焦政華 馮茜彥 范志永 王振宇 邢 巍

（安陽鋼鐵集團有限責(zé)任公司）

0 前言

冷軋1 550 mm連續(xù)熱鍍鋅機組，是安鋼冷軋工程中的一條重要生產(chǎn)線，年處理量為35 萬t，產(chǎn)品以高級家電板、建筑板為主[2]，而鍍鋅產(chǎn)品鈍化層膜厚是鍍鋅產(chǎn)品耐腐蝕性檢測的重要指標(biāo)。傳統(tǒng)的鈍化層工藝一般采用三價鉻為骨架六價鉻涂鍍的方法[3-4]，但鉻元素具有毒性且不易處理，危害人體健康及環(huán)境，因此探索采用無鉻鈍化取代有鉻鈍化的檢測方法變得尤為重要。

目前，無鉻鈍化膜涂層無國家級標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，可參考的檢測手段有限，檢測周期較長，對產(chǎn)品的性能及工藝穩(wěn)定性評價均有較大影響。筆者通過無鉻鈍化膜在現(xiàn)代化鍍鋅機組生產(chǎn)過程中的應(yīng)用，對無鉻鈍化層膜厚采用何種檢測方法進行了探索，以確保能夠在高效化生產(chǎn)節(jié)奏下及時調(diào)整生產(chǎn)工藝的需求。

1 設(shè)備概況

1.1 鍍鋅機組涂鍍設(shè)備

目的：防止鍍鋅板生白銹。

方法：將鍍鋅鋼帶兩面涂上無鉻鈍化液，用遠紅外加熱爐將鈍化液中的水分蒸發(fā)烘干，最后采用風(fēng)冷將鋼帶冷卻。

原理：無鉻鈍化液是在保持低粘度較高固含量的前提下兼具良好的流平性，保證了固化后涂膜的致密、連續(xù)、均勻、耐腐蝕性好。鈍化過程是金屬和介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成了一層極薄的保護膜，這層薄膜是氧化劑和基金屬的化合物。它能夠抑制陽極反應(yīng)，從而保護鋅層。

冷軋鍍鋅機組生產(chǎn)工藝要求：在1 m2的鍍鋅板上，鍍鋅板理想膜厚的質(zhì)量范圍是0.9～1.1 g。

1.2 制樣設(shè)備

1.2.1 剪板機

采用江蘇全重QC12Y-6 mm×2 500 mm型液壓擺式剪板機，主要由機架、上下刀架、壓料裝置、前后擋料、電氣系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)組成。

1.2.2 圓片沖床

采用北京泰格瑞祥圓片沖床（型號TGDC-RT），主要由機身、液壓站、電氣系統(tǒng)、模具（Φ45 mm）組成。

1.3 實驗儀器

瑞士賽默飛（ARL Perform）X 波長色散熒光光譜儀，該光譜儀主要由超尖銳端窗Rh靶X射線光管、高壓發(fā)生器、測角儀掃描、自動進樣系統(tǒng)幾部分構(gòu)成。其中，自動進樣系統(tǒng)采用電動控制，外部樣品交換器40位，機械手自動抓取送樣，內(nèi)部雙位進樣系統(tǒng)具有預(yù)抽真空室和分析測量室，并且分析位固定，實現(xiàn)樣品的連續(xù)分析，并保證被分析樣品位始終如一。

2 實驗方法

2.1 鍍鋅板標(biāo)準(zhǔn)值的建立

對鍍鋅機組的立式輥涂機進行參數(shù)校準(zhǔn)，校準(zhǔn)后根據(jù)建立標(biāo)準(zhǔn)曲線所需膜厚的梯度需求，在基板上由低到高涂鍍無鉻鈍化液。

取S=100 mm×100 mm鍍鋅基板，第一步，用180 ℃烘箱烘烤5 min，取出后置于干燥器中2 min，冷卻至室溫后稱至恒重，使誤差值≤1 mg，此為m1；第二步，取恒重后的6塊基板，在涂鍍機上將無鉻鈍化液均勻涂鍍到鍍鋅基板上下表面，烘干后置于托盤中，重復(fù)第一步操作，此為m2。

表1 無鉻鈍化膜膜厚實測值

2.2 標(biāo)準(zhǔn)樣品制備

將定值后的鍍鋅標(biāo)準(zhǔn)板用沖床沖剪為Φ45 mm的圓片樣，用于X射線熒光光譜儀的標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制。

2.3 實驗條件

無鉻鈍化膜厚檢測最佳實驗條件見表2。

表2 X射線熒光光譜儀實驗參數(shù)

2.4 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

（1）登陸Oxsas 軟件系統(tǒng)，在!MANAGER!賬號下進入操作設(shè)置目錄，在目錄列表中進入方法。在方法設(shè)置單元里，選擇元素周期表中Si為主量元素，Si符號變?yōu)榧t色后點擊保存。在結(jié)果顯示處編輯顯示名稱格式，與鍍鋅基板無鉻鈍化層膜厚單位一致設(shè)為g/m2，在組分一欄將準(zhǔn)值器選為0.15，設(shè)計數(shù)時間為20 s，KV為50，mA為50。將PBF準(zhǔn)值器設(shè)為無并保存（由于硅的強度較低，故不需要用濾光片）。在操作設(shè)置里選擇校準(zhǔn)-MVR，在校準(zhǔn)標(biāo)樣處點擊新的基體編輯檢測無鉻鈍化膜厚的曲線名稱（由于在鍍鋅板上涂鍍無鉻鈍化劑，且以檢測Si元素為主，故將此標(biāo)準(zhǔn)曲線取名為Zn-Si），在Zn-Si方法下添加標(biāo)樣組，將表1中的數(shù)據(jù)由低到高錄入表格中，單位選（g/m2），點擊保存（如圖1所示）。

圖1 無鉻鈍化膜標(biāo)準(zhǔn)值錄入

（2）創(chuàng)建已錄（Zn-Si）方法的批處理，檢查自動進樣系統(tǒng)樣品交換器各指定位置編號是否有誤，如果無誤，則開始檢測。檢測結(jié)束后在Zn-Si方法下打開曲線，設(shè)好相應(yīng)條件進行線性回歸計算，計算R2為0.999，滿足線性要求，標(biāo)準(zhǔn)曲線建立完成（如圖2所示）。

圖2 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

2.5 X射線熒光儀穩(wěn)定性確認(rèn)

為驗證檢測儀器的穩(wěn)定性，按照實驗選定的方法和條件對6塊鍍鋅標(biāo)準(zhǔn)板進行15次重復(fù)性測定，結(jié)果見表3。

表3 準(zhǔn)確度實驗結(jié)果

從表3可以看出，檢測結(jié)果與無鉻鈍化膜標(biāo)準(zhǔn)板稱重法測定值相吻合，熒光儀檢測法無顯著性差異。

4 X射線熒光光譜無鉻鈍化膜測厚法的實際應(yīng)用

4.1 工藝處理

耐指紋系統(tǒng)主要用于將鋼帶兩面涂上鈍化液，并用遠紅外加熱爐將鈍化液中的水分蒸發(fā)烘干，最后采用風(fēng)冷將鋼帶冷卻。

4.2 鍍鋅樣品板制備

用剪板機剪切180 mm×1 250 mm的樣品坯，剪切掉邊部約50 mm，用圓片沖床沖分別從樣品坯的上下表面、邊中邊部位沖剪6塊Φ45 mm圓片狀樣品。

4.3 樣品檢測流程

在Oxsas 測試系統(tǒng)中創(chuàng)建“檢測樣品批處理”，在方法列表中選擇已創(chuàng)建的Zn-Si檢測方法，錄入被測樣品名稱（如卷號），選擇自動進樣系統(tǒng)位置編號，使樣品名稱與進樣位置一一對應(yīng)，并檢查樣盒是否傾斜以防止自動機械手抓取失敗，影響檢測效率，檢查無誤后點擊開始測量，讀取檢測數(shù)據(jù)，按照修約規(guī)則進行修約，經(jīng)審核后報出結(jié)果。

4.4 樣品檢測能力

在鍍鋅機組的實際應(yīng)用中，按照要求進行取樣檢測，每個檢驗批次為6塊樣品，檢測時間為12 min，一個班次480 min，可做40個批次，目前冷軋實驗室共有兩臺X射線熒光光譜儀，可滿足一個班次約80個批次的檢測量。每一卷鋼帶約7 t，一個班次可達到約560 t的檢驗量，全年檢驗量約61.32 萬t，滿足鍍鋅機組滿負(fù)荷生產(chǎn)狀態(tài)下的檢驗需求。

4.5 準(zhǔn)確度

為驗證檢測結(jié)果的準(zhǔn)確度，選取3塊鈍化劑廠家提供的樣品，按照實驗選定的方法和條件對鍍鋅樣品板進行10次重復(fù)性測定，結(jié)果見表4。

表4 準(zhǔn)確度實驗結(jié)果

4.6 精密度

為驗證檢測結(jié)果的精密度，選取某一鍍鋅生產(chǎn)樣品板，按照實驗選定的方法和條件對其進行10次重復(fù)性測定，結(jié)果見表5。

表5 精密度實驗結(jié)果

5 結(jié)論

（1）從標(biāo)準(zhǔn)曲線的建立到試驗樣品的制備，再到利用X射線熒光光譜出具鍍鋅板鈍化層膜厚的檢測結(jié)果，確定了建立標(biāo)準(zhǔn)曲線的最佳實驗條件，為X射線熒光光譜無鉻鈍化膜測厚法在鍍鋅機組中的應(yīng)用進行了探索。

（2）在檢測準(zhǔn)確度和精密度均得到保證的前提下，采用X射線熒光光譜測定無鉻鈍化膜膜厚的方法，極大滿足了鍍鋅機組高效化生產(chǎn)對膜厚的檢測需求。該方法具有不損壞被測樣品、制樣簡便、操作簡單、快速分析、結(jié)果準(zhǔn)確等特點。

（3）X射線熒光光譜檢測無鉻鈍化膜的方法在鍍鋅機組中成功應(yīng)用，不僅提升了高效化生產(chǎn)時的檢測效率，而且通過對鍍鋅板上下表面、邊中 邊的全方位檢測，可以更加精準(zhǔn)的指導(dǎo)生產(chǎn)過程中的鍍膜工藝參數(shù)調(diào)整，減少不合格品產(chǎn)出，滿足了現(xiàn)代化鍍鋅機組在高效化生產(chǎn)下對鈍化膜厚的檢測需求。