无锌花镀锌产品常见缺陷及分析

无锌花镀锌产品常见缺陷及分析

赵志宇，李建英，梅淑文，邓翠青

(唐山钢铁公司技术中心河北唐山063016)

摘要：分析了无锌花产品几种常见缺陷的产生原因，并提出相应的改进措施。

关键词：热镀锌；无锌花；工艺

中图分类号：TGl74 文献标识码：B 文章编号：1003—0514(2009)06—0016—03

0 前言

　由于热镀锌钢板具有良好的耐腐蚀能力、美好的外观、有利于后续加工、可降低成本和减少环境污染等优点，因此深受广大用户欢迎。目前我国的建材镀锌机组主要生产普通锌花钢板，市场也普遍认同这类产品，无锌花钢板产量过低。但是普通锌花钢板镀层易产生晶间腐蚀，其耐蚀性不如无锌花钢板，作为彩涂原料卷不理想；加之，在锌锭中要加入铅或锑，锌层中含铅量高，不利环保，因此应推广无锌花钢板。

　新型的无锌花热镀锌板有更优良的性能，没有凸起或平面锌花形貌，不易产生晶界腐蚀，锌层均匀、牢固，更有利于涂层，耐腐蚀性更强，表面更平整美观，除用作彩涂基板外同样适合汽车、家电、建筑等使用，经试用深受用户喜爱。但是由于锌层表面没有锌花，镀层的各种缺陷就无形的被放大，也就是说无锌花的表面质量要求的更严格，更加难控制。

1 无锌花产品缺陷分析

1．1 无锌花产品的生产工艺

　生产无锌花产品的生产工艺与生产普通的锌花产品工艺基本相同，主要是锌锅中锌液的成分不包含能够使锌层产生锌花的铅或锑元素。由于镀层没有锌花的修饰，镀层表面的缺陷更加明显。生产无锌花产品工艺控制除了要注意生产普通锌花产品时一切工艺参数，尤其要严格控制锌锅区的参数，例如锌液的成分、锌液的温度以及带钢的入锌锅温度等。因为这些因素的变化可能引起锌液对钢板的浸润性以及锌液的纯净度发生变化，就直接导致镀锌产品出现表面缺陷，例如锌粒、锌渣、镀层横纹等。这几种缺陷也是无锌花产品表面最常见最主要的缺陷。

1．2锌粒／锌渣缺陷

锌渣／锌粒缺陷主要表现为在带钢表面分布有米粒状或不规则形状的颗粒。

　锌渣／锌粒不仅降低锌镀层美观度，损害产品的光学外表，而且易使带钢在加工和运输过程中由于摩擦、振动等不可避免的原因产生黑斑、锌粒脱落、麻疹状缺陷等问题(见图2、图3)最终导致镀层的腐蚀，因此锌渣／锌粒缺陷的存在对产品的后序加工工序和带钢的存储以及运输有着极大的负面影响，是镀锌生产必须解决的问题。

1．2．1锌粒／锌渣生成原因分析

　经过观察以及化学检测，锌粒／锌渣缺陷的形成原因主要是锌液中的游离渣或是面渣粘附在了从锌锅中离开的带钢的表面。

　带钢连续热镀锌生产过程中，锌锅中的锌渣根据存在状态的不同可分成底渣、浮渣和游离渣几种，这些锌渣伴随着镀锌生产的始终。在带钢进入锌锅的同时，铁-锌之间的反应以及扩散随之开始进行，锌渣也伴随着生成。带钢与锌液接触后，锌元素进入到带钢表层与铁反应形成锌铁合金层，基体因被侵蚀而造成铁元素落人到锌液中。由于铝对铁的亲和力远大于锌对铁的亲和力，所以进入锌锅内的铁首先与锌液中的铝反应形成Fe₂Al₅，其次与锌反应形成锌-铁合金化合物(FeZn₇)。另外基板板面残留的铁粉经退火炉还原为纯铁后也进入锌锅形成锌-铁合金化合物(FeZn₇)。由于Fe₂Al₅比重只有4．2 Kg／cm³，远小于熔融锌的比重，可以浮于锌液表面形成浮渣，而FeZn₇的比重大于锌的比重，则沉到锌锅底部形成底渣，一些还没有浮到锌液板面的Fe₂Al₅以及没有沉到底部的FeZn₇在锌液中就形成了游离渣。再者，高温状态下的锌液表面由于裸露在空气中被氧化也形成了部分浮渣。这样，在带钢离开锌液液面时，大量的浮渣和游离渣粘附在了板面上，形成了锌渣／锌粒缺陷。

　 在热镀锌的温度下，金属铁在锌中的饱和溶解度为0．03％，若铁含量继续增加，则铁就容易和锌及铝反应生成铁-锌化合物和铁-铝化合物，从而造成大量的底渣以及浮渣。更重要的是，由于铁极容易和铝反应而消耗了锌液中铝的有效含量，因而可能使镀层黏附性变坏。因此，锌液中铁的含量必须控制在0．03％以下。锌液温度升高或波动加大，会引起铁的饱和溶解度的变化，同时也会使锌液的氧化程度加剧，从而加剧锌渣的形成。

1．2．2控制措施

　虽然，镀锌生产过程中，锌渣的产生是不可避免的，但是必须把锌渣量控制在尽可能低的范围内，这样才能获得高质量的板面，同时降低锌的消耗量。

　通过上面的分析得知，造成锌粒／锌渣缺陷的主要原因是，锌液中的铝含量低，同时铁含量高，导致锌液中的游离渣和面渣较多，据此制定出以下措施：

　 1)向锌锅中添加高铝锭，提高锌液中的有效铝的含量。

　 由于铝对铁的亲和力远高于锌对铁的亲和力，铝与锌液中的FeZn₇将发生下列化学反应：2FeZn₇ 5Al=Fe₂A1₅ ↑ 14Zn

　这样，可以使底渣FeZn₇转化为浮渣Fe₂Al₅。通过撇渣的形式除掉。

　2)改变添加锌锭的频次以及添加锌锭的位置。

　添加锌锭由原来的集中投放，改为多点、分次、均匀投放，防止锌液在添加高铝锭后由于铝的比重较锌轻容易浮到锌液表面，被氧化成氧化铝形成面渣，造成铝的浪费。

　 3)严格监控锌锅的温度。

　 在添加锌锭的同时，严格监控锌锅的温度，以防由于熔锌使锌液温度下降。锌液温度下降，锌液流动性不好，也能够影响镀层的表面质量。

　 4)合理打捞锌渣。

　 积极打捞锌液表面的浮渣，这种浮渣极易在带钢的边部被带到带钢上，形成边部锌粒缺陷。

1．3镀层的黏附性差

　镀层的黏附性差主要是在对镀层进行冷弯试验过程中，镀层出现裂纹或镀层剥落。一般的镀锌板在进行冷弯(180º )试验中一般不易出现镀层裂纹或剥落，但是在进行正反弯过程中，镀层就容易出现裂纹。在进行冷弯试验过程中带钢不带张力，但在实际的应用过程中带钢一般都是带张力操作。镀层的黏附性差在实际的应用个过程中更容易造成镀层的剥落。

1．3．1 镀层的黏附性差的原因分析

　 镀层的黏附性好坏主要决定于镀层中黏附层(Fe₂Al₅)形成的好坏，而黏附层的形成主要受锌液中铝的含量、锌液的温度、带钢的表面状态等的影响，在锌液温度以及带钢表面状态稳定的前提下，锌液中铝含量是直接影响黏附层形成好坏的主要因素。在对进行冷弯有不同结果的两块试样(试样1、试样2)进行辉光以及金相分析，分析结果如下：

　 分析照片可知，图中上部为镀锌层，下部为钢铁基板。在镀层和钢板的结合处有一层很薄的、显示为黑色的中间层，这层物质就是经腐蚀处理后在电镜下显现为黑色的Fe₂Al₅合金层。比较图1中试样1与试样2的腐蚀照片可以得出以下结论：试样1的合金层连续而且均匀，试样2的合金层非常不均匀。

　 用辉光光谱仪检测试样1和试样2，得到的图谱见图2和图3。

　 分析图2和图3可以得到以下结论：

　测得两个试样的镀层厚度以及铝的含量分别为：试样1镀层的重量为53．0 g／m²，Fe-Zn合金层的厚度为7．51μm，其中锌层中的铝含量为6 094．3ppm；在锌-铁的结合面上，铝含量有明显峰值，说明铝有一个富集的过程，黏附层Fe₂Al₅形成的比较好。试样2镀层的重量为48．7 g／m²，Fe-Zn合金层的厚度为6．94μm，其中锌层中的铝含量为2 587．2ppm；图3中铝的含量曲线一直比较平直，没有明显的富集过程，尤其是在锌铁结合面处没有突然增加的过程，说明在锌-铁结合面处黏附层的形成的不好。生产时锌液成分如表1。

1．3．2镀层的黏附性差的改进措施

　通过生产过程中铝含量波动时的产品进行取样试验均能得到与上面相近的检验结果，这说明锌液中铝含量的高低是决定镀层黏附性的主要因素之一，在铝含量的合理控制范围内应尽量提高铝含量，一般控制在0．18％～0．22％。

1．4镀层横纹缺陷

　锌层横纹缺陷也叫做镀层云纹缺陷，指镀锌层外观呈现轻微的水波纹状起伏，图4所示的是带有锌层横纹缺陷的镀锌板照片。

1．4．1镀层横纹形成原因分析

　 锌层横纹缺陷通常是当带钢从锌液中提出时，由振动或是镀层的锌层自流引起的。在镀层厚度较大、钢带入锌锅温度和锌锅温度偏低、锌液浸润性差、钢带运行速度低及冷轧带钢表面粗糙度差的情况下容易产生。影响锌液浸润性的主要因素有锌液成分以及温度。

1．4．2控制措施

　 1)在生产中合理的控制锌层厚度与气刀的高度以及气刀的风压与气刀间距是防止由于锌液自流引起镀层横纹的关键。

　 2)保证带钢入锌锅温度，防止因带钢入锌锅温度偏低，影响到锌液的黏度和流动性。

　 3)严格控制锌液成分中的铁含量在0．03％以下，防止铁含量过高影响锌液的黏度以及表面张力。

4)校订三辊六臂系统中矫直辊以及稳定偏移量的控制，防止带钢发生抖动。

　5)加大光整机的轧制力，使镀层横纹被光整掉。

2 总 结

　 镀锌生产参与生产的设备较多，影响质量的因素也较多，尤其在生产无锌花产品时，由于没有锌花的修饰作用，表面的各种缺陷较有锌花产品更加明显，所以应严格控制来料质量以及工艺参数，尽量减少缺陷的产生，保证镀层的表面质量。

参考文献

[1]张启富．现代带钢连续热镀锌[M]．北京：冶金工业出版社，2007．