熱鍍鋁鋅硅鍍層凸點缺陷組織分析及生產工藝優化

岳崇鋒,江社明,王銀軍,劉 昕,張啟富,曲選輝

(1. 鋼鐵研究總院 先進金屬材料涂鍍國家工程實驗室,北京 100081; 2. 北京科技大學 材料科學與工程學院,北京 100083;3. 梅山鋼鐵公司 技術中心,南京 210039)

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應用技術

熱鍍鋁鋅硅鍍層凸點缺陷組織分析及生產工藝優化

岳崇鋒1,2,江社明1,王銀軍3,劉 昕1,張啟富1,曲選輝2

(1. 鋼鐵研究總院 先進金屬材料涂鍍國家工程實驗室,北京 100081; 2. 北京科技大學 材料科學與工程學院,北京 100083;3. 梅山鋼鐵公司 技術中心,南京 210039)

熱鍍鋁鋅硅鍍層板(Galvalum)因其優異的耐蝕性得到廣泛的應用，其生產技術已較成熟，而其產品(尤其是厚規格產品)表面質量控制一直是生產中的技術難點。凸點缺陷是該產品的主要缺陷之一，采用掃描電子顯微鏡(SEM)及其配備的能譜儀(EDS)，分別對凸點缺陷的表面、截面組織進行了分析，結果表明凸點缺陷是在熱浸鍍過程中形成，而沉沒輥積渣是凸點缺陷形成的重要原因。通過工藝優化，在沉沒輥上方增設積渣盤，可有效地減少產品凸點缺陷，提高鍍層表面質量。

熱浸鍍；鋁鋅硅；鍍層；缺陷；工藝優化

熱鍍鋁鋅硅鍍層主要成分為55% Al，43.4% Zn和1.6% Si，熱鍍鋁鋅硅鍍層板有很多商品名，其中最著名的是Galvalum，簡稱GL板。熱鍍鋁鋅硅鍍層具有優良的耐蝕性、耐熱性和抗高溫氧化性，主要應用于建筑業、家用電器、工業電氣柜等行業[1-6]。

經過幾十年的發展，熱鍍鋁鋅硅鍍層板的生產技術已經比較成熟，而其產品(尤其是厚規格產品)的表面質量控制一直是生產中的技術難點，其中凸點缺陷是影響該產品表面質量的主要缺陷之一[7-10]。為此，本工作分析了熱鍍鋁鋅硅鍍層凸點缺陷的組織及其產生原因，并對生產工藝進行了優化以避免凸點缺陷的形成，對提高產品質量，提高產品市場競爭力具有重要的意義。

1 試驗

分析試樣取自連續熱鍍鋁鋅硅生產線生產的鋁鋅硅鍍層鋼板，鋼板板厚度0.62 mm，基板成分見表1，鍍液成分為55% Al、43.4% Zn和1.6% Si，主要生產工藝參數見表2。

使用掃描電子顯微鏡(SEM)及其附屬能譜儀(EDS)鋁鋅硅鍍層凸點缺陷的表面、截面進行組織觀察，并進行能譜分析。

表1 基板成分

表2 鋁鋅鋼板生產線工藝

2 結果與討論

2.1 缺陷表面觀察

使用掃描電子顯微鏡對凸起缺陷表面進行觀察，缺陷表面形貌如圖1所示。從表面形貌看，突起缺陷呈凸起圓片狀，直徑約為2.2 mm，上表面已經被壓平。

圖1 缺陷表面形貌Fig. 1 Morphology of defect surface

2.2 缺陷表面EDS分析

對缺陷表面進行能譜(EDS)分析，分析結果如圖2、圖3及表3、表4所示。其中，圖3為圖2中A區域的凹坑局部放大圖片。由能譜分析結果可知，缺陷表面成分組成有：鋁、鋅、硅、鐵、碳、氧、鈣及少量氯、鎂、鉀等，說明缺陷表面夾帶了鋅鍋中的鋅渣。

圖2 缺陷表面EDS分析Fig. 2 EDS analysis of defect surface

圖3 缺陷凹坑部位(A區域)表面EDS分析Fig. 3 EDS analysis of defect surface (regional A)

%

表4 圖3各點元素質量分數

2.3 缺陷截面觀察

在缺陷位置垂直于缺陷表面進行線切割，經鑲樣，磨樣，拋光后使用掃描電子顯微鏡對其截面進行觀察，缺陷截面形貌如圖4所示。由截面SEM圖片可看出，凸點缺陷為表面粒狀鍍層壓入造成，非基板缺陷，因此可排除該缺陷在冷軋過程產生的可能性，缺陷是在熱浸鍍過程中形成的。

2.4 缺陷截面EDS分析

對缺陷截面進行能譜(EDS)分析，結果如圖5,6,7,8及表5,6,7,8所示。其中圖6,7,8分別是圖5中點A,B,C區域的放大圖片。由能譜分析結果可知，凸起缺陷主要組成成分仍為鋁、鋅、硅和鐵，仍為鍍液的主要成分，非外來夾雜物。

圖4 缺陷部位截面SEM圖片Fig. 4 SEM cross-section imag of defect site

圖5 缺陷截面EDS分析Fig. 5 EDS analysis of defect cross-section

圖6 缺陷截面(圖5中A區域)EDS分析Fig. 6 EDS analysis of defect cross-sectional (A region in Fig. 5)

圖7 缺陷(圖5中B區域)截面EDS分析Fig. 7 EDS analysis of defect cross-section (B region in Fig. 5)

圖8 缺陷(圖5中C區域)截面EDSFig. 8 EDS analysis of defect cross-section (C region in Fig. 5)

Tab. 5 Mass fraction of elements at each point in Fig. 5 %

表6 圖6中各點中元素質量分數

表7 圖7中各點中元素質量分數

表8 圖8中各點中元素質量分數

3 凸點缺陷成因分析

由以上熱鍍鋁鋅硅板缺陷部位表面，截面形貌可知，在該缺陷位置處并非存在夾雜物或其他物質，而是鍍層突出表面一定高度的微小凸起，光整后粒狀凸起表面被壓平。該粒狀缺陷凸起是由鍍層形成，并非基板缺陷，故可知此缺陷是在熱浸鍍過程中形成，是由鋅粒形成的凸點缺陷。能譜分析表明，該缺陷為帶鋼在鋅鍋中鋅渣被帶到鋼板表面形成，并在后續的平整工序中粒狀鋅渣表面被平整棍壓平。

厚規格產品由于運行速度慢，帶鋼更容易在鋅鍋中把鋅渣帶到鋼板表面，而不容易吹掃干凈。連續熱浸鍍生產時，鋅鍋中微米、毫米級的高熔點鋅渣較多，并容易在沉沒輥表面積渣。沉沒輥與鋼帶表面直接接觸，沉沒輥表面積渣是凸點缺陷形成的重要原因。

4 生產工藝優化

凸點缺陷形成的一個重要原因是沉沒輥表面積渣，沉沒輥表面積渣易被鋼板在熱浸鍍過程中夾帶在鋼板表面。減少或消除沉沒輥表面積渣對提高鍍層表面質量有明顯作用。為減小沉沒輥表面對鍍層質量的影響，現有技術可采用輥面涂層、在線刮刀除渣等方法減少沉沒輥表面積渣，而采用在線刮刀方法的缺點是沉沒輥表面積渣清除不徹底，如果鋅鍋熔體攪動劇烈，沉沒輥表面積渣更加嚴重。

通過現場工藝改進，可設計一種連續熱浸鍍沉沒輥積渣裝置，該裝置具體特征是：沉沒輥、上穩定輥的懸臂上設置多組積渣盤，積渣盤位于沉沒輥、上穩定輥之間，積渣盤不影響沉沒輥刮刀、上穩定輥刮刀的動作，積渣盤與沉沒輥、上穩定輥不接觸，積渣盤用不銹鋼螺栓固定于沉沒輥、上穩定輥的懸臂支架上。

積渣盤覆蓋沉沒輥大部分上表面，鋅鍋熔體攪拌、流動時，熔體中的鋅渣優先沉積于積渣盤中，上穩定輥刮刀在線刮除的大顆粒鋅渣優先沉積于積渣盤中，多組積渣盤結構形成欄柵，能夠減弱沉沒輥上方的局部熔體的強烈攪動，有利于鋅渣的沉積。

實際生產情況表明，在沉沒輥上方增設積渣盤，可有效的減少產品凸點缺陷，提高鍍層表面質量。

5 結論

(1) 通過對熱鍍鋁鋅硅板缺陷部位表面，截面形貌分析，可知在該缺陷位置處并非存在夾雜物或其他物質。能譜分析也表明，該缺陷為帶鋼在鋅鍋中把鋅渣帶到鋼板表面形成，該粒狀缺陷凸起是由鍍層組成，并非基板缺陷，故可知此缺陷是在熱浸鍍過程中形成，是由鋅粒形成的凸點缺陷。

(2) 厚規格產品由于運行速度慢，帶鋼更容易在鋅鍋中把鋅渣帶到鋼板表面，并且不容易吹掃干凈。沉沒輥與鋼帶表面直接接觸，沉沒輥表面積渣是凸點缺陷形成的重要原因。

(3) 減少或消除沉沒輥表面積渣對提高鍍層表面質量有明顯作用。可通過工藝改進，在沉沒輥上部增設積渣盤，鋅鍋熔體攪拌、流動時，熔體中的鋅渣優先沉積于積渣盤中，能夠明顯減少或消除沉沒輥表面積渣，可有效的減少產品凸點缺陷，提高鍍層表面質量。

[1] 張啟富,劉邦津,黃建中. 現代鋼鐵連續熱鍍鋅[M]. 北京:冶金工業出版社,2007.

[2] 呂家舜,李鋒,文偉,等. 鋁鋅硅熱浸鍍的侵蝕性及鍍層結構與性能研究[J]. 材料保護,2008,41(8):67-69.

[3] 劉邦津,吳鳳珍. 鋼帶連續熱鍍鋁鋅工藝及鍍層結構的研究[J]. 鋼鐵,1991,26(11):42-46.

[4] 史良權. 熱鍍鋁鋅合金鋼板[J]. 世界鋼鐵,2003,3:4-11.

[5] SELVERIAN J H. The microstructure of 55% Al-Zn-Si(Galvalume) hot-dip coating[J]. Mater Eng,1987,9(2):133-140.

[6] 陳斌鍇,郝曉東,江社明,等. 熱浸鍍鋁鋅硅鍍層鋅花不均缺陷形成原因分析[J]. 中國腐蝕與防護學報,2011,31(2):101-104.

[7] 郭太雄,賀同正,張勇,等. 熱鍍鋁鋅板溝槽印缺陷成因分析及預防措施[J]. 軋鋼,2010,27(4):55-58.

[8] 劉春富,賀同正,于丹. 熱鍍鋅用沉沒輥的改進[J]. 軋鋼,2009,26(6):70-73.

[9] 劉春富,胡紅. 熱鍍鋁鋅產品露鋼缺陷治理[J]. 云南冶金,2010,39(4):50-52.

Analysis of Bump Defect of Hot-Dipped Galvalum and Process Optimization in Production

YUE Chong-feng1,2, JIANG She-ming1, WANG Yin-jun3, LIU Xin1, ZHANG Qi-fu1, QU Xuan-hui2

(1. National Engineering Lab of Advanced Coating Technology for Materials, Central Iron & Steel Research Institute, Beijing 100081, China; 2. School of Materials Science and Engineering, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China; 3. Technology Center of Meishan Iron & Steel Co., Nanjing 210039, China)

Hot-dipped galvalum steel plates are widely used because of the excellent corrosion resistance. The production technology of galvalum steel plates is very mature, but the control of the surface quality of products (especially the thick specifications) is a difficult production technology. Bump defect is one of the main drawbacks for galvalum steel plates. The microstructure of the surface and section of the bump defects was analyzed by scanning electron microscopy(SEM) equipped with EDS. The results showed that the bump defect was formed during hot-dip, and one of important reasons for the formation of bump defect was the slag accumulation of sinking roller. The defect can be reduced effectively by process optimization.

hot-dip; Al-Zn-Si; coating; defect; process optimization

2014-07-10

國家“十二五”科技支撐計劃項目(2012BAJ13B03)

岳崇鋒(1983-)，博士研究生，從事熱鍍鋅及鋅合金工藝研究，13810305330，chongfengyue@163.com

TG174.443; TG172

B

1005-748X(2015)03-0306-04