熱鍍鋁鋅板鍍層表面溝槽印及相應(yīng)條狀鋅花不均的對(duì)策研究

張強(qiáng)，黃曉明

（云南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，云南 昆明 650203）

鋼鐵氧化生銹會(huì)影響其外觀和使用壽命，抗氧化性差是其自身的致命弱點(diǎn)。因此，防止鋼鐵在使用過(guò)程中氧化生銹一直是人們需要解決的難題。熱鍍鋁鋅板是采用熱浸鍍的方法在鋼鐵表面鍍上一層鋁鋅合金防護(hù)層，它結(jié)合了熱鍍鋅板和熱鍍鋁板的特性，既具有純鋅鍍層的犧牲性保護(hù)及切邊電化學(xué)保護(hù)作用，又具有純鋁鍍層良好的抗高溫氧化性能和耐大氣腐蝕性能。此外，熱鍍鋁鋅板還具有高裝飾性的鋅花花紋，可以改善產(chǎn)品外觀，能夠進(jìn)一步滿(mǎn)足不同客戶(hù)的使用需求，熱鍍鋁鋅板產(chǎn)品近年來(lái)越來(lái)越受到國(guó)內(nèi)外的關(guān)注。在熱鍍鋁鋅板生產(chǎn)過(guò)程中鍍層表面存在鋅花不均和溝槽印一直是影響該產(chǎn)品表面質(zhì)量的主要原因之一，同時(shí)也成為了該產(chǎn)品表面質(zhì)量控制的技術(shù)難點(diǎn)。本論文是對(duì)熱鍍鋁鋅板表面鋅花不均和沉沒(méi)輥溝槽印的形成原因進(jìn)行分析和研究，根據(jù)研究結(jié)果提出了生產(chǎn)工藝改進(jìn)措施，為治理該產(chǎn)品表面溝槽印及條狀鋅花不均缺陷問(wèn)題提供了理論指導(dǎo)依據(jù)，對(duì)進(jìn)一步提高產(chǎn)品表面質(zhì)量具有重要意義。

1 熱鍍鋁鋅板產(chǎn)品的基材及合金鍍層成分

由于生產(chǎn)熱鍍鋁鋅板生產(chǎn)線(xiàn)的生產(chǎn)設(shè)備及生產(chǎn)工藝是在熱鍍鋅板生產(chǎn)線(xiàn)的基礎(chǔ)上研發(fā)成功的，所以二者的生產(chǎn)設(shè)備及工藝流程有很多地方是相似的，其工藝流程是以?xún)?yōu)質(zhì)冷軋板作為基材，經(jīng)開(kāi)卷、焊接、清洗、退火、熱浸鍍鋁鋅合金層、氣刀、冷卻、平整、鍍后處理、卷取等工藝后生產(chǎn)出熱鍍鋁鋅板產(chǎn)品。用于生產(chǎn)熱鍍鋁鋅板產(chǎn)品的常用基材有DX51D+AZ和DX52D+AZ 兩種，其化學(xué)主要成分是C、Mn、P、S。熱鍍鋁鋅板基材的兩側(cè)外表面是Al-Zn 合金鍍層，合金鍍層主要化 學(xué) 成 分 是Al55%±1.5、Zn43.5%±1.5、Si1.5%±0.2，雜質(zhì)成分Fe ＜0.45%、Cd ＜0.001%、Cu ＜0.001%、Pb ＜0.005%。

2 鍍層表面缺陷特征分析

2.1 溝槽印

在實(shí)際生產(chǎn)中跟蹤記錄發(fā)現(xiàn)，成品表面出現(xiàn)溝槽印缺陷與沉沒(méi)輥使用時(shí)間密切相關(guān)，剛開(kāi)始生產(chǎn)時(shí)，鍍層表面出現(xiàn)溝槽印現(xiàn)象不明顯，而在生產(chǎn)中、后期沉沒(méi)輥使用較長(zhǎng)時(shí)間后產(chǎn)品開(kāi)始出現(xiàn)嚴(yán)重溝槽印。此外，在生產(chǎn)中，跟蹤觀察發(fā)現(xiàn)沉沒(méi)輥出鍋時(shí)輥面狀態(tài)被腐蝕破壞的，而且表面黏附著結(jié)瘤（如圖1），聚集到沉沒(méi)輥溝槽處的結(jié)瘤會(huì)給帶鋼造成劃傷、沉沒(méi)輥溝槽印，甚至出現(xiàn)沉沒(méi)輥與帶鋼之間相對(duì)滑動(dòng)而造成沉沒(méi)輥故障。

圖1 號(hào)沉沒(méi)輥出鋅鍋時(shí)表面形貌

圖2 產(chǎn)品條狀鋅花不均形貌

2.2 鋅花不均

在實(shí)際生產(chǎn)中，常見(jiàn)鋅花不均缺陷主要形貌有沉沒(méi)輥溝槽印造成的條狀鋅花不均、氣刀氣流造成的鋅花不均、冷卻速度不均造成的鋅花大小不均和鍍液成分不均造成的鋅花不均。對(duì)成品表面的鋅花不均進(jìn)行觀察分析后發(fā)現(xiàn)，鍍層表面的鋅花不均缺陷主要是以條狀鋅花不均為主（如圖2），而且其條狀鋅花形貌的間距與沉沒(méi)輥溝槽間距具有良好的對(duì)應(yīng)性。因此，可推斷在熱鍍鋁鋅板生產(chǎn)的中、后期沉沒(méi)輥的表面產(chǎn)生了結(jié)瘤，結(jié)瘤影響了鍍層的正常結(jié)晶，從而使鍍層表面出現(xiàn)了條狀的鋅花紋路。

2.3 結(jié)瘤成因分析

將沉沒(méi)輥上的結(jié)瘤取樣后，用掃描電子顯微鏡和能譜分析儀進(jìn)行檢驗(yàn)分析。分析結(jié)果表明，結(jié)瘤是由Fe 在達(dá)到飽和濃度時(shí)與Zn、Al 發(fā)生反應(yīng)而形成的鋅-鐵合金化合物（FeZn7、FeAl13）及鋁-鐵合金化合物（Fe2Al5）。合金鍍液中的Fe 主要來(lái)源有三個(gè)，一是鐵粉殘留于帶鋼表面沒(méi)有被清洗干凈，二是熱浸鍍時(shí)帶鋼表面的鐵與合金鍍液反應(yīng)而相互擴(kuò)散，三是來(lái)源于鍍液中的沉沒(méi)件。Fe 在鍍液中的飽和濃度是0.45%，當(dāng)鍍液中Fe 濃度超過(guò)飽和濃度就會(huì)與Zn、Al 發(fā)生反應(yīng)結(jié)晶析出附著在沉沒(méi)輥上生成結(jié)瘤或形成渣子下沉到鋁鋅鍋底。因此，熱浸鍍工藝環(huán)節(jié)必須控制好鍍液中Fe的含量，避免Fe 在鍍液中的含量達(dá)到飽和狀態(tài)時(shí)與Zn、Al發(fā)生反應(yīng)形成結(jié)瘤。

3 預(yù)防及改進(jìn)措施

3.1 沉沒(méi)輥改進(jìn)

一是對(duì)制作沉沒(méi)輥的材質(zhì)進(jìn)行耐腐蝕性研究，提高輥面的耐腐蝕性能，防止輥面受到腐蝕后在腐蝕面上形成結(jié)瘤。二是設(shè)計(jì)改善沉沒(méi)輥溝槽的形狀及尺寸，保證鍍液在沉沒(méi)輥溝槽中有良好的流動(dòng)性，避免鍍液聚集在溝槽出形成結(jié)瘤。三是可以用不帶溝槽的平整輥代替有溝槽的沉沒(méi)輥進(jìn)行生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)。

3.2 結(jié)瘤的控制

一是控制好帶鋼入鋁鋅鍋時(shí)的溫度，盡量將帶鋼入鍋時(shí)的溫度控制在580±10℃范圍內(nèi)，避免帶鋼入鍋溫度過(guò)低或過(guò)高而對(duì)鍍液溫度造成波動(dòng)。鍍液溫度過(guò)低會(huì)使Fe 合金化合物析出，溫度過(guò)高會(huì)使鐵與鍍液反應(yīng)速度加快而導(dǎo)致鍍液中Fe 含量過(guò)高。二是在熱浸鍍工藝環(huán)節(jié)增加預(yù)熱裝置，在添加鍍液成分時(shí)先將合金錠加入預(yù)熱裝置加溫融化到一定溫度再倒入鋁鋅鍋。三是制定合理的刮輥?zhàn)鳂I(yè)和撈渣作業(yè)操作規(guī)范和監(jiān)管制度。四是加強(qiáng)對(duì)鋁鋅鍋內(nèi)的鍍液進(jìn)行攪拌，確保鋁鋅鍋內(nèi)各區(qū)域鍍液成分的均勻性及溫度的均衡性。

4 結(jié)語(yǔ)

本論文對(duì)熱鍍鋁鋅板產(chǎn)品鍍層表面出現(xiàn)溝槽印及相應(yīng)條狀鋅花不均的缺陷問(wèn)題進(jìn)行了研究，研究分析表明，鍍層表面出現(xiàn)溝槽印及條狀鋅花不均是由沉沒(méi)輥結(jié)瘤所致。通過(guò)對(duì)實(shí)際生產(chǎn)工藝及結(jié)瘤成因的綜合研究分析，提出了通過(guò)改進(jìn)沉沒(méi)輥耐腐蝕性、改進(jìn)沉沒(méi)輥的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、控制鍍液中Fe含量及鍍液溫度等手段，可以有效地治理溝槽印及相應(yīng)條狀鋅花不均的缺陷問(wèn)題。