分享：冷轧涂镀产品漏镀缺陷的成因及控制

涂镀产品是指把退火处理后的带钢浸入到熔融的金属合金液中，在带钢表面形成金属合金镀层，涂镀产品的工艺流程为清洗、退火、涂镀、光整、后处理，主要设备有清洗段、退火炉、锌锅、气刀、光整机等。涂镀产品具有良好的耐蚀性和装饰性，在家电、汽车行业得到了广泛的应用，人们审美的提高对家电、汽车行业提出更高的需求，高表面涂镀产品也越来越受到客户的青睐。漏镀是最常见的缺陷，影响高表面涂镀板生产[1−2]。其中因带钢表面残留物清洗不净或退火炉内气氛异常造成表面氧化等引起的漏镀缺陷已经得到了解决，随着设备的更新，产品质量的提升使得工艺参数变更，新类型的漏镀缺陷随之产生，严重影响了涂镀产品的生产。某钢厂在生产涂镀产品时，出现了3种新型漏镀缺陷，经分析，该漏镀缺陷的成因排除了表面残留物清洗不净和退火炉气氛异常影响因素。本文采用扫描电镜（SEM）和能谱仪（EDS）对3种新型漏镀缺陷进行了微观形貌和缺陷区域成分分析，分别找出了漏镀缺陷的形成原因，并提出了解决措施。

1.   实验内容与方法

试样来源于具有漏镀缺陷的冷轧涂镀板，试样规格为长宽10 mm×10 mm。首先对生产现场表面检测仪记录的漏镀缺陷与实物缺陷比对，对漏镀缺陷宏观形貌进行观察记录，漏镀可分为3种，一种是条状漏镀缺陷，一种是块状漏镀缺陷，一种是点状漏镀缺陷。取缺陷试样，将条状漏镀缺陷、块状缺陷、点状缺陷分别标注为I、II、III类缺陷并同时把缺陷区域标记为1区、2区、3区。如图1所示。利用扫描电镜观察漏镀缺陷微观特征，并进行能谱分析确定缺陷表面物质成分；结合现场工艺参数、设备状况分析缺陷产生原因，找出影响因素。

2.   漏镀缺陷的特征

2.1   宏观特征

热镀锌板表面的漏镀缺陷可分为3类，分别如图2所示，左侧图像为缺陷照片，右侧图像为带钢表检图片，红圈内为缺陷在带钢长度方向上的分布位置。其宏观特征如下。

（1）I类缺陷：集中出现在某个批次，形貌为细线状凹坑，中间些许断点，颜色发黑，基板裸露，表面无镀层覆盖，缺陷宽度约5 mm，长度小于1 m，手感强烈，如图2（a）所示。

（2）II类缺陷：集中出现在某个批次，缺陷形貌类似块状凹坑，颜色发黑，基板裸露，表面无镀层覆盖，表面无锌层覆盖，缺陷宽度约为10~15 mm，长度 20~30 mm，手感强烈，如图2（b）所示。

（3）III类缺陷：缺陷形貌类似点状凹坑，数量大而且正反两面均存在，黑色向周边逐渐变浅，黑色部位无镀层覆盖，缺陷直径小于1 mm，手感明显，如图2（c）所示。

2.2   缺陷基体微观形貌和成分

（1）I类缺陷扫描电镜如图3所示，能谱分析结果如表1所示，缺陷区域主要元素为Fe、Zn、Al、O。

（2）II类缺陷扫描电镜如图4所示，能谱分析结果如表2所示，缺陷区域除存在Fe、Zn、Al、O元素外，还存在Ca、Cr、Ni等其他元素。

（3）III类缺陷扫描电镜如图5所示，能谱分析结果如表3所示，缺陷区域主要元素为Fe、Si、Al、O。

3.   缺陷形成的原因分析

3.1   I类漏镀缺陷

根据上文的分析结果，判断I类缺陷成因可能为基板在进入锌锅前表面氧化或者异物掉落至基板导致。I类缺陷形貌呈均匀的条状，由于炉鼻子内壁锌灰（异物）不会持续在同一位置连续掉落，可以排除锌灰掉落导致I类缺陷。将炉鼻子加湿参数控制曲线与漏镀缺陷在带钢分布图像进行拟合，发现I类漏镀缺陷与露点曲线存在对应关系，缺陷出现在露点急速升高时[3−4]，如图6所示，图中左侧黄色标识表示的是缺陷在带钢长度和宽度方向的位置，对应右侧曲线为露点升高拐点。

炉鼻子露点是通过向炉鼻子内部通入一定比例的干氮气和湿氮气的混合气进行控制的，湿氮气比例越高，炉鼻子露点越高。通过查看干湿氮气流量与露点曲线对应关系，干湿氮气流量无异常波动情况，但露点急剧升高，如图7所示，绿色曲线为干氮气流量、橙色曲线为湿氮气流量、蓝色曲线为炉鼻子露点曲线。加湿气体分支管路冷凝水每4 h排放一次，露点急速升高发生在排放冷凝水后约2 h。每个炉鼻子内加湿氮气孔对应一组分支管路，分支管路狭窄细长容易受到外界气温影响，由于加湿氮气温度较环境温度高，加湿氮气中的水蒸汽在外界温度较低时（环境温度低于25 °C）容易凝结。冷凝水在管路中的弯角处积攒，当积攒到一定量后，被加湿氮气携带进入炉鼻子内部，导致露点突然升高。进入炉鼻内的冷凝水喷射到带钢表面，并沿带钢轧制方向流动，使带钢进入锌锅前表面被氧化，最终产生了长条状形貌的I类漏镀缺陷。测量I类漏镀缺陷在带钢宽度方向上的位置，与加湿氮气孔位置一致，印证了上述分析。

II类漏镀缺陷：

根据上文的分析结果，II类漏镀缺陷含有Fe、Zn、Al、O、Ca、Cr、Ni等元素，判断其成因与I类漏镀缺陷不同，不是由于表面氧化造成的，而是由于带钢基板表面粘附异物导致镀锌不良造成的漏镀。对比相同批次钢卷在其他镀锌线生产情况未发现II类漏镀缺陷，排除了原料影响；镀锌线清洗段采用脱脂剂对带钢表面残油残铁进行清洗，而缺陷成分中未检测到Na元素，可排除清洗段影响；退火炉内壁及炉辊表面涂层含有Cr、Ni等元素，与II类漏镀缺陷成分有交集，因此重点排查退火炉内是否有异物粘附到带钢表面[5−7]。

产线检修时进入退火炉内检查，发现炉辊表面存在灰白色絮状物，如图8所示。对其进行取样分析，发现灰白色絮状物成分与II类漏镀缺陷处成分接近，如表4所示。同时炉辊表面灰白色絮状物形貌与II类漏镀缺陷形貌较也为相似。最终确定导致II类漏镀缺陷的原因是炉辊表面的絮状物粘附到带钢表面造成涂镀不良。

III类漏镀缺陷：

根据上文的分析结果，III类漏镀缺陷含有Fe、Al、Si、O等元素，其成因可能与I类漏镀缺陷相似。通过对炉鼻子参数控制曲线与表检进行拟合，未发现对应关系，推断III类漏镀缺陷与炉鼻子参数无关。通过观察缺陷形貌，III类漏镀呈点状且数量较多，正反面同时出现。通过表检系统查看漏镀缺陷和灰渣缺陷在带钢表面的分布位置，发现III类漏镀缺陷分布与灰渣缺陷位置一致，如图9所示，而I类漏镀缺陷无此规律，因此推断III类漏镀是由于灰渣粘附导致。查询现场控制参数发现，带钢出现该类漏镀缺陷之前曾批量生产厚度小于0.6 mm的薄规格带钢，由于薄规格带钢入锅温度低导致锅温降低，为保证锅温稳定，电感应加热器高功率模式自动启动，造成锅中熔融金属扰动，灰渣翻滚上浮，粘附到带钢表面形成缺陷。部分灰渣涂镀后与带钢基板剥离，产生III类点状漏镀缺陷。

4.   缺陷控制措施及实施效果

I类漏镀缺陷措施。

（1）加湿氮气管路包覆伴热带；

（2）在所有加湿管路包括分支管路包覆保温棉；

（3）炉鼻子加湿管路冷凝水排放频率由4 h 1次提升至1 h 1次。

II类漏镀缺陷

（1）退火炉清炉频次由每年1次改为每年2次。

（2）适度提高炉鼻子内露点，减少锌蒸汽挥发，减少锌灰与其他杂物混合。

III类漏镀缺陷

（1）生产过程中，发现表面灰渣量较大时，及时进行捞渣。

（2）电感应加热器高功率启动时机改为每卷带钢尾部100~150 m，通过对带尾及下卷钢带头进行切除，保证两卷钢表面状态。

通过采取上述措施，消除了I类、II类漏镀缺陷。III类漏镀缺陷虽然未能根本消除，但通过上述措施把缺陷位置转移到带钢头尾并进行切除。虽然损失了部分成材率，但保证了整卷带钢的表面质量，提升了产品合格率。

5.   结论

I类漏镀缺陷是由于加湿氮气管路中冷凝水累积达到一定程度后，被加湿氮气带到炉鼻子中，一部分冷凝水喷射到带钢表面，使带钢氧化导致；II类缺陷是由于退火炉辊辊面异物粘附到带钢基板，涂镀后脱落导致。III类漏镀缺陷是由于锅中灰渣粘附到带钢基板，涂镀后脱落导致。

通过对加湿管路增加保温措施，减少冷凝水的形成可有效避免I类漏镀缺陷；通过增加退火炉清理频次，可有效避免II类漏镀缺陷。通过降低锅中灰渣量，控制电感应加热器高功率启动时机，将III类漏镀缺陷产生位置转移至带钢头尾，保证了钢卷带中表面质量。

参考文献

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文章来源——金属世界