响规律。结果表明,预处理工序在氧化铁皮内部形成大量裂纹,为气相扩散提供了通道,促进还原反应进程。得出了不同温度条件下的还原反应机制,在低温还原过程中“气-固”相界面反应由固相层内离子和电子的扩散控制,还原产物为多孔Fe。随着还原温度提高,“气-固”相界面反应由新相的形核与长大控制,还原产物Fe在表面形成了致密的纯Fe层,阻碍“气-固”相直接接触。（5）针对免酸洗热镀锌工艺特点,研究了锌液中Al含量对镀层组织结构、性能和耐蚀性的影响规律。结果表明,随着Al含量增加,在界面处形成完整的Fe2Al5抑制层,减少了 Fe-Zn脆性相的产生,提高了镀层的塑性。镀层中的组织由η-Zn相逐渐转变为α-Al相和η-Zn相交替分布的片层状Zn-Al共晶固溶体。片层状组织的形成增加了镀层中的晶界数量,在受到外力时表现出了明显的晶界强化作用,提高了镀层的表面硬度。在腐蚀过程中,电位较负的α-Al相先发生腐蚀,在镀层表面形成致密的钝化膜,从而有效地提高了镀层的耐蚀性。（6）结合已研究结果开展了热轧免酸洗工艺试制,针对厚规格（≥8mm）、高强度（≥700 MPa）汽车大梁钢QStE650TM,提出了“加Cr、去Si、降Nb”的成分体系,通过热轧工艺优化设计,有效地减薄了氧化铁皮厚度,抑制了 FeO的共析组织转变。在后续冲压成形过程中,氧化铁粉脱落量显著降低,满足免酸洗的使用要求,相关工艺已成功应用于国内多家钢铁企业的热轧生产线,累计生产6000余吨,取得良好的应用效果。针对免酸洗还原热镀锌技术,通过对预处理工艺、氧化铁皮还原工艺和锌液成分一体化控制,改善了镀层的组织均匀性和粘附性,采用此工艺制备出的免酸洗热基镀锌板表面质量良好,满足了 180°弯曲不脱锌的成形性能要求。