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控制熱鍍鋅鋼板表面的“鋅粒”缺陷，使其滿足沖壓和涂漆的使用要求，是熱鍍鋅鋼板替代電鍍鋅鋼板、表面質(zhì)量控制的關(guān)鍵之一。本文在綜合國內(nèi)外熱鍍鋅理論研究成果的基礎(chǔ)上，對熱鍍鋅鋼板表面“鋅粒”缺陷的形成機理進行了分析。結(jié)合武漢鋼鐵股份有限公司冷軋總廠二分廠熱鍍鋅機組投產(chǎn)三年多的生產(chǎn)實踐，從原料條件、清洗段工藝和設(shè)備、鋅鍋段工藝和設(shè)備、鍍后段工藝和設(shè)備等方面，系統(tǒng)全面地分析了造成高表面等級(O5表面或C級表面)熱鍍鋅鋼板表面“鋅粒”缺陷的原因。提出了針對性的控制措施，包括合理的生產(chǎn)計劃排程，鋼種的設(shè)計和選擇，原料要求，清洗效果的保證措施與評價標(biāo)準(zhǔn)，鋅鍋工藝控制，對鋅錠中的鐵含量的限制，對鋅鍋輥系設(shè)備的技術(shù)要求，氣刀和鍍后冷卻風(fēng)機的控制。與2008年相比，武鋼冷軋總廠二分廠2009年“鋅粒”缺陷造成的降級率下降了80%。高表面等級熱鍍鋅鋼板的合同量占全部熱鍍鋅鋼板的合同量從2008年的5%提高到了2009年的10%。
1前言
熱鍍鋅鋼板由于具有高的耐蝕性、優(yōu)良的成形性、良好的焊接性和涂漆裝飾性，被廣泛用于汽車、家電、建筑等各個行業(yè)。在轎車外板、家電面板等對表面質(zhì)量要求高的應(yīng)用領(lǐng)域，如何控制熱鍍鋅鋼板表面的鋅粒缺陷，使其滿足沖壓和涂漆的使用要求，是熱鍍鋅鋼板替代電鍍鋅鋼板、表面質(zhì)量控制的關(guān)鍵之一。
在DIN標(biāo)準(zhǔn)中，高表面等級熱鍍鋅板為“O5表面”;在EN標(biāo)準(zhǔn)中，高表面等級熱鍍鋅板為“C級表面”。例如EN10327標(biāo)準(zhǔn)中對于熱鍍鋅板C級表面的定義為“C級表面通過光整獲得，受控的一面必須可以用于均勻的高級涂漆表面，另一面至少為B級表面”。實際使用中，用戶對O5表面或C級表面的要求幾乎為“零缺陷”。
本文所討論的“鋅粒”缺陷為，德國鋼鐵協(xié)會出版的第二版《熱浸鍍鋼板表面缺陷》中的“Drosspimples”和“Drosssugar”，其定義為“嵌在鋅層中尺寸為0.5mm～2.0mm和小于0.5mm的渣粒”，其成因為“表渣、懸浮渣或底渣沉積在帶鋼上”。
武漢鋼鐵股份有限公司冷軋總廠二分廠熱鍍鋅機組采用的是美鋼聯(lián)法工藝，產(chǎn)品定位于高檔轎車板和家電板。為了解決熱鍍鋅板表面“鋅渣”缺陷對高表面等級熱鍍鋅鋼板產(chǎn)品質(zhì)量所造成的影響，下面對其產(chǎn)生原因進行全面系統(tǒng)地分析，提出控制措施。
2鋅粒缺陷的產(chǎn)生機理及其影響因素
2.1鋅粒缺陷的產(chǎn)生機理
鋅粒缺陷產(chǎn)生的原因是由于鋅液表面、底部和懸浮在鋅液中的金屬化合物顆粒附著在帶鋼表面。
相關(guān)研究表明，鋅液表面的金屬化合物顆粒主要為Fe2Al5和氧化物，懸浮在鋅液中的金屬化合物顆粒為Fe2Al5和FeZn7的混合物，鋅液底部的金屬化合物顆粒主要為FeZn7。其產(chǎn)生機理為：帶鋼中的鐵不斷向鋅液中溶解，鐵在鋅液中的溶解有一定的飽和度，例如鋅液溫度460℃、鋅液Al含量0.20%時，鋅液中鐵的飽和度為0.007%。當(dāng)鋅液中鐵的濃度超過其飽和度時，就析出形成金屬化合物。鋅液處于一種鐵溶解、鋅渣析出的動態(tài)平衡過程，鐵溶解和鋅渣析出都是不可逆的。
相關(guān)研究表明，鋅液中的鐵析出后，首先與鋅發(fā)生反應(yīng)，形成鋅鐵金屬化合物，其反應(yīng)式為：Fe+7Zn→FeZn7，F(xiàn)eZn7的比重為7.25g/cm3，大于鋅液的比重6.9g/cm3，會沉到鋅鍋底部。
其次，當(dāng)鋅液中有效鋁的含量大于0.14%時，鋅液中的鋁會和鋅鐵金屬化合物反應(yīng)，形成鋁鐵金屬化合物，其反應(yīng)式為：2FeZn7+5Al→Fe2Al5+14Zn，F(xiàn)e2Al5的比重為4.2g/cm3，小于鋅液的比重6.9g/cm3，會浮到鋅液表面。如圖1所示。
在實際生產(chǎn)過程中，進入鋅液的帶鋼，其表面的鐵不斷溶于鋅液，再加上鋅液中鋁含量和溫度的波動，鋅粒的形成是不可避免的，只能減少其數(shù)量和粒度，減少其附著在帶鋼上的機會。
2.2影響鋅粒缺陷產(chǎn)生的因素
影響鋅粒數(shù)量和粒度的因素包括溶入鋅液中的鐵的數(shù)量、鐵在鋅液中的溶解飽和度。影響鋅粒附著在帶鋼上的因素包括，帶鋼在鋅鍋中的抖動、表渣的清除、鋅鍋加熱裝置、氣刀。
盡量減少溶入鋅液中的鐵的數(shù)量是減少鋅粒數(shù)量和粒度的關(guān)鍵。溶入鋅液中的鐵的數(shù)量與原料帶鋼表面缺陷、原料帶鋼表面粗糙度、入鋅鍋帶鋼表面殘鐵、鋅液鋁含量、機組速度、入鋅鍋帶鋼溫度、鋅液溫度、鋼種化學(xué)成分、鋅錠中的鐵含量、鋅鍋設(shè)備帶入鋅鍋中的鐵有關(guān)。原料帶鋼表面缺陷，尤其是表面夾雜、氧化鐵皮、欠酸洗會促進Fe-Zn反應(yīng)，增加鋼板的鐵損，因此原料帶鋼表面夾雜、氧化鐵皮、欠酸洗缺陷越少，溶入鋅液中的鐵就越少。原料帶鋼表面粗糙度越小，溶入鋅液中的鐵就越少。入鋅鍋帶鋼表面殘鐵越少，溶入鋅液中的鐵就越少。相關(guān)研究表明，鋅液鋁含量越多，溶入鋅液中的鐵越少;鋅鍋處機組速度越高，帶鋼在鋅液中浸泡的時間越短，溶入鋅液中的鐵越少;當(dāng)鋅液中的鋁含量≥0.18%時，入鋅鍋帶鋼溫度越高，溶入鋅液中的鐵越少;鋅液溫度越高，溶入鋅液中的鐵越多，當(dāng)鋅液溫度上升到480℃時，溶入鋅液中的鐵的數(shù)量隨鋅液溫度的提高而迅速增大。鋼中的C、Si含量越低，溶入鋅液中的鐵的數(shù)量就越少。鋅錠中的鐵含量越低，溶入鋅液中的鐵就越少。提高鋅鍋中設(shè)備的耐鋅液腐蝕能力，溶入鋅液中的鐵就越少。
在鋅液中溶解較低的和穩(wěn)定的鐵是減少鋅粒數(shù)量和粒度的關(guān)鍵。鐵在鋅液中的溶解飽和度與鋅液溫度和鋅液中鋁含量有關(guān)。KazuhiroOtsuka等人研究表明，當(dāng)鋅液中鋁含量為0.10%～0.26%、鋅液溫度440℃～480℃時，鋅液溫度越低，鋅液中鋁含量越高，鐵在鋅液中的溶解飽和度越低。鋅液溫度和鋅液中鋁含量的波動，會造成鐵在鋅液中的溶解飽和度的波動，從而增加鋅液中鐵的溶解和析出。因此，要保持鋅液溫度和鋅液中鋁含量的穩(wěn)定性，就要求穩(wěn)定的機組速度、穩(wěn)定的入鋅鍋板溫、穩(wěn)定的帶鋼規(guī)格、均勻的加鋅錠速度。
帶鋼在鋅鍋中的抖動會使鋅液面的鋅渣更容易附著在帶鋼表面。盡量減少鋅鍋處帶鋼的抖動，有利于減少鋅粒缺陷。造成帶鋼在鋅鍋中抖動的原因包括，出鋅鍋處帶鋼板形、鋅鍋輥系的抖動、鋅鍋處帶鋼張力的穩(wěn)定性、鍍后冷卻風(fēng)機氣流對帶鋼的擾動。在帶鋼附近清理表渣時，也增加了鋅液面的鋅渣附著在帶鋼表面的機會。鋅鍋感應(yīng)器熔溝產(chǎn)生的金屬流的攪動作用，會增加懸浮鋅渣附著在帶鋼表面的機會。氣刀吹出氣流對鋅液面的擾動，會增加表渣附著在帶鋼表面的機會。同時，氣刀吹出的空氣會增加鋅液的氧化。
研究表明，鍍后冷卻速率越大，鋅粒的粒度和數(shù)量越少，當(dāng)鋅液鋁含量≥0.15%、鋅液鐵含量≤0.01%時，鍍后冷卻速率≥10℃/s，可以有效抑制鍍后冷卻過程中鋅渣的形成。
