熱鍍鋅板三價鉻鈍化表面缺陷原因分析與改進

關少康，王子明，李宗欣

（河鋼集團邯鋼公司冷軋廠，河北 邯鄲 056015）

0 引言

鈍化處理是熱鍍鋅工藝的一部分，鍍鋅板若未經過很好的鍍后處理，其表面容易出現色差，嚴重時會與大氣等周圍介質發生反應，出現銹蝕等情況。為了降低鋅元素的活性，一般情況下在帶鋼出鋅鍋后還需要進行鈍化處理，在鋅層表面形成一層鈍化膜。目前行業內最經濟且廣泛使用的鈍化處理是三價鉻鈍化。熱鍍鋅板廣泛應用于汽車板、家電板、機械建筑板等領域，且對鋼板的表面質量和耐蝕性的要求較高，良好的表面質量和耐蝕性成為熱鍍鋅行業的基本要求[1-2]。

在1.0 mm 及以上厚度的三價鉻鈍化熱鍍鋅板表面容易出現細線狀條痕，且宏觀呈現出表面花白的情況，不能滿足客戶做外觀件產品的需要。針對此類情況，通過技術手段對其進行研究分析，確定了缺陷產生的原因，并制定了有效的改進方案。

1 缺陷分析

對三價鉻鈍化熱鍍鋅存在條痕發白缺陷樣板進行微觀表面檢測及性能檢測，測試方法及技術要求指標如表1 所示。

表1 熱鍍鋅鈍化板的性能檢測標準

1.1 鈍化板的宏觀形貌

與正常樣板相比，發白樣板表面存在明顯色差，且存在明顯的沿帶鋼運行方向的細條狀紋路，條紋間距基本一致，如圖1 所示。

圖1 鈍化樣板宏觀對比

1.2 鈍化膜厚檢測

用X-ray 熒光光譜儀檢測樣板鈍化膜厚度，缺陷樣板的單面膜厚分別為43.6 mg/m2和46.5 mg/m2，在35～50 mg/m2范圍內，滿足產品的技術要求。

1.3 微觀形貌及成分分析

通過掃描電鏡SEM對缺陷樣板進行微觀形貌觀察，如圖2 所示，在掃描電鏡下，缺陷樣板表面明顯存在兩種顏色的豎條狀形貌，且呈規律性的間隔分布，此微觀形貌與樣板的宏觀形貌對應，基本平行于帶鋼運行方向。在不同顏色區域取點進行能譜分析，結果如表2 所示。從實驗結果來看，不同顏色位置的元素成分有明顯的區別，且亮色區域幾乎不含Cr 元素。圖3-1 和3-2 分別為圖2 中1 和3 位置的局部放大圖，放大倍數為2 000 倍。由圖3 可以看出，亮色區域表面微觀形貌存在明顯的龜裂，致密性相對較差，分析認為是鈍化液與鍍鋅板的反應不夠充分導致，鈍化成膜效果差。

圖2 缺陷樣板的微觀形貌

圖3 缺陷樣板局部區域的放大形貌

表2 不同位置的能譜分析

1.4 耐濕熱性、干疊性測試

對樣板進行耐濕熱性和耐干疊性測試，測試條件為50 ℃、95%（RH）、96 h，試驗結果滿足技術要求，試驗結果如表3 所示，對應的樣板情況如圖4 所示。

圖4 耐濕熱性、干疊性測試結果

1.5 耐蝕性檢測

樣板的鹽霧試驗按人造氣氛腐蝕試驗-中性鹽霧試驗（NSST）執行，執行標準GB/T 10125—2012，溶液是質量分數為5%±0.5%的NaCl 水溶液，pH 值（收集溶液）為6.5～7.2，試驗溫度為35 ℃±2 ℃；80 cm2的水平面積的鹽霧平均沉降率在1.5 mL/h±0.5 mL/h。

三價鉻鈍化膜的成膜過程可以分為三個階段：

1）鍍鋅板表面氧化膜和表層鋅原子的溶解，使更具活性的鋅原子暴露出來；隨著H+被消耗，pH 升高，使得電極表面吸附的羥基增加。

2）成膜階段：羥基取代了Cr3+絡合物中的配體，隨著pH 的升高，在鋅層表面形成了一層穩定的含有Zn2+和Cr3+組成的不溶性網狀結構氧化膜。

3）鈍化膜生長與溶解的動態平衡階段：溶液中大量H+向鍍鋅板表面擴散，鋅層表面的pH 下降，阻礙了鈍化膜的形成；帶鋼鍍層表面的成膜與溶解過程呈現動態平衡狀態[3-4]。

96 h 中性鹽霧試驗結果如圖5 所示，圖5-1 為正常樣板，出白銹面積占比約0.5%，耐蝕性級別9 級；圖5-2 為缺陷樣板，出白銹面積占比約4.5%，耐蝕性級別4 級，樣板整體上能滿足熱鍍鋅板96 h 出白銹面積占比≤5%的技術要求。對鹽霧樣板進行清洗，去除表面浮銹，可以發現，大部分銹點都是在不含Cr 元素的顏色區域內開始的，以此為中心向周圍逐步擴大，相對于正常的鈍化板而言，其鹽霧結果偏差，這也與其鈍化表面致密性相對應。

圖5 鈍化樣板的96 h 中性鹽霧結果

1.6 小結

缺陷樣板的鈍化膜厚度能夠達到技術要求的目標值，耐濕熱和耐干疊性滿足技術要求，但是表面花白樣板位置顯微組織的致密性相對較差，96 h 鹽霧試驗達標，但出現白銹面積相對較多，耐蝕性相對較差。

2 解決措施

在投用鈍化時，通過調整鈍化輥的位置來調節鈍化涂輥與帶鋼的接觸面積，在薄規格轉為厚規格后，鈍化輥的位置未調整，則輥與帶鋼的接觸面積就會相對增加，即鈍化輥與帶鋼之間的壓力就會增大，加劇輥面的磨損[5]。在新鈍化輥剛上機使用時，厚規格帶鋼鈍化后基本不會出現此缺陷，而現場實際使用的大部分為二次或多次修磨輥。

分析鈍化涂機設備及與鈍化膜相關的工藝參數，發現鈍化涂輥在使用一段時間后，表面的車削紋路明顯，且基本與缺陷鋼板的紋路吻合，判斷為鈍化涂輥表面缺陷導致鈍化成膜出現異常，造成鈍化膜的不均勻性。對此，執行以下措施：

1）提高鈍化涂輥的修磨精度，保證輥面相對光滑，無肉眼可見的車削紋路，保證鍍鋅板帶液的均勻性。

2）每次換鈍化涂輥時，要求將輥子的驅動側和操作側壓力調整平衡，避免局部壓力過大造成嚴重磨損的情況。

3）鈍化涂輥與蘸料輥之間的壓力不超過400 kg，同時涂輥與帶鋼之間的壓力不宜過大，即減小涂輥與鍍鋅板的接觸面積，以減少涂輥的磨損，尤其是厚規格帶鋼的邊部對涂輥的損傷，避免鍍鋅板由窄變寬后留下鈍化寬窄印缺陷。

4）在帶鋼厚度變化時，需到現場觀察調整帶鋼與鈍化輥的接觸面積，避免壓力過大加劇磨損，同時也可避免出現漏涂的情況。

3 結論

1）厚規格鍍鋅鈍化板表面的條痕缺陷是由于鈍化不均造成的，條痕形貌與鈍化輥的車削紋路基本一致。

2）通過提高鈍化輥的加工精度，降低輥間壓力及鈍化輥與帶鋼間的壓力，可以有效改善此條痕缺陷。