葛志勇,楊 波,楊繼武,劉少先,盧海峰

(寶山鋼鐵股份有限公司寶鋼湛江鋼鐵有限公司,廣東 湛江 524072)

熱鍍鋅汽車板具有良好的耐蝕性能、涂裝性能和焊接性能,因此廣泛應(yīng)用于汽車車身制造。由于汽車外板的表面質(zhì)量要求非常嚴(yán)格,需要達(dá)到05級(jí)別,即單面無任何影響使用的表面缺陷[1],所以熱鍍鋅汽車板表面的小黑點(diǎn)缺陷經(jīng)常導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量下降,嚴(yán)重時(shí)引發(fā)汽車廠家的質(zhì)量異議或退貨。

寶鋼湛江鋼鐵2 030 mm產(chǎn)線冷軋熱鍍鋅機(jī)組在生產(chǎn)IF鋼熱鍍純鋅外板時(shí)出現(xiàn)批量小黑點(diǎn)缺陷,導(dǎo)致產(chǎn)品表面質(zhì)量無法滿足要求,增加改判率和現(xiàn)貨發(fā)生率。本文研究了該類小黑點(diǎn)產(chǎn)生原因,并在此基礎(chǔ)上討論缺陷產(chǎn)生機(jī)理和改善措施。

1 試驗(yàn)材料及方法

試驗(yàn)材料是機(jī)組生產(chǎn)熱鍍純鋅IF鋼缺陷樣板,其基板成分如表1所示,表面小黑點(diǎn)直徑小于1 mm,外觀如圖1所示,帶鋼鍍層重60～70 g/m2。

表1 IF鋼基板成分

圖1 小黑點(diǎn)宏觀形貌

使用配備有能譜儀的ZEISS EVO 18鎢燈絲掃描電鏡對(duì)小黑點(diǎn)鍍層形貌及表面成分進(jìn)行觀察和成分分析;然后使用加入緩蝕劑的17%稀鹽酸溶液對(duì)標(biāo)記好的缺陷部位通過控制溶鋅時(shí)間來進(jìn)行輕微溶鋅和完全溶鋅,以觀察不同溶鋅程度后鍍層和基板的形貌;最后,切割缺陷部位截面,經(jīng)鑲嵌、磨拋后制備成金相試樣,在電鏡下觀察缺陷部位局部鍍層形貌和基板形貌。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 小黑點(diǎn)缺陷形貌顯微分析

2.1.1 鋅渣引起的小黑點(diǎn)缺陷

熱鍍鋅板小黑點(diǎn)部位鍍層表面形貌如圖2所示,可見小黑點(diǎn)位置表面存在輕微擦傷痕跡,而正常部位沒有此類特征。背散射成分像顯示,在小黑點(diǎn)的內(nèi)部,存在多處與正常鍍層不同成分的點(diǎn),能譜成分檢測(cè)結(jié)果如表2所示,可見這些點(diǎn)Al含量達(dá)40.40%、Fe含量達(dá)36.83%,推測(cè)鍍層局部存在鋅渣顆粒。對(duì)小黑點(diǎn)進(jìn)行輕微溶鋅后二次電子形貌和背散射電子形貌如圖3所示,明顯可見缺陷部位存在鋅渣顆粒,進(jìn)一步確定該類小黑點(diǎn)缺陷是由于鋅渣缺陷導(dǎo)致。

圖2 小黑點(diǎn)鍍層表面形貌

表2 能譜分析結(jié)果

圖3 小黑點(diǎn)輕微溶鋅形貌及能譜分析結(jié)果

由圖4可見,缺陷部位截面鍍層內(nèi)部存在多個(gè)鋅渣顆粒,由于鋅渣的存在引起缺陷部位鍍層局部偏厚,因此導(dǎo)致缺陷部位在鍍鋅板出鋅鍋后與頂輥產(chǎn)生輕微摩擦,形成表面擦傷痕跡。

圖4 小黑點(diǎn)截面形貌

2.1.2 基板麻點(diǎn)引起的小黑點(diǎn)缺陷

圖5中的小黑點(diǎn)缺陷與圖2中表面形貌基本一樣,鍍層表面存在摩擦痕跡,懷疑該缺陷與鋅渣引起小黑點(diǎn)缺陷一樣,缺陷處鍍層局部偏厚;兩者主要差異在于表面沒有類似鋅渣成分,該類缺陷表面主要是成分為O、Zn和Al的異物,該成分非鋅灰和鋅渣的典型成分。由截面鍍層厚度可見,缺陷部位鍍層厚度達(dá)32.94 μm,正常位置鍍層厚度為8～10 μm,缺陷處鍍層明顯局部較厚。由以上信息判斷,該類缺陷產(chǎn)生原因也是由于鍍層局部偏厚,導(dǎo)致帶鋼鍍鋅后與頂輥產(chǎn)生摩擦并黏上異物而形成。

圖5 小黑點(diǎn)表面和截面形貌

缺陷位置進(jìn)行輕微溶鋅后發(fā)現(xiàn),缺陷部位與正常部位基本一致,未發(fā)現(xiàn)鋅渣顆粒。完全溶鋅后發(fā)現(xiàn)基板存在凹坑,如圖6所示,凹坑長(zhǎng)50～100 μm,凹坑處成分未發(fā)現(xiàn)異常元素,與正常基板無差異。凹坑周邊存在單向的擠壓堆積,堆積處表現(xiàn)出疏松孔狀紋路,并且凹坑處未發(fā)現(xiàn)明顯軋機(jī)軋制紋,凹坑方向與軋向成一定角度,因此排除凹坑在軋制形成的可能性。另外,缺陷處鍍層覆蓋完整且該處鍍層較厚,因此排除鍍鋅后產(chǎn)生的可能,判斷該凹坑在退火爐內(nèi)產(chǎn)生[2],即連退麻點(diǎn)缺陷。

圖6 基板凹坑形貌

2.1.3 基板小翹皮引起的小黑點(diǎn)缺陷

圖7中的小黑點(diǎn)缺陷與圖5形貌基本一樣,缺陷部位存在摩擦痕跡,該類缺陷表面主要是成分為O、Zn和Al的異物,該成分非鋅灰或鋅渣的典型成分。懷疑該缺陷與前兩類小黑點(diǎn)產(chǎn)生原因一致,由于缺陷處鍍層局部偏厚,在出鋅鍋后與頂輥產(chǎn)生摩擦,引起表面鍍層形貌有差異。

圖7 小黑點(diǎn)鍍層表面形貌

對(duì)該小黑點(diǎn)進(jìn)行輕微溶鋅,發(fā)現(xiàn)缺陷位置鍍層與正常部位鍍層基本一致,未發(fā)現(xiàn)鋅渣顆粒,因此排除了上文中鋅渣引起的原因。完全溶鋅后,缺陷位置基板存在小翹皮,見圖8,且基板表面微觀上比較“破碎”,表面質(zhì)量較差。

圖8 小翹皮形貌

對(duì)小黑點(diǎn)缺陷部位截面鍍層形貌進(jìn)行分析,如圖9所示,可見缺陷位置鍍層明顯較厚,與鍍層表面形貌相吻合,并且缺陷截面局部可見伸入鍍層中的部分小翹皮,由此推測(cè)該缺陷鍍層局部偏厚與小翹皮相關(guān)。

圖9 小翹皮鍍鋅截面形貌

2.2 小黑點(diǎn)缺陷形成原因分析

2.2.1 鋅渣引起的小黑點(diǎn)缺陷形成原因分析

鋅渣主要是入鋅鍋前,帶鋼表面殘留的鐵粉帶入鋅鍋,或者帶鋼內(nèi)部的鐵向鋅液中擴(kuò)散,并與鋅液中的鋅、鋁反應(yīng)形成的化合物。根據(jù)鋅渣在鋅鍋中形成的位置以及化學(xué)成分,可將鋅渣分為面渣、懸浮渣、底渣[3]。通過該缺陷鋅渣中的Al含量和Fe含量,該缺陷中Al含量達(dá)40.40%,判斷為浮渣。

改善鋅渣引起的小黑點(diǎn)缺陷主要在于對(duì)鋅渣的有效控制,可采取以下措施:①減少帶鋼表面鐵屑?xì)埩?②改變刷輥類型,提高清洗段清洗效果,改善帶鋼表面清潔度;③合理控制帶鋼入鋅鍋溫度、鋅液溫度及鋅液成分;④規(guī)范撈渣操作,避免鋅液攪動(dòng);⑤增加爐鼻子排渣系統(tǒng),減少帶鋼與鋅渣接觸造成的缺陷[3]。

2.2.2 基板麻點(diǎn)引起的小黑點(diǎn)缺陷形成原因分析

研究表明[4-5],在連退過程中,帶鋼表面的氧化物、鐵屑等或輥?zhàn)颖旧砟p氧化物會(huì)在輥?zhàn)颖砻骛そY(jié)聚集,形成爐輥結(jié)瘤,如圖10所示。爐輥的結(jié)瘤在帶鋼張力以及輥?zhàn)优c帶鋼之間的速差的作用下,復(fù)制在帶鋼基板,產(chǎn)生基板麻點(diǎn)缺陷,通常在麻點(diǎn)形成過程中,麻點(diǎn)的尾部由于帶鋼運(yùn)行的作用引起局部金屬堆積而凸起。

圖10 爐輥結(jié)瘤形貌

麻點(diǎn)引起的小黑點(diǎn)形成機(jī)理如圖11所示(為了表示明顯,圖中缺陷作放大處理)。帶鋼進(jìn)入退火爐內(nèi),爐輥結(jié)瘤復(fù)制在帶鋼表面,并導(dǎo)致其尾部出現(xiàn)金屬堆積。在帶鋼經(jīng)過鋅鍋時(shí),麻點(diǎn)對(duì)鋅液存在一定阻擋作用,引起該位置鋅液流動(dòng)性較差,鋅液出現(xiàn)局部偏厚,最終在出鋅鍋后與頂輥或平整輥接觸并摩擦,目視呈現(xiàn)出小黑點(diǎn)形貌。

圖11 麻點(diǎn)引起的小黑點(diǎn)形成機(jī)理示意圖

由于此類小黑點(diǎn)缺陷來源于基板表面麻點(diǎn),因此消除缺陷的關(guān)鍵就是消除基板麻點(diǎn),即消除爐輥輥面結(jié)瘤。消除爐輥輥面結(jié)瘤主要措施如下:①改變刷輥類型,提高清洗段清洗效果,減少帶鋼表面鐵屑?xì)埩?②對(duì)爐輥進(jìn)行在線修磨,減輕爐輥結(jié)瘤程度;③減少帶鋼張力或輥?zhàn)优c帶鋼的速差;④加強(qiáng)對(duì)爐內(nèi)O含量及爐內(nèi)露點(diǎn)的精確控制[6]。

2.2.3 基板小翹皮引起的小黑點(diǎn)缺陷形成原因分析

基板小翹皮小黑點(diǎn)缺陷形成示意圖如圖12所示(為了表示明顯,圖中缺陷作放大處理)。由于基板表面小翹皮的存在,小翹皮對(duì)鍍鋅氣刀噴吹氣流和鋅液流淌有一定阻擋作用,導(dǎo)致該位置鋅液流動(dòng)性較差,鋅層容易增厚,因此在經(jīng)過頂輥時(shí)與頂輥產(chǎn)生摩擦并黏上異物而形成。并且隨著鍍層厚度增加,氣刀壓力減小,小翹皮對(duì)鋅液流淌作用更加明顯,因此厚鍍層(60～70 g/m2)產(chǎn)品小黑點(diǎn)缺陷比薄鍍層更嚴(yán)重。

圖12 小翹皮引起的小黑點(diǎn)形成機(jī)理示意圖

如圖13所示,對(duì)缺陷樣板同鋼種同時(shí)期生產(chǎn)的熱卷截面進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn)熱卷截面同樣存在多處小翹皮,并且小翹皮下方可見氧化鐵皮。因此推測(cè)該鍍鋅板的小翹皮在熱軋階段就已經(jīng)存在,并且該小翹皮具有一定遺傳性。在帶鋼經(jīng)過酸軋和退火后,由于基板表面的小翹皮以及差的表面質(zhì)量易引起帶鋼表面鐵屑增多,直接導(dǎo)致連退爐內(nèi)的爐輥結(jié)瘤和鋅鍋中鋅渣數(shù)量的不受控。

圖13 小翹皮熱卷截面形貌

通過現(xiàn)場(chǎng)排查和驗(yàn)證發(fā)現(xiàn),降低熱軋加熱溫度,在保證酸洗質(zhì)量的前提下,提高酸洗速率對(duì)小翹皮導(dǎo)致的小黑點(diǎn)缺陷有明顯的改善作用。

3 結(jié)論

(1)熱鍍純鋅板表面小黑點(diǎn)缺陷產(chǎn)生的直接原因是由于缺陷部位鍍層局部偏厚,在出鋅鍋后與頂輥產(chǎn)生摩擦,導(dǎo)致表面形貌與正常鍍層不同而引起光線反射有差異。

(2)小黑點(diǎn)產(chǎn)生原因有三種,其中鋅渣、基板表面小翹皮以及基板麻點(diǎn)均會(huì)引起小黑點(diǎn)。

(3)小黑點(diǎn)受多工序影響,熱軋和酸洗產(chǎn)生的小翹皮具有遺傳性,并直接影響爐輥結(jié)瘤和鋅鍋中鋅渣情況,需重點(diǎn)管控和監(jiān)督。