某熱鍍純鋅卷大鋅花和發亮缺陷產生原因及改善措施

梁燕燕, 劉少先, 楊冬冬

(寶鋼湛江鋼鐵有限公司, 湛江 524072)

熱鍍鋅板是將薄鋼板浸入熔解的鋅槽中,使其表面黏附一層鋅，從而獲得良好耐蝕性的一種鋼板，廣泛用于冰箱、洗衣機、空調外板等對表面質量要求較高的家電產品[1-3]。國內鍍鋅產品分為熱鍍純鋅、熱鍍鋅合金化、熱軋鍍鋅、熱鍍鋁鋅、電鍍鋅和電鍍鋅鎳等6大類[4]，其中熱鍍純鋅的發展最為迅速。鋅花是熱鍍純鋅板外觀的重要特征，鋅花不均勻時會造成色差缺陷，使其不滿足汽車及家電產品的使用要求。彭曙等[5]研究了熱鍍鋅板表面鋅花的3種形態，即亮鋅花、羽毛狀鋅花和暗鋅花，不同鋅花形態是添加的微量元素對鍍層表面產生的偏析造成的[6-7]。某用戶在對A鋼廠生產的軋硬卷進行熱鍍純鋅后發現，產品肉眼可見鋅層表面鋅花偏大，且比正常熱鍍純鋅板表面更亮，對B鋼廠生產的軋硬卷進行熱鍍純鋅后，其表面質量良好。該用戶通過調整鋅液成分、氣刀和平整工藝，將A鋼廠和B鋼廠生產的近似規格的軋硬卷進行交錯生產，但仍無法消除A鋼廠產品中較為嚴重的大鋅花和發亮缺陷。該用戶月均采購軋硬卷5 000 t，其厚度主要集中在0.45～1.00 mm。

為查明熱鍍純鋅卷表面大鋅花和發亮缺陷產生的原因,筆者對兩個鋼廠生產的軋硬卷(厚度為0.75 mm)及其熱鍍純鋅卷進行了對比分析，并提出了改善措施，以避免該類問題的再次發生。

1 理化檢驗

1.1 化學成分分析

對A鋼廠和B鋼廠供給用戶的軋硬卷(分別記為軋硬卷A和軋硬卷B)進行化學成分分析，結果見表1。可知兩種軋硬卷的化學成分無明顯差異，均符合供貨協議的技術要求。

表1 兩種軋硬卷的化學成分

1.2 顯微組織觀察

對A鋼廠和B鋼廠生產的軋硬卷進行鍍鋅后(分別記為熱鍍純鋅卷A和熱鍍純鋅卷B)，觀察其截面的顯微組織，結果見圖1。可知兩種熱鍍純鋅卷的鐵素體晶粒尺寸均勻，晶界處析出物較少，基板與鋅層界面處的晶粒均為等軸晶，熱鍍純鋅卷A的晶粒較熱鍍純鋅卷B的稍大，這與材料厚度、退火溫度及熱軋卷取溫度有關。

圖1 兩種熱鍍純鋅卷截面的顯微組織

1.3 輝光光譜測試

采用輝光放電光譜儀(GDS)對兩種熱鍍純鋅卷表面鋅層的化學成分和深度進行測定。由圖2可見：兩種熱鍍純鋅卷表面鋅層與基板的阻礙層Fe2Al5中鋁的質量分數分別為0.47%與0.49%，相差不大；兩種熱鍍純鋅卷表面鋅層成分相當，且鋅層厚度均為6 μm左右。該軋硬卷為普通低碳鋼，合金元素較少，退火時帶鋼表面不會有活性元素的富集層，不會對熱鍍鋅工藝中阻礙層的形成造成影響。

圖2 兩種熱鍍純鋅卷表面鋅層的GDS測試結果

1.4 掃描電鏡分析

使用GI剝離液將熱鍍純鋅卷表面鋅層進行剝離，采用掃描電鏡(SEM)對剝離鋅層前后熱鍍純鋅卷的表面形貌進行觀察。由圖3可見：剝離鋅層前,兩種熱鍍純鋅卷表面均有軋機所留下的毛化坑；熱鍍純鋅卷B表面呈輕微的起伏狀，無明顯擇優取向，屬于波紋狀鋅花，反射率低；熱鍍純鋅卷A表面平整，無其他特征，屬于鏡面狀鋅花，反射率高。由圖4可見：剝離鋅層后，熱鍍純鋅卷A表面有凹坑狀平整印，粗糙度較低，這主要是鍍鋅工藝中的平整機組造成的；熱鍍純鋅卷B表面不僅有凹坑狀平整印，還有毛化坑；軋硬卷A的表面較軋硬卷B的平整、光滑，這與表2所測得的表面粗糙度和生產價格指數(Producer Price Index，PPI)完全吻合。KABOLI等[8]研究了基板粗糙度對熱鍍鋅板表面形貌的影響，結果發現低表面粗糙度的基板鍍鋅后會形成平整的鏡面狀鋅花形貌，高表面粗糙度的基板鍍鋅后在一定過冷度條件下會形成褶皺的波紋狀鋅花形貌。

表2 兩種軋硬卷的表面粗糙度及生產價格指數

圖3 兩種熱鍍純鋅卷表面鋅層的SEM形貌(剝離鋅層前)

圖4 剝離鋅層后兩種熱鍍純鋅卷及軋硬卷表面的SEM形貌

綜上分析，熱鍍純鋅卷表面發亮缺陷產生的主要原因是其表面形成了鏡面狀鋅花，該類鋅花反射率高，視覺上較波紋狀鋅花更亮。熱鍍純鋅卷表面產生大鋅花缺陷的主要原因是基板表面粗糙度過低，形核點較少，鋅液在基板表面的形核為非均勻形核，在鋅液結晶過程中，形核率與晶粒長大速率的比值較小，從而得到較大的鋅晶粒。

2 不同軋制方案條件下軋硬卷的表面粗糙度

熱鍍純鋅卷表面的大鋅花和發亮缺陷可通過提高軋硬卷的表面粗糙度來消除。A鋼廠酸軋機組為五機架六輥軋機，而軋硬卷的表面粗糙度主要取決于第五機架毛輥(未經打磨)的表面粗糙度及該機架的軋制力。在實際生產中，通常會批量生產近似規格的軋硬卷，隨著生產的進行，毛輥表面粗糙度會隨之下降，這時需提高第五機架的軋制力來保證軋硬卷的表面粗糙度。為保證軋硬卷的表面粗糙度滿足用戶提供的技術要求(0.6～1.6 μm)，設計了兩種軋制方案(表3)，對軋硬卷的表面粗糙度進行生產跟蹤并取樣測量。

表3 軋制方案及表面粗糙度測量結果

由圖5可見：按原始工藝進行生產約600 t產品后，軋硬卷的表面粗糙度衰減至0.6 μm以下；按方案一生產710 t產品后，勉強保證軋硬卷的表面粗糙度在0.6 μm左右；按方案二生產約710 t產品后，軋硬卷的表面粗糙度依舊在0.7 μm左右。

圖5 不同軋制方案下軋硬卷的表面粗糙度

在后續的實際生產中，用戶在對按方案二生產的高粗糙度軋硬卷進行鍍鋅后，未出現大鋅花和發亮缺陷。繼續按方案二生產1 000 t軋硬卷并進行鍍鋅后，其表面亦未出現大鋅花和發亮缺陷。方案一與方案二的軋制成本相當，在實際生產中首選方案二，若批量生產量較少，也可采用方案一。

3 結論及建議

(1) 熱鍍純鋅卷表面發亮缺陷的主要原因是其表面形成了鏡面狀鋅花，該類鋅花反射率高，視覺上較波紋狀鋅花更亮。熱鍍純鋅卷表面產生大鋅花缺陷的主要原因是基板粗糙度過低，導致形核點較少，鋅液在基板表面的形核為非均勻形核，在鋅液結晶過程中形核率與晶粒長大速率的比值較小，從而得到較大的鋅晶粒。

(2) 采用高粗糙度的毛輥進行軋制生產時，可保證軋硬卷的表面粗糙度基本沒有降低。在生產量較少時，考慮成本也可使用低粗糙度的毛輥，同時提高第五機架的軋制力。