一种热镀锌合金化不良缺陷的分析

王春喜，晏 欣，吴清泉，李贤强，姚玉华

(1.海军工程大学湖北武汉430033;2.马钢股份有限公司冷轧总厂安徽马鞍山243000)

马钢冷轧总厂北区有两条镀锌机组，3#连续热镀锌生产线产品定位在以高档轿车用内、外板为主，兼顾高档家电板。3#镀锌线设计年产量45万t，带钢厚度:0.4mm－2.5mm;宽度:900mm－2000mm;3#镀锌生产线设有两个锌锅用于生产GI (纯锌)、GA(galvannealing:锌铁合金)两种镀层产品。4#热镀锌生产线产品定位在高档家电板为主，兼顾部分建筑板。4#镀锌线设计年产量40万t，带钢厚度:0.3mm－1.6mm;宽度:800mm－1650mm; 4#镀锌生产线只生产GI一种镀层产品。目前每月3#热镀锌合金化产量约3000t－5000t。热镀锌合金化钢板具有优良的耐腐蚀性能、涂装性能及焊接性能［1］，尽管连续热镀锌的表面质量得到了很大改善，但是生产无缺陷镀层的汽车外板仍是一件难度较大的工作［2］。在2011年8月份换锅生产热镀锌合金化产品时出现一种镀层表面类似“雪饼”形貌缺陷(如图1)，通过工艺调整、实验室分析、仔细排查最终找出缺陷原因。

1 热镀锌合金化缺陷简述

2011年8月3号3#镀锌线换GA锅生产合金化镀锌板时出现不完全合金化缺陷，镀层表面呈“雪饼”形貌，上表面(与沉没辊接触面)较下表面严重(如图1)，至8月6号共造成670多t产品降级，以前从未出现此类缺陷。

2 合金化不良缺陷处理过程

2011年8月3号3#镀锌线启动生产合金化镀锌板钢种DX51D+ZF规格0.80mm*1250mm投用合金化炉后，板面出现较为严重的合金化不良缺陷(如图1)，在线进行以下调整:1、调整合金化炉主功率功率以及边部加热器提高合金化程度;2、调整清洗段参数提高清洗效果，同时用滤纸擦拭清洗后带钢表面检查清洗效果，板面较为洁净;3、更换来料卷生产其他批次原料卷依然存在合金化不良缺陷排除来料原因;4、调整GA锌锅铝含量;5、清理气刀风机过滤器同时气刀气源由压缩空气改为氮气;经过以上调整缺陷依然存在，生产线被迫停机，同时取样送实验室分析(见实验室检测结果)。8月5号更换过气刀，沉没辊后继续调试合金化生产，此时“雪饼”合金化不良缺陷消失，主要缺陷为边部欠合金化如下图2:其中包括其他钢厂原料卷2卷，合金化不良依然出现，排除气刀以及沉没辊为导致此合金化不良缺陷之原因。

8月6号被迫换纯锌锅生产纯锌产品，在其后生产纯锌镀层产品过程中出现边部色差、斜纹(8月13号)和“锌点突起”(8月16号)如下图3:

仔细观察所谓“锌突起”与镀锌线“亮点”缺陷拖着尾巴类似就像彗星，类似缺陷图谱中称之为Iron－Horse—Comet的缺陷，所谓“色差”就是观察到运动中“锌突起”。16号生产S350GD 2.5mm* 1250mm下线成品镀锌卷出现边部露铁(图4)，同时在线实验室取样做脱锌试验出现脱锌如下图5，随紧急停机查找原因。

3 实验室检测结果

取缺陷样板送检实验室检测结果如下:

图7为合金化(GA)缺陷样板扫描电镜图片，图中右上角白色颗粒即为缺陷样板上的白色颗粒，能谱分析其成分是锌。试样上黑色区域在扫描电镜下发现存在细小的锌颗粒。将左上图中方框a区域放大至1000倍(图8)发现表面存在三种不同形貌的物质，分别为白色颗粒、灰色和黑色区域(图中A、B、C)。能谱分析显示，A为锌铁合金相，铁原子百分比为13%左右;B为纯铁，没有发现其他化学成分;C为氧化铁(Fe3O4)。

4 缺陷原因分析

通过实验室分析结果可知带钢表面存在本不该存在氧化铁，同时结合在线实验室“V”弯脱锌试验(图5)分析:即带钢在入锌锅镀锌前已被被氧化。立即排查炉子区域漏气点，经过查找发现摄像头冷却氮气管道与法兰连接处漏气，立即拆下摄像头使用石棉绳加密封胶进行防漏密封此处法兰(图10)。17号重新启动生产线生产纯锌产品，边部露铁消失，同时做脱锌试验无脱锌现象，表面质量合格，一切恢复正常。

摄像头冷却氮气管道与法兰连接处漏气造成空气进入炉鼻子空气中氧气与带钢反应形成铁的氧化物，锌与基板之间存在一层铁氧化物，在生产合金化时，带钢运行到合金化炉时被加热550℃时由于锌与基板之间存在铁的氧化物阻碍锌铁原子相互扩散合金化反应也就无法进行，而带钢表面锌层在加热到550℃时重新溶解为液态锌，由于液体表面张力的作用液态锌被聚簇成一个个小锌点后冷凝最终形成“雪饼”状的合金化不良缺陷相貌。同理锌与基板之间的铁氧化物造成纯锌层产品生产时锌液对带钢表面浸润性不良即锌层粘附性不良从而出现边部露铁和脱锌。

5 结语

通过仔细排查和分析造成合金化不良缺陷的原因为炉鼻子摄像头冷却氮气管道与法兰连接处漏气。本文分析为以后处理类似缺陷提供的思路，为热镀锌合金化生产尤其以合金化面板打下技术基础。

［1］ 金鑫焱等.合金化热镀锌IF钢表面亮条纹缺陷分析［J］.理化检验－物理分册，2008，44(12):698－701.

［2］ Tang N Y，Goodwin F E.A study of defcts in galvanized coatings［C］∥5th International Conference on Zinc and Zinc Alloy Coated Steel Sheet(Galvatech 2001).Brussels Belgium:Stahl Eisen Düsseldorf，2001:49－55.