熱浸鍍鋁硅鋼板白條缺陷形貌及成因分析

李偉剛

（馬鞍山鋼鐵股份有限公司）

0 前言

熱浸鍍鋁硅鋼板——冷軋帶鋼經(jīng)退火后浸入熔融的鋁硅合金鍍液中，浸鍍一定時(shí)間后冷卻，使其表面鍍層為鋁硅合金[1]。鋁硅鍍層鋼板在耐高溫、耐腐蝕方面具有顯著的優(yōu)勢(shì)[2～3]，并且具有良好的表面外觀，應(yīng)用于對(duì)高溫環(huán)境有特殊要求的炸鍋、烤箱等小家電中[4～5]。白條缺陷是帶鋼鍍層表面連續(xù)的或間斷的具有一定寬度的白色印記，這種缺陷不僅影響表面外觀，而且對(duì)后續(xù)的涂裝等環(huán)節(jié)具有嚴(yán)重的不良影響，因此，對(duì)于小家電來(lái)說(shuō)，白條缺陷是不允許存在的。

1 試驗(yàn)材料與方法

以連續(xù)熱浸鍍鋁硅生產(chǎn)線存在白條缺陷的DX53D+AS為研究對(duì)象，缺陷材料來(lái)源于兩個(gè)方面：一是來(lái)源于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，二是來(lái)源于客戶現(xiàn)場(chǎng)。其規(guī)格為1.5 mm×1 250 mm，化學(xué)成分見(jiàn)表1，鍍層重量為單面40 g/m2。

表1 試驗(yàn)鋼板化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）

本試驗(yàn)將存在白條缺陷樣板裁剪為不等尺寸數(shù)片，利用超聲波清洗后，采用QUANTA450掃描電鏡觀察表面微區(qū)形貌，再利用VHX-900基恩士顯微鏡觀察平面及三維形貌特征，之后，使用8%的氫氧化鈉+少量緩蝕劑溶液腐蝕去掉表面的Al-Si鍍層，觀察基板的宏觀形貌，最后利用掃描電鏡觀察其微觀形貌。

2 白條缺陷形貌及原因分析

2.1 宏觀形貌

白條缺陷宏觀形貌如圖1所示。其中，客戶處的缺陷樣板為試樣1，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的缺陷樣板為試樣2。

聯(lián)系人：李偉剛，工程師，安徽.馬鞍山（243000），馬鞍山鋼鐵股份有限公司技術(shù)中心實(shí)驗(yàn)基地； 收稿日期：2022-01-28白色條狀物，缺陷較為嚴(yán)重，其中一條缺陷特征最為明顯；試樣2的缺陷程度次之，可見(jiàn)一條明顯的條狀缺陷。

圖1 白條缺陷宏觀形貌

2.2 SEM微觀形貌

從圖1可以看出，缺陷在長(zhǎng)度方向上呈白色連續(xù)條狀，寬約1 mm左右，距離帶鋼邊部約15 mm，觸及表面無(wú)手感；試樣1目視可見(jiàn)兩條較為明顯的

白條缺陷的SEM微觀形貌如圖2所示。其中，圖2（a）為試樣1缺陷處低倍形貌，圖2（b）為試樣1缺陷處高倍形貌，圖2（c）為試樣1正常處低倍形貌，圖2（d）為試樣1正常處高倍形貌，圖2（e）和圖2（f）分別為試樣2低倍形貌和高倍形貌。

圖2 白條缺陷微觀組織形貌

從圖2可以看出，試樣1缺陷組織處在低倍下無(wú)異常附著物，在高倍下其表面的Al-Si鍍層“枝晶形”結(jié)構(gòu)明顯[6]，鍍層結(jié)構(gòu)完整，為不完全光整形貌，而試樣1正常組織處為典型的光整形貌[7]；試樣2在低倍組織下同樣無(wú)異常雜質(zhì)，在高倍下部分試樣的“枝晶形”結(jié)構(gòu)露出，此試樣光整不完全，但與試樣1相比，未光整程度較輕，這與宏觀形貌觀察的結(jié)論一致。由此可知，白條缺陷處部分區(qū)域未光整，缺陷處光整前鍍層存在凹陷，導(dǎo)致光整時(shí)工作輥與帶鋼未接觸，這種情況發(fā)生的原因與光整前輥系異物壓傷表面組織或基板擦劃傷有關(guān)。

2.3 光學(xué)微觀形貌

白條缺陷的光學(xué)微觀組織如圖3所示。圖3（a）和3（b）分別為試樣1的平面和三維微觀形貌，圖3（c）和3（d）為試樣2的平面和三維微觀形貌。

圖3 白條缺陷的光學(xué)顯微鏡組織形貌

從圖3可以看出，試樣1和試樣2的缺陷組織明顯與正常組織不同，其二維平面形貌缺陷部位呈現(xiàn)明顯的痕跡狀；其三維形貌缺陷處深度明顯大于其周圍的正常組織，且試樣1的缺陷的深度與面積明顯高于試樣2。

2.4 腐蝕去掉鍍層后的缺陷形貌

試樣1和試樣2為同種類型的白條缺陷，試樣1的缺陷程度稍重。因此，對(duì)試樣1開(kāi)展了去除鍍層的試驗(yàn)觀察。白條缺陷樣板試樣1腐蝕前和腐蝕后的宏觀及微觀形貌如圖4所示。其中，圖4（a）和圖4（b）為腐蝕前的宏觀形貌及缺陷放大處形貌，圖4（c）和圖4（d）為腐蝕10 min后的宏觀形貌及缺陷放大處形貌，圖4（e）和圖4（f）為腐蝕2 h后的宏觀形貌及缺陷放大處形貌，圖4（g）和圖4（h）分別為腐蝕2 h后的白條缺陷低倍及高倍的SEM微觀形貌形貌，圖4（i）為腐蝕6 h后的宏觀形貌。

從圖4可以看出，腐蝕前的樣板宏觀上存在明顯的白條缺陷；腐蝕10 min后，鍍層去除表層部分，樣板宏觀上呈亮白色，此時(shí)鍍層的光整形貌已被破壞，因此白條缺陷組織與正常組織均為未光整形貌，樣板上觀察不到白條缺陷；腐蝕2 h后，樣板宏觀上呈暗黑色，與白條缺陷對(duì)應(yīng)的基板位置存在明顯的長(zhǎng)條狀劃傷，低倍微觀形貌下可觀察到鍍層大部分被去除，缺陷對(duì)應(yīng)的位置存在著明顯的痕跡線，因鍍層中的Fe-Al-Si三元合金相較難去除[8]，高倍微觀形貌下可觀察到仍存在著部分鍍層附著在基體表面；腐蝕6 h后，鍍層已被完全去除，基板也被腐蝕，樣板宏觀上呈現(xiàn)暗黃色，白條缺陷消失不見(jiàn)。由此可知，白條缺陷的產(chǎn)生與基板的擦劃傷有關(guān)。

3 討論與措施

白條缺陷鍍層存在著未光整形貌，局部有凹陷且基板存在著擦劃傷痕跡線。根據(jù)分析結(jié)果，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)采取了以下措施：

（1）適當(dāng)增加了光整軋制力及彎輥力，以提高光整程度，形成更完整的光整形貌；

（2）適當(dāng)增加了氣刀距帶鋼的間距大小，以增加凹陷處鍍層的厚度；

（3）適當(dāng)增加了鍍后冷卻段張力，調(diào)整鋅鍋輥位置，以增加帶鋼在熱浸鍍過(guò)程中的穩(wěn)定性，減少帶鋼與鋅鍋輥的摩擦，在熱浸鍍前形成表面良好的基板。

采取措施（1）、（2）后，在出口質(zhì)檢臺(tái)處仍能看到白條缺陷（如圖5所示）；而采取措施（3）后，白條缺陷消失。

帶鋼在熱浸鍍過(guò)程中高速運(yùn)動(dòng)，會(huì)不可避免地產(chǎn)生抖動(dòng)，抖動(dòng)的帶鋼與鋅鍋輥摩擦產(chǎn)生擦劃傷，在氣刀噴吹冷卻后，鍍層局部凹陷，光整過(guò)程中局部位置形成不完全光整形貌，在宏觀上表現(xiàn)為“白條缺陷”。通過(guò)增加鍍后冷卻段張力等手段，增加鋅鍋段帶鋼的穩(wěn)定性，減輕帶鋼擦傷的傾向，可解決該缺陷。

圖4 腐蝕前后的白條缺陷樣板宏觀形貌和微觀形貌

圖5 白條缺陷

4 結(jié)論

（1）白條缺陷在宏觀形貌上呈連續(xù)條狀，微觀組織上無(wú)異常附著物，Al-Si鍍層“枝晶形”結(jié)構(gòu)明顯，鍍層結(jié)構(gòu)完整，為不完全光整形貌，而正常組織處為典型的光整形貌。

（2）白條缺陷在光學(xué)顯微鏡下組織存在明顯異常，與正常試樣相比，其二維形貌呈現(xiàn)明顯的痕跡狀，其三維形貌深度明顯較大。

（3）白條缺陷腐蝕2 h后，樣板取樣過(guò)程的表面擦劃傷消失，而與缺陷對(duì)應(yīng)的基板位置存在擦劃傷，且低倍掃描形貌下，存在明顯的痕跡線，腐蝕6 h后，因基板腐蝕，白條缺陷消失，確認(rèn)白條缺陷的產(chǎn)生與基板在鋅鍋段的擦劃傷有關(guān)。通過(guò)調(diào)整鍍后冷卻段張力等手段，白條缺陷消失，增強(qiáng)帶鋼在鋁鍋內(nèi)的穩(wěn)定性可避免此種缺陷。