影響鍍層附著力的因素分析及相應(yīng)措施

程懿麒 雷黨萍

（1、本鋼板材有限責(zé)任公司不銹鋼廠(chǎng)，遼寧 本溪 117000 2、遼寧冶金職業(yè)技術(shù)學(xué)院，遼寧 本溪 117000）

引言

鍍鋅板能抗銹主要是因?yàn)楦采w在鋼板表面的鋅層可以在腐蝕環(huán)境中形成耐蝕層，使鋼板本身免受腐蝕，延長(zhǎng)其使用壽命。如果鋼板和鍍層結(jié)合不牢，鋅層脫落，裸露的鋼板失去鍍層的保護(hù)，也就失去了鍍鋅板的使用價(jià)值，所以鍍層的粘附性是影響鍍鋅產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵問(wèn)題，也是導(dǎo)致鋅層出現(xiàn)裂紋、脫落的直接原因，本鋼冷軋廠(chǎng)鍍鋅機(jī)組在生產(chǎn)厚規(guī)格產(chǎn)品時(shí)。會(huì)出現(xiàn)鋅層脫落的現(xiàn)象，我們經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期實(shí)踐摸索，對(duì)影響鍍層附著力的因素進(jìn)行了分析，采用了提出了相應(yīng)的有效措施取得了較好的效果。

1 鋅層粘附機(jī)理及其影響因素

1.1 鋅層粘附機(jī)理

首先形成的是含鐵最少的ζ相（FeZn13）,在溫度較低時(shí)ζ相結(jié)晶的形成速度大于長(zhǎng)大速度，所以結(jié)晶細(xì)小致密而連續(xù)。由于ζ相的形成增加了鐵分子向外擴(kuò)散的阻力，使ζ相下邊鐵分子濃度迅速增加，達(dá)到7%時(shí)從量變到質(zhì)變，晶格發(fā)生變化，形成δ1相，（FeZn7）。δ1相是六方體晶格，組織細(xì)密，對(duì)分子擴(kuò)散阻力更大，當(dāng)鐵分子濃度升高到20.5%時(shí)，γ相（Fe5Zn10或 Fe5Zn21）開(kāi)始形成。γ相結(jié)晶是體心立方晶格，組織特別細(xì)密，對(duì)鐵的擴(kuò)散阻力更大，所以γ相形成后，鐵鋅反應(yīng)十分緩慢，鍍鋅層最外層幾乎是有純鋅組織的含有微量鐵的固溶體η相，因此熱鍍鋅時(shí)所產(chǎn)生的相層為由鐵開(kāi)始后γ相、δ1相、ζ相和 η 相，其中 η、δ1相塑性較好，γ、ζ相脆性較大。

由于鋁對(duì)鐵比鋅對(duì)鐵有較大的熱力學(xué)親和力，所以在加鋁法帶鋼熱鍍鋅中，在溫度和時(shí)間的影響下，總是優(yōu)先在鋼基表面形成鐵－鋁化合物，這個(gè)薄而均質(zhì)的中 間層能夠牢固地附著在鋼基表面，實(shí)際上它是黏附鍍層的媒介質(zhì)作用。

1.2 鋅層附著力的影響因素

影響鋅層附著性的因素很多，但對(duì)本鋼鍍鋅機(jī)組而言，對(duì)鋅層粘附性主要的影響因素可歸結(jié)為：

（1）原料表面清潔度與放置時(shí)間影響

鍍鋅原板表面殘留物主要有軋制油、設(shè)備漏液壓油、潤(rùn)滑脂以及鐵粉等，本鋼冷軋廠(chǎng)鍍鋅線(xiàn)采用的是改良森吉米爾法，采用了適當(dāng)提高NOF爐溫度，以便加大蒸發(fā)量支掉臟物。部分低分子油脂化合物在高溫下分解，發(fā)生炭化現(xiàn)象，形成去不掉黑斑并與鐵粉混合而殘留在帶鋼表面。

正是這種黑斑浸入鋅鍋后使鋼基與鋅液分開(kāi)，破壞Fe2Al5中間層形成并使Fe-Zn合金層增厚，降低鋅層附著性，另外有時(shí)在帶鋼兩側(cè)邊緣有麻點(diǎn)，也是造成邊部脫鋅的原因。

軋制后鋼卷在中間庫(kù)存放時(shí)間長(zhǎng)，或軋制過(guò)程乳化液吹掃不凈，都有可能使帶鋼表面形成氧化物，雖然前者可通過(guò)爐內(nèi)H2進(jìn)行還原，但后者較困難，只能降低機(jī)組速度以延長(zhǎng)在爐內(nèi)的停留時(shí)間。

（2）退火爐爐內(nèi)氣氛和爐溫影響

鍍鋅機(jī)組的爐內(nèi)氣氛可分為兩段，一段是NOF爐內(nèi)的弱氧化氣氛，另一段是RTF、SF和JCF爐內(nèi)的還原氣氛，這兩部分氣氛被NOF爐后的通道隔開(kāi)，并靠壓差保證爐氣平衡，帶鋼在RTF爐內(nèi)將帶鋼表面氧化鐵皮還原成適合于鍍鋅的海棉狀純鐵層，并產(chǎn)生水，生產(chǎn)中當(dāng)P H2＞P H2O時(shí)發(fā)生還原反應(yīng)，當(dāng)P H2＜P H2O為氧化反應(yīng)，因此必須將爐內(nèi)露點(diǎn)控制在一定范圍內(nèi)，當(dāng)破壞爐內(nèi)平衡狀態(tài)（爐壓波動(dòng)），造成RTF爐露點(diǎn)升高，帶鋼表面氧化鐵皮還原不充分，使鋅層附著力下降。

爐溫控制好壞直接影響退火質(zhì)量，其波動(dòng)還對(duì)爐壓和氣氛產(chǎn)生影響。由于某些焦?fàn)t煤氣雜質(zhì)多，熱值波動(dòng)大，對(duì)點(diǎn)火槍影響較大，導(dǎo)致?tīng)t溫控制不穩(wěn)定，有時(shí)要靠NOF爐帶鋼高溫加熱來(lái)彌補(bǔ)RTF加熱能力，其后果是NOF爐后燃燒室溫度過(guò)高，稀釋空氣大量進(jìn)入爐內(nèi)氧化帶鋼，同時(shí)爐壓產(chǎn)生波動(dòng)，從而嚴(yán)重影響鋅層附著性。

（3）帶鋼入鋅鍋溫度的影響

實(shí)踐證明，在鋅液溫度為455~465℃時(shí)，帶鋼入鋅鍋的溫度維持在480～520℃的范圍內(nèi)，對(duì)形具有良好黏附性的鍍層最為有利。帶鋼入鋅鍋溫度增加，鋅層附著力增加，因?yàn)闊徨冧\在反應(yīng)界面上大量供熱可加速Fe2Al5中間層形成，但溫度過(guò)高將引起鋅液超溫和鋅粒缺陷產(chǎn)生，同時(shí)帶鋼出鍋后，鐵鋅繼續(xù)向含鋁的中間層擴(kuò)散，形成富鋅固溶體，粘附介質(zhì)被破壞。同時(shí)由于合金層的增厚，鋅層表變?yōu)榘祷疑?/p>

2 采取的相應(yīng)措施

2.1 清潔原板表面

對(duì)軋鋼生產(chǎn)中的潤(rùn)滑冷卻系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，合理地配制濃度，并對(duì)吹掃系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，使軋制過(guò)程保證良好的潤(rùn)滑條件，降低軋制中鐵粉的產(chǎn)生量。同時(shí)定期對(duì)軋機(jī)機(jī)架進(jìn)行清洗，防止各類(lèi)機(jī)油對(duì)鋼板表面的污染。

在鍍鋅退火爐前增設(shè)清洗段是生產(chǎn)高質(zhì)量鍍鋅板所必須具備的條件，本鋼鍍鋅線(xiàn)增設(shè)清洗段設(shè)備組成為堿洗、刷洗、電解清洗、刷洗、漂洗、清洗、烘干，通過(guò)堿洗和刷洗可處理掉部分帶鋼表面油脂和鐵粉，而電解清洗和刷洗則可將凹坑內(nèi)殘留物進(jìn)行清理，因此通過(guò)清洗段和退火爐雙重處理則為提高產(chǎn)品質(zhì)量奠定良好的基礎(chǔ)。

2.2 調(diào)整NOF爐工藝

適當(dāng)增加NOF爐各區(qū)空燃比，使NOF爐溫升高，這是生產(chǎn)厚規(guī)格帶鋼常用的方法。其主要目的是為了機(jī)組生產(chǎn)能力使帶鋼盡快進(jìn)退火溫度區(qū)。但在實(shí)際生產(chǎn)中增加空燃比使得爐內(nèi)的氧化性氣氛濃度升高，厚帶鋼在爐內(nèi)停留時(shí)間比薄帶鋼在爐內(nèi)停留時(shí)間要長(zhǎng)得很多，這樣極易造成帶鋼表面二次氧化層增厚，不易被還原，使得鋅層附著力降低，另外由于加熱速度過(guò)快，帶鋼退火后由于機(jī)組速度的增加使得在浸鋅后核心熱的作用帶鋼表面的鋅鐵繼續(xù)擴(kuò)散形成較厚的合金相，降低了鋅層的附著性和表面光澤度。通過(guò)對(duì)實(shí)際生產(chǎn)中的分析，NOF爐前19米的無(wú)燒嘴區(qū)實(shí)際上是一個(gè)完全氧化區(qū)，由于稀釋空氣的通入量與該區(qū)的溫度有關(guān)，即當(dāng)該區(qū)溫度高于730℃時(shí)，隨著溫度的升高，空氣量同時(shí)加大，勢(shì)必造成厚帶鋼氧化程度比薄帶鋼增大。在本鋼實(shí)際生產(chǎn)中，通過(guò)合理調(diào)整NOF四個(gè)區(qū)的熱需求來(lái)控制無(wú)燒嘴區(qū)的溫度，以便降低厚帶鋼在該區(qū)的氧化程度。如果降低NOF各區(qū)空燃比，就會(huì)使?fàn)t內(nèi)的CO含量增加，爐內(nèi)的氧化擋墻前移，使得還原時(shí)間增加，縮短了帶鋼被氧化的機(jī)率，同時(shí)配合較低爐壓和較低帶鋼出NOF溫度的控制，這樣既可以控制好帶鋼二次氧化層的厚度又提高了爐子的還原能力，由于在NOF爐內(nèi)被加熱的溫度較低，帶鋼進(jìn)入RTF后需要提高RTF輻射加熱能力才能滿(mǎn)足帶鋼再結(jié)晶退火的要求。

2.3 用280℃回火改善鍍鋅層的黏附性

通過(guò)反復(fù)實(shí)踐已經(jīng)證實(shí)，把鍍層黏附力不合格的產(chǎn)品成卷放入罩式爐內(nèi)，采用下列加火工藝條件，即可使鍍層的黏附力得到改善：回火溫度為280℃（在底板上方400mm處測(cè)量），回火時(shí)間為24小時(shí)，揭罩溫度為200℃。

3 結(jié)論

綜上所述，為獲得良好的鋅層附著性和表面光澤度，首先必須具備良好的原板條件，使其經(jīng)過(guò)合理的退火爐工藝的調(diào)整，同時(shí)控制好鋅液和鋼基的化學(xué)成份，得到適合鍍鋅的海棉狀純鐵層同時(shí)又不會(huì)產(chǎn)生帶鋼入鋅鍋溫度過(guò)高的影響，以保證中間粘附層的充分形成，并抑制脆性合金層的生長(zhǎng)，從而獲得良好附著性、延展性和光澤度高的鍍層。

【1】模擬拉延筋的鍍鋅薄鋼板鋅層粘附性試驗(yàn)方法的研究【J】.理化檢驗(yàn)，物理手冊(cè)，2004（11）.