表 1 实验钢板化学成分（质量分数） %
| C | Si | Mn | P | S | Fe |
| 0.010~0.030 | ≤0.040 | ≤0.300 | ≤0.020 | ≤0.018 | 余量 |
分享：热镀锌低碳钢表面亮点缺陷原因分析与控制
热镀锌低碳钢以其卓越的耐腐蚀性和良好的加工性能，在现代工业中，特别是汽车和家电制造领域，有着举足轻重的地位。然而，在热镀锌低碳钢的生产过程中，表面质量问题始终是一个关键的挑战[1]。其中，带钢表面的亮点缺陷，不仅影响产品的外观美观度，更对其后续的冲压成型和电泳涂装等工艺造成不利影响[2−3]。
随着市场竞争的日益激烈，客户对于热镀锌低碳钢的质量要求愈发严格。不仅期望其具备出色的力学性能，更要求其表面达到近乎完美的状态。因此，深入研究并有效解决带钢表面亮点缺陷问题，对提高产品质量、增强企业市场竞争力具有极其重要的意义[4−5]。
本文通过场发射扫描电子显微镜、超景深数码显微镜分析和现场工艺流程排查，揭示了亮点缺陷的形成原因，并提出针对性的控制措施，为热镀锌低碳钢的生产提供有力的技术支持。
1. 实验材料及方法
本文以某钢厂镀锌产线生产的存在亮点缺陷的DC51D+Z热镀锌板为研究对象，其宽、高规格为0.7 mm×1510 mm，钢板未镀锌前化学成分见表1。镀层的厚度为双面100 g/m2，表面无络钝化处理。
下载:将含有亮点缺陷的样品切成10 mm×10 mm的方块，使用丙酮将试样浸泡12 min，以去除表面的防锈油。使用日本Keyence公司生产的VHX-S15超景深数码显微镜对亮点缺陷的形貌进行观察，利用德国ZEISS公司生产的SUPRA55型场发射扫描电镜对亮点缺陷进行微观形貌观察及能谱分析。
2. 实验结果与分析
2.1 缺陷宏观形貌特征
亮点缺陷的宏观形貌如图1所示，亮点缺陷在板面上大面积分布，在频闪仪下从正面观察时并不明显，从侧光观察则呈现为大小不一的亮点。亮点的尺寸为80~180 μm，触摸时无明显手感。值得注意的是，亮点缺陷在整个板面均有出现，表明其分布具有广泛性和随机性。
2.2 缺陷微观形貌特征
亮点缺陷呈现出独特的微观形貌特征。如图2(a)所示，亮点缺陷表面光滑，且边界清晰，同时缺陷边界存在部分光整纹，这一特征表明亮点缺陷为光整工序后产生。进一步观察发现，亮点缺陷尺寸为105 μm，呈规则椭圆形，如图2(b)所示。正常镀层表面具有不规格的光整形貌，亮点缺陷部位存在明显的凹坑（见图2(c)），凹坑深度约为6 μm，表明锌层受到异物压入导致锌层凹陷。
2.3 缺陷微区能谱分析
为了探究亮点缺陷的化学成分，对亮点缺陷部位表面和基板进行了微观形貌及能谱分析，如图3和表2所示。亮点缺陷中心部位存在O元素、Zn元素富集，表明形成亮点缺陷的异物由ZnO及Zn粉组成。去除锌层后亮点缺陷部位基板能谱仪检测结果如表3所示，缺陷处为Fe元素，进一步证实了异物并非原料带入，属于镀后缺陷。
表 2 图3(a)所示亮点缺陷表面元素分析（质量分数） %
| 位置 | C | O | Al | P | Fe | Zn |
| 点1 | 3.12 | 0.82 | 0.44 | 0.30 | 0.76 | 94.56 |
| 点2 | 5.66 | 0.86 | 0.60 | 0.51 | 1.00 | 91.37 |
| 点3 | 5.77 | 1.10 | 0.74 | 0.57 | 1.78 | 90.04 |
| 点4 | 4.29 | 1.52 | 0.49 | 0.21 | 1.04 | 92.45 |
表 3 图3(b)所示亮点缺陷基板元素分析（质量分数） %
| 位置 | C | Al | Fe |
| 点1 | 3.83 | — | 96.17 |
| 点2 | 4.03 | 1.20 | 94.77 |
| 点3 | 4.32 | 0.80 | 94.88 |
| 点4 | 4.18 | — | 95.82 |
| 点5 | 5.26 | — | 94.74 |
3. 亮点缺陷排查分析及改善
3.1 现场排查
带钢的生产流程复杂且漫长，开卷后带钢需要依次经过入口区、清洗区、退火区、镀锌区、光整区、后处理区等工序，最终在出口区卷取成品[6−8]。经过前期的分析，亮点缺陷主要产生在光整工序之后。为了精准定位亮点缺陷产生的具体环节，从光整区至出口区进行了细致的人工排查[9−10]。
排查过程中通过频闪灯进行观察，发现带钢在后处理区并无亮点缺陷，但当带钢经过出口活套后，亮点缺陷清晰可见。
现场对出口活套区辊系进行深入排查时发现10#张紧辊表面出现了异物聚集（见图4）。对10#张紧辊表面异物进行能谱仪检测（见图5），元素分析结果如表4所示。检测发现张紧辊表面异物主要包含Zn、O元素。结合整个生产工序流程进行综合分析，推断异物主要为ZnO锌灰及Zn粉。亮点缺陷的产生过程如图6所示，由于带钢表面镀层的ZnO及Zn粉脱落，堆积在张紧辊表面，形成近圆或椭圆状的凸起。当带钢经过张紧辊时，在两侧正压力的作用下带钢表面形成椭圆状压痕，压痕深度5~6 μm，从宏观角度观察呈现为点状亮点缺陷。
表 4 张紧辊表面异物元素分析（质量分数） %
| 图5位置 | C | O | Zn |
| 点1 | 13.44 | 6.91 | 79.65 |
| 点2 | 11.78 | 6.75 | 81.47 |
| 点3 | 11.83 | 8.00 | 80.17 |
结合生产实践排查分析，发现ZnO主要是由炉鼻子锌灰形成在炉鼻子内部，由于存在烟囱效应，加快了锌液的挥发速度。锌液与炉鼻子中微量的氧发生氧化反应，生成ZnO颗粒，从而形成ZnO锌灰。这些锌灰会落在带钢表面，对镀锌过程中Fe与锌锅中的Al生成的Fe2Al5抑制层形成以及锌层的附着产生不利影响。ZnO及Zn粉在出口活套段10#张紧辊表面聚集，在压力作用下最终形成亮点缺陷。
3.2 原因分析
3.2.1 炉鼻子内复杂的化学反应环境
在热镀锌生产过程中，炉鼻子内部的环境对锌液的氧化和锌灰的生成起着至关重要的作用。炉鼻子内的高温环境以及微量氧气的存在，为锌液与氧气的反应创造了条件。当锌液在高温下挥发时，其与氧气的接触面积显著增大，加速了氧化反应的进行，从而生成大量的ZnO颗粒。这些ZnO颗粒若不能得到及时有效地清除，便会随着带钢的移动落在其表面。一旦ZnO颗粒附着在带钢表面，不仅会影响后续抑制层的形成，还会破坏锌层的均匀性和完整性，为亮点缺陷的产生埋下隐患。
3.2.2 张紧辊表面异物聚集的形成机制及危害
出口活套10#张紧辊表面异物聚集是亮点缺陷产生的直接原因之一。在带钢的移动过程中，由于表面镀层的ZnO及Zn粉脱落，这些微小颗粒会逐渐堆积在张紧辊的表面。随着时间的推移，在张紧辊表面形成近圆或椭圆状的凸起。
当带钢经过张紧辊时，在张紧辊两侧正压力的作用下，这些凸起会被压入锌层，形成深度约为5~6 μm的压痕。压痕不仅破坏了锌层的平整度和完整性，还降低了锌层的附着力和耐腐蚀性。在后续的加工和使用过程中，这些压痕容易发展成为表面缺陷，影响产品的质量和性能。
3.2.3 光整工序对亮点缺陷产生的潜在影响
光整工序通常被用于改善带钢的表面平整度和粗糙度，以提高其力学性能和表面质量。然而在本研究中，亮点缺陷在光整工序后产生，表明光整工序可能在一定程度上对亮点缺陷的形成起到了促进作用。
光整过程中的压力分布不均、辊面状态不佳以及带钢运动速度不稳定等因素，均可能导致带钢表面受力不均。当带钢表面存在微小的缺陷或薄弱点时，这种不均匀的受力可能会进一步加剧缺陷的发展，导致亮点缺陷的出现。
3.3 现场改进措施及效果
为了从根本上解决亮点缺陷，采取了调整炉鼻子露点的改进措施。将炉鼻子露点从原来的–6 ℃调整至–10 ℃。通过调整露点，带钢表面的ZnO锌灰明显减少。这是因为降低炉鼻子露点能够有效降低炉鼻子内的氧分压，从而抑制Zn的氧化反应，减少ZnO锌灰的生成。
由于带钢表面的ZnO锌灰减少，形成的Fe2Al5抑制层更加均匀致密，锌层与基体的结合力也得到了显著提升。图7所示为调整露点前后镀锌过程中形成的抑制层形貌，调整露点前抑制层断续不均匀，调整露点后抑制层均匀致密。经过这一改进措施，亮点缺陷大幅减少，带钢表面亮点缺陷率由21%降低至1.5%。
4. 结束语
（1）热镀锌低碳钢表面亮点缺陷呈现凹坑状，其深度为5~6 μm，形状多为近圆状或椭圆状，在缺陷的中心部位氧元素富集。
（2）亮点缺陷的产生并非单一因素所致，而是多个环节相互作用的结果。亮点缺陷产生于出口活套10#张紧辊。在生产过程中，ZnO和Zn粉在带钢表面脱落并聚集在张紧辊表面，形成异物。当带钢经过张紧辊时，在两侧的压力作用下，异物压入锌层形成压痕，导致亮点缺陷。
（3）通过将炉鼻子露点从–6 ℃调整至–10 ℃，有效地减少了ZnO锌灰的生成。这一调整使得抑制层更加均匀致密，提高了锌层的附着力，有效减少了锌粉的脱落，带钢表面亮点缺陷的发生率从21%大幅降低至1.5%。
（4）热镀锌工艺的复杂性和多样性要求持续关注生产过程中的变化，不断优化工艺参数，加强质量控制和管理，以确保产品始终满足市场的高标准和严要求
来源--金属世界
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沪公网安备31011202020290号
