閆秉昊，王孝建，丁志龍，魏寶民

(上海梅山鋼鐵股份有限公司，江蘇 南京 210039)

鋼鐵產(chǎn)品是現(xiàn)階段應(yīng)用范圍最為廣泛的金屬材料，然而，在使用過程中,其與外界環(huán)境接觸發(fā)生電化學(xué)腐蝕導(dǎo)致材料失效的情況比比皆是。多年來，人們研究開發(fā)了多種鋼鐵材料的防腐方法，其中就包括美國(guó)伯利恒公司在20世紀(jì)70年代開發(fā)的熱鍍鋁鋅硅合金鍍層。熱鍍鋁鋅硅鍍層產(chǎn)品是將成分為55%Al、43%Zn、1.6%Si的鍍液在600 ℃左右通過熱浸鍍的方法覆于鋼鐵表面，因其具有高耐蝕、良加工、易涂裝、美觀等特性，被廣泛應(yīng)用于建筑、家電、車輛等行業(yè)[1-2]。

在熱浸鍍鋁鋅硅鍍層產(chǎn)品的實(shí)際生產(chǎn)中，表面類缺陷[3-4]是影響產(chǎn)品質(zhì)量的主要因素，其中又以表面黑點(diǎn)缺陷最為典型。由于黑點(diǎn)缺陷肉眼極易分辨，會(huì)直接影響鍍層的美觀；嚴(yán)重的黑點(diǎn)類缺陷還會(huì)降低鍍層的耐蝕性，導(dǎo)致材料降級(jí)、報(bào)廢，造成不可逆轉(zhuǎn)的經(jīng)濟(jì)損失。本文針對(duì)熱鍍鋁鋅硅產(chǎn)品在生產(chǎn)和加工過程中常見的黑點(diǎn)缺陷進(jìn)行了微觀分析，明確了缺陷產(chǎn)生的原因，并提出了相關(guān)的預(yù)防舉措。

1 試驗(yàn)材料及方法

試驗(yàn)所選擇的材料為梅鋼工業(yè)化生產(chǎn)的帶有黑點(diǎn)缺陷的DC51D+AZ熱鍍鋁鋅硅鋼板試樣，首先通過宏觀形貌將黑點(diǎn)缺陷分成三類，用ZEISS EVO M15掃描電鏡及其自帶能譜儀(EDS)對(duì)三類黑點(diǎn)缺陷的成因進(jìn)行分析。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 第一類黑點(diǎn)缺陷

黑點(diǎn)缺陷宏觀形貌如圖1所示，黑點(diǎn)缺陷分布于帶鋼邊部，數(shù)量較多且集中在寬度10-15 cm的范圍內(nèi)，上下表面位置對(duì)應(yīng)，單個(gè)黑點(diǎn)尺寸約為5-15 mm，目視較正常位置發(fā)亮。黑點(diǎn)缺陷微觀低倍形貌如圖2所示，缺陷位置與正常位置存在明顯界線。進(jìn)一步將圖2中缺陷位置和正常位置放大，黑點(diǎn)缺陷微觀高倍形貌如圖3所示，正常位置呈現(xiàn)典型鍍鋁鋅硅鍍層形貌，鋅花枝晶分布均勻，缺陷位置未觀察到枝晶，可發(fā)現(xiàn)數(shù)條沿軋制方向近似平行的豎線，類似摩擦痕跡。

對(duì)缺陷位置1和正常位置2進(jìn)行能譜分析，結(jié)果見表1。缺陷位置與正常位置相比，C、O元素含量偏低，Al、Fe、Zn含量一致。由于鍍鋁鋅硅產(chǎn)品常在用戶處被加工為成品后裸用，對(duì)耐蝕性能的要求較高，因此，在出鋅鍋后，往往要在鍍層表面輥涂一層后處理膜層，以提高材料耐蝕性。后處理膜層主要元素為C、O，因此在做能譜分析時(shí)，正常位置C、O檢出含量較高，缺陷位置C、O元素很低，表明缺陷位置表面的后處理膜層已經(jīng)被破壞。此外，由于缺陷位置元素仍以Al、Zn為主，F(xiàn)e含量與正常位置一致，都很低，說明缺陷位置表面還是鍍層。根據(jù)上述分析，可以判斷黑點(diǎn)產(chǎn)生原因?yàn)槟Σ翐p傷，摩擦導(dǎo)致帶鋼表面后處理膜層被破壞，鍍層部分被破壞，但未摩至鐵基板表面。

進(jìn)一步對(duì)缺陷位置和正常位置鍍層截面進(jìn)行觀察，如圖4所示，正常位置處鍍層厚度25-26 μm，缺陷位置鍍層厚度為33 μm，缺陷位置較正常位置厚度明顯偏高，因此可以推斷黑點(diǎn)缺陷是由于局部鍍層過厚導(dǎo)致。在帶鋼卷取包裝后的運(yùn)輸和搬運(yùn)過程，一旦帶鋼出現(xiàn)震動(dòng)等情況，就會(huì)導(dǎo)致內(nèi)部相對(duì)短距離的滑動(dòng)，由于鍍層局部過厚位置鍍層間接觸更緊密，此位置較正常位置受力更大，容易出現(xiàn)摩擦黑點(diǎn)。

圖1 第一類黑點(diǎn)缺陷宏觀形貌

2.2 第二類黑點(diǎn)缺陷

第二類黑點(diǎn)缺陷宏觀形貌如圖5所示，黑點(diǎn)在帶鋼位置分布不固定，上下表面均存在，或多或少，部分位置幾個(gè)黑點(diǎn)沿軋制方向密集分布，呈短線狀，單個(gè)黑點(diǎn)尺寸約0.5 mm，黑點(diǎn)缺陷位置發(fā)暗。黑點(diǎn)缺陷微觀高倍形貌如圖6所示，缺陷呈現(xiàn)類彗星狀形貌，頭部為弧形，此位置還可發(fā)現(xiàn)鍍層開裂，形成小坑。將缺陷進(jìn)一步放大，可發(fā)現(xiàn)坑狀區(qū)域四周被鍍層圍繞，且存在大量絮狀物質(zhì)堆積，如圖7所示。

圖2 第一類黑點(diǎn)缺陷微觀低倍形貌

圖3 第一類黑點(diǎn)缺陷微觀高倍形貌：(1)缺陷位置；(2)正常位置

對(duì)缺陷位置3和4進(jìn)行能譜分析，結(jié)果見表1。由缺陷位置3能譜可知，絮狀物質(zhì)主要含Zn、Fe、O，Al含量為0，是鋅灰的主要特征元素，因此可明確絮狀物質(zhì)為鋅灰。由缺陷位置4能譜可知，此位置Fe含量明顯升高，說明在坑狀區(qū)位置處鍍層和基體難以結(jié)合，導(dǎo)致該區(qū)域漏鍍進(jìn)而露鐵。進(jìn)一步，對(duì)缺陷進(jìn)行截面形貌及元素分析，如圖8和表1所示，可以明顯發(fā)現(xiàn)缺陷位置鍍層不連續(xù)，出現(xiàn)孔洞，孔洞內(nèi)部存在大量Zn、O含量較高的絮狀鋅灰。此種缺陷在薄鍍層鋼板表面更容易發(fā)現(xiàn)，鋅灰掉落導(dǎo)致掉落位置鍍層與基板結(jié)合不良，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起露鍍。帶鋼出鋅鍋后經(jīng)氣刀吹掃凝固，會(huì)形成上述形貌。

圖4 第一類黑點(diǎn)缺陷截面形貌

圖5 第二類黑點(diǎn)缺陷宏觀形貌

圖6 第二類黑點(diǎn)缺陷微觀低倍形貌

2.3 第三類黑點(diǎn)缺陷

第三類黑點(diǎn)缺陷宏觀形貌如圖9所示，黑點(diǎn)在帶鋼位置分布固定，較為密集，且只在帶鋼上表面出現(xiàn)。黑點(diǎn)大部分呈現(xiàn)長(zhǎng)條狀，長(zhǎng)條方向與軋制方向一致，單個(gè)尺寸5-15 mm，黑點(diǎn)缺陷位置發(fā)暗無(wú)光澤。黑點(diǎn)缺陷微觀低倍形貌如圖10所示，可以發(fā)現(xiàn)缺陷位置形貌與正常位置有明顯區(qū)別。進(jìn)一步放大缺陷位置，如圖11所示，缺陷位置有異物附著于鍍層表面。對(duì)異物進(jìn)行能譜分析，如表1所示，異物主要元素為C、O、Ca、Si，此異物用手可以摳除。經(jīng)排查，發(fā)現(xiàn)與帶鋼上表面接觸的輥系上黏附有相同的異物，對(duì)輥系進(jìn)行清潔后此類缺陷消失。

圖7 第二類黑點(diǎn)缺陷微觀高倍形貌

圖8 第二類黑點(diǎn)缺陷截面形貌

圖9 第三類黑點(diǎn)缺陷宏觀形貌

3 預(yù)防措施

針對(duì)第一類缺陷，導(dǎo)致鍍層局部厚度增加的主要原因有兩方面，一是前工序來料板型，二是氣刀控制精度。來料板型較差，如存在C翹等，會(huì)導(dǎo)致氣刀吹掃時(shí)板寬方向與帶鋼間的距離和壓力差別較大，導(dǎo)致部分位置鍍層增厚，部分位置鍍層減薄。氣刀控制精度較差，往往也會(huì)導(dǎo)致鍍層實(shí)際厚度與設(shè)定厚度之間存在偏差。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，上表面中部鍍層常較設(shè)定值偏高，邊部鍍層較設(shè)定值偏低，而在焊縫過氣刀的過程中，由于氣刀擋板打開，帶鋼頭尾邊部鍍層又會(huì)出現(xiàn)明顯增厚。因此，在生產(chǎn)過程中，需要針對(duì)不同鋼種、寬度、厚度的鋼板，通過精細(xì)調(diào)節(jié)并固化氣刀壓力、距離、角度等參數(shù)，盡可能減少鍍層局部增厚，同時(shí)也需要確保來料板型的精度，避免出現(xiàn)嚴(yán)重的C翹等不良板型。

圖10 第三類黑點(diǎn)缺陷微觀低倍形貌

圖11 第三類黑點(diǎn)缺陷微觀高倍形貌

針對(duì)第二類缺陷，鋅灰的產(chǎn)生主要是由于鍍液在高溫下不斷蒸發(fā)，鋅蒸汽在爐鼻子位置遇冷而凝結(jié)在內(nèi)壁；生產(chǎn)運(yùn)行過程的振動(dòng)等均會(huì)導(dǎo)致鋅灰從內(nèi)壁掉落至鋼板表面，形成黑點(diǎn)缺陷。控制鋅灰的主要措施有以下3方面：首先是控制爐鼻子位置溫度和鋅鍋溫度的穩(wěn)定性，需要合理安排生產(chǎn)計(jì)劃，如果溫度波動(dòng)降低，可以減少由于溫度下降而造成的鋅蒸汽冷凝；其次是安排合理的加鋅錠計(jì)劃，實(shí)踐表明，60%-70%的鋅灰產(chǎn)生是由于加鋅錠時(shí)鋅液面波動(dòng)過大造成的，因此，每次加鋅錠時(shí)，應(yīng)該少量多次加入，嚴(yán)格控制液面的波動(dòng)；最后，需要定期清理爐鼻子，尤其是在生產(chǎn)高表面質(zhì)量要求的鋼板前，必須保證爐鼻子的清潔。

表1 三類缺陷能譜結(jié)果(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)

針對(duì)第三類缺陷，需要保證帶鋼生產(chǎn)和加工通道的清潔性。具體措施是，安排合理的定修和檢修計(jì)劃，在定修和檢修的過程中，及時(shí)對(duì)帶鋼通道輥面進(jìn)行清潔，保證輥面無(wú)異物。同時(shí)，安排合理的換輥計(jì)劃，對(duì)已達(dá)到使用期限的輥?zhàn)蛹皶r(shí)更換，避免由于輥面磨損帶入異物到帶鋼表面。

4 結(jié)論

通過對(duì)熱鍍鋁鋅硅產(chǎn)品鍍層表面黑點(diǎn)缺陷分析，明確了三類黑點(diǎn)缺陷的產(chǎn)生原因：鍍層局部過厚摩擦黑斑、爐鼻鋅灰掉落導(dǎo)致露鐵黑點(diǎn)、輥面異物壓入黑點(diǎn)缺陷。上述三種缺陷成為熱鍍鋁鋅硅高表面質(zhì)量產(chǎn)品的主要制約瓶頸，重點(diǎn)需要對(duì)生產(chǎn)工藝尤其是鋅鍋前后段工序的工藝進(jìn)行精細(xì)優(yōu)化，才能有效消除黑點(diǎn)缺陷，提高板面質(zhì)量。