鈍化處理后熱鍍鋅板折邊發黑的原因分析及解決方法

關少康，王子明，程 博

（河鋼集團邯鋼公司冷軋廠，河北 邯鄲056015）

鈍化處理作為熱鍍鋅產品重要的表面處理方式，可以提高鍍鋅板的耐腐蝕性，延長使用壽命[1-2]。由于鋼卷從產品下線到客戶使用，會經歷貯存、運輸等很長的一段時間，因此對其耐蝕性要求極高，行業規定鍍鋅板在72 h中性鹽霧試驗中出現白銹面積需小于5%。

鈍化膜厚度及均勻性是影響鈍化產品耐蝕性的重要因素之一，過厚的鈍化膜會造成原料的浪費，過薄的鈍化膜又達不到耐蝕性要求[3-4]。

邯鋼冷軋廠冷基鍍鋅生產線使用的是輥涂式化涂機，工作原理是把鈍化液加入料盤內，蘸料輥將鈍化液帶出并隨輥子轉動轉移到涂覆輥表面，然后涂覆到鍍鋅板表面。使用客戶反映0.75 mm厚度規格、后處理方式為鈍化不涂油的DX53D+Z鋼種鍍鋅家電板在深沖加工過程中，對折部分出現黑色痕跡，嚴重影響外觀質量。本文通過鈍化膜厚分析、摩擦系數、磨損形貌等實驗分析原因，并從鈍化膜厚度、鹽霧試驗和鈍化工藝參數等方面研究，結合產線工況提出了相應的解決措施，以獲得厚度適當鈍化膜，避免再次出現黑色痕跡現象，在保證鈍化效果并滿足鹽霧試驗要求的同時也降低了生產成本。

1 實驗方案

對客戶提供的出現異常的樣板及正常樣板進行外觀形貌對比，用X-ray熒光光譜儀對兩種樣板的鈍化膜厚度進行檢測；使用摩擦系數儀器，摩擦100次后測試平均摩擦系數值；用Philips XL30/TMP型掃描電鏡（SEM）觀測樣板摩擦后的微觀形貌和組織結構分析黑色痕跡產生的原因。本文所提到的鈍化膜厚度用膜重來表示，膜重以測量鈍化膜中鉻離子含量來表征。

利用冷基鍍鋅線生產相同厚度規格的鈍化不涂油產品（鋼廠自用），改變鈍化工藝參數，測量相對應產品鈍化膜厚度并進行96 h中性鹽霧試驗。產線使用的鈍化液為Chemetall生產的Gardobond TP 10724/1三價鉻鈍化液，其技術質量標準見表1。

表1 Gardobond TP 10724/1三價鉻鈍化液技術質量標準

2 對折發黑產生原因分析

2.1 外觀形貌對比

對比客戶提供的樣板，如圖1所示，1-1圖A樣板為異常樣板，可以看出邊部紅色區域出現明顯黑色痕跡，1-2圖B樣板為正常樣板。

圖1 問題樣板與正常樣板對折效果圖

2.2 鉻膜厚度對比

用X-ray熒光光譜儀對兩塊樣板進行鈍化膜厚檢測，數據如下頁表2所示。通過對比可以看出異常樣板的膜厚遠高于正常樣板，比正常樣板高出約48%。

2.3 摩損性能對比

使用摩擦系數儀器，摩擦100次后測試平均摩擦系數值如表3所示，通過對比可以看出A樣板的摩擦系數相對較高，但兩塊樣板的摩擦數據都很穩定，未出現異常數據。

表2 鈍化膜厚度對比表

圖2 -1、2-2分別為A、B樣板的磨損形貌圖。在不斷進行磨損的過程中，鈍化膜內部微裂紋不斷形成和擴展，然后就形成碎片，碎片不斷剝落。從圖2-2可以看出B樣板的磨痕表面主要由粗糙區和相對平滑區組成。由于三價鉻鈍化膜沒有自愈修復功能，質地相對疏松，內部存在微觀裂紋。由于兩種樣板全部為鈍化不涂油的鍍后處理方式，在磨損過程中沒有外界潤滑劑的潤滑作用，隨著磨損的進行，摩擦生熱現象的激增，試樣表面溫度升高使鈍化膜呈現為粘滯性流動，宏觀表現出來就是磨損形貌上的平滑區域。同時鈍化膜內部裂紋不斷產生，使鈍化膜出現了剝落，表現出來就是磨損形貌的粗糙區域。從圖2-1可以看出，A樣板磨損區域的“凹坑”更明顯，基本全為粗糙區域，這正好是磨損嚴重、鈍化膜剝落的體現。

表3 磨損數據對比表

通過鈍化膜厚度、磨損性能及微觀形貌對比，可以明確鈍化膜厚度偏厚是造成A樣板出現對折黑色痕跡的原因。

3 影響鈍化膜厚度的因素分析

根據生產經驗可知，影響鈍化膜厚度的因素包括蘸料輥與涂覆輥間的壓力、鈍化液鉻酸點、蘸料輥與帶鋼間的壓力以及蘸料輥、輥與帶鋼運行速度比等。

有文獻[5-6]也指出鈍化膜層厚度與帶鋼運行速率成正比，厚規格帶鋼在低帶速和高輥間壓力的作用下造成鈍化膜偏薄；蘸料輥轉速越快，從鈍化液盤中帶出的液體越多，蘸料輥與涂覆輥之間的液體量就越多，可以在一定程度上提高鈍化膜厚度；但是蘸料輥速比過高容易導致鈍化液溢出、甩液等，造成鈍化液浪費或形成鈍化斑等缺陷；蘸料輥速比過低，容易造成鈍化液不足影響鈍化膜均勻性及表面質量。根據生產經驗，蘸料輥、涂覆輥與帶鋼速度比分別控制在70%、110%，可以得到良好的表面質量及鈍化效果。

考慮到現場工況、鋼種性能要求、連退爐加熱能力及產能要求，0.75 mm規格DX53D+Z產品在生產過程中產線速度基本保持在95 m/min，故在試驗過程中將運行速度、蘸料輥與涂覆輥的轉速比作為定量因素考慮，試驗結果如表4所示，其中鈍化液的鉻酸點表征Cr3+含量，鉻酸點值越大，Cr3+含量越高；包角表征涂覆輥與帶鋼之間的壓力大小，包角越大，涂覆輥與帶鋼之間的壓力越大，6號、7號包角分別表示為1—5號基礎上增加4圈、8圈壓力值，即增大包角。

表4 不同工藝條件下的鈍化膜厚度及鹽霧結果

從表4中可以看出，鈍化液鉻酸點是影響鈍化膜厚度的首要因素。對比1號和5號樣板，鈍化液中Cr3+濃度越高，涂覆到帶鋼表面的鈍化膜中Cr3+越多，即鈍化膜越厚。在其他因素不變的情況下，鈍化液鉻酸點與鈍化膜厚度成正比例關系。

蘸料輥在鈍化液中旋轉，把鈍化液帶到蘸料輥與涂覆輥之間的縫隙中。對比1號、2號、3號、4號樣板可以看出輥間壓力越大，鈍化膜厚度越小，這是由于蘸料輥與涂覆輥之間的壓力越大，帶到涂覆輥上的輥間液體量越小，涂覆到帶鋼表面的鈍化液量越少，鈍化膜越薄。

涂覆輥與帶鋼接觸，將鈍化液帶到帶鋼表面。帶鋼上下表的涂覆輥不在同一水平線上，帶鋼在兩輥的壓力作用下呈現“S”型，上下涂覆輥與帶鋼的壓力盡可能趨于一致，這樣就通過調整涂覆輥與帶鋼間的壓力來調節鈍化區域帶鋼板形，使帶鋼位于中間位置，避免出現帶鋼邊部無鈍化液的情況，即調整輥與帶鋼的壓力可以起到調整鈍化膜均勻性的作用。對比5號、6號、7號樣板，涂覆輥與帶鋼間的壓力增大，鈍化膜厚隨之減小，但效果不太明顯。由于涂覆輥為膠輥，與帶鋼間的壓力過大會加劇輥的磨損，影響鈍化效果及帶鋼表面質量，故在降低膜厚項目中不再考慮提高此壓力值。

對比各樣板鹽霧試驗結果，為保證鈍化效果，96 h鹽霧試驗盡量不出現白銹，鈍化膜厚度應控制在36 mg/m2以上。

4 應對方案

廠家提供的鈍化原液濃度太高，使用前需對原液進行檢化驗并加入適量的脫礦水進行稀釋。實際中，當不生產鈍化產品時，蘸料輥、涂覆輥也處于轉動狀態（不與帶鋼接觸），鈍化液處于自循環狀態，由于鈍化液盤內液體水分揮發的影響，鈍化液的濃度會提升，鈍化產品需安排集中生產，鈍化液酸點控制在52±2，蘸料輥與涂覆輥間的壓力控制在3 000~3 500 N，涂覆輥與帶鋼之間的壓力調整至帶鋼離開輥系時保持平直并保證涂覆輥液體全部涂至帶鋼表面。

經鈍化工藝優化后，鈍化膜厚度控制在36~40 mg/m2范圍內，96 h鹽霧試驗白銹率為0，同時客戶反映沖壓效果良好，未再出現對折黑色痕跡現象。

5 結論

1）后處理方式為鈍化不涂油的深沖鍍鋅板對折黑痕是由于鈍化膜厚度偏大，導致沖壓過程中磨損引起的。

2）通過降低鈍化液鉻酸點，提高蘸料輥與涂覆輥、涂覆輥與帶鋼之間的壓力可以降低鈍化膜厚度。通過優化鈍化工藝參數，將鈍化膜厚度控制在36~40 mg/m2范圍，可以得到滿足鈍化效果并達到客戶滿意的產品。