IF鋼合金化熱鍍鋅鋼帶表面缺陷的研究

徐志隆

摘要：合金化熱鍍鋅鋼板的耐腐蝕與焊接性能十分良好，是一種十分受市場青睞的汽車防銹鋼板材料。但在生產(chǎn)時，這種鋼板可能會出現(xiàn)表面缺陷。基于此，本文對IF鋼合金化熱鍍鋅鋼帶表面的缺陷進行了探究。利用掃描電鏡、X射線衍射等方法對鋼帶表面缺陷產(chǎn)生的原因進行了分析。

關(guān)鍵詞：IF鋼;合金化熱鍍鋅;表面缺陷

前言：在IF鋼的生產(chǎn)過程中，需將鋼從鋅鍋取出后，將其放入合金化爐。經(jīng)過適當(dāng)溫度的加熱后，鋼板中的鐵鋅會出現(xiàn)擴散，然后就形成了合金熱鍍鋅IF鋼板。如果帶鋼的表面出現(xiàn)了缺陷，那么在后期加工時會進一步放大這種缺陷，因此，生產(chǎn)人員需要明確鋼板缺陷產(chǎn)生的原因，并優(yōu)化工作方法降低缺陷。

1 IF鋼與合金化熱鍍鋅工藝

IF鋼板就是無間隙原子鋼。這是一種深沖性能極強的超低碳鋼。目前，IF鋼的伸長率可以達(dá)到50%，而其r值則可以達(dá)到2.0以上。在IF鋼的煉鋼環(huán)節(jié)，需要注意保持超低碳，并使其具有微合金化，得到純凈度高的鋼板。其生產(chǎn)工藝流程還包括熱軋、冷軋以及退火。為了保證鋼板的深沖性能，鋼中的碳、氮以及硅的含量都很低;而且為了保持IF剛良好的表面質(zhì)量，生產(chǎn)單位應(yīng)該要保證IF剛的冷軋鋼板中非金屬雜物的尺寸不能超過100μm。

合金化熱鍍鋅鋼板是一種使用熱浸鍍鋅工藝制造出的鋼板。在生產(chǎn)時需要將薄鋼板浸入熔解的鋅槽之中，使其變成表面附有鋅的鋼板;在出槽以后，還需要將鋼板加熱至500℃左右，這樣就可以讓鋅和鐵生成合金薄膜，對鋼板進行保護[1]。經(jīng)過合金化熱鍍鋅工藝加工的鋼板具有極強的涂料密著性以及焊接性，其抗腐蝕能力也非常良好。

2 IF鋼合金化熱鍍鋅鋼帶表面缺陷的研究

2.1 研究材料及方法

此次，實驗人員準(zhǔn)備采用化學(xué)成分如表1所示的IF鋼來進行實驗。實驗中，會使用掃描電子顯微鏡來分析鋼板表面的缺陷形貌以及其斷面組織的狀態(tài)。然后會采用電子能譜分析法對鋼帶表面缺陷的成分進行分析。同時，還會采用X射線衍射分析鍍鋅層的組織。最后，將采用輝光放電光譜儀對鍍鋅層的深度結(jié)構(gòu)及物質(zhì)組成進行分析。

2.2 實驗IF鋼板的外貌形態(tài)

通過觀察此次實驗所用的鋼板可知，經(jīng)合金化處理的鍍鋅鋼帶表面形貌特征不統(tǒng)一。部分區(qū)域的鍍層表面外觀呈暗色，而且有黑色和暗灰色斑點，斑點分布并不均勻。同時，一些區(qū)域的鍍層表面的黑色和暗灰色斑點還呈現(xiàn)出斷續(xù)分布狀態(tài)，形成了長度為幾毫米的條紋。

2.3 黑斑缺陷實驗

實驗人員以IF鋼合金化熱鍍鋅鋼帶表面缺陷中的一個直徑為0.6毫米的黑斑缺陷為觀察對象開展實驗。利用夾雜物電子能譜分析方法，分析出這個位于鋼帶鍍鋅層表面的黑斑缺陷中心位置的夾雜物成分主要為氧化硅行夾雜和氧化鋅-氧化鋁型夾雜。而后，實驗人員又對這一黑斑缺陷進行了斷面能譜分析，其中最靠近合金化熱鍍鋅IF鋼基板的斷面測試點成分為：鋁含量0.53%、鐵含量16.88%，鋅含量82.59%;而最靠近鍍層表面的測試點成分為：鋁含量4.15%、硅含量1.8%、鐵含量8.9%、鋅含量85.15%。在分析了不同的合金化鍍鋅板測試點的成分之后，我們發(fā)現(xiàn)越靠近鍍鋅表層，則鋁含量越高;有黑斑缺陷的合金化鍍鋅鋼板表層鋁含量明顯高于正常合金化鍍鋅板中的鋁含量[2]。因此，我們可以根據(jù)試驗結(jié)果判定，當(dāng)鋅液中包含懸浮渣以及面渣，且它們沉積在鋼帶的表面時，IF鋼合金化熱鍍鋅鋼帶的表面就會存在黑斑缺陷。而且，在試驗中我們發(fā)現(xiàn)，只有缺陷斷面的表層才會出現(xiàn)硅元素。這表示，出現(xiàn)在此的硅元素是一種外來的氧化物。所以，從以上的黑斑缺陷實驗之中，我們可以確定，懸浮渣、面渣以及外來的硅氧化物夾雜是產(chǎn)生IF鋼合金熱鍍鋅鋼帶表面黑斑的主因。

那么，為了降低黑斑產(chǎn)生的幾率，生產(chǎn)人員需要根據(jù)黑斑缺陷產(chǎn)生的原因和條件對相關(guān)的生產(chǎn)材料和生產(chǎn)工藝進行控制。通常，生產(chǎn)單位會消除局部低溫區(qū)并降低電磁感加熱器的加熱效率，進而使鋅鍋的攪拌速率變慢;這樣一來，攪動鋅液時就不會產(chǎn)生大量的懸浮渣或者面渣，會減少夾雜沉積現(xiàn)象出現(xiàn)的幾率，進而達(dá)到防止黑斑缺陷出現(xiàn)的目的。

2.4 灰斑缺陷實驗

本次實驗所用的IF鋼合金化熱鍍鋅鋼帶表面也存在部分的暗灰色斑點和波紋。相比較而言，鋼帶表面的灰色斑點更為分散，而且經(jīng)過電子能譜分析之后發(fā)現(xiàn)，灰色斑點的主要成分是鋅鐵合金型化合物。同樣，實驗人員在灰斑缺陷的斷面中選擇了不同點位，對其中所包含的鋅、鐵元素含量進行了測算。經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)，IF鋼合金化熱鍍鋅鋼帶表面上的灰斑缺陷斷面中，越靠近基板的測試點，其鐵含量越低、鋅含量越高。在對鍍層表面的測試點進行測試時發(fā)現(xiàn)，這一區(qū)域的鐵含量達(dá)到20.55%，說明在這種鋅鐵合金之中，鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)過高。也就是說，測試點所在的鍍層區(qū)域存在合金化過度的問題。

經(jīng)過上述實驗發(fā)現(xiàn)，IF鋼合金化熱鍍鋅鋼帶表面的灰斑缺陷是鋅鐵合金型化合物。在工業(yè)領(lǐng)域之中這種物質(zhì)被稱為鋅渣，是一種由于鋅液之中的鐵含量過高且超出了鋅液的飽和極限后與鋅產(chǎn)生反應(yīng)而生成的物質(zhì)。一般來說，這種物質(zhì)主要出現(xiàn)在鋅鍋之中。在實際作業(yè)過程中，進入鋅液中的鋼板內(nèi)的鐵會不斷地熔于鋅液，使得鋅液的成分以及其溫度具有不均勻特性;所以，產(chǎn)生鋅渣不可避免。但是，生產(chǎn)人員還是可以通過優(yōu)化生產(chǎn)工藝，降低鋅渣的產(chǎn)量。比如，可以選擇使用預(yù)熔鍋法來操作;或者，操作人員也可以將鋅液之中的鋁含量控制在最佳質(zhì)量分?jǐn)?shù)，并控制好鋅液的溫度和使用時間，這樣就可以盡量減少鋅渣生成，進而減少IF鋼合金化熱鍍鋅鋼帶表面的灰斑缺陷生成[3]。

2.5 波紋缺陷實驗

實驗人員需要借助掃描電子顯微鏡來觀察IF鋼合金化熱鍍新鋼帶表面的波紋缺陷。經(jīng)過觀察發(fā)現(xiàn)，實驗所用材料中的波紋缺陷分布不均勻，波紋粗細(xì)不一但相互貫通。而在對這些波紋進行電子能譜分析后發(fā)現(xiàn)，波紋缺陷的主要成分是含鐵化合物，也有部分波紋是由鋅以及鋅鐵化合物組成的。根據(jù)這一結(jié)果，我們可以推斷，波紋缺陷的主要成因可能是鍍層合金化過度。為此，實驗人員使用了X射線衍射檢測法以及輝光放電光譜法對波紋缺陷的特征進行了深度分析。經(jīng)過分析，實驗人員發(fā)現(xiàn)，IF鋼合金化熱鍍鋅鋼帶表面的波紋缺陷確實存在合金化過度的問題。當(dāng)實驗人員利用輝光放電光譜法對波紋缺陷的鍍層和合金層定量進行分析時發(fā)現(xiàn)，越靠近表層鐵元素的質(zhì)量比例就越大，鍍層表面的鐵質(zhì)量比例最大。而且，在鋅鐵互滲區(qū)域的鋅線和鐵線交界的位置，會出現(xiàn)鋁峰，且此處的合金化層則會完全消失。所以，經(jīng)過上述實驗，我們可以確定，IF鋼合金化熱鍍鋅鋼帶表面的波紋缺陷的成因是鍍層合金化過度。

那么，在生產(chǎn)環(huán)節(jié)，生產(chǎn)人員可以通過提高合金化處理的均勻性的方式來減少波紋缺陷的產(chǎn)生。比如，他們可以控制合金化的時間，或者降低合金化溫度，都可以達(dá)到提高生產(chǎn)質(zhì)量的效果。

結(jié)論：綜上所述，IF鋼合金化熱鍍鋅鋼帶表面產(chǎn)生缺陷的主要原因是鋅渣。一般來說可能會出現(xiàn)黑斑缺陷，這種缺陷主要因物質(zhì)殘渣而產(chǎn)生。也可能出現(xiàn)灰斑，當(dāng)鍍鋅金屬化合物底渣處理不完善時，就十分容易出灰斑缺陷。此外，還有可能因為施工工藝不當(dāng)而出現(xiàn)波紋缺陷，這是最為常見的鋼表面缺陷類型。

參考文獻(xiàn)：

[1]崔磊.合金化熱鍍鋅IF鋼表面條紋缺陷分析[J].安徽冶金科技職業(yè)學(xué)院學(xué)報，2019，29（01）：10-13.

[2]張彥文.合金化鍍鋅板鍍層抗粉化性能及相關(guān)工藝研究[D].武漢理工大學(xué)，2015.