影響熱鍍鋅產(chǎn)品質(zhì)量的因素分析及相應措施

童水才

廣東省電力線路器材廠有限公司 廣東廣州 510450

熱鍍鋅是目前鋼鐵防腐蝕的主要手段之一，也是最成熟、應用最廣泛的鋼鐵防腐蝕技術(shù)。連續(xù)板帶熱鍍鋅鍍層鋼板廣泛應用于建筑、家電、汽車、交通等行業(yè)。隨著防腐蝕要求的提高，為了適應某些苛刻的使用環(huán)境，熱鍍鋅鍍層的種類和鍍層成分不斷發(fā)展，為了提高鍍層的耐蝕性，常在鋅液中添加不同的合金元素如鋁、硅、鎂、稀土等。按種類劃分鍍層主要有熱鍍純鋅鍍層鋼板、熱鍍鋅合金化鍍層鋼板、熱鍍鋁鋅鍍層鋼板、熱鍍鋅鋁鎂鍍層鋼板。

1 熱鍍鋅質(zhì)量因素

1.1 金屬化合物因素

在熱浸鍍鋅工藝的理論部分中，通常認為鍍鋅的形成過程是由鐵與鋅之間的化合物形成的，但是在鐵、鋅金屬化合物之間的形成過程包括其反應順序等機理一直沒有準確的答案。在熱浸鍍鋅工藝形成的初期階段，科學家認為熱浸鍍鋅的化合物生成順序是α、Γ、δ、ζ依次形成的。但是隨著熱浸鍍鋅工藝的不斷成熟，人們認為其金屬化合物的形成順序是α、ζ、δ、Γ。而這些機理的研究實驗都是針對鍍鋅層的試樣進行金屬相顯微實驗進行分析觀察進而得來的，通過對樣品中Fe-Zn元素的二元相形式圖片進行觀測分析，得到其中的化合物形成順序。而隨著現(xiàn)代化的元素檢測技術(shù)的不斷成熟，例如高分辨率的顯微設備、能譜分析技術(shù)、電化學逐層剝離技術(shù)、微區(qū)檢測技術(shù)等都日益完善，而這些技術(shù)設備對熱浸鍍鋅工藝中鍍鋅層形成順序以及組織結(jié)構(gòu)等方面都有著重要的作用。通過這些現(xiàn)代化的技術(shù)手段能夠更加準確的分析出熱浸鍍鋅工藝的機理。但是目前這些技術(shù)也都屬于末端分析的常規(guī)形式，而對于鍍鋅層的傳熱形式、傳質(zhì)、液固界面等內(nèi)容缺少針對性的研究手段[1]。

1.2 熱浸鍍鋅工藝

根據(jù)當前的熱浸鍍鋅工藝來看，鍍鋅層的形成大體上可以分為兩部分，即浸入環(huán)節(jié)以及脫離鋅浴后的冷卻環(huán)節(jié)。浸入環(huán)節(jié)是實現(xiàn)液固界面的關(guān)鍵階段，而冷卻環(huán)節(jié)則是固界面的擴散和成型階段。但結(jié)合實際操作可以發(fā)現(xiàn)，當材料離開鋅浴時，鍍鋅層還沒有完全形成，而此時的材料表面形成的合金層也與完全在室溫下形成的合金層有所區(qū)別，因此可以看出這一階段中合金層中的鋅元素與鐵元素依然在進行著擴散反應，同時，在這一階段中合金層上還附著一層處于液體狀態(tài)的鋅元素層，而這層液態(tài)的鋅元素層也正處于逐漸固化的狀態(tài)。而冷卻環(huán)節(jié)在整個熱浸鍍鋅工藝中很少被人們重視，但是在實際的操作中，如果出現(xiàn)問題則會造成非常嚴重的后果，通過試驗可以證實鋅元素與鐵元素需要在200℃到220℃之間進行擴散，但是如果長時間處于這一溫度區(qū)間內(nèi)，鋅鐵元素的擴散狀態(tài)由于其速度不同則會出現(xiàn)柯肯達爾現(xiàn)象，而這一情況最終會導致在材料上的鍍鋅層發(fā)生脫落。可以看出隨著熱浸鍍鋅工藝的不斷發(fā)展，其工藝機理中發(fā)現(xiàn)的問題也就越多[2]。

2 熱鍍鋅產(chǎn)品質(zhì)量控制措施

2.1 加入合金元素

為了降低鋅資源消耗，提高鋼鐵鍍層在更復雜環(huán)境中抗腐蝕能力，在鍍液中添加適量的合金元素是一種有效提高鍍層耐蝕性的方法。鋅鋁鎂鍍層鋼板以其優(yōu)異的耐蝕性能，目前被業(yè)界公認為最具發(fā)展?jié)摿Φ母吣臀g鍍層鋼板。目前國內(nèi)各大鋼廠都已經(jīng)認識到鋅鋁鎂鍍層鋼板的優(yōu)越性，都在關(guān)注并研發(fā)鋅鋁鎂鍍層產(chǎn)品。隨著不可再生鋅資源的減少、延長鋼鐵材料使用壽命周期的需求、環(huán)保的需要，高耐蝕鍍層鋼板是方向、是趨勢。用戶對新型鍍層鋼板的認識和接受以及用戶對產(chǎn)品的認證需要一個過程。鋅鋁鍍層鋼板的應用就是一個很好的例子，以前國內(nèi)鋅鋁鍍層鋼板的應用就很少，經(jīng)過了近十年的發(fā)展，目前鋅鋁鍍層鋼板在國內(nèi)已經(jīng)得到了廣泛的應用，被大量用作彩基板或直接用于家電、建筑等行業(yè)。高耐蝕鍍層鋼板的發(fā)展是一個永不停歇的過程，比如更為先進環(huán)保的連續(xù)真空鍍鋅鎂合金鍍層鋼板也是高耐蝕鍍層鋼板的一個發(fā)展方向，但是由于技術(shù)原因目前在國內(nèi)還沒有得到很好的發(fā)展[3]。

2.2 做好生產(chǎn)試驗

連續(xù)熱浸含Sb和Pb的鍍鋅帶鋼鋅花生產(chǎn)試驗，Sb元素的加入主要目的是促進鋅花的生長，鍍鋅基板采用普通SPCC冷硬鋼帶，其目標化學成分如表1所示。選取產(chǎn)品規(guī)格為1．44mm×1219．00mm，上 下 表 面 的 粗 糙 度 分 別 為 0．8μm 和 0．6μm；產(chǎn)品 規(guī) 格 為0．8mm×1000．0mm，上下表面粗糙度均為0．6μm，將生產(chǎn)試驗中的熱浸鍍鋅鋼板制備成150mm×75mm長方形試樣。為了避免破壞鈍化膜，試驗前不做清理處理，試樣邊部以5～10mm寬膠帶密封，自然放置至少12h后進行試驗。使用鹽霧試驗機將試樣通過72h5%中性連續(xù)噴霧鹽霧試驗，試驗后將試樣表面用流水清洗，然后熱風烘干。最后對試樣進行保護和外觀評級，以及相關(guān)缺陷的觀察。

2.3 控制鋅液溫度

生產(chǎn)實踐證明，鋅液溫度為455～460℃，帶鋼入鋅液的溫度穩(wěn)定在430～480℃時，最有利于形成粘附性良好的鋅層。由于帶鋼在加熱過程中內(nèi)芯孕育一定的熱量，很難達到內(nèi)外溫度一致，高溫輻射計所測帶鋼溫度也只是其表面溫度，因此帶鋼在進入鋅鍋后要釋放一部分熱量，而不同厚度帶鋼所帶入的熱量亦有很大不同。隨著帶鋼入鋅液溫度的升高，其表面較高的能量會加速Fe2Al5中間層的形成，但同時由于帶入鋅鍋大量熱量，易產(chǎn)生鋅液超溫和鋅疤鋅粒等缺陷。對于超厚鋅層來說，過高的帶鋼入鋅液溫度會使帶鋼在浸鋅后，內(nèi)芯核心熱向外擴散，作用于帶鋼表面不利于鋅層的結(jié)晶，在重力與持續(xù)的核心熱作用下形成沿帶鋼方向起始于帶鋼邊部，收縮于中間的大型“舌頭狀”鋅流紋。此外，F(xiàn)e、Zn繼續(xù)向Al-Fe中間層擴散，形成富鋅固溶體，粘附介質(zhì)被破壞，不利于鋅層粘附。

3 結(jié)語

在目前鋼材鍍鋅技術(shù)的不斷發(fā)展下，市場對熱鍍鋅的質(zhì)量要求抓緊提升，要求合理控制熱鍍鋅的質(zhì)量因素，找到最合適的生產(chǎn)技術(shù)條件，對指標進行合理控制，對設備進行優(yōu)化，不斷提升熱鍍鋅的質(zhì)量。