一種汽車外板熱鍍純鋅產品小黑點成因及處理

阮星誼

(寶山鋼鐵股份有限公司)

0 引言

純鋅鍍層產品，因其具有良好的耐腐蝕性能，以及多樣化的性能，能夠滿足各種后續加工以及使用的要求［1－2］。熱鍍純鋅產品(簡稱GI)因其綜合性能優越，成為汽車外板的主流首選品種［3］。由于汽車外板的表面質量要求非常嚴格，故此其固有的表面小黑點缺陷經常導致產品質量下降，嚴重時引發汽車廠家的質量異議或退貨。

國內某條汽車外板熱鍍純鋅機組在生產汽車外板過程中突然發現帶鋼表面的小黑點缺陷頻率和嚴重程度增加，導致產品等級下降。常規認識中，帶鋼表面的小黑點缺陷由鋅渣或異物造成。故此按常規控制方法進行調整，但未能改善板面質量。筆者針對這種特殊小黑點缺陷進行分析，并給出了其發生機理以及解決方案。

1 缺陷分析

1．1 缺陷樣板宏觀分析

為了能夠確認此缺陷的發生機理，首先分析了其宏觀形貌，如圖1 所示。

從圖1 可以看出，呈現全板面黑色小點狀滿天星無規則分布，放大20 倍后，其表面形貌與附近正常位置存在輕微差異，肉眼未見有異常物質存在。

1．2 缺陷樣板微觀分析

圖1 缺陷樣板的宏觀形貌

將小黑點缺陷進行取樣，將缺陷部位在電鏡下放大并進行元素分析，如圖2 所示。

圖2 小黑點鋅層形貌和SEM 成分

從圖2 可以看出，此處異常的鋅層表面呈現疏松孔狀，但元素成分與正常位置的鋅層的結果相同，無異常元素;對部分典型的小黑點缺陷進行斷面觀察，其缺陷處鋅層偏厚，但未發現異常物質(如圖3所示)，排除了鋅渣、異物壓入和基板爆發組織的可能性。

圖3 缺陷剖面圖

將缺陷樣板用HCl 溶液浸泡去除鋅層，如圖4所示。在小黑點對應基板位置出現小凹坑，其凹坑處成分未發現異常元素，與正常基板無差別。

圖4 小黑點區域基板形貌及SEM 成分

2 缺陷成因分析和討論

圖4 凹坑周圍出現單向的擠壓堆積，堆積處表面出現明顯疏松孔狀紋路，與圖2 鋅層形貌類似，可以斷定此小黑點缺陷為凹坑處鋅層超厚被平整機平整映射基板形貌所致。從圖4 中還可以看出，此凹坑周圍存在明顯的軋機軋制紋(單箭頭線表示)，而在凹坑處沒有發現軋制紋;同時此凹坑的長度方向(用雙箭頭線表示)與軋制紋約成30 °夾角，排除在軋機處產生的可能性。另外，由于缺陷位置鋅層超厚(如圖3 所示)，排除在鍍鋅之后產生的可能性，可以鎖定此種基材凹坑缺陷產生于退火爐內。

另根據文獻報道［4～5］，在連續退火過程中，帶鋼表面的氧化物、鐵屑等或輥子本身磨損氧化物會在輥子表面粘結聚集，形成爐輥輥面結瘤。實際的情況與文獻報道相符，爐輥輥面結瘤如圖5 所示。爐輥的結瘤在帶鋼張力以及輥子與帶鋼之間的速差的作用下，復制在帶鋼基材，就產生上述類似凹坑。

圖5 退火爐中某輥輥面結瘤照片

3 改進措施以及效果

3．1 減輕結瘤程度

對爐輥進行在線修磨，減輕結瘤，但實際板面小黑點的缺陷程度改善程度不明顯;同時爐輥結瘤是逐漸加重的，一般不會發生突變，與本次小黑點缺陷突然加重在時間上不符。

3．2 減少帶鋼張力或輥子與帶鋼的速差。

因張力或速差變大時，凹坑的嚴重程度會增加。因此檢查上述因素，張力對比后未發現異常。速差通過爐輥負載的波動大小來進行間接確認，發現前期傳動軸斷裂后臨時焊接維持的張力輥的負載波動明顯加大，同時斷裂的時間點與小黑點加重的時間點吻合，故此將此傳動軸下機檢測，發現其臨時焊接處存在同心度偏差超標嚴重。更換新傳動軸后，生產的汽車外板產品，小黑點缺陷頻度明顯降低(如圖6 所示)，滿足了用戶要求。

圖6 改進后的帶鋼表面照片

4 結論

(1)由于爐輥傳動軸修復存在問題引起張力波動會造成帶鋼基板小凹坑缺陷，其會使鋅層表面形狀異于其他位置，從而導致宏觀小黑點缺陷。

(2)對于熱鍍鋅，需要重視爐輥的輥面狀態和負載情況，避免結瘤等表面突起對帶鋼基板造成影響。

［1］張啟富． 現代鋼帶連續熱鍍鋅［M］． 北京:冶金工業出版社，2007:1 －2．

［2］朱立．熱鍍鋅鋼板生產概述［J］． 鞍鋼技術，1999，36(6):58 －62．

［3］邊軍，劉相華，王國棟． 我國熱鍍鋅鋼板生產現狀及展望［J］．鋼鐵研究，2002，126(3):57 －58．

［4］李慶勝． 電工鋼退火爐陶瓷輥結瘤原因分析及改進措施［J］．寶鋼技術，2004，21(3):12 －15．

［5］盧國起，閻殿然，何繼寧，等．連續退火爐爐底輥涂層的研究進展［J］．焊接·切割，2007(6):68 －70．