胡華東

1 前言

在潮濕環(huán)境中，鍍鋅的鋼鐵件產(chǎn)品儲(chǔ)存時(shí)易腐蝕，產(chǎn)生白色腐蝕產(chǎn)物（又稱白銹），從而影響外觀質(zhì)量，嚴(yán)重情況下還會(huì)影響鋅層的耐蝕性能。為此，鍍鋅板廠家通過(guò)適當(dāng)?shù)谋砻嫣幚恚纳棋冧\層表面性能，延長(zhǎng)產(chǎn)品壽命［1］。熱鍍鋅鈍化是發(fā)生在鍍層和鈍化液界面上的多相化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，反應(yīng)較為復(fù)雜，并且隨著鈍化液成分、濃度的不同和工藝條件的改變，反應(yīng)歷程各異［2］。

高耐蝕性熱鍍鋅環(huán)保涂層板作為高附加值產(chǎn)品，體現(xiàn)了企業(yè)鍍鋅工藝、表面控制技術(shù)和后處理工藝控制的最高水平，廣泛用于制作中央空調(diào)、制冷設(shè)備等高端家電產(chǎn)品。因此，鋼廠必須保證制成家電產(chǎn)品后鋼板的性能和外觀不僅能夠滿足家電行業(yè)制造工藝要求，還要滿足消費(fèi)者日益提高的審美外觀需求和環(huán)保需求（歐盟RoHS指令）。

山鋼集團(tuán)日照公司接受了客戶關(guān)于開發(fā)高耐蝕性環(huán)保鈍化產(chǎn)品的任務(wù)，客戶對(duì)鋼板耐蝕性提出了極為苛刻的要求，其耐蝕性檢測(cè)方法是：鹽霧、干燥、濕熱共8 h為一個(gè)循環(huán)周期進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)周期為40個(gè)循環(huán)，過(guò)程中在24、40周期時(shí)對(duì)表面、端面和交叉口部位進(jìn)行觀察，記錄并拍照其腐蝕狀況。合格標(biāo)準(zhǔn)：表面及切口部位無(wú)紅銹產(chǎn)生，端面可有紅銹產(chǎn)生但不能延伸到表面。經(jīng)過(guò)一系列實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)、技術(shù)準(zhǔn)備和試生產(chǎn)后，產(chǎn)品通過(guò)了客戶的質(zhì)量認(rèn)證，目前已進(jìn)入穩(wěn)定批量生產(chǎn)、供貨階段。

2 產(chǎn)品開發(fā)生產(chǎn)

產(chǎn)品開發(fā)生產(chǎn)工藝流程：鐵水脫硫→轉(zhuǎn)爐冶煉→真空處理或吹氬→連鑄→板坯檢查及清理→板坯加熱→熱連軋→層流冷卻→卷取→酸洗連軋→熱鍍鋅→光整→鈍化液涂敷→檢查→包裝。

2.1 光整工藝參數(shù)設(shè)計(jì)

光整工藝的設(shè)計(jì)原則是在確?；辶W(xué)性能的前提下，使帶鋼表面獲得滿足耐腐蝕性能和導(dǎo)電性能雙重要求的粗糙度。帶鋼表面粗糙度控制受光整機(jī)工作輥表面粗糙度、軋制速度和軋制力等影響。其中，工作輥表面粗糙度的影響最為顯著。表面粗糙度較大，涂膜不能完全覆蓋；表面粗糙度較小，較薄涂膜即可完全覆蓋。

2.1.1 鋼板表面粗糙度分析

在帶鋼表面粗糙度較大的凸峰處會(huì)造成皮膜偏薄，甚至鋅層外露；粗糙度較小的凹坑處會(huì)造成高耐蝕性環(huán)保涂層鋼板皮膜偏厚。采用掃描電鏡和電子探針對(duì)粗糙度較大的凸峰處和粗糙度較小的凹坑處的Si含量進(jìn)行觀察與測(cè)試（見圖1和表1）。從表1中Si含量測(cè)定值可知，粗糙度較大會(huì)造成高耐蝕性環(huán)保涂層鋼板皮膜厚度不均勻，不同區(qū)域Si含量差別較大，個(gè)別區(qū)域甚至檢測(cè)不到Si（區(qū)域3），說(shuō)明在粗糙度過(guò)大的個(gè)別微細(xì)部位未涂上高耐蝕性環(huán)保涂層鋼板皮膜，留下了易腐蝕源點(diǎn)。

圖1 鋼板表面粗糙度掃描電鏡形貌

2.1.2 粗糙度對(duì)膜重及耐蝕性的影響

試驗(yàn)樣不同表面粗糙度對(duì)應(yīng)的高耐蝕性環(huán)保涂層鋼板膜重見表2，鹽霧試驗(yàn)結(jié)果見圖2。鹽霧試驗(yàn)結(jié)果表明，表面粗糙度增加，皮膜的耐腐蝕性能下降；增加皮膜厚度可以提高其耐腐蝕性。兼顧皮膜的耐蝕性和導(dǎo)電性，帶鋼表面粗糙度應(yīng)控制在0.5～1.0 μm范圍內(nèi)。

表2 試樣表面粗糙度與膜重的關(guān)系

圖2 不同粗糙度試樣鹽霧腐蝕（96 h）后形貌

2.1.3 光整工藝對(duì)粗糙度的影響

光整壓力、光整輥粗糙度對(duì)帶鋼板面粗糙度的影響見表3（光整控制模式為恒軋制力，光整工作輥粗糙度Ra為2.0 μm）。

表3 光整工藝參數(shù)

2.1.4 光整工藝參數(shù)設(shè)計(jì)

根據(jù)生產(chǎn)試驗(yàn)和鹽霧試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果，光整工藝參數(shù)設(shè)定見表4。

表4 設(shè)定的光整工藝參數(shù)

光整壓力過(guò)大，會(huì)造成力學(xué)性能指標(biāo)變差，還會(huì)造成鋅層擠壓破壞，使耐腐蝕性能變差。帶鋼表面粗糙度是指帶鋼表面具有較小間距的波峰與波谷所組成的微觀幾何形狀特性，它是由特定形貌的軋輥在軋制過(guò)程中復(fù)印到帶鋼表面而形成。帶鋼表面粗糙度有多種描述，常用于冷軋鍍鋅產(chǎn)品帶鋼表面粗糙度定義的是Ra值和RPc值。Ra值是取樣長(zhǎng)度內(nèi)輪廓偏距絕對(duì)值的算術(shù)平均值，RPc值是表征微觀不平度間距特性的參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)峰個(gè)數(shù)。熱鍍鋅板Ra、RPc值控制要求見表5。

表5 熱鍍鋅板粗糙度控制要求

2.2 涂敷工藝設(shè)計(jì)

高耐蝕性環(huán)保涂層鋼板涂敷設(shè)備包括輥涂機(jī)、烘干爐和冷卻風(fēng)箱等主體設(shè)備，輥涂機(jī)和烘干爐工藝參數(shù)設(shè)計(jì)對(duì)高耐蝕性環(huán)保涂層鋼板皮膜厚度及性能也有重要影響。

粘料輥速度直接影響鈍化處理液被帶到涂敷輥上的數(shù)量，涂敷輥速度又直接影響涂敷在帶鋼表面的鈍化處理液的數(shù)量。因此，要合理控制粘料輥、涂敷輥速度及其與帶鋼運(yùn)行速度的比值。一般來(lái)說(shuō)，粘料輥的速度要低于帶鋼運(yùn)行速度，涂敷輥的速度要高于帶鋼運(yùn)行速度，涂敷輥與粘料輥的速度比為1.5～2.0。粘料輥與涂敷輥之間的接觸壓力影響高耐蝕性環(huán)保涂層鋼板膜重及其均勻性。通過(guò)生產(chǎn)試驗(yàn)得出的粘料輥與涂敷輥間的壓力與鈍化膜厚度的對(duì)應(yīng)關(guān)系見圖3。由圖3可知，輥間壓力與鈍化膜厚度成反比關(guān)系，設(shè)計(jì)的輥涂工藝參數(shù)見表6。

圖3 粘料輥與涂敷輥間的壓力與膜重的關(guān)系

表6 設(shè)計(jì)的輥涂工藝參數(shù)

輥涂機(jī)輥系技術(shù)參數(shù)見表7。采用設(shè)計(jì)的輥涂工藝參數(shù)得到的高耐蝕性環(huán)保涂層鋼板膜重控制情況見圖4，高耐蝕性環(huán)保涂層鋼板膜重能夠控制在800～1 500 mg/m2之內(nèi)。

表7 輥涂機(jī)輥系技術(shù)參數(shù)

圖4 高耐蝕性環(huán)保涂層鋼板上下表面膜重波動(dòng)曲線

2.3 烘干溫度設(shè)計(jì)

熱鍍鋅板經(jīng)鈍化液輥涂處理后，通常采用加熱干燥的方法成膜。皮膜的成膜過(guò)程分為4個(gè)階段：成膜階段Ⅰ，濕膜涂敷，有效成分均勻地分散在水介質(zhì)中；階段Ⅱ，濕膜中非結(jié)合水的揮發(fā)；階段Ⅲ，樹脂乳膠微粒表面分散劑的脫離→各微粒間的融合；階段Ⅳ，理想的成膜狀態(tài)，結(jié)合水/分散劑完全脫離、微粒完全融合。理想的烘干溫度是成膜達(dá)到了IV階段的狀態(tài)。根據(jù)試驗(yàn)驗(yàn)證，為了確保皮膜成膜過(guò)程達(dá)到階段IV的理想狀態(tài)，最低烘干溫度（PMT）≥80℃。實(shí)際生產(chǎn)中，烘干爐多分為兩個(gè)區(qū)，爐內(nèi)采用直燃式熱風(fēng)循環(huán)，使鋼板能在短時(shí)間內(nèi)（12～20 s）達(dá)到所需的烘干溫度，以獲得充分固化的有機(jī)薄膜層。由于烘干爐長(zhǎng)度相對(duì)較短，皮膜經(jīng)烘干爐干燥后仍處于半干硬或僅是表面干燥的狀態(tài)，還具有一定的黏性，極易發(fā)生皮膜與鋼輥粘結(jié)破壞皮膜，使皮膜性能變差。因此，生產(chǎn)過(guò)程中不僅要確保高耐蝕性環(huán)保涂層鋼板經(jīng)過(guò)烘干爐的板溫達(dá)到80℃以上，還要對(duì)熱鍍鋅機(jī)組的生產(chǎn)速度進(jìn)行限制。烘干溫度設(shè)計(jì)見表8。

表8 熱鍍鋅板輥涂處理后烘干溫度設(shè)計(jì)

3 產(chǎn)品耐蝕性分析

對(duì)膜重在800～1 500 mg/m2范圍內(nèi)的鋼卷取樣，鋼卷膜重分別為 850 mg/m2（A）、1 150 mg/m2（B）、1 450 mg/m2（C），對(duì)3種膜重鋼卷取樣進(jìn)行耐蝕性檢測(cè)。每個(gè)膜重取6塊試樣，試樣規(guī)格為75 mm×150 mm。按照標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行檢測(cè)，并分別對(duì)48 h、96 h、144 h、192 h、240 h、288 h、336 h時(shí)間腐蝕后試樣進(jìn)行觀察，均滿足“表面及切口部位無(wú)紅銹產(chǎn)生，端面可有紅銹產(chǎn)生但不能延伸到表面”的合格標(biāo)準(zhǔn)要求（見表9）。試驗(yàn)時(shí)間內(nèi)沒有發(fā)現(xiàn)全面點(diǎn)狀紅銹及全面明顯紅銹的腐蝕情況。

表9 開發(fā)產(chǎn)品不同腐蝕時(shí)間的腐蝕狀態(tài)

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)合理的光整、涂敷、烘干工藝設(shè)計(jì)和過(guò)程控制，成功開發(fā)了能夠滿足“鹽霧、干燥、濕熱共8 h×40個(gè)循環(huán)，表面及切口部位無(wú)紅銹產(chǎn)生，端面可有紅銹產(chǎn)生但不能延伸到表面”技術(shù)要求的高耐蝕性環(huán)保涂層板，鋼板具有良好的成膜性能和耐蝕性能，生產(chǎn)過(guò)程順行，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。產(chǎn)品可應(yīng)用于中央空調(diào)、制冷設(shè)備等高端家電產(chǎn)品，已實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定批量供貨。

參考文獻(xiàn)：

［1］ 龐濤，周克飛，胡華東，等.鍍鋅板鈍化膜層分析技術(shù)研究進(jìn)展［J］.武鋼技術(shù)，2015，53（4）：59-62.

［2］ 瞿祖貴，劉俊文，徐小曼，等.高耐蝕性熱鍍鋅板的鈍化處理工藝探討［J］.軋鋼，2002，19（3）：19-22.