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 光譜測試、表面粗糙度測量和掃描電鏡分析等方法,對有缺陷和正常的熱鍍純鋅卷進(jìn)行了對比,并 分析了該類缺陷產(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,該類鋅花反射率高,視覺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,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

中圖分類號:TG115 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:B 文章編號: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)外板等對表面質(zhì)量要求 較高的家電產(chǎn)品[1-3]。國內(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[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 會造成色差缺陷,使其不滿足汽車及家電產(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鍍層表面產(chǎn)生的偏析造成 的[6-7]。某用戶在對 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(chǎn)的軋硬卷 進(jìn)行熱鍍純鋅后,其表面質(zhì)量良好。該用戶通過調(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)行交錯生產(chǎn),但仍無法 消除 A 鋼廠產(chǎn)品中較為嚴(yán)重的大鋅花和發(fā)亮缺陷。 該用戶月均采購軋硬卷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 兩 個 鋼 廠 生 產(chǎn) 的 軋 硬 卷 (厚 度 為 0.75mm)及其熱鍍純鋅卷進(jìn)行了對比分析,并提出 了改善措施,以避免該類問題的再次發(fā)生。

1 理化檢驗

1.1 化學(xué)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(jìn)行化學(xué)成分分析,結(jié)果 見表1?？芍獌煞N軋硬卷的化學(xué)成分無明顯差異, 均符合供貨協(xié)議的技術(shù)要求。

1.2 顯微組織觀察

對 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(xué)成分和深度進(jìn)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(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。

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: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 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(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所測得的表面粗糙度和生產(chǎn)價格指數(shù)(Producer PriceIndex,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(jié)果發(fā)現(xiàn)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。

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(chǎn)生大鋅花缺陷的主要原因是基板表面粗糙度過 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(fā)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(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。在實際生產(chǎn)中,通常會批量生產(chǎn)近似規(guī) 格的軋硬卷,隨著生產(chǎn)的進(jìn)行,毛輥表面粗糙度會隨 之下降,這時需提高第五機(jī)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(shù)要求(0.6~1.6μm),設(shè)計了兩種軋 制方案(表3),對軋硬卷的表面粗糙度進(jìn)行生產(chǎn)跟 蹤并取樣測量。

由圖5可見: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)的實際生產(chǎn)中,用戶在對按方案二生產(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(chǎn)生大鋅花缺 陷的主要原因是基板粗糙度過低,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(jìn)行軋制生產(chǎn)時,可 保證軋硬卷的表面粗糙度基本沒有降低。在生產(chǎn)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(jī)架的軋制力。

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<文章來源>材料與測試網(wǎng) > 期刊論文 > 理化檢驗－物理分冊 > 58卷 > 3期 (pp:75-78)>