一種熱鍍鋅合金化不良缺陷的分析

王春喜，晏 欣，吳清泉，李賢強(qiáng)，姚玉華

(1.海軍工程大學(xué)湖北武漢430033;2.馬鋼股份有限公司冷軋總廠安徽馬鞍山243000)

馬鋼冷軋總廠北區(qū)有兩條鍍鋅機(jī)組，3#連續(xù)熱鍍鋅生產(chǎn)線產(chǎn)品定位在以高檔轎車用內(nèi)、外板為主，兼顧高檔家電板。3#鍍鋅線設(shè)計(jì)年產(chǎn)量45萬t，帶鋼厚度:0.4mm－2.5mm;寬度:900mm－2000mm;3#鍍鋅生產(chǎn)線設(shè)有兩個(gè)鋅鍋用于生產(chǎn)GI (純鋅)、GA(galvannealing:鋅鐵合金)兩種鍍層產(chǎn)品。4#熱鍍鋅生產(chǎn)線產(chǎn)品定位在高檔家電板為主，兼顧部分建筑板。4#鍍鋅線設(shè)計(jì)年產(chǎn)量40萬t，帶鋼厚度:0.3mm－1.6mm;寬度:800mm－1650mm; 4#鍍鋅生產(chǎn)線只生產(chǎn)GI一種鍍層產(chǎn)品。目前每月3#熱鍍鋅合金化產(chǎn)量約3000t－5000t。熱鍍鋅合金化鋼板具有優(yōu)良的耐腐蝕性能、涂裝性能及焊接性能［1］，盡管連續(xù)熱鍍鋅的表面質(zhì)量得到了很大改善，但是生產(chǎn)無缺陷鍍層的汽車外板仍是一件難度較大的工作［2］。在2011年8月份換鍋生產(chǎn)熱鍍鋅合金化產(chǎn)品時(shí)出現(xiàn)一種鍍層表面類似“雪餅”形貌缺陷(如圖1)，通過工藝調(diào)整、實(shí)驗(yàn)室分析、仔細(xì)排查最終找出缺陷原因。

1 熱鍍鋅合金化缺陷簡述

2011年8月3號3#鍍鋅線換GA鍋生產(chǎn)合金化鍍鋅板時(shí)出現(xiàn)不完全合金化缺陷，鍍層表面呈“雪餅”形貌，上表面(與沉沒輥接觸面)較下表面嚴(yán)重(如圖1)，至8月6號共造成670多t產(chǎn)品降級，以前從未出現(xiàn)此類缺陷。

2 合金化不良缺陷處理過程

2011年8月3號3#鍍鋅線啟動生產(chǎn)合金化鍍鋅板鋼種DX51D+ZF規(guī)格0.80mm*1250mm投用合金化爐后，板面出現(xiàn)較為嚴(yán)重的合金化不良缺陷(如圖1)，在線進(jìn)行以下調(diào)整:1、調(diào)整合金化爐主功率功率以及邊部加熱器提高合金化程度;2、調(diào)整清洗段參數(shù)提高清洗效果，同時(shí)用濾紙擦拭清洗后帶鋼表面檢查清洗效果，板面較為潔凈;3、更換來料卷生產(chǎn)其他批次原料卷依然存在合金化不良缺陷排除來料原因;4、調(diào)整GA鋅鍋鋁含量;5、清理氣刀風(fēng)機(jī)過濾器同時(shí)氣刀氣源由壓縮空氣改為氮?dú)?經(jīng)過以上調(diào)整缺陷依然存在，生產(chǎn)線被迫停機(jī)，同時(shí)取樣送實(shí)驗(yàn)室分析(見實(shí)驗(yàn)室檢測結(jié)果)。8月5號更換過氣刀，沉沒輥后繼續(xù)調(diào)試合金化生產(chǎn)，此時(shí)“雪餅”合金化不良缺陷消失，主要缺陷為邊部欠合金化如下圖2:其中包括其他鋼廠原料卷2卷，合金化不良依然出現(xiàn)，排除氣刀以及沉沒輥為導(dǎo)致此合金化不良缺陷之原因。

8月6號被迫換純鋅鍋生產(chǎn)純鋅產(chǎn)品，在其后生產(chǎn)純鋅鍍層產(chǎn)品過程中出現(xiàn)邊部色差、斜紋(8月13號)和“鋅點(diǎn)突起”(8月16號)如下圖3:

仔細(xì)觀察所謂“鋅突起”與鍍鋅線“亮點(diǎn)”缺陷拖著尾巴類似就像彗星，類似缺陷圖譜中稱之為Iron－Horse—Comet的缺陷，所謂“色差”就是觀察到運(yùn)動中“鋅突起”。16號生產(chǎn)S350GD 2.5mm* 1250mm下線成品鍍鋅卷出現(xiàn)邊部露鐵(圖4)，同時(shí)在線實(shí)驗(yàn)室取樣做脫鋅試驗(yàn)出現(xiàn)脫鋅如下圖5，隨緊急停機(jī)查找原因。

3 實(shí)驗(yàn)室檢測結(jié)果

取缺陷樣板送檢實(shí)驗(yàn)室檢測結(jié)果如下:

圖7為合金化(GA)缺陷樣板掃描電鏡圖片，圖中右上角白色顆粒即為缺陷樣板上的白色顆粒，能譜分析其成分是鋅。試樣上黑色區(qū)域在掃描電鏡下發(fā)現(xiàn)存在細(xì)小的鋅顆粒。將左上圖中方框a區(qū)域放大至1000倍(圖8)發(fā)現(xiàn)表面存在三種不同形貌的物質(zhì)，分別為白色顆粒、灰色和黑色區(qū)域(圖中A、B、C)。能譜分析顯示，A為鋅鐵合金相，鐵原子百分比為13%左右;B為純鐵，沒有發(fā)現(xiàn)其他化學(xué)成分;C為氧化鐵(Fe3O4)。

4 缺陷原因分析

通過實(shí)驗(yàn)室分析結(jié)果可知帶鋼表面存在本不該存在氧化鐵，同時(shí)結(jié)合在線實(shí)驗(yàn)室“V”彎脫鋅試驗(yàn)(圖5)分析:即帶鋼在入鋅鍋鍍鋅前已被被氧化。立即排查爐子區(qū)域漏氣點(diǎn)，經(jīng)過查找發(fā)現(xiàn)攝像頭冷卻氮?dú)夤艿琅c法蘭連接處漏氣，立即拆下攝像頭使用石棉繩加密封膠進(jìn)行防漏密封此處法蘭(圖10)。17號重新啟動生產(chǎn)線生產(chǎn)純鋅產(chǎn)品，邊部露鐵消失，同時(shí)做脫鋅試驗(yàn)無脫鋅現(xiàn)象，表面質(zhì)量合格，一切恢復(fù)正常。

攝像頭冷卻氮?dú)夤艿琅c法蘭連接處漏氣造成空氣進(jìn)入爐鼻子空氣中氧氣與帶鋼反應(yīng)形成鐵的氧化物，鋅與基板之間存在一層鐵氧化物，在生產(chǎn)合金化時(shí)，帶鋼運(yùn)行到合金化爐時(shí)被加熱550℃時(shí)由于鋅與基板之間存在鐵的氧化物阻礙鋅鐵原子相互擴(kuò)散合金化反應(yīng)也就無法進(jìn)行，而帶鋼表面鋅層在加熱到550℃時(shí)重新溶解為液態(tài)鋅，由于液體表面張力的作用液態(tài)鋅被聚簇成一個(gè)個(gè)小鋅點(diǎn)后冷凝最終形成“雪餅”狀的合金化不良缺陷相貌。同理鋅與基板之間的鐵氧化物造成純鋅層產(chǎn)品生產(chǎn)時(shí)鋅液對帶鋼表面浸潤性不良即鋅層粘附性不良從而出現(xiàn)邊部露鐵和脫鋅。

5 結(jié)語

通過仔細(xì)排查和分析造成合金化不良缺陷的原因?yàn)闋t鼻子攝像頭冷卻氮?dú)夤艿琅c法蘭連接處漏氣。本文分析為以后處理類似缺陷提供的思路，為熱鍍鋅合金化生產(chǎn)尤其以合金化面板打下技術(shù)基礎(chǔ)。

［1］ 金鑫焱等.合金化熱鍍鋅IF鋼表面亮條紋缺陷分析［J］.理化檢驗(yàn)－物理分冊，2008，44(12):698－701.

［2］ Tang N Y，Goodwin F E.A study of defcts in galvanized coatings［C］∥5th International Conference on Zinc and Zinc Alloy Coated Steel Sheet(Galvatech 2001).Brussels Belgium:Stahl Eisen Düsseldorf，2001:49－55.