梁燕燕,刘少先,杨冬冬 (宝钢湛江钢铁有限公司,湛江 524072)
摘 要:某热镀纯锌卷表面产生了大锌花和发亮缺陷。采用化学成分分析、显微组织观察、辉光 光谱测试、表面粗糙度测量和扫描电镜分析等方法,对有缺陷和正常的热镀纯锌卷进行了对比,并 分析了该类缺陷产生的原因。结果表明:热镀纯锌卷表面发亮的主要原因是其表面形成了镜面状 锌花,该类锌花反射率高,视觉上较波纹状锌花更亮。热镀锌板表面产生大锌花缺陷的主要原因是 基板粗糙度过低,导致形核点较少,锌液在基板表面的形核为非均匀形核,在锌液结晶过程中形核 率与晶粒长大速率的比值较小,从而得到较大的锌晶粒,宏观上呈现出大锌花缺陷。
关键词:热镀纯锌卷;大锌花缺陷;发亮缺陷;表面粗糙度
中图分类号:TG115 文献标志码:B 文章编号:1001-4012(2022)03-0075-04
热镀锌板是将薄钢板浸入熔解的锌槽中,使其 表面黏附一层锌,从而获得良好耐蚀性的一种钢板, 广泛用于冰箱、洗衣机、空调外板等对表面质量要求 较高的家电产品[1-3]。国内镀锌产品分为热镀纯锌、 热镀锌合金化、热轧镀锌、热镀铝锌、电镀锌和电镀 锌镍等6大类[4],其中热镀纯锌的发展最为迅速。 锌花是热镀纯锌板外观的重要特征,锌花不均匀时 会造成色差缺陷,使其不满足汽车及家电产品的使 用要求。彭曙等[5]研究了热镀锌板表面锌花的3种 形态,即亮锌花、羽毛状锌花和暗锌花,不同锌花形 态是添加的微量元素对镀层表面产生的偏析造成 的[6-7]。某用户在对 A 钢厂生产的轧硬卷进行热镀 纯锌后发现,产品肉眼可见锌层表面锌花偏大,且比 正常热镀纯锌板表面更亮,对 B钢厂生产的轧硬卷 进行热镀纯锌后,其表面质量良好。该用户通过调 整锌液成分、气刀和平整工艺,将 A 钢厂和 B 钢厂 生产的近似规格的轧硬卷进行交错生产,但仍无法 消除 A 钢厂产品中较为严重的大锌花和发亮缺陷。 该用户月均采购轧硬卷5000t,其厚度主要集中在0.45~1.00mm。
为查明热镀纯锌卷表面大锌花和发亮缺陷产生 的原因,笔 者 对 两 个 钢 厂 生 产 的 轧 硬 卷 (厚 度 为 0.75mm)及其热镀纯锌卷进行了对比分析,并提出 了改善措施,以避免该类问题的再次发生。
1 理化检验
1.1 化学成分分析
对 A 钢厂和 B钢厂供给用户的轧硬卷(分别记 为轧硬卷 A 和轧硬卷 B)进行化学成分分析,结果 见表1。可知两种轧硬卷的化学成分无明显差异, 均符合供货协议的技术要求。
1.2 显微组织观察
对 A 钢厂和 B 钢厂生产的轧硬卷进行镀锌后 (分别记为热镀纯锌卷 A 和热镀纯锌卷 B),观察其 截面的显微组织,结果见图1。可知两种热镀纯锌 卷的铁素体晶粒尺寸均匀,晶界处析出物较少,基板 与锌层界面处的晶粒均为等轴晶,热镀纯锌卷 A 的 晶粒较热镀纯锌卷 B 的稍大,这与材料厚度、退火 温度及热轧卷取温度有关。
1.3 辉光光谱测试
采用辉光放电光谱仪(GDS)对两种热镀纯锌卷 表面锌层的化学成分和深度进行测定。由图 2 可 见:两 种 热 镀 纯 锌 卷 表 面 锌 层 与 基 板 的 阻 碍 层 Fe2Al5 中铝的质量分数分别为0.47%与0.49%,相 差不大;两种热镀纯锌卷表面锌层成分相当,且锌层 厚度均为6μm 左右。该轧硬卷为普通低碳钢,合 金元素较少,退火时带钢表面不会有活性元素的富 集层,不会对热镀锌工艺中阻碍层的形成造成影响。
1.4 扫描电镜分析
使用 GI剥离液将热镀纯锌卷表面锌层进行剥 离,采用扫描电镜(SEM)对剥离锌层前后热镀纯锌卷 的表面形貌进行观察。由图3可见:剥离锌层前,两 种热镀纯锌卷表面均有轧机所留下的毛化坑;热镀纯 锌卷B表面呈轻微的起伏状,无明显择优取向,属于 波纹状锌花,反射率低;热镀纯锌卷 A 表面平整,无 其他特征,属于镜面状锌花,反射率高。由图4可见:剥离锌层后,热镀纯锌卷 A 表面有凹坑状平整印,粗 糙度较低,这主要是镀锌工艺中的平整机组造成的; 热镀纯锌卷 B表面不仅有凹坑状平整印,还有毛化 坑;轧硬卷 A 的表面较轧硬卷 B的平整、光滑,这与 表2所测得的表面粗糙度和生产价格指数(Producer PriceIndex,PPI)完全吻合。KABOLI等[8]研究了基 板粗糙度对热镀锌板表面形貌的影响,结果发现低表 面粗糙度的基板镀锌后会形成平整的镜面状锌花形 貌,高表面粗糙度的基板镀锌后在一定过冷度条件下 会形成褶皱的波纹状锌花形貌。
综上分析,热镀纯锌卷表面发亮缺陷产生的主 要原因是其表面形成了镜面状锌花,该类锌花反射 率高,视觉上较波纹状锌花更亮。热镀纯锌卷表面 产生大锌花缺陷的主要原因是基板表面粗糙度过 低,形核点较少,锌液在基板表面的形核为非均匀形 核,在锌液结晶过程中,形核率与晶粒长大速率的比 值较小,从而得到较大的锌晶粒。
2 不同轧制方案条件下轧硬卷的表面粗糙度
热镀纯锌卷表面的大锌花和发亮缺陷可通过提 高轧硬卷的表面粗糙度来消除。A 钢厂酸轧机组为 五机架六辊轧机,而轧硬卷的表面粗糙度主要取决于第五机架毛辊(未经打磨)的表面粗糙度及该机架 的轧制力。在实际生产中,通常会批量生产近似规 格的轧硬卷,随着生产的进行,毛辊表面粗糙度会随 之下降,这时需提高第五机架的轧制力来保证轧硬 卷的表面粗糙度。
为保证轧硬卷的表面粗糙度满足 用户提供的技术要求(0.6~1.6μm),设计了两种轧 制方案(表3),对轧硬卷的表面粗糙度进行生产跟 踪并取样测量。 由图5可见:按原始工艺进行生产约600t产 品后,轧硬 卷 的 表 面 粗 糙 度 衰 减 至 0.6μm 以 下; 按方案一生产710t产品后,勉强保证轧硬卷的表 面粗糙度 在 0.6μm 左 右;按 方 案 二 生 产 约 710t 产品 后,轧 硬 卷 的 表 面 粗 糙 度 依 旧 在 0.7 μm 左右。
3 结论及建议
(1)热镀纯锌卷表面发亮缺陷的主要原因是其 表面形成了镜面状锌花,该类锌花反射率高,视觉上 较波纹状锌花更亮。热镀纯锌卷表面产生大锌花缺 陷的主要原因是基板粗糙度过低,导致形核点较少, 锌液在基板表面的形核为非均匀形核,在锌液结晶 过程中形核率与晶粒长大速率的比值较小,从而得 到较大的锌晶粒。
(2)采用高粗糙度的毛辊进行轧制生产时,可 保证轧硬卷的表面粗糙度基本没有降低。在生产量 较少时,考虑成本也可使用低粗糙度的毛辊,同时提 高第五机架的轧制力。 参考文献: [1] 杨文谦,刘翰志,王鹏,等.不同种类镀锌板抗腐蚀性 能研究[J].全面腐蚀控制,2015,29(5):28-30,79. [2] 谢英秀,金鑫焱,王利.宝钢热镀锌钢板的开发与展望 [J].宝钢技术,2017(1):1-6,11. [3] 张启富,刘邦津,黄建中.现代钢带连续热镀锌[M]. 北京:冶金工业出版社,2007. [4] 王利,程国平,袁明生.宝钢镀锌钢板的发展[J].中国 冶金,2005,15(1):17-20. [5] 彭曙,卢锦堂,杨元模,等.热镀锌钢板上锌花形成机 制的研究[J].井冈山大学学报(自然科学版),2014, 35(5):68-74. [6] CHANG S,SHIN J C.The effect of antimony additionsonhotdipgalvanizedcoatings[J].Corrosion Science,1994,36(8):1425-1436. [7] ZHUZX,SU XP,YINFC,etal.450 ℃isothermal sectionoftheZn-Fe-Sbternaryphasediagram[J]. JournalofAlloysandCompounds,2010,490(1/2): 541-547. [8] KABOLI S,MCDERMID J R.Effect of process variablesonthegrainsizeandcrystallographictexture ofhot-dipgalvanizedcoatings[J].Metallurgicaland MaterialsTransactionsA,2014,45(9):3938-3953.
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