熱鍍鋅板鍍層表面點(diǎn)狀缺陷的分析方法

張 濤，劉 洋

（唐山鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司，河北 唐山 063000）

熱鍍鋅板表層的缺陷有很多種，例如出現(xiàn)灰色版塊、鋅渣、凹坑、黑點(diǎn)、凸起等。這些表面的缺陷大多面積較小，很容易被人們所忽視。相關(guān)研究學(xué)者在分析板面表面的缺陷時(shí)，借助了掃描電鏡、顯微鏡、能量譜分析等方法。經(jīng)過(guò)多年研究，隨著科學(xué)技術(shù)的提升，熱鍍鋅材料的質(zhì)量得到了極大的提升。但是對(duì)于汽車生產(chǎn)企業(yè)而言，汽車所用的板材需要保持干凈清潔無(wú)任何缺陷，因此給熱鍍鋅板材的質(zhì)量控制技術(shù)帶來(lái)極大的考驗(yàn)。對(duì)于鋼板的而缺陷，劃痕劃傷直接會(huì)透過(guò)鍍層顯露出來(lái)。另外鋼板表面存在的油污等臟污情況，也會(huì)導(dǎo)致鍍層的貼合情況。另外表面的凹坑和黑點(diǎn)也會(huì)影響鍍層的美觀，因此為了提升汽車生產(chǎn)質(zhì)量研究鍍鋅鋼板表面處理工藝有著重要的作用。

鋼材防腐的防暑主要是通過(guò)鍍鋅的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)鋼材的防腐效果，鋅元素具有良好的耐腐蝕效果，在暴露環(huán)境下能夠保證鋼材不受到侵蝕。另外因元素的電位低于鐵離子，鍍鋅后的鋅鍍層和內(nèi)部鐵元素形成電位差，這種原電池裝置進(jìn)一步提升了鋼材的防腐效果，使得鋼材的使用壽命大大延長(zhǎng)。因此熱鍍鋅產(chǎn)品等工業(yè)產(chǎn)物具有良好的抗腐蝕效果和較為美觀的產(chǎn)品外形，同時(shí)鍍鋅具有良好的經(jīng)濟(jì)效益，能夠降低后期的生產(chǎn)成本，因此值得被廣泛推廣。對(duì)于當(dāng)前琳瑯滿目的鋼鐵制造品而言，熱鍍鋅產(chǎn)品具有廣泛的市場(chǎng)和發(fā)展前景。汽車行業(yè)所用的鋼板經(jīng)過(guò)熱鍍鋅處理后，具有良好的外觀和使用壽命，因此經(jīng)過(guò)該技術(shù)處理后的熱鍍鋅鋼材可以被廣泛用于汽車制造等領(lǐng)域。另外對(duì)于汽車行業(yè)所用的鋼材的評(píng)斷指標(biāo)往往是通過(guò)表面質(zhì)量和機(jī)械性能兩個(gè)方面來(lái)看。特別是表面質(zhì)量，對(duì)于汽車的鍍層有著直接影響，因此提升熱鍍鋅產(chǎn)品的質(zhì)量對(duì)于汽車企業(yè)而言有著重要意義。在此背景下，本文采對(duì)熱鍍鋅板表面狀缺陷進(jìn)行了分析，判別了產(chǎn)生典型點(diǎn)狀缺陷的主要原因，并討論了判斷熱鍍鋅板表面點(diǎn)狀缺陷的主要分析方法和流程。

1 典型點(diǎn)狀缺陷分析

1.1 鍍層黑點(diǎn)

鋼板黑點(diǎn)主要遍布在鍍鋅板的表面，通過(guò)激光掃面后可以發(fā)現(xiàn)，黑點(diǎn)大多直徑在500μm,黑點(diǎn)的處的鍍層厚度和周圍正常鍍層的厚度無(wú)差別。采用電子顯微鏡對(duì)黑點(diǎn)進(jìn)一步觀察后，用稀鹽酸去除表層鍍層，觀察鍍層下方的板材形貌。經(jīng)過(guò)觀察，發(fā)現(xiàn)黑點(diǎn)位置附近有較為平鎮(zhèn)的壓痕和摩擦痕跡，這就導(dǎo)致了鍍層表面黑點(diǎn)下方存在圓形凹洞?；迳系陌级粗睆綖?0μm。經(jīng)過(guò)化學(xué)分析后可以得知，通常正常板材表面位置為鋅和少量的鐵鋁等成分，這一點(diǎn)在黑點(diǎn)位置也有著相似的含量。但是不同的是黑點(diǎn)處存在較高的氧元素，這就說(shuō)明了黑點(diǎn)很有可能是因?yàn)榻饘傺趸飳?dǎo)致的。經(jīng)過(guò)測(cè)試發(fā)現(xiàn)氧元素含量高達(dá)14%。因此可以總結(jié)而言，鍍層黑點(diǎn)和基層表面的凹洞有著直接的關(guān)聯(lián)，凹洞導(dǎo)致了接觸面積的增加，因此促進(jìn)了熱鍍鋅過(guò)程中的其他反應(yīng)，導(dǎo)致凹洞位置的鍍層速度較快，出現(xiàn)凸點(diǎn)。而這些凸點(diǎn)雖然有著相同的成分，但是因?yàn)楹穸鹊膯?wèn)題導(dǎo)致在后續(xù)光整操作中摩擦力增大，促進(jìn)了氧化物的生成。

1.2 小硌坑

小硌坑可以理解為一個(gè)沒(méi)有手感的黑點(diǎn)。通常需要用肉眼仔細(xì)觀察后可以發(fā)現(xiàn)。通過(guò)激光掃描的方式可以發(fā)阿賢，小硌坑的的漏鍍點(diǎn)為一個(gè)直徑小于500μm、深度為15μm 左右的的凹坑，在凹坑附近的鋅化組織和光整痕跡存在不規(guī)則破壞的情況。因此可以認(rèn)為這個(gè)現(xiàn)象的出現(xiàn)是在光整工藝之后發(fā)生的。對(duì)凹坑附的化學(xué)成分進(jìn)行分析后可以發(fā)現(xiàn)，同樣舉要較多的氧化鐵顆粒，因此可以判定這些小硌坑是氧化鐵顆粒被壓到鍍層中形成的。

1.3 鋅灰顆粒

鋅灰顆粒通常表現(xiàn)為一塊灰色斑點(diǎn)，通過(guò)電鏡掃描后，可以發(fā)現(xiàn)鋅灰表面有著完整的壓坑痕跡，但是沒(méi)有明顯的摩擦痕跡。鋅灰的遲鈍在1.5mm 左右，內(nèi)部有大量圓形小顆粒存在，顆粒直徑在5μm。通過(guò)對(duì)于鋅灰位置的截面進(jìn)行掃描分析，可以發(fā)現(xiàn)這些顆粒在截面中均勻分布。其化學(xué)分析可以發(fā)現(xiàn)，顆粒物的主要位置為氧元素和鋅元素，其中氧元素的含量大于20%。

鐵元素在溶解的而過(guò)程中，鐵的溶解度隨著鐵元素的添加導(dǎo)致鐵元素的溶解達(dá)到飽和狀態(tài)。當(dāng)過(guò)度飽和時(shí)，鋅液中的鐵元素和鋅元素會(huì)生成金屬化合物，化合物會(huì)導(dǎo)致鋅鐵殘?jiān)暮吭黾樱瑢?dǎo)致鋅元素的損失大大增加。因此當(dāng)鐵元素過(guò)多時(shí)，此時(shí)鋅液的粘稠程度也會(huì)大大增加，導(dǎo)致融化鋅液體的流動(dòng)性變低。上述情況會(huì)導(dǎo)致鋅鍍層過(guò)后，同時(shí)導(dǎo)致鋼材表面的鍍鋅涂層易脆，同時(shí)表面顏色變灰，從而失去美觀性。因此對(duì)于熱鍍鋅產(chǎn)品而言，需要準(zhǔn)確控制鐵元素含量，通常要求為鐵元素低于0.01‰，對(duì)于有較高要求的產(chǎn)品，其鍍層含鐵要低于0.008‰。

2 熱鍍鋅板鍍層的表面缺陷

2.1 鋅鍋輥引發(fā)的劃傷

鋅鍋錕導(dǎo)致表面的劃痕是鍍鋅鋼板出現(xiàn)劃傷的主要因素，因此劃傷的大多是因?yàn)樯鲜鲈蛟斐傻?。通常而言，鋅鍋輥的構(gòu)成由沉沒(méi)錕和校正錕以及穩(wěn)定錕共同組成。由于其位置特殊原因，對(duì)于電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)有著一定的阻礙，因此很多都為被動(dòng)運(yùn)行。被動(dòng)運(yùn)行主要是借助鋼表面和鋅鍋錕的棍面之間產(chǎn)生摩擦導(dǎo)致鍋錕和帶鋼共同運(yùn)行。但是鋅液的成分變動(dòng)等其他因素，導(dǎo)致摩擦力產(chǎn)生不足，從而無(wú)法良好帶動(dòng)鋅鍋錕的良好轉(zhuǎn)動(dòng)，從而導(dǎo)致鋼板的劃傷。

2.2 氣刀條痕問(wèn)題

當(dāng)氣到出現(xiàn)問(wèn)題，例如噴嘴位置被堵塞，則會(huì)導(dǎo)致相應(yīng)的鋅鍍層出現(xiàn)條狀痕跡。因此條痕通常是由于氣壓刀的壓力出現(xiàn)突然的變動(dòng)，從而引發(fā)鋅液濺射，導(dǎo)致氣刀出現(xiàn)堵塞的情況。另外一種情況就是氣刀和帶鋼之間的距離過(guò)近，另外，來(lái)料瓢曲和帶鋼受熱不勻，以及張力過(guò)小都會(huì)導(dǎo)致氣刀的閉塞，最終導(dǎo)致條痕出現(xiàn)。

通過(guò)上述分析，在生產(chǎn)過(guò)程中需要對(duì)于鍍鋅生產(chǎn)線的幅度進(jìn)行良好的升降把控，另外需要注意鋼板的形狀，根據(jù)不同的形狀調(diào)整氣刀的高度和距離。以此來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)于張力的準(zhǔn)確把控。通過(guò)上述措施保證帶鋼和氣刀之間的力學(xué)關(guān)系，同時(shí)降低了氣刀堵塞的概率。另外當(dāng)條痕出現(xiàn)時(shí)，則需要及時(shí)對(duì)于氣刀進(jìn)行清潔。

2.3 漏鍍點(diǎn)

漏鍍點(diǎn)主要就是只沒(méi)有被鍍層浸潤(rùn)的地方。在熱鍍鋅的加工過(guò)程中，需要及時(shí)對(duì)于基板進(jìn)行清洗，去除其外部的氧化鐵和其他金屬氧化物，保證基板的高度清潔，才能保證基板鍍鋅效果。

在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，工廠在生產(chǎn)汽車外板時(shí)會(huì)采用含鋁的鋅液進(jìn)行加工，以此保證鋼板有良好的美觀性和光澤感。但是由于鋁的化學(xué)性質(zhì)活潑，較易生成氧化物，因此為了保證鍍鋅效果，要做更為嚴(yán)格的清洗工作。另外一些高強(qiáng)度鋼材，例如含碳、磷、硅等元素時(shí)，需要避免熱處理的過(guò)程出現(xiàn)析出的情況。析出物也會(huì)在鋼材外表形成氧化物附著，因此導(dǎo)致漏鍍點(diǎn)的生成。

2.4 凹坑

根據(jù)上文分析，凹坑的出現(xiàn)導(dǎo)致凹坑的鍍層要遠(yuǎn)遠(yuǎn)薄于普通的鍍層，這是由于鍍層受到磨損而生成的。從外表分析來(lái)看，凹坑主要是由于設(shè)備形成的微小液滴的高度沖擊而形成的。另外在鍍層經(jīng)過(guò)氣刀環(huán)節(jié)中，里面的小顆粒被高速氣流出散，而由于鍍層質(zhì)地較軟，因此導(dǎo)致出現(xiàn)的凹坑無(wú)法在后期及時(shí)抹除，從而凝固成永久凹陷。

3 處理熱鍍鋅板層面缺陷的措施

3.1 處理鋅鍋輥劃傷措施

對(duì)于鋅鍋輥對(duì)鋼材的磨損問(wèn)題，筆者認(rèn)為應(yīng)當(dāng)增加鋅鍋的張力，從而提升生產(chǎn)過(guò)程中的摩擦力。另外還需要提升鋅液的質(zhì)量，例如增加鋁銻等金屬的含量，降低鐵元素的而使用，減少鐵渣生成，提高鋅液的流動(dòng)程度。而鋅液流動(dòng)性的增加可以有力的帶動(dòng)鋅鍋錕的轉(zhuǎn)動(dòng)效果。另外對(duì)于反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生的殘?jiān)?，要進(jìn)行良好的后期處理才能流入市場(chǎng)。

3.2 選取潤(rùn)滑性較好的軋制油

選取性能相對(duì)較好的軋制油配置乳化液。而乳化液通常要具備較強(qiáng)的“離水展示性”，也就是在一定條件基礎(chǔ)上，具有排出水析出油等作用。在進(jìn)行冷軋時(shí)，乳化液會(huì)遭受高壓和剪切力及溫度升高等多種要素的影響，從而出現(xiàn)相轉(zhuǎn)變，導(dǎo)致油從乳化液里析出，同時(shí)在輥縫位置產(chǎn)生一層潤(rùn)滑油膜，發(fā)揮潤(rùn)滑的作用。另外，因?yàn)樗謿饣瘞ё叽蟛糠譄崃浚€發(fā)揮著冷卻作用。

3.3 避免鋅花產(chǎn)生的對(duì)策

鎘元素天然生存在鋅元素中，鎘元素會(huì)和鋅液中的鉛錫元素發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致鍍層表面的鋅花效果。當(dāng)鋅液中的鎘元素低于1.0%時(shí)，其影響效果較低。當(dāng)高于此數(shù)值時(shí)，則會(huì)導(dǎo)致鍍層變脆，鋅鐵化合物涂層不均勻。因此對(duì)于鎘元素的而含量需要有良好的把控。

日本的某企業(yè)連續(xù)熱鍍鋅線，是把Zn 液里的Pb 含量降低至最小程度，同時(shí)嚴(yán)格控制與管理鋅鍋上方冷卻速度，可以生產(chǎn)處擁有細(xì)微鋅花的鋼板。除此之外，在大型的帶鋼連續(xù)熱鍍鋅的工藝生產(chǎn)線中，應(yīng)用向液態(tài)鋅層方面噴吹水和水蒸氣或是水與空氣混合物的手段，也能夠獲取細(xì)微的鋅花。

3.4 加強(qiáng)清洗

由于鋼材的鍍鋅在鋅鍋內(nèi)部進(jìn)行，因此要保證鋅液的純凈程度。在液體中出了生產(chǎn)需要的額外金屬元素外，需要避免其他金屬雜質(zhì)加入其中。其中鐵元素的去除是當(dāng)前難以規(guī)避的問(wèn)題。這是因?yàn)殍F元素存在鋅鍋的內(nèi)部，因此需要做好鋅鍋內(nèi)部的清潔工作。

強(qiáng)化清洗主要包含堿液刷洗與電解脫脂，能夠有效清除冷軋帶鋼中表面鐵血與油污等多種雜質(zhì)，在生產(chǎn)表面質(zhì)量要求相對(duì)比較高與鍍層黏附性需求大鍍鋅產(chǎn)品中發(fā)揮關(guān)鍵作用。對(duì)于新建的熱鍍鋅機(jī)組而言，其主要包含了堿液浸洗和電解清洗與熱水刷洗等，能夠把帶鋼表面相關(guān)殘油與殘?zhí)靠偭坑行Э刂圃?0mg/m2之下，從而滿足熱鍍鋅外板對(duì)于清洗質(zhì)量的需求。

3.5 研究方向

針對(duì)鋅液的成分改進(jìn)與稀土等相關(guān)微量元素加入所造成的影響進(jìn)一步研究。同時(shí)鍍鋅板表面的粗糙度控制作為優(yōu)質(zhì)熱鍍鋅產(chǎn)品的重要技術(shù)，日后不但應(yīng)該針對(duì)平整工藝參數(shù)等完成深入研究，還應(yīng)該對(duì)平整機(jī)的工作輥徑和表面粗糙鍍等造成的影響進(jìn)行深入研究分析。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，通過(guò)對(duì)熱鍍鋅板鍍層表面缺陷的分析，比在實(shí)踐研究過(guò)后制定相應(yīng)的措施，如選取潤(rùn)滑性較好的軋制油、加強(qiáng)清洗、避免鋅花產(chǎn)生等。經(jīng)過(guò)大量的實(shí)踐證明，熱鍍鋅板鍍層采用一定措施之后，有效確保了熱鍍鋅板的整體質(zhì)量。