合金化熱鍍鋅無(wú)間隙原子鋼板表面白色點(diǎn)狀壓印缺陷的產(chǎn)生原因

劉少先,楊 健,徐麗菊

(寶鋼湛江鋼鐵有限公司，湛江 524000)

合金化熱鍍鋅鋼板具有優(yōu)良的耐腐蝕性能、焊接性能、涂裝性能等，廣泛用于制造汽車(chē)內(nèi)、外板。用于制造汽車(chē)外板時(shí)，對(duì)鋼板表面質(zhì)量要求較高，不允許出現(xiàn)肉眼可見(jiàn)或打磨可見(jiàn)的條紋、色差、異物壓入等缺陷，因此，制造高表面質(zhì)量的合金化熱鍍鋅鋼板成為鋼廠的一項(xiàng)巨大挑戰(zhàn)。

合金化熱鍍鋅鋼板生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的缺陷可歸結(jié)為兩類(lèi)：一是來(lái)料缺陷，包括基板劃傷、異物壓入、表面夾雜等；二是鍍鋅缺陷，包括鋅灰、鋅渣、漏鍍、合金化斑跡等。郝曉東等[1]研究了合金化熱鍍鋅鋼板表面黑斑的產(chǎn)生原因，在缺陷處發(fā)現(xiàn)了較多的鋅渣顆粒，為鍍鋅過(guò)程中導(dǎo)致的缺陷。傅影等[2]研究了鋼板表面漏鍍的產(chǎn)生原因，在漏鍍處發(fā)現(xiàn)氧化鋅及軋制油，為來(lái)料清洗不徹底導(dǎo)致的缺陷。金鑫焱等[3]分析了一種合金化熱鍍鋅無(wú)間隙原子鋼(IF鋼)表面亮條紋缺陷的產(chǎn)生原因，為基板表面的Al2O3夾雜所致。熱鍍鋅是一個(gè)覆蓋缺陷的過(guò)程，當(dāng)鋼板表面存在一些缺陷時(shí)，熱鍍鋅后缺陷會(huì)被覆蓋，甚至達(dá)到肉眼不可見(jiàn)的標(biāo)準(zhǔn)，但合金化過(guò)程會(huì)將缺陷放大，在合金化后，基板不可見(jiàn)的缺陷可能會(huì)形成色差、條紋等缺陷，因此，生產(chǎn)合金化熱鍍鋅鋼板比生產(chǎn)熱鍍鋅鋼板難度更大。筆者對(duì)一種合金化熱鍍鋅IF鋼板表面白色點(diǎn)狀壓印缺陷進(jìn)行一系列理化檢驗(yàn)與分析，查明了缺陷的產(chǎn)生原因，并提出相應(yīng)的改善措施，以避免該類(lèi)問(wèn)題再次發(fā)生。

1 理化檢驗(yàn)

1.1 宏觀觀察

合金化熱鍍鋅IF鋼板的厚度為0.7 mm。鋼板表面缺陷的宏觀形貌如圖1所示，可見(jiàn)缺陷呈短白條紋狀，缺陷長(zhǎng)度與寬度的比值約為8。

圖1 鋼板表面缺陷的宏觀形貌

1.2 化學(xué)成分分析

用MAX 20型能譜儀分析合金化熱鍍鋅IF鋼板表面的化學(xué)成分，結(jié)果如表1所示。

表1 合金化熱鍍鋅IF鋼板表面的化學(xué)成分分析結(jié)果 %

1.3 微觀分析

使用ZEISS EVO18型掃描電鏡(SEM)分析合金化熱鍍鋅IF鋼板的表面合金化形貌，結(jié)果如圖2所示，可見(jiàn)點(diǎn)狀壓印處明顯偏黑，平整印較多；點(diǎn)狀壓印處合金化不充分，基本看不出相結(jié)構(gòu)，而正常處合金化程度較充分，相結(jié)構(gòu)主要為δ相。說(shuō)明基板某種缺陷影響了合金化過(guò)程中鋅、鐵元素的擴(kuò)散，導(dǎo)致點(diǎn)狀壓印處的鋅層局部偏厚。

圖2 合金化熱鍍鋅IF鋼板的表面合金化形貌

用含3.5 g/L 六次甲基四胺的17%(體積分?jǐn)?shù))稀鹽酸溶液溶解鋅層，然后用SEM觀察點(diǎn)狀壓印處與正常處基板的表面形貌，結(jié)果如圖3所示，缺陷處發(fā)現(xiàn)有塊狀異物壓入，異物中存在大量密集的疏松小孔。能譜分析結(jié)果顯示，異物中主要含有鐵元素，推測(cè)該異物為還原鐵，經(jīng)過(guò)退火爐之前為氧化鐵。

圖3 點(diǎn)狀壓印處與正常處基板表面的SEM形貌

圖4為點(diǎn)狀壓印處截面的SEM形貌，可見(jiàn)缺陷處內(nèi)部有大量點(diǎn)狀氧化鐵，與基板表面的小孔對(duì)應(yīng)；異物下方與上方均可見(jiàn)鋅層。說(shuō)明異物為還原鐵，在鍍鋅之前，異物與基板的界面處存在微小裂紋，在鍍鋅過(guò)程中，鋅液流入裂紋內(nèi)部，異物處的鋅層偏厚，且合金化不良，經(jīng)平整處理后表面較平，最終導(dǎo)致缺陷呈短白條紋狀。

圖4 點(diǎn)狀壓印處截面的SEM形貌

1.4 熱卷氧化鐵皮分析

在鋼板的頭、尾截面處取樣，用光學(xué)顯微鏡測(cè)量鋼板表面氧化鐵皮的厚度，結(jié)果如圖5所示，氧化鐵皮截面的微觀形貌如圖6所示。由圖5，6可知：鋼板表面氧化鐵皮的厚度很不均勻，下表面氧化鐵皮厚度明顯大于上表面氧化鐵皮厚度，下表面氧化鐵皮的最大厚度約為37 μm，而上表面大部分區(qū)域的氧化鐵皮厚度約為14 μm，過(guò)厚的氧化鐵皮不容易被徹底酸洗，導(dǎo)致形成欠酸洗缺陷。

圖5 鋼板表面氧化鐵皮的厚度測(cè)量結(jié)果

圖6 氧化鐵皮截面的微觀形貌

2 綜合分析

點(diǎn)狀壓印缺陷使鋼板表面合金化不充分，鋅層局部偏厚，平整處理后的表面較平，表面對(duì)光線(xiàn)的反射變強(qiáng)，最終導(dǎo)致缺陷呈短白條紋狀。由微觀分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)，熱鍍鋅前，點(diǎn)狀壓印處基板表面有異物壓入，異物的主要成分為還原鐵，推斷退火前異物為氧化鐵。點(diǎn)狀壓印缺陷的形成機(jī)理如圖7所示，在酸洗后的軋制過(guò)程中，表面有少量氧化鐵皮壓入，經(jīng)軋輥反復(fù)軋制，氧化鐵皮被牢牢壓在基板上方，其他異物被碾壓在氧化鐵皮上方，在退火過(guò)程中，氧化鐵被還原成海綿鐵，熱鍍鋅合金化后，表面存在異物壓入的位置局部偏厚，且合金化不充分，平整處理后形成點(diǎn)狀壓印缺陷。

圖7 點(diǎn)狀壓印缺陷的形成機(jī)理示意

在酸洗之前，需要先松弛表面的氧化鐵皮，使得表面產(chǎn)生較多的裂紋，更加疏松，便于酸洗時(shí)除去。在酸洗過(guò)程中，鋼板表面氧化物均與酸液發(fā)生反應(yīng)，酸液對(duì)氧化鐵皮產(chǎn)生了層間剝離的作用，即酸洗行為是以化學(xué)溶解+機(jī)械剝離的方式進(jìn)行的[4]。酸洗過(guò)程如圖8所示，在酸洗過(guò)程中，酸液中的氫離子沿著裂紋進(jìn)入裂紋內(nèi)部，與基板反應(yīng)產(chǎn)生氫氣，氫氣的溢出作用促使氧化鐵皮沿界面片狀剝離，在剝離界面處又形成了新的酸洗核，并沿裂紋進(jìn)一步擴(kuò)展，為下一次的機(jī)械剝離提供準(zhǔn)備條件[5]，如此反復(fù)進(jìn)行，大量氧化鐵皮被剝離基板；氧化鐵皮局部偏厚時(shí)，化學(xué)溶解速率較慢，難以完全溶解剝離后的氧化鐵皮，導(dǎo)致部分剝離的氧化鐵皮再次被壓到基板表面，形成氧化鐵皮壓入缺陷，氧化鐵皮的變形能力較差，軋制后變形量較小，因此缺陷在軋制成品表面呈短白條紋狀。

圖8 酸洗過(guò)程示意

3 改進(jìn)措施

經(jīng)過(guò)以上分析可以確定，白色點(diǎn)狀壓印缺陷的形成與表面氧化鐵皮局部偏厚有關(guān)，可以采用降低酸洗速率、熱卷終軋溫度、卷取溫度以及提高酸液溫度、濃度等方法來(lái)避免該類(lèi)缺陷的形成。采用降低卷取溫度的方法，對(duì)鋼板進(jìn)行改善，改善后鋼板上、下表面氧化鐵皮厚度較為均勻，最大厚度未超過(guò)15 μm，在酸洗時(shí)容易被洗去，是一種比較理想的氧化鐵皮厚度。

4 結(jié)語(yǔ)

白色點(diǎn)狀壓印缺陷的產(chǎn)生原因?yàn)椋轰摪灞砻婢植垦趸F皮偏厚，氧化鐵皮未被徹底酸洗，導(dǎo)致氧化鐵皮壓入基板，退火后，氧化鐵皮被還原，平整處理后，鋼板表面局部形成短白條紋。采用降低卷取溫度的方法，可以減小鋼板表面氧化鐵皮的厚度，避免該類(lèi)缺陷的形成。