分享：冷轧镀锌带钢表面白道缺陷的成因及控制

随着汽车行业产品的不断更迭，汽车行业对冷轧钢板表面质量的要求也越越来越高。其中合资车以及高端车型所使用的均为镀锌板，由于镀锌板表面镀层的存在，使得锌灰、锌渣缺陷成为各厂目前最大的挑战，更换排渣炉鼻子成为减少锌灰、锌渣中最常见的一种方法。排渣炉鼻子最大的特点在于炉鼻子腔内锌液不断涌动带走表面沉积的锌灰，从而使液面上的锌灰不被存留在带钢表面上，带钢获得更高的表面质量。排渣炉鼻子的工作特点，加剧了锌蒸汽的挥发，这些锌蒸汽在炉内加湿气氛中发生氧化，在温度较低的炉鼻子内壁上结晶，而后脱落到带钢表面，导致新缺陷的产生。镀锌的白道缺陷产生的原因及控制措施的研究鲜有报道。本文针对使用排渣炉鼻子后产生的白道缺陷，从缺陷位置分布、微观形貌及成分角度，分析了缺陷产生的原因及机理，并提出相应改进措施，对消除缺陷，提高镀锌板表面质量，具有十分重要的现实意义[1−2]。

1.   实验内容与方法

试样来源于某钢厂具有白道缺陷的冷轧镀锌板，试样规格为0.8 mm×10 mm ×10 mm。首先对生产现场表面检测仪记录白道缺陷与实物缺陷比对，对白道缺陷宏观形貌进行观察记录；取典型试样缺陷，经过丙酮超声波清洗后，用酒精擦拭干净，并用超声波清洗器进一步清洗，然后用吹风机烘干，后用铅笔标出白道缺陷区域，并在白道缺陷区域标记为1区，正常区域为2区，如图1所示；利用扫描电镜观察白道缺陷微观特征，并进行能谱分析确定缺陷表面物质的成分；同时结合现场工艺参数、设备状况分析白道缺陷产生原因，找出主要影响因素。

2.   实验结果与讨论

2.1   缺陷特征

白道缺陷集中出现在带钢上表面，随机无规律分布，长度方向与带钢轧制方向平行，呈细条状，宽度1~2 mm，长200~500 mm，生产过程中，9000 Hz频闪灯条件下，带钢 20 m/min爬行正光明显可见，呈现白色，无手感；日光灯静止条件下正面目视轻微不易发现，侧光明显可见，呈浅白色，如图2所示。

2.2   白道缺陷形成原因分析

如图3，在电子显微镜下，两区域形貌并无明显区别。通过表1，其中发现区域1相比区域2在成分分析，相比正常区域白道缺陷区域含有一定量的氧元素。白道缺陷总是出现在带钢上表面，在锌层Z120（镀层厚度16.5 μm）以下可见，但在镀层厚度Z180（镀层厚度24.75 μm）时缺陷不可见。因此推测可能是颗粒状锌灰掉落带钢导致，其颗粒直径应小于25 μm。如图4，通过拆开排渣炉鼻短节子后发现，上表面（正面）炉鼻子内壁存在大量颗粒状锌灰。对这些颗粒锌灰进行成分分析如表2，可以看出颗粒状锌灰成分为ZnO，如图5，可以看出锌灰颗粒直径约为10~20 μm。印证了炉鼻子内壁上表面锌灰掉落带钢导致缺陷产生。

由于使用的是排渣炉鼻子，腔内的锌液不断地涌动把沉积在液面上的锌灰带走减少锌灰锌渣。氮气孔不断地通入氮气（加湿氮气孔是与炉鼻子内壁成一定夹角），对炉鼻子内壁进行冷却，炉鼻子区域锌液面温度在440~480 °C，锌蒸汽在炉鼻子内部与加湿氮气混合后温度在350~480°C，而炉鼻子内壁温度只有150~300 °C，因此锌蒸汽会与气氛中的水蒸气反应产生氧化锌，并凝结在炉鼻子内壁上。更换排渣炉鼻子后炉内气氛并未根据设备变化进行相应调整，导致原加湿氮气气氛不能抑制翻滚锌液的挥发[3]。炉鼻子倾斜插入锌液面，炉鼻子上表面内壁凝结的颗粒会掉落在钢表面，在镀层厚度不能覆盖颗粒锌灰的时候，在经过沉没辊和稳定辊的碾压拉蹭，最终形成白道缺陷。相比上表面，炉鼻子内壁下表面即使有锌灰掉落，也不会直接落到带钢上，而是掉落至接灰斗中。这就导致了白道缺陷总是出现的带钢上表面（正面）。

3.   白道缺陷的控制措施

（1）设备改造：改变氮气的喷吹方向，给排渣炉鼻子加湿氮气孔添加气体挡板，使气体喷吹方向向下，直吹腔内液面，直接抑制翻滚的锌液的挥发，同时锌液能够一定程度上加热氮气，降低氮气冷却炉鼻子内壁的作用，减少锌灰在内壁的结晶[4]，如图6所示。

（2）工艺参数改进：适当提高露点温度，由干湿氮气流量控制露点，改为通过控制加湿氮气罐温度来保证露点。既能加强加湿氮气对锌蒸汽挥发的抑制，也减少了在高露点下由于加湿氮气中气体流量波动导致露点升高，从而造成带钢表面发生氧化产生漏镀缺陷 [5]。

4.   实施效果

通过采取上述措施，带钢正面白道缺陷基本消除，再次拆开改进的炉鼻子短节后，见图7，可以看出炉鼻子内壁无颗粒状锌灰，内壁只留下较浅的一层薄灰。改进前高等级表面汽车板因白道缺陷造成产品降判约50%，改进后无因白道缺陷的降判情况发生。

5.   结论

（1）本文研究的白道缺陷主要分布在镀锌钢带上表面，沿轧制方向呈无规律连续直线分布。由于在使用排渣炉鼻子过程中，腔内锌液翻滚，氮气孔喷射加湿氮气未直接对准锌液面，未能有效抑制锌蒸汽快速蒸发，同时炉鼻子内壁温度较低，锌蒸汽氧化凝固在炉鼻子内壁后形成颗粒状锌灰后掉落在带钢表面，镀层厚度不足以覆盖颗粒锌灰，经辊子碾压拉蹭，最终导致带白道缺陷的形成。

（2）通过改进加湿氮气喷吹方向、适当提高露点以及改变炉鼻子腔内露点控制方式抑制了锌蒸汽的挥发，减少了锌灰在炉鼻子内壁的凝结，最终消除了白道缺陷的产生。

参考文献

[1]宋乙峰, 朱阳林, 王平, 等. 热镀锌板表面白色现状缺陷的分析与控制. 电镀与涂饰,2018,37(19):895

[2]齐春雨, 冯超凡, 李振. 一种新型排渣炉鼻子技术. 金属世界,2020(3):77doi: 10.3969/j.issn.1000-6826.2020.03.020

[3]刘志恒, 苗峰. 锌锅区域控制锌灰锌渣. 山西冶金,2019(2):18doi: 10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2019.02.08

[4]栗良炜, 幸福堂. 炉鼻子内锌液表面氮气流场的均匀性优化. 电镀与精饰,2018,40(10):31doi: 10.3969/j.issn.1001-3849.2018.10.007

[5]杨荣强. 加湿在热镀锌生产中的应用及优化. 钢铁研究学报,2012,24(增刊1):88doi: 10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.2012.s1.026

文章来源——金属世界