摘 要:某熱鍍純鋅卷表面產(chǎn)生了大鋅花和發(fā)亮缺陷。采用化學(xué)成分分析、顯微組織觀察、輝光 光譜測(cè)試、表面粗糙度測(cè)量和掃描電鏡分析等方法,對(duì)有缺陷和正常的熱鍍純鋅卷進(jìn)行了對(duì)比,并 分析了該類(lèi)缺陷產(chǎn)生的原因。結(jié)果表明:熱鍍純鋅卷表面發(fā)亮的主要原因是其表面形成了鏡面狀 鋅花,該類(lèi)鋅花反射率高,視覺(jué)上較波紋狀鋅花更亮。熱鍍鋅板表面產(chǎn)生大鋅花缺陷的主要原因是 基板粗糙度過(guò)低,導(dǎo)致形核點(diǎn)較少,鋅液在基板表面的形核為非均勻形核,在鋅液結(jié)晶過(guò)程中形核 率與晶粒長(zhǎng)大速率的比值較小,從而得到較大的鋅晶粒,宏觀上呈現(xiàn)出大鋅花缺陷。

關(guān)鍵詞:熱鍍純鋅卷;大鋅花缺陷;發(fā)亮缺陷;表面粗糙度

中圖分類(lèi)號(hào):TG115 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:B 文章編號(hào):1001-4012(2022)03-0075-04

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(jī)、空調(diào)外板等對(duì)表面質(zhì)量要求 較高的家電產(chǎn)品[1-3]。國(guó)內(nèi)鍍鋅產(chǎn)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(lèi)[4],其中熱鍍純鋅的發(fā)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(shí) 會(huì)造成色差缺陷,使其不滿(mǎn)足汽車(chē)及家電產(chǎn)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(tài),即亮鋅花、羽毛狀鋅花和暗鋅花,不同鋅花形 態(tài)是添加的微量元素對(duì)鍍層表面產(chǎn)生的偏析造成 的[6-7]。某用戶(hù)在對(duì) A 鋼廠生產(chǎn)的軋硬卷進(jìn)行熱鍍 純鋅后發(fā)現(xiàn),產(chǎn)品肉眼可見(jiàn)鋅層表面鋅花偏大,且比 正常熱鍍純鋅板表面更亮,對(duì) B鋼廠生產(chǎn)的軋硬卷 進(jìn)行熱鍍純鋅后,其表面質(zhì)量良好。該用戶(hù)通過(guò)調(diào) 整鋅液成分、氣刀和平整工藝,將 A 鋼廠和 B 鋼廠 生產(chǎn)的近似規(guī)格的軋硬卷進(jìn)行交錯(cuò)生產(chǎn),但仍無(wú)法 消除 A 鋼廠產(chǎn)品中較為嚴(yán)重的大鋅花和發(fā)亮缺陷。 該用戶(hù)月均采購(gòu)軋硬卷5000t,其厚度主要集中在0.45~1.00mm。

為查明熱鍍純鋅卷表面大鋅花和發(fā)亮缺陷產(chǎn)生 的原因,筆 者 對(duì) 兩 個(gè) 鋼 廠 生 產(chǎn) 的 軋 硬 卷 (厚 度 為 0.75mm)及其熱鍍純鋅卷進(jìn)行了對(duì)比分析,并提出 了改善措施,以避免該類(lèi)問(wèn)題的再次發(fā)生。

1 理化檢驗(yàn)

1.1 化學(xué)成分分析

對(duì) A 鋼廠和 B鋼廠供給用戶(hù)的軋硬卷(分別記 為軋硬卷 A 和軋硬卷 B)進(jìn)行化學(xué)成分分析,結(jié)果 見(jiàn)表1。可知兩種軋硬卷的化學(xué)成分無(wú)明顯差異, 均符合供貨協(xié)議的技術(shù)要求。

1.2 顯微組織觀察

對(duì) A 鋼廠和 B 鋼廠生產(chǎn)的軋硬卷進(jìn)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(jié)果見(jiàn)圖1?？芍獌煞N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(guān)。

1.3 輝光光譜測(cè)試

采用輝光放電光譜儀(GDS)對(duì)兩種熱鍍純鋅卷 表面鋅層的化學(xué)成分和深度進(jìn)行測(cè)定。由圖 2 可 見(jiàn):兩 種 熱 鍍 純 鋅 卷 表 面 鋅 層 與 基 板 的 阻 礙 層 Fe2Al5 中鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)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(dāng),且鋅層 厚度均為6μm 左右。該軋硬卷為普通低碳鋼,合 金元素較少,退火時(shí)帶鋼表面不會(huì)有活性元素的富 集層,不會(huì)對(duì)熱鍍鋅工藝中阻礙層的形成造成影響。

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(jìn)行剝 離,采用掃描電鏡(SEM)對(duì)剝離鋅層前后熱鍍純鋅卷 的表面形貌進(jìn)行觀察。由圖3可見(jiàn):剝離鋅層前,兩 種熱鍍純鋅卷表面均有軋機(jī)所留下的毛化坑;熱鍍純 鋅卷B表面呈輕微的起伏狀,無(wú)明顯擇優(yōu)取向,屬于 波紋狀鋅花,反射率低;熱鍍純鋅卷 A 表面平整,無(wú) 其他特征,屬于鏡面狀鋅花,反射率高。由圖4可見(jiàn): 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(jī)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(cè)得的表面粗糙度和生產(chǎn)價(jià)格指數(shù)(Producer PriceIndex,PPI)完全吻合。KABOLI等[8]研究了基 板粗糙度對(duì)熱鍍鋅板表面形貌的影響,結(jié)果發(fā)現(xiàn)低表 面粗糙度的基板鍍鋅后會(huì)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(guò)冷度條件下會(huì)形成褶皺的波紋狀鋅花形貌。

綜上分析,熱鍍純鋅卷表面發(fā)亮缺陷產(chǎn)生的主 要原因是其表面形成了鏡面狀鋅花,該類(lèi)鋅花反射 率高,視覺(jué)上較波紋狀鋅花更亮。熱鍍純鋅卷表面 產(chǎn)生大鋅花缺陷的主要原因是基板表面粗糙度過(guò) 低,形核點(diǎn)較少,鋅液在基板表面的形核為非均勻形 核,在鋅液結(jié)晶過(guò)程中,形核率與晶粒長(zhǎng)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(fā)亮缺陷可通過(guò)提 高軋硬卷的表面粗糙度來(lái)消除。A 鋼廠酸軋機(jī)組為 五機(jī)架六輥軋機(jī),而軋硬卷的表面粗糙度主要取決于第五機(jī)架毛輥(未經(jīng)打磨)的表面粗糙度及該機(jī)架 的軋制力。在實(shí)際生產(chǎn)中,通常會(huì)批量生產(chǎn)近似規(guī) 格的軋硬卷,隨著生產(chǎn)的進(jìn)行,毛輥表面粗糙度會(huì)隨 之下降,這時(shí)需提高第五機(jī)架的軋制力來(lái)保證軋硬 卷的表面粗糙度。為保證軋硬卷的表面粗糙度滿(mǎn)足 用戶(hù)提供的技術(shù)要求(0.6~1.6μm),設(shè)計(jì)了兩種軋 制方案(表3),對(duì)軋硬卷的表面粗糙度進(jìn)行生產(chǎn)跟 蹤并取樣測(cè)量。

由圖5可見(jiàn):按原始工藝進(jìn)行生產(chǎn)約600t產(chǎn) 品后,軋硬 卷 的 表 面 粗 糙 度 衰 減 至 0.6μm 以 下; 按方案一生產(chǎn)710t產(chǎn)品后,勉強(qiáng)保證軋硬卷的表 面粗糙度 在 0.6μm 左 右;按 方 案 二 生 產(chǎn) 約 710t 產(chǎn)品 后,軋 硬 卷 的 表 面 粗 糙 度 依 舊 在 0.7 μm 左右。

在后續(xù)的實(shí)際生產(chǎn)中,用戶(hù)在對(duì)按方案二生產(chǎn) 的高粗糙度軋硬卷進(jìn)行鍍鋅后,未出現(xiàn)大鋅花和發(fā) 亮缺陷。繼續(xù)按方案二生產(chǎn)1000t軋硬卷并進(jìn)行 鍍鋅后,其表面亦未出現(xiàn)大鋅花和發(fā)亮缺陷。方案 一與方案二的軋制成本相當(dāng),在實(shí)際生產(chǎn)中首選方 案二,若批量生產(chǎn)量較少,也可采用方案一。

3 結(jié)論及建議

(1)熱鍍純鋅卷表面發(fā)亮缺陷的主要原因是其 表面形成了鏡面狀鋅花,該類(lèi)鋅花反射率高,視覺(jué)上 較波紋狀鋅花更亮。熱鍍純鋅卷表面產(chǎn)生大鋅花缺 陷的主要原因是基板粗糙度過(guò)低,導(dǎo)致形核點(diǎn)較少, 鋅液在基板表面的形核為非均勻形核,在鋅液結(jié)晶 過(guò)程中形核率與晶粒長(zhǎng)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(jìn)行軋制生產(chǎn)時(shí),可 保證軋硬卷的表面粗糙度基本沒(méi)有降低。在生產(chǎn)量 較少時(shí),考慮成本也可使用低粗糙度的毛輥,同時(shí)提 高第五機(jī)架的軋制力。

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