熱鍍鋅汽車板斑狀缺陷形成機理及改善措施

供稿|王鯤鵬，張杰，馬峰，富裕晶，孫鵬

內容導讀

在熱鍍鋅機組的實際生產中，斑狀缺陷是影響產品表面質量主要因素之一。本文通過對缺陷的主要成分及形貌進行分析，確定該缺陷為鍍鋅線內產生缺陷，通過對光整工序、鋅鍋工序以及退火爐的排查確定該缺陷主要由鋅鍋沉沒輥和爐內張力設定不合理導致，對鋅鍋沉沒輥進行修復并對退火爐內各段張力進行調整后，斑狀缺陷得到了極大改善。

熱鍍鋅鋼帶以其良好的抗腐蝕性、出色的可加工性以及較低的生產成本，逐步取代電鍍鋅和冷軋產品在汽車制造業中占比越來越大。隨著市場競爭的日益激烈，用戶對熱鍍鋅鋼帶的要求也不斷升高，提升熱鍍鋅板的表面質量成為各生產廠商競爭的關鍵。斑狀缺陷是熱鍍鋅生產時比較常見的缺陷，通常成片出現，在涂裝之后仍然可見，影響用戶的使用

斑狀缺陷形貌及成分分析

圖1 斑狀缺陷的SEM圖

選取本鋼某鍍鋅機組斑狀缺陷試樣，經超聲波酒精清洗后，在掃描電鏡下觀察缺陷區域形貌(圖1)，對缺陷區域進行能譜分析。由表1可以看出缺陷部位主要成分為C、O、Al、Fe和Zn，與鋅渣基本一致，可以確定斑狀缺陷區域有明顯的鋅渣聚集現象。缺陷處的SEM圖顯示有類似機械擦傷的痕跡，這可能是由于鋅渣經過光整壓下后產生滑動造成或由于鋼帶與鋅鍋沉沒輥產生輕微相對滑動時輥槽內鋅渣劃傷鋅層所致。

表1 缺陷部位成分(質量分數，%)

洗去表面鋅層對缺陷部位的基板進行觀察并分析成分。由表2可以看出基板表面成分主要為Fe，排除由清洗不完全的殘油殘鐵造成的鍍鋅不良或合金元素析出影響鍍鋅。圖2顯示基板表面存在凹坑并且帶有輕微的條狀擦傷痕跡，而且位置與斑狀缺陷一一對應，但斑狀缺陷的數量比凹坑的數量多且密集。對熱鍍鋅層橫截面形貌進行觀察(圖3)，發現缺陷部位鋅層發育異常，在凹坑部位鍍層較厚且平整度較差，這可能是因為基板表面的凹坑和擦傷部位在鍍鋅時無法形成致密的抑制層導致Zn、Fe爆發式反應使鍍層偏厚或由于張力設定不合理使得鋼帶與沉沒輥發生相對滑動，附著在沉沒輥溝槽的鋅渣劃破抑制層所致。

表2 基板表面成分(質量分數，%)

圖2 缺陷部位基板的SEM圖

圖3 鍍鋅層橫截面的SEM圖

缺陷形成原因分析及改善措施

對本鋼某鍍鋅生產線進行排查發現在出鋅鍋后光整工序前已存在斑狀缺陷并且缺陷部位有鋅渣滑動痕跡，通過光整后缺陷得到一定的改善，但是無法消除，主要是因為光整時工作輥施加的軋制力使缺陷部位增厚的鋅層得到改善，但是并不能完全消除。

通過對現場生產的跟蹤觀察發現，沉沒輥使用前期斑狀缺陷雖然存在，但是數量遠遠小于使用后期，并且打開和關閉糾正輥對斑狀缺陷影響不大，由此推斷鋅鍋沉沒輥是斑狀缺陷的主要因素但并非惟一因素。通過使用溝槽更寬的沉沒輥，對沉沒輥進行2次封孔，以改善沉沒輥表面的鋅渣粘結，斑狀缺陷的數量大幅減少，但是沒有完全消除，并呈現無規律狀。根據前期調整結果分析，無規律斑狀缺陷可能由爐內張力不合理鋼帶打滑造成，對張力輥組進行調整如表3所示。從表中可以看出張力輥輥徑的變化對缺陷有直接的影響，輥徑在798～800 mm之間時對斑狀缺陷有減輕作用。

表3 張力輥徑調整

為進一步改善缺陷，對退火爐內各段張力進行優化如表4，共進行兩次調整，逐步降低爐內張力以防止鋼帶速度跑偏，調整后鋼帶斑狀缺陷有明顯改善，在鋼帶表面觀察不到斑狀缺陷(圖4)。

圖4 調整張力前后鋼帶表面形貌照片：(a) 調整前；(b) 調整后

表4 退火爐內張力調整

結束語

熱鍍鋅板的斑狀缺陷產生原因主要是鋅鍋沉沒輥和爐內張力設定不合理：(1)鋅鍋沉沒輥區域因為溝槽中積累大量的鋅渣無法排除，附著在鋼帶上并發生相對滑動以及沉沒輥的修復質量沒有達到要求；(2)退火爐區域因為爐輥輥徑與爐內張力設定不合理，導致鋼帶帶速與輥速不同步，鋼帶與爐輥發生相對滑動，使鋼帶表面存在細微劃傷，影響后續鍍鋅質量。通過改善沉沒輥溝槽的排渣能力，提高沉沒輥的封孔質量，調整張力輥輥徑，優化退火爐各段張力等措施可以明顯改善甚至消除斑狀缺陷。

攝影 侯憲達