镀铝锌硅板露铁缺陷原因分析

曹博蕊,赵 楠

(梅山钢铁公司技术中心,江苏南京 210039)

镀铝锌硅板露铁缺陷原因分析

曹博蕊,赵 楠

(梅山钢铁公司技术中心,江苏南京 210039)

梅钢热镀铝锌硅产品在生产过程中带钢表面产生局部露铁缺陷,通过对露铁缺陷部位进行微观形貌及能谱分析,结果表明：镀铝锌板在生产中出现的露铁缺陷,微观形貌由多个小片状露铁组成;露铁处不同部位的氧元素含量均较高,说明基板被氧化,这是导致浸润性差、未形成合金层的主要原因;露铁处钛含量较高,可判断为钛的化合物在这些部位聚集,阻碍了铁基板与镀液的反应,这是导致未形成合金层的又一原因。通过对露铁缺陷产生原因的分析,结合梅钢热镀铝锌产线的工艺特点,提出了预防露铁发生的控制措施。

镀铝锌硅板;露铁缺陷;分析;控制

1 引言

高铝锌合金镀层产品是美国伯利恒钢铁公司于20世纪70年代开发的高耐蚀性镀层产品,它综合了铝的优异耐蚀性与锌的阴极腐蚀保护性,具有优良的耐大气腐蚀能力,其耐蚀性是同样镀层厚度的热镀锌钢板的2～6倍[1]。此外,镀铝锌镀层还表现出良好的涂装性、加工成形性和优良的热反射性能。正是由于其良好的综合性能,镀铝锌产品的发展非常迅速,并广泛应用于建筑、汽车、农业、家用电器等行业。但较热镀纯锌而言,镀55%Al-Zn-1.6Si合金镀液与钢板的浸润性相差很多,直接影响到镀层的附着力及连续性,易产生漏镀缺陷,进而影响产品的表面质量及耐腐蚀性能。其主要原因是由于铝锌硅镀液中含铝量过高,接近于Ⅱ型热镀铝。众所周知,铝的熔点高、易氧化、表面张力大不易在钢板表面浸润,这是生产热镀铝锌硅产品比生产热镀锌产品困难的主要原因[2]。以下重点研究热镀铝锌硅产品生产中出现的露铁缺陷,对缺陷产生的原因进行了详细的分析,并提出了预防措施。

2 实验选材及方法

本实验选材为梅钢热镀铝锌生产线生产的DC51D+AZ镀铝锌板,该镀铝锌产线采用改良森吉米尔法,在生产过程中锌锅温度控制在600℃左右,带钢入锌锅温度控制在600℃左右,锌锅内锌液成分为55%Al-Zn-1.6Si,热镀铝锌后还进行平整、拉矫及后处理等工序。现场生产时发现带钢表面存在局部的片状黑点缺陷,见图1所示。在存在缺陷的镀铝锌钢板上取样,用扫描电镜观测缺陷形貌,采用能谱分析其成分,并在质量正常部位取样进行对比分析。

图1 露铁缺陷宏观照片

3 结果与讨论

3.1 露铁缺陷表面形貌特点

把缺陷样板放在扫描电镜下采用较低放大倍数(80倍)观察,形貌见图2所示。从图2中可见,镀铝锌板露铁缺陷处形貌基本一致,在镀铝锌典型枝晶状表面夹杂着不规则的片状缺陷,平均尺寸约0.5 mm。取其中一处放大观察,其形貌见图3所示。从图3中可见,缺陷处形貌可区分为两种,一种为黑色的较为平坦的类似铁基体,另一种为疏松的灰白色颗粒状物质,凌乱分布在黑色物质之上。

将图3位置进一步放大进行观察,见图4、5所示。从图4中可以看出,在6000倍下观察黑色物质形貌较单一,与图3基本一致;而在图5中,同样6000倍下观察灰白色颗粒发现其形貌更为复杂,在黑色基体上存在一些直径约0.5μm的小凹坑,在部分凹坑上有直径约0.5μm白色小颗粒状物质,呈团簇状零星分布,整个观察视场内有贯穿黑色基体、小凹坑及白色小颗粒物质的多条裂纹,且裂纹分布没有规律性。

3.2 露铁缺陷成分分析

采用扫描电镜能谱仪对两种缺陷形貌位置分别进行成分分析,黑色物质的形貌及成分见图4、表1,白色颗粒状物质的形貌及能谱见图5、表2。从表1可以看出,黑色物质主要成分为铁元素,同时含有微量的碳、锰、锌、铝元素,可以判断黑色物质为铁基板。从表2可以看出,白色颗粒状物质的主要成分为Fe、O、Ti,同时含有少量的Al、Zn,未发现Si元素。不同部位的氧元素含量均较高,平均值达19.25%,说明基板被氧化,这是导致浸润性差、未形成合金层的主要原因。位置1和位置3的钛含量分别达4.24%和8.49%,说明钛或钛的化合物在这些部位聚集,阻碍了基板与镀液的进一步反应,是导致未形成合金层的又一原因。

图2 缺陷处低倍形貌

图3 缺陷处高倍形貌

图4 类似黑色基体的高倍形貌

图5 白色颗粒物的高倍形貌

表1 黑色物质的能谱结果(质量百分含量,%)

表2 白色颗粒状物质的能谱结果(质量百分含量,%)

3.3 正常部位合金层表面形貌特点及成分分析

把镀铝锌板正常部位表面的镀层去除后,在扫描电镜下观察合金层表面,形貌见图7、8所示。从图中可见,正常部位的合金层主要由灰白色小颗粒、灰色棱柱状大颗粒、絮状物质组成,与露铁部位的合金层形貌差异很大。整个观察视场内也存在贯穿的多条裂纹,且裂纹分布没有规律性,这与缺陷部位是一致的。

图7 正常合金层低倍形貌

对正常部位合金层不同形貌处进行了能谱分析,结果见表3所示。从表中可以看出,灰白色小颗粒和灰色棱柱状物质的Al和Fe含量都较高,并且含有一定量的Si和Zn,絮状物质的Si含量极高,合金层表面未检测出氧元素。根据文献资料[3]可知,灰色棱柱状物质为T5相,灰白色小颗粒为θ相,絮状物质则为富硅相,这些相组成了热镀铝锌硅产品的完整合金层,确保了镀层的良好结合力。

图8 正常合金层高倍形貌

表3 正常部位合金层表面的能谱结果(质量百分含量,%)

4 缺陷原因分析及预防措施

相对于热镀锌而言,热镀55%铝锌硅由于其铝含量高,钢板与镀液的浸润性相对较差,因此对带钢表面清洁度要求极高。首先,若带钢表面局部存在轻微氧化进入锌锅,直接导致漏镀或镀层附着力下降。其次,镀浴中的铝和钛元素活性极高,也极易被氧化漂浮在镀浴表面,若这些面渣粘到钢带上,也会导致漏镀或恶化镀层的附着性。再次,热镀铝锌镀液温度一般控制在600℃左右,在这么高的温度下,炉鼻子内没有保护层的锌液极易蒸发或氧化,锌蒸汽直接附着在钢板上或锌蒸汽附着在炉鼻子内设备上形成锌粉后掉落在钢板表面都会影响钢板与镀液的直接接触,从而形成针孔状的漏镀缺陷。

为预防露铁缺陷的产生,可以通过以下措施加以控制：

(1)采用改良森吉米尔法工艺生产GL产品,必须将空气燃烧比例控制在一个相对稳定的区间内,才能保证燃气完全燃烧的同时不会导致带钢表面的过度氧化;同时控制好NOF炉入口的开口度,防止炉口处水汽凝结滴落在板带上引起漏镀。

(2)提高炉内还原气体的浓度。对于热镀锌卧式加热炉一般氢气含量控制在15%～25%,而镀铝锌线卧式加热炉则可能提高至35%及以上,保证带钢表面氧化物被彻底还原。

(3)严格控制在炉鼻子处通入的保护气体的纯度。要求含氧量小于5～10ppm,露点在-40℃以下,以防止保护气体中的杂质与镀浴发生反应。

(4)强化脱脂清洗的效果,最大限度地除去钢板表面的油污、锈蚀、铁屑和灰尘等杂质。要求原料储存时间较短,一般不超过一个星期,防止带钢表面氧化严重发生漏镀。

5 结论

(1)镀铝锌板在生产中出现局部露铁缺陷,其微观形貌由多个小片状露铁组成。露铁处不同部位的氧元素含量均较高,平均值19.25%,说明基板被氧化,这是导致浸润性差、未形成合金层的主要原因;露铁处钛含量较高,为钛的化合物在这些部位聚集,阻碍了基板与镀液的反应,这是导致未形成合金层而发生露铁的又一原因。

(2)正常镀铝锌板的合金层形貌由灰白色的小颗粒、灰色棱柱状大颗粒和絮状物质组成,化学成分主要包括Fe、Al、Zn、Si四种元素。

[1] 刘益民.宝钢冷轧3号热镀锌机组采用的高铝锌合金热浸镀生产技术简介[J].宝钢技术,2004(增刊)：12-16,19.

[2] 李九岭,郑洪道,汪晓林.铝锌硅镀层板露钢缺陷的产生与对策[J].武钢技术,2010,48(5)：54-58.

[3] 史良权.热镀铝锌合金钢板[J].世界钢铁,2003(3)：4 -11.

Analysis of Uncoated Defect in Al-Zn-Si Coating Plate

CAO Borui,ZHAO Nan
(The Technology Center of Meishan Iron&Steel Co.,Nanjing 210039,Jiangsu,China)

Uncoated defect was formed in the plate surface during the hot-dipping Al-Zn-Si process of Meishan Steel. In the paper,uncoated defect was analyzed by scanning electron microscopy and energy-dispersive spectroscopy.The uncoated defect contained many little pieces,and had high oxygen element.It means the plate was oxidized,and what lead to bad wettability and inchoate alloy layer.The uncoated defect had higher titanium element,which means titanium compounds gathered in somewhere.Titanium compounds hinder the further reaction of the plate and the bath,and it is the other reason of inchoate alloy layer.Combined with the feature of the production line of Meishan Steel,the preventive and control measures of uncoated defect are put forward.

hot-dipped Al-Zn-Si plate,uncoated defect,analysis,control

TG178

A

1001-5108(2017)04-0042-04

曹博蕊,工程师,硕士研究生,主要从事热涂镀相关的工艺研究。