影響熱鍍鋅產(chǎn)品質(zhì)量的因素分析及相應(yīng)措施

童水才

廣東省電力線路器材廠有限公司 廣東廣州 510450

熱鍍鋅是目前鋼鐵防腐蝕的主要手段之一，也是最成熟、應(yīng)用最廣泛的鋼鐵防腐蝕技術(shù)。連續(xù)板帶熱鍍鋅鍍層鋼板廣泛應(yīng)用于建筑、家電、汽車、交通等行業(yè)。隨著防腐蝕要求的提高，為了適應(yīng)某些苛刻的使用環(huán)境，熱鍍鋅鍍層的種類和鍍層成分不斷發(fā)展，為了提高鍍層的耐蝕性，常在鋅液中添加不同的合金元素如鋁、硅、鎂、稀土等。按種類劃分鍍層主要有熱鍍純鋅鍍層鋼板、熱鍍鋅合金化鍍層鋼板、熱鍍鋁鋅鍍層鋼板、熱鍍鋅鋁鎂鍍層鋼板。

1 熱鍍鋅質(zhì)量因素

1.1 金屬化合物因素

在熱浸鍍鋅工藝的理論部分中，通常認(rèn)為鍍鋅的形成過程是由鐵與鋅之間的化合物形成的，但是在鐵、鋅金屬化合物之間的形成過程包括其反應(yīng)順序等機(jī)理一直沒有準(zhǔn)確的答案。在熱浸鍍鋅工藝形成的初期階段，科學(xué)家認(rèn)為熱浸鍍鋅的化合物生成順序是α、Γ、δ、ζ依次形成的。但是隨著熱浸鍍鋅工藝的不斷成熟，人們認(rèn)為其金屬化合物的形成順序是α、ζ、δ、Γ。而這些機(jī)理的研究實(shí)驗(yàn)都是針對(duì)鍍鋅層的試樣進(jìn)行金屬相顯微實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分析觀察進(jìn)而得來的，通過對(duì)樣品中Fe-Zn元素的二元相形式圖片進(jìn)行觀測(cè)分析，得到其中的化合物形成順序。而隨著現(xiàn)代化的元素檢測(cè)技術(shù)的不斷成熟，例如高分辨率的顯微設(shè)備、能譜分析技術(shù)、電化學(xué)逐層剝離技術(shù)、微區(qū)檢測(cè)技術(shù)等都日益完善，而這些技術(shù)設(shè)備對(duì)熱浸鍍鋅工藝中鍍鋅層形成順序以及組織結(jié)構(gòu)等方面都有著重要的作用。通過這些現(xiàn)代化的技術(shù)手段能夠更加準(zhǔn)確的分析出熱浸鍍鋅工藝的機(jī)理。但是目前這些技術(shù)也都屬于末端分析的常規(guī)形式，而對(duì)于鍍鋅層的傳熱形式、傳質(zhì)、液固界面等內(nèi)容缺少針對(duì)性的研究手段[1]。

1.2 熱浸鍍鋅工藝

根據(jù)當(dāng)前的熱浸鍍鋅工藝來看，鍍鋅層的形成大體上可以分為兩部分，即浸入環(huán)節(jié)以及脫離鋅浴后的冷卻環(huán)節(jié)。浸入環(huán)節(jié)是實(shí)現(xiàn)液固界面的關(guān)鍵階段，而冷卻環(huán)節(jié)則是固界面的擴(kuò)散和成型階段。但結(jié)合實(shí)際操作可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)材料離開鋅浴時(shí)，鍍鋅層還沒有完全形成，而此時(shí)的材料表面形成的合金層也與完全在室溫下形成的合金層有所區(qū)別，因此可以看出這一階段中合金層中的鋅元素與鐵元素依然在進(jìn)行著擴(kuò)散反應(yīng)，同時(shí)，在這一階段中合金層上還附著一層處于液體狀態(tài)的鋅元素層，而這層液態(tài)的鋅元素層也正處于逐漸固化的狀態(tài)。而冷卻環(huán)節(jié)在整個(gè)熱浸鍍鋅工藝中很少被人們重視，但是在實(shí)際的操作中，如果出現(xiàn)問題則會(huì)造成非常嚴(yán)重的后果，通過試驗(yàn)可以證實(shí)鋅元素與鐵元素需要在200℃到220℃之間進(jìn)行擴(kuò)散，但是如果長時(shí)間處于這一溫度區(qū)間內(nèi)，鋅鐵元素的擴(kuò)散狀態(tài)由于其速度不同則會(huì)出現(xiàn)柯肯達(dá)爾現(xiàn)象，而這一情況最終會(huì)導(dǎo)致在材料上的鍍鋅層發(fā)生脫落。可以看出隨著熱浸鍍鋅工藝的不斷發(fā)展，其工藝機(jī)理中發(fā)現(xiàn)的問題也就越多[2]。

2 熱鍍鋅產(chǎn)品質(zhì)量控制措施

2.1 加入合金元素

為了降低鋅資源消耗，提高鋼鐵鍍層在更復(fù)雜環(huán)境中抗腐蝕能力，在鍍液中添加適量的合金元素是一種有效提高鍍層耐蝕性的方法。鋅鋁鎂鍍層鋼板以其優(yōu)異的耐蝕性能，目前被業(yè)界公認(rèn)為最具發(fā)展?jié)摿Φ母吣臀g鍍層鋼板。目前國內(nèi)各大鋼廠都已經(jīng)認(rèn)識(shí)到鋅鋁鎂鍍層鋼板的優(yōu)越性，都在關(guān)注并研發(fā)鋅鋁鎂鍍層產(chǎn)品。隨著不可再生鋅資源的減少、延長鋼鐵材料使用壽命周期的需求、環(huán)保的需要，高耐蝕鍍層鋼板是方向、是趨勢(shì)。用戶對(duì)新型鍍層鋼板的認(rèn)識(shí)和接受以及用戶對(duì)產(chǎn)品的認(rèn)證需要一個(gè)過程。鋅鋁鍍層鋼板的應(yīng)用就是一個(gè)很好的例子，以前國內(nèi)鋅鋁鍍層鋼板的應(yīng)用就很少，經(jīng)過了近十年的發(fā)展，目前鋅鋁鍍層鋼板在國內(nèi)已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，被大量用作彩基板或直接用于家電、建筑等行業(yè)。高耐蝕鍍層鋼板的發(fā)展是一個(gè)永不停歇的過程，比如更為先進(jìn)環(huán)保的連續(xù)真空鍍鋅鎂合金鍍層鋼板也是高耐蝕鍍層鋼板的一個(gè)發(fā)展方向，但是由于技術(shù)原因目前在國內(nèi)還沒有得到很好的發(fā)展[3]。

2.2 做好生產(chǎn)試驗(yàn)

連續(xù)熱浸含Sb和Pb的鍍鋅帶鋼鋅花生產(chǎn)試驗(yàn)，Sb元素的加入主要目的是促進(jìn)鋅花的生長，鍍鋅基板采用普通SPCC冷硬鋼帶，其目標(biāo)化學(xué)成分如表1所示。選取產(chǎn)品規(guī)格為1．44mm×1219．00mm，上 下 表 面 的 粗 糙 度 分 別 為 0．8μm 和 0．6μm；產(chǎn)品 規(guī) 格 為0．8mm×1000．0mm，上下表面粗糙度均為0．6μm，將生產(chǎn)試驗(yàn)中的熱浸鍍鋅鋼板制備成150mm×75mm長方形試樣。為了避免破壞鈍化膜，試驗(yàn)前不做清理處理，試樣邊部以5～10mm寬膠帶密封，自然放置至少12h后進(jìn)行試驗(yàn)。使用鹽霧試驗(yàn)機(jī)將試樣通過72h5%中性連續(xù)噴霧鹽霧試驗(yàn)，試驗(yàn)后將試樣表面用流水清洗，然后熱風(fēng)烘干。最后對(duì)試樣進(jìn)行保護(hù)和外觀評(píng)級(jí)，以及相關(guān)缺陷的觀察。

2.3 控制鋅液溫度

生產(chǎn)實(shí)踐證明，鋅液溫度為455～460℃，帶鋼入鋅液的溫度穩(wěn)定在430～480℃時(shí)，最有利于形成粘附性良好的鋅層。由于帶鋼在加熱過程中內(nèi)芯孕育一定的熱量，很難達(dá)到內(nèi)外溫度一致，高溫輻射計(jì)所測(cè)帶鋼溫度也只是其表面溫度，因此帶鋼在進(jìn)入鋅鍋后要釋放一部分熱量，而不同厚度帶鋼所帶入的熱量亦有很大不同。隨著帶鋼入鋅液溫度的升高，其表面較高的能量會(huì)加速Fe2Al5中間層的形成，但同時(shí)由于帶入鋅鍋大量熱量，易產(chǎn)生鋅液超溫和鋅疤鋅粒等缺陷。對(duì)于超厚鋅層來說，過高的帶鋼入鋅液溫度會(huì)使帶鋼在浸鋅后，內(nèi)芯核心熱向外擴(kuò)散，作用于帶鋼表面不利于鋅層的結(jié)晶，在重力與持續(xù)的核心熱作用下形成沿帶鋼方向起始于帶鋼邊部，收縮于中間的大型“舌頭狀”鋅流紋。此外，F(xiàn)e、Zn繼續(xù)向Al-Fe中間層擴(kuò)散，形成富鋅固溶體，粘附介質(zhì)被破壞，不利于鋅層粘附。

3 結(jié)語

在目前鋼材鍍鋅技術(shù)的不斷發(fā)展下，市場(chǎng)對(duì)熱鍍鋅的質(zhì)量要求抓緊提升，要求合理控制熱鍍鋅的質(zhì)量因素，找到最合適的生產(chǎn)技術(shù)條件，對(duì)指標(biāo)進(jìn)行合理控制，對(duì)設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化，不斷提升熱鍍鋅的質(zhì)量。