热镀锌板镀层表面点状缺陷的分析方法

2020-12-20张涛，刘洋

中国金属通报 2020年10期

张涛，刘洋

（唐山钢铁集团有限责任公司，河北唐山 063000）

热镀锌板表层的缺陷有很多种，例如出现灰色版块、锌渣、凹坑、黑点、凸起等。这些表面的缺陷大多面积较小，很容易被人们所忽视。相关研究学者在分析板面表面的缺陷时，借助了扫描电镜、显微镜、能量谱分析等方法。经过多年研究，随着科学技术的提升，热镀锌材料的质量得到了极大的提升。但是对于汽车生产企业而言，汽车所用的板材需要保持干净清洁无任何缺陷，因此给热镀锌板材的质量控制技术带来极大的考验。对于钢板的而缺陷，划痕划伤直接会透过镀层显露出来。另外钢板表面存在的油污等脏污情况，也会导致镀层的贴合情况。另外表面的凹坑和黑点也会影响镀层的美观，因此为了提升汽车生产质量研究镀锌钢板表面处理工艺有着重要的作用。

钢材防腐的防暑主要是通过镀锌的方式来实现钢材的防腐效果，锌元素具有良好的耐腐蚀效果，在暴露环境下能够保证钢材不受到侵蚀。另外因元素的电位低于铁离子，镀锌后的锌镀层和内部铁元素形成电位差，这种原电池装置进一步提升了钢材的防腐效果，使得钢材的使用寿命大大延长。因此热镀锌产品等工业产物具有良好的抗腐蚀效果和较为美观的产品外形，同时镀锌具有良好的经济效益，能够降低后期的生产成本，因此值得被广泛推广。对于当前琳琅满目的钢铁制造品而言，热镀锌产品具有广泛的市场和发展前景。汽车行业所用的钢板经过热镀锌处理后，具有良好的外观和使用寿命，因此经过该技术处理后的热镀锌钢材可以被广泛用于汽车制造等领域。另外对于汽车行业所用的钢材的评断指标往往是通过表面质量和机械性能两个方面来看。特别是表面质量，对于汽车的镀层有着直接影响，因此提升热镀锌产品的质量对于汽车企业而言有着重要意义。在此背景下，本文采对热镀锌板表面状缺陷进行了分析，判别了产生典型点状缺陷的主要原因，并讨论了判断热镀锌板表面点状缺陷的主要分析方法和流程。

1 典型点状缺陷分析

1.1 镀层黑点

钢板黑点主要遍布在镀锌板的表面，通过激光扫面后可以发现，黑点大多直径在500μm,黑点的处的镀层厚度和周围正常镀层的厚度无差别。采用电子显微镜对黑点进一步观察后，用稀盐酸去除表层镀层，观察镀层下方的板材形貌。经过观察，发现黑点位置附近有较为平镇的压痕和摩擦痕迹，这就导致了镀层表面黑点下方存在圆形凹洞。基板上的凹洞直径为50μm。经过化学分析后可以得知，通常正常板材表面位置为锌和少量的铁铝等成分，这一点在黑点位置也有着相似的含量。但是不同的是黑点处存在较高的氧元素，这就说明了黑点很有可能是因为金属氧化物导致的。经过测试发现氧元素含量高达14%。因此可以总结而言，镀层黑点和基层表面的凹洞有着直接的关联，凹洞导致了接触面积的增加，因此促进了热镀锌过程中的其他反应，导致凹洞位置的镀层速度较快，出现凸点。而这些凸点虽然有着相同的成分，但是因为厚度的问题导致在后续光整操作中摩擦力增大，促进了氧化物的生成。

1.2 小硌坑

小硌坑可以理解为一个没有手感的黑点。通常需要用肉眼仔细观察后可以发现。通过激光扫描的方式可以发阿贤，小硌坑的的漏镀点为一个直径小于500μm、深度为15μm 左右的的凹坑，在凹坑附近的锌化组织和光整痕迹存在不规则破坏的情况。因此可以认为这个现象的出现是在光整工艺之后发生的。对凹坑附的化学成分进行分析后可以发现，同样举要较多的氧化铁颗粒，因此可以判定这些小硌坑是氧化铁颗粒被压到镀层中形成的。

1.3 锌灰颗粒

锌灰颗粒通常表现为一块灰色斑点，通过电镜扫描后，可以发现锌灰表面有着完整的压坑痕迹，但是没有明显的摩擦痕迹。锌灰的迟钝在1.5mm 左右，内部有大量圆形小颗粒存在，颗粒直径在5μm。通过对于锌灰位置的截面进行扫描分析，可以发现这些颗粒在截面中均匀分布。其化学分析可以发现，颗粒物的主要位置为氧元素和锌元素，其中氧元素的含量大于20%。

铁元素在溶解的而过程中，铁的溶解度随着铁元素的添加导致铁元素的溶解达到饱和状态。当过度饱和时，锌液中的铁元素和锌元素会生成金属化合物，化合物会导致锌铁残渣的含量增加，导致锌元素的损失大大增加。因此当铁元素过多时，此时锌液的粘稠程度也会大大增加，导致融化锌液体的流动性变低。上述情况会导致锌镀层过后，同时导致钢材表面的镀锌涂层易脆，同时表面颜色变灰，从而失去美观性。因此对于热镀锌产品而言，需要准确控制铁元素含量，通常要求为铁元素低于0.01‰，对于有较高要求的产品，其镀层含铁要低于0.008‰。

2 热镀锌板镀层的表面缺陷

2.1 锌锅辊引发的划伤

锌锅锟导致表面的划痕是镀锌钢板出现划伤的主要因素，因此划伤的大多是因为上述原因造成的。通常而言，锌锅辊的构成由沉没锟和校正锟以及稳定锟共同组成。由于其位置特殊原因，对于电机的转动有着一定的阻碍，因此很多都为被动运行。被动运行主要是借助钢表面和锌锅锟的棍面之间产生摩擦导致锅锟和带钢共同运行。但是锌液的成分变动等其他因素，导致摩擦力产生不足，从而无法良好带动锌锅锟的良好转动，从而导致钢板的划伤。

2.2 气刀条痕问题

当气到出现问题，例如喷嘴位置被堵塞，则会导致相应的锌镀层出现条状痕迹。因此条痕通常是由于气压刀的压力出现突然的变动，从而引发锌液溅射，导致气刀出现堵塞的情况。另外一种情况就是气刀和带钢之间的距离过近，另外，来料瓢曲和带钢受热不匀，以及张力过小都会导致气刀的闭塞，最终导致条痕出现。

通过上述分析，在生产过程中需要对于镀锌生产线的幅度进行良好的升降把控，另外需要注意钢板的形状，根据不同的形状调整气刀的高度和距离。以此来实现对于张力的准确把控。通过上述措施保证带钢和气刀之间的力学关系，同时降低了气刀堵塞的概率。另外当条痕出现时，则需要及时对于气刀进行清洁。

2.3 漏镀点

漏镀点主要就是只没有被镀层浸润的地方。在热镀锌的加工过程中，需要及时对于基板进行清洗，去除其外部的氧化铁和其他金属氧化物，保证基板的高度清洁，才能保证基板镀锌效果。

在实际生产过程中，工厂在生产汽车外板时会采用含铝的锌液进行加工，以此保证钢板有良好的美观性和光泽感。但是由于铝的化学性质活泼，较易生成氧化物，因此为了保证镀锌效果，要做更为严格的清洗工作。另外一些高强度钢材，例如含碳、磷、硅等元素时，需要避免热处理的过程出现析出的情况。析出物也会在钢材外表形成氧化物附着，因此导致漏镀点的生成。

2.4 凹坑

根据上文分析，凹坑的出现导致凹坑的镀层要远远薄于普通的镀层，这是由于镀层受到磨损而生成的。从外表分析来看，凹坑主要是由于设备形成的微小液滴的高度冲击而形成的。另外在镀层经过气刀环节中，里面的小颗粒被高速气流出散，而由于镀层质地较软，因此导致出现的凹坑无法在后期及时抹除，从而凝固成永久凹陷。

3 处理热镀锌板层面缺陷的措施

3.1 处理锌锅辊划伤措施

对于锌锅辊对钢材的磨损问题，笔者认为应当增加锌锅的张力，从而提升生产过程中的摩擦力。另外还需要提升锌液的质量，例如增加铝锑等金属的含量，降低铁元素的而使用，减少铁渣生成，提高锌液的流动程度。而锌液流动性的增加可以有力的带动锌锅锟的转动效果。另外对于反应过程中产生的残渣，要进行良好的后期处理才能流入市场。

3.2 选取润滑性较好的轧制油

选取性能相对较好的轧制油配置乳化液。而乳化液通常要具备较强的“离水展示性”，也就是在一定条件基础上，具有排出水析出油等作用。在进行冷轧时，乳化液会遭受高压和剪切力及温度升高等多种要素的影响，从而出现相转变，导致油从乳化液里析出，同时在辊缝位置产生一层润滑油膜，发挥润滑的作用。另外，因为水分气化带走大部分热量，还发挥着冷却作用。

3.3 避免锌花产生的对策

镉元素天然生存在锌元素中，镉元素会和锌液中的铅锡元素发生反应，导致镀层表面的锌花效果。当锌液中的镉元素低于1.0%时，其影响效果较低。当高于此数值时，则会导致镀层变脆，锌铁化合物涂层不均匀。因此对于镉元素的而含量需要有良好的把控。

日本的某企业连续热镀锌线，是把Zn 液里的Pb 含量降低至最小程度，同时严格控制与管理锌锅上方冷却速度，可以生产处拥有细微锌花的钢板。除此之外，在大型的带钢连续热镀锌的工艺生产线中，应用向液态锌层方面喷吹水和水蒸气或是水与空气混合物的手段，也能够获取细微的锌花。

3.4 加强清洗

由于钢材的镀锌在锌锅内部进行，因此要保证锌液的纯净程度。在液体中出了生产需要的额外金属元素外，需要避免其他金属杂质加入其中。其中铁元素的去除是当前难以规避的问题。这是因为铁元素存在锌锅的内部，因此需要做好锌锅内部的清洁工作。

强化清洗主要包含碱液刷洗与电解脱脂，能够有效清除冷轧带钢中表面铁血与油污等多种杂质，在生产表面质量要求相对比较高与镀层黏附性需求大镀锌产品中发挥关键作用。对于新建的热镀锌机组而言，其主要包含了碱液浸洗和电解清洗与热水刷洗等，能够把带钢表面相关残油与残炭总量有效控制在20mg/m2之下，从而满足热镀锌外板对于清洗质量的需求。