熱鍍鋁鋅硅鍍層凸點(diǎn)缺陷組織分析及生產(chǎn)工藝優(yōu)化

岳崇鋒,江社明,王銀軍,劉 昕,張啟富,曲選輝

(1. 鋼鐵研究總院 先進(jìn)金屬材料涂鍍國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室,北京 100081; 2. 北京科技大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院,北京 100083;3. 梅山鋼鐵公司 技術(shù)中心,南京 210039)

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應(yīng)用技術(shù)

熱鍍鋁鋅硅鍍層凸點(diǎn)缺陷組織分析及生產(chǎn)工藝優(yōu)化

岳崇鋒1,2,江社明1,王銀軍3,劉 昕1,張啟富1,曲選輝2

(1. 鋼鐵研究總院 先進(jìn)金屬材料涂鍍國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室,北京 100081; 2. 北京科技大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院,北京 100083;3. 梅山鋼鐵公司 技術(shù)中心,南京 210039)

熱鍍鋁鋅硅鍍層板(Galvalum)因其優(yōu)異的耐蝕性得到廣泛的應(yīng)用，其生產(chǎn)技術(shù)已較成熟，而其產(chǎn)品(尤其是厚規(guī)格產(chǎn)品)表面質(zhì)量控制一直是生產(chǎn)中的技術(shù)難點(diǎn)。凸點(diǎn)缺陷是該產(chǎn)品的主要缺陷之一，采用掃描電子顯微鏡(SEM)及其配備的能譜儀(EDS)，分別對(duì)凸點(diǎn)缺陷的表面、截面組織進(jìn)行了分析，結(jié)果表明凸點(diǎn)缺陷是在熱浸鍍過(guò)程中形成，而沉沒(méi)輥積渣是凸點(diǎn)缺陷形成的重要原因。通過(guò)工藝優(yōu)化，在沉沒(méi)輥上方增設(shè)積渣盤(pán)，可有效地減少產(chǎn)品凸點(diǎn)缺陷，提高鍍層表面質(zhì)量。

熱浸鍍；鋁鋅硅；鍍層；缺陷；工藝優(yōu)化

熱鍍鋁鋅硅鍍層主要成分為55% Al，43.4% Zn和1.6% Si，熱鍍鋁鋅硅鍍層板有很多商品名，其中最著名的是Galvalum，簡(jiǎn)稱(chēng)GL板。熱鍍鋁鋅硅鍍層具有優(yōu)良的耐蝕性、耐熱性和抗高溫氧化性，主要應(yīng)用于建筑業(yè)、家用電器、工業(yè)電氣柜等行業(yè)[1-6]。

經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，熱鍍鋁鋅硅鍍層板的生產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)比較成熟，而其產(chǎn)品(尤其是厚規(guī)格產(chǎn)品)的表面質(zhì)量控制一直是生產(chǎn)中的技術(shù)難點(diǎn)，其中凸點(diǎn)缺陷是影響該產(chǎn)品表面質(zhì)量的主要缺陷之一[7-10]。為此，本工作分析了熱鍍鋁鋅硅鍍層凸點(diǎn)缺陷的組織及其產(chǎn)生原因，并對(duì)生產(chǎn)工藝進(jìn)行了優(yōu)化以避免凸點(diǎn)缺陷的形成，對(duì)提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力具有重要的意義。

1 試驗(yàn)

分析試樣取自連續(xù)熱鍍鋁鋅硅生產(chǎn)線生產(chǎn)的鋁鋅硅鍍層鋼板，鋼板板厚度0.62 mm，基板成分見(jiàn)表1，鍍液成分為55% Al、43.4% Zn和1.6% Si，主要生產(chǎn)工藝參數(shù)見(jiàn)表2。

使用掃描電子顯微鏡(SEM)及其附屬能譜儀(EDS)鋁鋅硅鍍層凸點(diǎn)缺陷的表面、截面進(jìn)行組織觀察，并進(jìn)行能譜分析。

表1 基板成分

表2 鋁鋅鋼板生產(chǎn)線工藝

2 結(jié)果與討論

2.1 缺陷表面觀察

使用掃描電子顯微鏡對(duì)凸起缺陷表面進(jìn)行觀察，缺陷表面形貌如圖1所示。從表面形貌看，突起缺陷呈凸起圓片狀，直徑約為2.2 mm，上表面已經(jīng)被壓平。

圖1 缺陷表面形貌Fig. 1 Morphology of defect surface

2.2 缺陷表面EDS分析

對(duì)缺陷表面進(jìn)行能譜(EDS)分析，分析結(jié)果如圖2、圖3及表3、表4所示。其中，圖3為圖2中A區(qū)域的凹坑局部放大圖片。由能譜分析結(jié)果可知，缺陷表面成分組成有：鋁、鋅、硅、鐵、碳、氧、鈣及少量氯、鎂、鉀等，說(shuō)明缺陷表面夾帶了鋅鍋中的鋅渣。

圖2 缺陷表面EDS分析Fig. 2 EDS analysis of defect surface

圖3 缺陷凹坑部位(A區(qū)域)表面EDS分析Fig. 3 EDS analysis of defect surface (regional A)

%

表4 圖3各點(diǎn)元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)

2.3 缺陷截面觀察

在缺陷位置垂直于缺陷表面進(jìn)行線切割，經(jīng)鑲樣，磨樣，拋光后使用掃描電子顯微鏡對(duì)其截面進(jìn)行觀察，缺陷截面形貌如圖4所示。由截面SEM圖片可看出，凸點(diǎn)缺陷為表面粒狀鍍層壓入造成，非基板缺陷，因此可排除該缺陷在冷軋過(guò)程產(chǎn)生的可能性，缺陷是在熱浸鍍過(guò)程中形成的。

2.4 缺陷截面EDS分析

對(duì)缺陷截面進(jìn)行能譜(EDS)分析，結(jié)果如圖5,6,7,8及表5,6,7,8所示。其中圖6,7,8分別是圖5中點(diǎn)A,B,C區(qū)域的放大圖片。由能譜分析結(jié)果可知，凸起缺陷主要組成成分仍為鋁、鋅、硅和鐵，仍為鍍液的主要成分，非外來(lái)夾雜物。

圖4 缺陷部位截面SEM圖片F(xiàn)ig. 4 SEM cross-section imag of defect site

圖5 缺陷截面EDS分析Fig. 5 EDS analysis of defect cross-section

圖6 缺陷截面(圖5中A區(qū)域)EDS分析Fig. 6 EDS analysis of defect cross-sectional (A region in Fig. 5)

圖7 缺陷(圖5中B區(qū)域)截面EDS分析Fig. 7 EDS analysis of defect cross-section (B region in Fig. 5)

圖8 缺陷(圖5中C區(qū)域)截面EDSFig. 8 EDS analysis of defect cross-section (C region in Fig. 5)

Tab. 5 Mass fraction of elements at each point in Fig. 5 %

表6 圖6中各點(diǎn)中元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)

表7 圖7中各點(diǎn)中元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)

表8 圖8中各點(diǎn)中元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)

3 凸點(diǎn)缺陷成因分析

由以上熱鍍鋁鋅硅板缺陷部位表面，截面形貌可知，在該缺陷位置處并非存在夾雜物或其他物質(zhì)，而是鍍層突出表面一定高度的微小凸起，光整后粒狀凸起表面被壓平。該粒狀缺陷凸起是由鍍層形成，并非基板缺陷，故可知此缺陷是在熱浸鍍過(guò)程中形成，是由鋅粒形成的凸點(diǎn)缺陷。能譜分析表明，該缺陷為帶鋼在鋅鍋中鋅渣被帶到鋼板表面形成，并在后續(xù)的平整工序中粒狀鋅渣表面被平整棍壓平。

厚規(guī)格產(chǎn)品由于運(yùn)行速度慢，帶鋼更容易在鋅鍋中把鋅渣帶到鋼板表面，而不容易吹掃干凈。連續(xù)熱浸鍍生產(chǎn)時(shí)，鋅鍋中微米、毫米級(jí)的高熔點(diǎn)鋅渣較多，并容易在沉沒(méi)輥表面積渣。沉沒(méi)輥與鋼帶表面直接接觸，沉沒(méi)輥表面積渣是凸點(diǎn)缺陷形成的重要原因。

4 生產(chǎn)工藝優(yōu)化

凸點(diǎn)缺陷形成的一個(gè)重要原因是沉沒(méi)輥表面積渣，沉沒(méi)輥表面積渣易被鋼板在熱浸鍍過(guò)程中夾帶在鋼板表面。減少或消除沉沒(méi)輥表面積渣對(duì)提高鍍層表面質(zhì)量有明顯作用。為減小沉沒(méi)輥表面對(duì)鍍層質(zhì)量的影響，現(xiàn)有技術(shù)可采用輥面涂層、在線刮刀除渣等方法減少沉沒(méi)輥表面積渣，而采用在線刮刀方法的缺點(diǎn)是沉沒(méi)輥表面積渣清除不徹底，如果鋅鍋熔體攪動(dòng)劇烈，沉沒(méi)輥表面積渣更加嚴(yán)重。

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)工藝改進(jìn)，可設(shè)計(jì)一種連續(xù)熱浸鍍沉沒(méi)輥積渣裝置，該裝置具體特征是：沉沒(méi)輥、上穩(wěn)定輥的懸臂上設(shè)置多組積渣盤(pán)，積渣盤(pán)位于沉沒(méi)輥、上穩(wěn)定輥之間，積渣盤(pán)不影響沉沒(méi)輥刮刀、上穩(wěn)定輥刮刀的動(dòng)作，積渣盤(pán)與沉沒(méi)輥、上穩(wěn)定輥不接觸，積渣盤(pán)用不銹鋼螺栓固定于沉沒(méi)輥、上穩(wěn)定輥的懸臂支架上。

積渣盤(pán)覆蓋沉沒(méi)輥大部分上表面，鋅鍋熔體攪拌、流動(dòng)時(shí)，熔體中的鋅渣優(yōu)先沉積于積渣盤(pán)中，上穩(wěn)定輥刮刀在線刮除的大顆粒鋅渣優(yōu)先沉積于積渣盤(pán)中，多組積渣盤(pán)結(jié)構(gòu)形成欄柵，能夠減弱沉沒(méi)輥上方的局部熔體的強(qiáng)烈攪動(dòng)，有利于鋅渣的沉積。

實(shí)際生產(chǎn)情況表明，在沉沒(méi)輥上方增設(shè)積渣盤(pán)，可有效的減少產(chǎn)品凸點(diǎn)缺陷，提高鍍層表面質(zhì)量。

5 結(jié)論

(1) 通過(guò)對(duì)熱鍍鋁鋅硅板缺陷部位表面，截面形貌分析，可知在該缺陷位置處并非存在夾雜物或其他物質(zhì)。能譜分析也表明，該缺陷為帶鋼在鋅鍋中把鋅渣帶到鋼板表面形成，該粒狀缺陷凸起是由鍍層組成，并非基板缺陷，故可知此缺陷是在熱浸鍍過(guò)程中形成，是由鋅粒形成的凸點(diǎn)缺陷。

(2) 厚規(guī)格產(chǎn)品由于運(yùn)行速度慢，帶鋼更容易在鋅鍋中把鋅渣帶到鋼板表面，并且不容易吹掃干凈。沉沒(méi)輥與鋼帶表面直接接觸，沉沒(méi)輥表面積渣是凸點(diǎn)缺陷形成的重要原因。

(3) 減少或消除沉沒(méi)輥表面積渣對(duì)提高鍍層表面質(zhì)量有明顯作用。可通過(guò)工藝改進(jìn)，在沉沒(méi)輥上部增設(shè)積渣盤(pán)，鋅鍋熔體攪拌、流動(dòng)時(shí)，熔體中的鋅渣優(yōu)先沉積于積渣盤(pán)中，能夠明顯減少或消除沉沒(méi)輥表面積渣，可有效的減少產(chǎn)品凸點(diǎn)缺陷，提高鍍層表面質(zhì)量。

[1] 張啟富,劉邦津,黃建中. 現(xiàn)代鋼鐵連續(xù)熱鍍鋅[M]. 北京:冶金工業(yè)出版社,2007.

[2] 呂家舜,李鋒,文偉,等. 鋁鋅硅熱浸鍍的侵蝕性及鍍層結(jié)構(gòu)與性能研究[J]. 材料保護(hù),2008,41(8):67-69.

[3] 劉邦津,吳鳳珍. 鋼帶連續(xù)熱鍍鋁鋅工藝及鍍層結(jié)構(gòu)的研究[J]. 鋼鐵,1991,26(11):42-46.

[4] 史良權(quán). 熱鍍鋁鋅合金鋼板[J]. 世界鋼鐵,2003,3:4-11.

[5] SELVERIAN J H. The microstructure of 55% Al-Zn-Si(Galvalume) hot-dip coating[J]. Mater Eng,1987,9(2):133-140.

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[9] 劉春富,胡紅. 熱鍍鋁鋅產(chǎn)品露鋼缺陷治理[J]. 云南冶金,2010,39(4):50-52.

Analysis of Bump Defect of Hot-Dipped Galvalum and Process Optimization in Production

YUE Chong-feng1,2, JIANG She-ming1, WANG Yin-jun3, LIU Xin1, ZHANG Qi-fu1, QU Xuan-hui2

(1. National Engineering Lab of Advanced Coating Technology for Materials, Central Iron & Steel Research Institute, Beijing 100081, China; 2. School of Materials Science and Engineering, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China; 3. Technology Center of Meishan Iron & Steel Co., Nanjing 210039, China)

Hot-dipped galvalum steel plates are widely used because of the excellent corrosion resistance. The production technology of galvalum steel plates is very mature, but the control of the surface quality of products (especially the thick specifications) is a difficult production technology. Bump defect is one of the main drawbacks for galvalum steel plates. The microstructure of the surface and section of the bump defects was analyzed by scanning electron microscopy(SEM) equipped with EDS. The results showed that the bump defect was formed during hot-dip, and one of important reasons for the formation of bump defect was the slag accumulation of sinking roller. The defect can be reduced effectively by process optimization.

hot-dip; Al-Zn-Si; coating; defect; process optimization

2014-07-10

國(guó)家“十二五”科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2012BAJ13B03)

岳崇鋒(1983-)，博士研究生，從事熱鍍鋅及鋅合金工藝研究，13810305330，chongfengyue@163.com

TG174.443; TG172

B

1005-748X(2015)03-0306-04