鍍鋁鋅硅板露鐵缺陷原因分析

曹博蕊,趙 楠

(梅山鋼鐵公司技術中心,江蘇南京 210039)

鍍鋁鋅硅板露鐵缺陷原因分析

曹博蕊,趙 楠

(梅山鋼鐵公司技術中心,江蘇南京 210039)

梅鋼熱鍍鋁鋅硅產品在生產過程中帶鋼表面產生局部露鐵缺陷,通過對露鐵缺陷部位進行微觀形貌及能譜分析,結果表明：鍍鋁鋅板在生產中出現的露鐵缺陷,微觀形貌由多個小片狀露鐵組成;露鐵處不同部位的氧元素含量均較高,說明基板被氧化,這是導致浸潤性差、未形成合金層的主要原因;露鐵處鈦含量較高,可判斷為鈦的化合物在這些部位聚集,阻礙了鐵基板與鍍液的反應,這是導致未形成合金層的又一原因。通過對露鐵缺陷產生原因的分析,結合梅鋼熱鍍鋁鋅產線的工藝特點,提出了預防露鐵發生的控制措施。

鍍鋁鋅硅板;露鐵缺陷;分析;控制

1 引言

高鋁鋅合金鍍層產品是美國伯利恒鋼鐵公司于20世紀70年代開發的高耐蝕性鍍層產品,它綜合了鋁的優異耐蝕性與鋅的陰極腐蝕保護性,具有優良的耐大氣腐蝕能力,其耐蝕性是同樣鍍層厚度的熱鍍鋅鋼板的2～6倍[1]。此外,鍍鋁鋅鍍層還表現出良好的涂裝性、加工成形性和優良的熱反射性能。正是由于其良好的綜合性能,鍍鋁鋅產品的發展非常迅速,并廣泛應用于建筑、汽車、農業、家用電器等行業。但較熱鍍純鋅而言,鍍55%Al-Zn-1.6Si合金鍍液與鋼板的浸潤性相差很多,直接影響到鍍層的附著力及連續性,易產生漏鍍缺陷,進而影響產品的表面質量及耐腐蝕性能。其主要原因是由于鋁鋅硅鍍液中含鋁量過高,接近于Ⅱ型熱鍍鋁。眾所周知,鋁的熔點高、易氧化、表面張力大不易在鋼板表面浸潤,這是生產熱鍍鋁鋅硅產品比生產熱鍍鋅產品困難的主要原因[2]。以下重點研究熱鍍鋁鋅硅產品生產中出現的露鐵缺陷,對缺陷產生的原因進行了詳細的分析,并提出了預防措施。

2 實驗選材及方法

本實驗選材為梅鋼熱鍍鋁鋅生產線生產的DC51D+AZ鍍鋁鋅板,該鍍鋁鋅產線采用改良森吉米爾法,在生產過程中鋅鍋溫度控制在600℃左右,帶鋼入鋅鍋溫度控制在600℃左右,鋅鍋內鋅液成分為55%Al-Zn-1.6Si,熱鍍鋁鋅后還進行平整、拉矯及后處理等工序。現場生產時發現帶鋼表面存在局部的片狀黑點缺陷,見圖1所示。在存在缺陷的鍍鋁鋅鋼板上取樣,用掃描電鏡觀測缺陷形貌,采用能譜分析其成分,并在質量正常部位取樣進行對比分析。

圖1 露鐵缺陷宏觀照片

3 結果與討論

3.1 露鐵缺陷表面形貌特點

把缺陷樣板放在掃描電鏡下采用較低放大倍數(80倍)觀察,形貌見圖2所示。從圖2中可見,鍍鋁鋅板露鐵缺陷處形貌基本一致,在鍍鋁鋅典型枝晶狀表面夾雜著不規則的片狀缺陷,平均尺寸約0.5 mm。取其中一處放大觀察,其形貌見圖3所示。從圖3中可見,缺陷處形貌可區分為兩種,一種為黑色的較為平坦的類似鐵基體,另一種為疏松的灰白色顆粒狀物質,凌亂分布在黑色物質之上。

將圖3位置進一步放大進行觀察,見圖4、5所示。從圖4中可以看出,在6000倍下觀察黑色物質形貌較單一,與圖3基本一致;而在圖5中,同樣6000倍下觀察灰白色顆粒發現其形貌更為復雜,在黑色基體上存在一些直徑約0.5μm的小凹坑,在部分凹坑上有直徑約0.5μm白色小顆粒狀物質,呈團簇狀零星分布,整個觀察視場內有貫穿黑色基體、小凹坑及白色小顆粒物質的多條裂紋,且裂紋分布沒有規律性。

3.2 露鐵缺陷成分分析

采用掃描電鏡能譜儀對兩種缺陷形貌位置分別進行成分分析,黑色物質的形貌及成分見圖4、表1,白色顆粒狀物質的形貌及能譜見圖5、表2。從表1可以看出,黑色物質主要成分為鐵元素,同時含有微量的碳、錳、鋅、鋁元素,可以判斷黑色物質為鐵基板。從表2可以看出,白色顆粒狀物質的主要成分為Fe、O、Ti,同時含有少量的Al、Zn,未發現Si元素。不同部位的氧元素含量均較高,平均值達19.25%,說明基板被氧化,這是導致浸潤性差、未形成合金層的主要原因。位置1和位置3的鈦含量分別達4.24%和8.49%,說明鈦或鈦的化合物在這些部位聚集,阻礙了基板與鍍液的進一步反應,是導致未形成合金層的又一原因。

圖2 缺陷處低倍形貌

圖3 缺陷處高倍形貌

圖4 類似黑色基體的高倍形貌

圖5 白色顆粒物的高倍形貌

表1 黑色物質的能譜結果(質量百分含量,%)

表2 白色顆粒狀物質的能譜結果(質量百分含量,%)

3.3 正常部位合金層表面形貌特點及成分分析

把鍍鋁鋅板正常部位表面的鍍層去除后,在掃描電鏡下觀察合金層表面,形貌見圖7、8所示。從圖中可見,正常部位的合金層主要由灰白色小顆粒、灰色棱柱狀大顆粒、絮狀物質組成,與露鐵部位的合金層形貌差異很大。整個觀察視場內也存在貫穿的多條裂紋,且裂紋分布沒有規律性,這與缺陷部位是一致的。

圖7 正常合金層低倍形貌

對正常部位合金層不同形貌處進行了能譜分析,結果見表3所示。從表中可以看出,灰白色小顆粒和灰色棱柱狀物質的Al和Fe含量都較高,并且含有一定量的Si和Zn,絮狀物質的Si含量極高,合金層表面未檢測出氧元素。根據文獻資料[3]可知,灰色棱柱狀物質為T5相,灰白色小顆粒為θ相,絮狀物質則為富硅相,這些相組成了熱鍍鋁鋅硅產品的完整合金層,確保了鍍層的良好結合力。

圖8 正常合金層高倍形貌

表3 正常部位合金層表面的能譜結果(質量百分含量,%)

4 缺陷原因分析及預防措施

相對于熱鍍鋅而言,熱鍍55%鋁鋅硅由于其鋁含量高,鋼板與鍍液的浸潤性相對較差,因此對帶鋼表面清潔度要求極高。首先,若帶鋼表面局部存在輕微氧化進入鋅鍋,直接導致漏鍍或鍍層附著力下降。其次,鍍浴中的鋁和鈦元素活性極高,也極易被氧化漂浮在鍍浴表面,若這些面渣粘到鋼帶上,也會導致漏鍍或惡化鍍層的附著性。再次,熱鍍鋁鋅鍍液溫度一般控制在600℃左右,在這么高的溫度下,爐鼻子內沒有保護層的鋅液極易蒸發或氧化,鋅蒸汽直接附著在鋼板上或鋅蒸汽附著在爐鼻子內設備上形成鋅粉后掉落在鋼板表面都會影響鋼板與鍍液的直接接觸,從而形成針孔狀的漏鍍缺陷。

為預防露鐵缺陷的產生,可以通過以下措施加以控制：

(1)采用改良森吉米爾法工藝生產GL產品,必須將空氣燃燒比例控制在一個相對穩定的區間內,才能保證燃氣完全燃燒的同時不會導致帶鋼表面的過度氧化;同時控制好NOF爐入口的開口度,防止爐口處水汽凝結滴落在板帶上引起漏鍍。

(2)提高爐內還原氣體的濃度。對于熱鍍鋅臥式加熱爐一般氫氣含量控制在15%～25%,而鍍鋁鋅線臥式加熱爐則可能提高至35%及以上,保證帶鋼表面氧化物被徹底還原。

(3)嚴格控制在爐鼻子處通入的保護氣體的純度。要求含氧量小于5～10ppm,露點在-40℃以下,以防止保護氣體中的雜質與鍍浴發生反應。

(4)強化脫脂清洗的效果,最大限度地除去鋼板表面的油污、銹蝕、鐵屑和灰塵等雜質。要求原料儲存時間較短,一般不超過一個星期,防止帶鋼表面氧化嚴重發生漏鍍。

5 結論

(1)鍍鋁鋅板在生產中出現局部露鐵缺陷,其微觀形貌由多個小片狀露鐵組成。露鐵處不同部位的氧元素含量均較高,平均值19.25%,說明基板被氧化,這是導致浸潤性差、未形成合金層的主要原因;露鐵處鈦含量較高,為鈦的化合物在這些部位聚集,阻礙了基板與鍍液的反應,這是導致未形成合金層而發生露鐵的又一原因。

(2)正常鍍鋁鋅板的合金層形貌由灰白色的小顆粒、灰色棱柱狀大顆粒和絮狀物質組成,化學成分主要包括Fe、Al、Zn、Si四種元素。

[1] 劉益民.寶鋼冷軋3號熱鍍鋅機組采用的高鋁鋅合金熱浸鍍生產技術簡介[J].寶鋼技術,2004(增刊)：12-16,19.

[2] 李九嶺,鄭洪道,汪曉林.鋁鋅硅鍍層板露鋼缺陷的產生與對策[J].武鋼技術,2010,48(5)：54-58.

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

Analysis of Uncoated Defect in Al-Zn-Si Coating Plate

CAO Borui,ZHAO Nan
(The Technology Center of Meishan Iron&Steel Co.,Nanjing 210039,Jiangsu,China)

Uncoated defect was formed in the plate surface during the hot-dipping Al-Zn-Si process of Meishan Steel. In the paper,uncoated defect was analyzed by scanning electron microscopy and energy-dispersive spectroscopy.The uncoated defect contained many little pieces,and had high oxygen element.It means the plate was oxidized,and what lead to bad wettability and inchoate alloy layer.The uncoated defect had higher titanium element,which means titanium compounds gathered in somewhere.Titanium compounds hinder the further reaction of the plate and the bath,and it is the other reason of inchoate alloy layer.Combined with the feature of the production line of Meishan Steel,the preventive and control measures of uncoated defect are put forward.

hot-dipped Al-Zn-Si plate,uncoated defect,analysis,control

TG178

A

1001-5108(2017)04-0042-04

曹博蕊,工程師,碩士研究生,主要從事熱涂鍍相關的工藝研究。