熱鍍鋅合金化產品抗粉化研究與改進

錢鑫

摘 要： 合金化熱鍍鋅鋼板已廣泛地用于汽車行業，如何消除汽車用合金化熱鍍鋅鋼板鍍層粉化等缺陷是鋼鐵生產廠家和用戶極為關注的熱點問題。本文主要介紹汽車用合金化熱鍍鋅鋼板鍍層粉化缺陷的產生原因及其消除措施。

關鍵詞： 熱鍍鋅；合金化；粉化

0 前言

鋅鐵合金鍍鋅板是普通鍍鋅板在出鋅鍋之后經過氣刀在鍍層沒有凝固之前經過460～540℃的在線退火后得到的具有不同Fe-Zn合金相結構的鍍層鋼板，鍍層中含有不同的金屬間化合物。由于合金化層是由Fe-Zn金屬間化合物構成，他們比鋅層硬而脆，在沖壓時易呈現粉末狀脫落[1]。

近年來，熱鍍鋅合金化鋼板以其優良的耐蝕性能、涂裝性能、焊接性能和較高的表面強度等優點己越來越多地應用于汽車上，但鋼板存在的最主要缺陷是目前鍍鋅工作者正在努力解決的鍍層大量粉化和脫落問題。板在沖壓過程中，除滿足相應的力學性能和表面性能外，鍍層的粉化量的大小直接影響著合金化熱鍍鋅板的沖壓加工性能，而鍍層的破壞不僅影響沖壓過程，還會惡化其耐蝕性能，且容易引起表面缺陷，影響涂裝后的外觀。因此，在滿足其它性能的同時獲得抗粉化性能良好的鍍層是合金化熱鍍鋅鋼板生產工藝技術開發的難點。本文通過針對馬鋼冷軋總廠3#鍍鋅線生產DC56D系列IF鋼在某汽車客戶使用出現較為嚴重的抗粉化性能差問題，通過工藝調整、實驗室分析、仔細排查，最終找出缺陷原因，制定解決措施，有效的改善抗粉化問題。

1 客戶使用問題描述

對2015年客戶使用DC56D產品進行數據統計，用戶現場共沖壓了13000件前后門內板，其中脫鋅比例為64%。用戶標準是脫鋅比例不大于3%。該鋼種產品不能滿足用戶需求。

通過現狀調查，2015年引起脫鋅的產品缺陷中，抗粉化性能差占不合格品的比例較大，達88.15%，是主要原因。粉化是在鋼板加工時，一合金以粉末狀或顆粒狀從鍍層上或接近鍍層表面的地方形成并剝落，粉化剝落下來的顆粒尺寸一般小于鍍層厚度，鍍層的粉化是鍍層在變形時，在鍍層內部破壞的一種形式，尤其在沖壓件的轉角處更容易發生[2]。

通過現場取樣進行抗粉化試驗，樣板折彎后粉化寬度5～6mm，對于該規格產品來說，抗粉化性能較差。

2 問題調查分析

2.1 清洗段效果排查

跟蹤鋅鐵合金在線生產時，用試紙檢測清洗段出口帶鋼表面質量時未發現表面因清洗效果不佳現象，帶鋼清洗效果較好，排除清洗段清洗不凈導致殘留油脂及鐵粉影響合金化抗粉化性能。

2.2 爐內氣氛排查

調查近3個月鋅鐵合金生產線退火爐氣氛情況，發現近3個月生產鋅鐵合金產品時退火爐沒有遇到自動報警情況。退火爐煤氣、氫氣及露點均處于正常狀態，無明顯異常，排除爐內氣氛導致抗粉化性能問題。

2.3 鋅鍋鋁含量排查

調查鋅鍋鋁含量的檢測結果，發現鋁含量分布在0.11%～0.135%之間，滿足0.11%～0.14%的設計要求。

2.4 合金化爐設備工藝參數排查

統計連續3月DC56D合金化溫度控制情況，發現該期間實際合金化出口溫度分布在506～525℃，均符合控制計劃要求。調查發現，雖然該部分DC56D在合金化生產設備工藝參數顯示滿足合金化出口溫度的前提下，但是按照該工藝生產的產品仍然出現鍍層粉化嚴重情況，無法滿足用戶需求。因此，合金化溫度無法反映該產品的實際抗粉化性能，需要合理設定合金化生產設備工藝參數才能保證鍍層抗粉化性能的穩定性，從而達到減少沖壓過程中脫鋅比例的目的。

3 工藝驗證

3.1 驗證邊部加熱器的影響規律

單開邊部加熱器時超過400KW時現場觀察已過合金化，因主感應加熱器和邊部加熱器在帶鋼邊部具有疊加效應，因此適宜的邊部加熱器功率不宜超過300KW，隨帶鋼厚度變薄邊部加熱器設定應相應降低。

3.2 驗證邊部加熱器的影響規律

保證邊部感應加熱功率不變，對主感應加熱進行調試。試驗結果表明主感應加熱器對粉化性能具有顯著影響，粉化性能隨主感應加熱器的增加而變壞，適宜的主感應加熱器范圍是1700KW-2000KW。

4 解決措施

通過生產工藝排查，鎖定為合金化爐工藝參數設備問題，導致該產品抗粉化性能較差。3#鍍鋅線合金化爐主要工藝段為：主感應加熱器區、邊部感應加熱器區、均熱爐區。為了達到相同的合金化出口溫度三個工藝段的參數可以有許多種的組合，但對鍍層的加熱效果不同；當帶鋼規格變化時，感應加熱器參數需相應調整，否則加熱效果不同。

通過選取產線典型規格的DC56D在線調試，在上文中分別研究主加熱器功率、邊部感應加熱器功率對鍍層抗粉化性能的影響，摸索出對于該規格品種較為切合的工藝參數。選取兩卷使用卷進行鍍層相結構、抗粉化性能進行檢測：兩卷鍍層表面均為大量ζ相+少量δ1相，相結構組成符合預期效果；抗粉化寬度分布在2.1mm～2.6mm。

5 結束語

粉化是合金化熱鍍鋅鋼板的一個固有特征，不能完全消除，只能通過控制，使產品抗粉化性能達到滿足客戶的需求。鍍層的粉化和剝離不僅影響沖壓過程，而且還惡化耐蝕性能，且容易引起表面缺陷，影響涂裝后的外觀。因此，在滿足其它性能的同時獲得抗粉化性能和附著力良好的鍍層是熱鍍鋅鋼板生產工藝技術開發的難點。本文通過選取產線典型規格DC56D產品進行試驗，對工藝進行改進后，抗粉化寬度由原來的5～6mm降低至2～3mm左右，產品抗粉化性能相比之前有較為明顯提高。

隨著汽車廠家對不同規格鋼種抗粉化性能的差異化需求，建立不同鋼種規格的鋅鐵合金產品最佳鍍鋅工藝、合金化工藝，通過調整合金化工藝得到想要得到的鍍層組織和性能，這些是后續不斷努力方向，也是今后合金生產的研究重點。

參考文獻

[1] 王川.合金化溫度對高強IF鋼GA板鍍層組織及性能的影響，材料熱處理學報，2014，（9）.

[2] 劉聽.熱鍍鋅合金化鋼板成形過程中鍍層粉化機理研究.碩士論文，2010，（4）.