沖壓用鍍鋅鋼板白色凸點缺陷產(chǎn)生原因及對策

文/譚澤卓·鞍鋼廣州汽車鋼有限公司

趙磊，靳海峰·廣汽豐田汽車鋼有限公司

鍍鋅板材在沖壓過程中經(jīng)常出現(xiàn)沖壓成品件的凹凸點現(xiàn)象，這種凹凸點為鍍鋅鋼板表面上所帶的白色凸點經(jīng)過沖壓后引起的凹凸缺陷。文中對熱鍍鋅生產(chǎn)的合金化產(chǎn)品(GA)中常見的白色凸點缺陷進(jìn)行了分類研究，對不同種類的白色凸點進(jìn)行對策分析，通過對影響鋅渣、鋅灰等幾類常見白色凸點的對策研究，得出穩(wěn)定控制沖壓件上常見白色凸點缺陷的措施。

汽車工業(yè)生產(chǎn)中，熱鍍鋅板材的需求量一向較大，日系汽車制造沖壓所使用的合金化鍍鋅鋼材(GA鋼板)更是需求量巨大。在合金化鍍鋅成品中，存在很多對于沖壓生產(chǎn)而言面品質(zhì)不合格的板件，某汽車主機(jī)廠沖壓車間生產(chǎn)頂棚部品時，其白色凸點導(dǎo)致不良件達(dá)總數(shù)的3%～5%，通常一枚沖壓板件上存在直徑為1mm的一顆白色凸點即為不合格板件，其沖壓后形貌如圖1所示。

圖1 白色凸點形貌

該沖壓車間品質(zhì)要求中基本不接受此類的缺陷板件，而在鍍鋅鋼板中只要存在非常細(xì)小的凸點，沖壓后的板件被檢查出來的凸起就會擴(kuò)大3倍以上，如圖2所示。

圖2 沖壓前的異物1與沖壓后凸點3的大小差異

經(jīng)過分析，這種缺陷點中鋅含量達(dá)80%以上，可以判斷該缺陷由熱鍍鋅工程的鋅鍋區(qū)域產(chǎn)生，而這種細(xì)小白色凸點缺陷在熱鍍鋅生產(chǎn)中無論是過程控制還是檢出都存在難點。以下將從鋅鍋區(qū)域的鋅灰、鋅鍋底渣及鋅鍋浮渣方面進(jìn)行白色凸點缺陷成因分類與對策分析。

熱鍍鋅生產(chǎn)中板材白色凸點產(chǎn)生原因分類

入鋅鍋通道中的鋅灰造成

鋅灰為退火爐入鋅鍋通道(簡稱爐鼻)的鋅液面產(chǎn)生的鋅蒸氣與水蒸氣結(jié)合凝固形成(圖3)。鋅灰通常為白色灰狀異物，在通道壁上凝固后掉落于帶鋼或鋅液面上被卷入帶鋼面上，帶鋼經(jīng)過鋅鍋中的輥系時部分異物被擠壓入帶鋼內(nèi)形成永久白色點狀缺陷，此缺陷在正常狀態(tài)下的成品鍍鋅板上只有單面可見，經(jīng)過沖壓生產(chǎn)后形成雙面凹凸點。

圖3 鋅灰形成示意圖

鋅鍋底渣造成

熱鍍鋅生產(chǎn)線在正常生產(chǎn)時，鋅鍋內(nèi)有如下反應(yīng)：

①Fe+7Zn→FeZn7↓

②2FeZn7+5Al→Fe2Al5+14Zn

浸入鋅鍋的帶鋼和鋅鍋中運(yùn)動的輥系會源源不斷地帶入鐵元素，而鐵元素和鋅液中的鋅元素在特定條件下反應(yīng)生成FeZn7，F(xiàn)eZn7即是沉淀在鋅鍋底部的底渣，而熱鍍鋅生產(chǎn)中添加的鋁元素與底渣進(jìn)行反應(yīng)，可以溶解底渣。

合金化生產(chǎn)過程中底渣堆積的原因為：合金化產(chǎn)品因熱鍍鋅后存在合金化退火過程以保證鋅層附著力，如果鋅液中的鋁含量高將抑制合金化過程導(dǎo)致不完全合金，因此合金化生產(chǎn)鋁含量將受限在一定濃度范圍內(nèi)，生產(chǎn)過程中隨著鋅鍋溫度和帶鋼溫度的變化以致鐵元素的不斷溶入與鋅元素結(jié)合生成底渣，而鋁濃度不足以溶解底渣，導(dǎo)致底渣也不斷的形成，堆積在鋅鍋底部，當(dāng)?shù)自_(dá)到一定高度時就會被攪動的鋅液帶起壓入帶鋼與輥系之中，形成板件上的底渣白色凸點缺陷。此缺陷輕微時為單面附著，而嚴(yán)重時雙面可見對應(yīng)凹凸點。

鋅鍋浮渣造成

合金化鍍鋅過程中，運(yùn)行的帶鋼浸入鋅鍋帶出鋅液，經(jīng)過氣刀對表面的鋅層進(jìn)行平整和控制鍍層厚度，而吹回的鋅液部分被氧化成ZnO。產(chǎn)生的浮渣容易在鋅液面飄浮移動的過程中或撈取的過程被鋅鍋內(nèi)運(yùn)行的帶鋼與運(yùn)動的輥系夾入形成浮渣白色凸點缺陷。

白色凸點缺陷的主要控制對策

控制鋅灰白色凸點的對策

主要控制生產(chǎn)過程中入鋅鍋通道中鋅液面的鋅蒸氣量來控制鋅灰的產(chǎn)生，其方法是：爐鼻內(nèi)通入足量的濕氮(氮氣+水汽)在爐鼻內(nèi)的液面上生成ZnO氧化膜以抑制鋅蒸氣的生成，再輔以液面排渣裝置去除通道內(nèi)的浮灰浮渣達(dá)到預(yù)防爐鼻處產(chǎn)生鋅灰白色凸點，如圖4所示。

圖4 鋅灰控制示意圖

控制鋅鍋底渣白色凸點的對策

底渣及生成主要和鋅液中的鐵元素和鋁元素有關(guān)，當(dāng)鐵元素大量增加時底渣也將大量生成，而鋁元素波動大時也將影響底渣的生成及溶解，這些情況都將導(dǎo)致底渣顆粒壓入帶鋼之中，因此控制底渣白色凸點的措施有：

⑴控制鋅液中的鐵元素。

鐵元素主要由進(jìn)入鋅鍋的鋼板溶入及鋅鍋輥系溶解帶入，這兩者均具有固定的體積和通過量參數(shù)，而影響它們?nèi)芙忤F元素的因素為溫度，其中包括鋅液溫度及帶鋼進(jìn)入鍋液時的溫度，當(dāng)鋅液溫度過高或波動較大時，鋅液中鐵含量隨之波動，而過量的鐵只會析出底渣，可溶解的部分則由鋼板或輥系帶入，因此想要減少鐵含量的增加，需要保持穩(wěn)定而合適的鋅鍋溫度及鋼板溫度。通常由鋅鍋設(shè)備的自動溫控系統(tǒng)及鋼板入鋅鍋溫度自動閉環(huán)控制，通過優(yōu)化溫度控制數(shù)學(xué)模型及合理的設(shè)計鋼板入鋅鍋的工藝溫度來實現(xiàn)控制鐵含量帶入。

⑵維持穩(wěn)定的鋁元素濃度。

鋁元素的濃度可影響與底渣反應(yīng)的程度，正常生產(chǎn)時鋁濃度作為生產(chǎn)工藝參數(shù)要求，應(yīng)當(dāng)處于穩(wěn)定狀態(tài)，但實際控制中受加鋅錠頻率不當(dāng)及生產(chǎn)品種產(chǎn)線速度的影響導(dǎo)致鋁濃度出現(xiàn)波動，當(dāng)鋁濃度減少時因與鐵結(jié)合減少而造成底渣增加，當(dāng)鋁濃度增加時也會優(yōu)先與鐵元素結(jié)合造成鋼板及輥系鐵溶入加劇，因此維持穩(wěn)定鋁元素濃度也是減少底渣生成的方法。通過合理設(shè)計鋅錠中的鋁含量、合理的加鋅錠頻率和方式來實現(xiàn)鋁濃度的穩(wěn)定。

控制鋅鍋浮渣白色凸點的對策

采取合理的撈渣頻率和撈渣方式可有效避免浮渣帶來的帶鋼鋅渣缺陷，例如生產(chǎn)汽車用外板時通常不進(jìn)行撈渣以避免鋅渣帶入鋼帶，生產(chǎn)汽車用外板時合理排產(chǎn)，撈渣時不宜造成液面大幅度波動，有條件時可采取機(jī)械自動化撈渣，少量多次進(jìn)行扒渣、撈渣作業(yè)。

結(jié)論

通過沖壓生產(chǎn)的觀察及熱鍍鋅生產(chǎn)中所遇的頑固缺陷的分析，常見的熱鍍鋅白色凸點缺陷通常由鋅鍋區(qū)域引起，退火爐入鋅鍋通道濕氮不足量、鋅液溫度及入鋅鍋帶鋼溫度控制不穩(wěn)定、鋁濃度控制不穩(wěn)定及不合理的撈渣作業(yè)均會造成白色凸點缺陷的產(chǎn)生，因此要科學(xué)合理的判斷具體的導(dǎo)致原因，加強(qiáng)對各種設(shè)備和生產(chǎn)參數(shù)控制要因的綜合管理，才能更好的解決沖壓生產(chǎn)時出現(xiàn)的白色凸點缺陷問題。