鍍鋅板表面質量缺陷分析與控制

鄭世偉¹  張慶軍^1,2  曹勝利^1,2

（1.華北理工大學冶金與能源學院，河北省高品質鋼連鑄工程技術研究中心，河北 唐山 063009；2.華北理工大學分析測試中心，河北 唐山 063210）

摘  要：采用SEM、EDS和金相顯微鏡（OM）等設備對鍍鋅板表面質量缺陷的原因進行分析。結果表面：鍍鋅原板表面大量銹斑的形成是由于酸洗后清洗不干凈造成的，軋制過程中除磷效果差會導致鍍鋅板表面黑點缺陷，氧化鐵皮的壓入會造成鍍鋅板表面胞狀凸起缺陷，夾雜物或保護渣卷入會導致表面出現凹坑缺陷。通過分析其缺陷的產生原因進而對鍍鋅板生產工藝進行優化和規范，可以消除鍍鋅板表面質量問題，提高鍍鋅板表面質量。

關鍵詞：鍍鋅板；表面缺陷；夾雜物；氧化鐵皮

Surface quality defect analysis and control of galvanized sheet

ZHENG Shiwei1，ZHANG Qingjun1，2，CAO Shengli1，2

（1.Hebei High Quality Steel Continuous Casting Engineering Technology Research Center, College of Metallurgy and Energy,North China University of Science and Technology, Tangshan 063009, China； 2. Analysis and Testing Center, North China University of Science and Technology, Tangshan 063210, China）

Abstract: Using SEM, EDS and metallographic microscope (OM) were used to analyze the causes of surface quality defects. Results: a large number of rust spots on the original surface of galvanized sheet were formed due to poor cleaning after pickling. Poor phosphorus removal effect during rolling would lead to black spot defects on the surface of galvanized sheet. By analyzing the causes of defects, the production process of galvanized sheet is optimized and standardized, which can eliminate the problem of surface quality and improve the surface quality of galvanized sheet.

Key words: Galvanized sheet；Surface defects；Inclusions；Tin oxide

1 引言

隨著鍍鋅板不斷進入汽車和家電行業，用戶對鍍鋅板表面質量的要求越來越嚴格，特別是對汽車板、高檔家電板等，鍍鋅產品表面質量成為各鍍鋅板廠家競爭的關鍵[1]。冷軋鍍鋅板具有良好的耐腐蝕性，裝飾性以及涂漆性，被廣泛應用于汽車、輕工業等領域。目前，國內鍍鋅板產品應用范圍廣，市場需求量大，如何提高冷軋鍍鋅板質量，生產優質品級鍍鋅板，一直是鋼鐵產品生產廠家和用戶極為關注的熱點問題[2-4]。近幾年來，隨著我國綜合實力的發展，熱鍍鋅板表面質量有了很大的提高。但是，由于鍍鋅板表層要求具有更高的質量，一些工藝制度或操作不當都會嚴重影響鍍鋅板質量。

研究表明，鍍鋅板表面質量缺陷常由于以下幾種原因造成，其中主要有氧化鐵皮壓入、鑄坯中氣泡、鑄坯中夾雜物以及機械劃傷等原因^[5-7]，由于以上原因造成鍍鋅板出現表面質量缺陷。本實驗材料以國內某鋼廠鍍鋅板鋼板為研究對象，深入研究實驗鋼表面胞狀凸起缺陷的形成原因，系統分析形成該類缺陷的原因，為工業化生產中避免此類缺陷提出合理化參考。

2 實驗材料與方法

為研究實驗鋼表面胞狀凸起缺陷的形成原因，對鍍鋅板缺陷位置分別取樣，利用線切割對缺陷位置進行取樣，式樣尺寸為10×10mm。實驗板有熱軋板、酸洗板與冷軋鍍鋅板，取樣位置如圖1所示。將制備好的式樣進行超聲清洗、烘干，使用聚焦離子束-電子束雙束電鏡（Dual-beam Focused lon Beam System）FIB、能譜儀等儀器進行綜合分析，為分析缺陷位置化學成分和顯微形貌，將試樣進行輕拋后用稀鹽酸溶液去除鍍鋅板表面鍍層。將清洗后的式樣放在FIB下觀察缺陷位置的微觀形貌，通過微觀形貌可發現缺陷位置表面覆蓋一層物質，通過能譜儀分析其成分，發現其主要成分為Fe與O。如圖2所示。

圖1式樣的宏觀形貌

Fig.1 The macroscopic appearance of the sample

3.1 冷軋原料板缺陷形貌與產生機理

圖3所示為冷軋原料板缺陷FIB照片，通過圖片可以觀察到，該缺陷表面分布著大面積銹蝕斑點，對銹蝕斑點進行成分分析，發現其主要成分為Fe與O。如圖3所示。觀察其形貌可知，銹斑的形成是大面積分布在基體表面，冷軋板在進行酸洗時由于酸洗后酸液清洗不干凈造成酸洗板表面生成大量銹斑。同時發現鍍鋅板表面鋅層分布不均勻，式樣表面有漏鋅區域，通過對漏鋅區域進行能譜分析，發現漏鋅處黑色物質含有一定量的碳元素存在。C、O為軋制油所含有的特征元素，因此，該漏鋅缺陷是由于油脂類物質殘留，妨礙鋅液浸潤影響鍍鋅反應而造成的^[8]。

帶鋼在冷軋時，潤滑油等油脂類物質未及時清理而殘留在鋼板表面，在后續退火過程中油脂裂解產生碳以及發生析碳反應，無燃燒剩余的游離碳落在鋼帶上。試樣表面碳沉積，以薄碳膜、油污膜形式粘附在基體表面，難以徹底清除干凈。基板再通過鋅鍋，薄碳膜、油污膜干擾了正常鐵鋅合金層的形成，鋅液對基板的浸潤性降低，導致鍍層粘附性不良。另一方面，沖壓時帶有碳沉積的鍍鋅板局部受到彎曲力的作用，鍍層易從基板剝落，造成漏鍍缺陷^[9]。為防止此類漏鍍缺陷的產生，應在連續退火時，在退火爐入口前增加簡單的脫脂清洗單元，對鋼板表面的油脂類物質雙重清洗；帶鋼表面潤滑過量時，適當降低機組速度使其在連續退火爐內充分燃燒揮發。

3.2鍍鋅板黑點缺陷形貌與產生機理

   冷軋鍍鋅板表面缺陷部位鋅層去除前的顯微形貌，可以看到，缺陷部位較正常鍍鋅部分表面粗糙，表面懸浮有不規則的小顆粒，呈群集分部，整體呈暗黑色。自然光線下，缺陷位置黑點細小，密集呈散沙狀，點尺寸一般在1mm左右或更小。通過能譜分析得到鍍鋅板黑點元素有Fe與O元素，因此該缺陷是光整前細小氧化鐵顆粒壓入基板表面，形成細小凹坑引起的。淺層氧化鐵壓入，一方面是由于除鱗效果不佳，軋制過程中次生氧化 鐵 皮的壓 入造成的。另一方面，退火爐中，空氣系數，即爐內實際空氣量與燃氣完全燃燒所需空氣之比大于0.95或者空氣與燃氣混合不均時，局部氧氣過剩，燃燒時氧化帶鋼表面。

圖2 鍍鋅板表面缺陷微觀形貌與能譜圖

Fig.2 Surface defect morphology and energy spectrum of galvanized sheet

圖3銹斑缺陷微觀形貌與能譜圖

Fig.3 Micro morphology and energy spectrum of rust spot defects

由于Fe原子的擴散速度較Si、Mn原子快的多，氧化鐵顆粒在基體鐵部分形成，在隨后軋制過程中，氧化鐵顆粒壓入基體，產生凹坑^[10]。Chen等人^[11] 鋼板基體表面出現小凹坑，熱鍍鋅時，該位置比表面積較大，鐵鋅合金異常反應較劇烈，造成該位置鍍鋅層生長速度較其他位置快，鍍層較厚。光整時與光整輥劇烈摩擦,在鍍鋅層表面形成氧化膜，自然光線下呈黑色形貌

為防止此類缺陷的產生，軋制過程中，適當調整除鱗噴嘴的角度和高度，及時更換堵塞的噴嘴，提高除鱗效果。熱鍍鋅之前，定期檢查退火爐的氣密性，如有泄露采取相應措施進行改善，使加熱段和均熱段氧的質量分數降至0.001%以下。

（1）鍍鋅原板表面大量銹斑的形成是由于酸洗后清洗不干凈造成的。通過提高酸洗質量，嚴格操作制度可以減少此類缺陷的產生。

（2）油脂類物質導致鍍鋅板發生漏鍍現象，通過加強脫脂清洗單元的投入，選用堿度合適的脫脂液并適當降低機組速度獲得干凈的基板，確保鍍鋅效果。

（3）除磷階段除磷效果不佳會導致表面黑點缺陷，主要是由于基板表面氧化鐵顆粒壓入和帶鋼在提升過程中氧化物小顆粒隨鋅液粘附在鍍鋅板表面造成的。通過提高除磷效果，定期查看設備運行情況，可以減少此類缺陷的產生。

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