分享：合金化热镀锌无间隙原子钢板条纹缺陷产生原因

• 葛志勇1, 2, , 
 
• 高兴健1, 
 
• 杨波1, 
 
• 卢海峰3

• 1.

  宝钢湛江钢铁有限公司 制造管理部，湛江 524072

• 2.

  宝钢股份中央研究院 湛江钢铁技术中心，湛江 524072

• 3.

  宝钢湛江钢铁有限公司 冷轧厂，湛江 524072

合金化热镀锌镀层钢板具有环保、轻量化、可成型、可涂装、耐腐蚀、可焊性良好等优点，在家电及汽车工业领域应用广泛[1]。随着热镀锌技术的发展，生产者对镀锌板表面质量的要求也越来越严格，首先要做到镀锌板表面无缺陷，否则涂漆后镀锌层会出现表面缺陷。由于要求镀锌层表面平坦，且涂漆后的漆膜光亮，即所谓具有高的鲜映性，因此生产无缺陷镀层的汽车外板仍然是一件难度较大的工作。合金化热镀锌钢板是带钢出锌锅后进入合金化炉，在450~550 ℃的合金化温度下，发生铁锌扩散反应而成的。当带钢表面存在缺陷会对铁锌扩散反应产生影响，导致缺陷被放大，因此锌铁合金热镀锌钢板对表面质量的要求会更高。

近年来，针对合金化热镀锌条纹缺陷的研究不多，其中崔磊[2]利用光学显微镜、扫描电镜（SEM）及能谱仪等设备对该类缺陷进行分析，发现条纹缺陷对应的基板组织存在未完全回复再结晶的轧制态组织，并对轧制态组织形成条纹缺陷机制进行了剖析。笔者在此基础上采用一系列理化检验方法对条纹缺陷的形成原因进行深入分析，并提出改进措施，以避免该类问题再次发生。

1.   理化检验

1.1   宏观观察

条纹缺陷宏观形貌如图1所示。由图1可知：条纹缺陷沿轧制方向下表面传动侧间断性出现，打磨前后条纹发白、发亮，宽度约为1~2 mm。

图  1  条纹缺陷宏观形貌

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1.2   化学成分分析

合金化热镀锌无间隙原子（IF）钢条纹缺陷样板基板的化学成分如表1所示。

Table  1.  IF钢基板的化学成分

项目	质量分数
	C	Si	Mn	P	S	Ti	Nb
实测值	≤0.002	≤0.03	≤0.2	≤0.015	≤0.01	≤0.025	≤0.012

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1.3   扫描电镜分析

打磨后条纹和正常部位镀层的SEM形貌如图2所示。由图2可知：条纹处表面镀层打磨痕迹较多，原始镀层形貌较少，原镀层“火山口”形貌保留较少、更加平整、镀层合金化更充分；正常表面与条纹相反，镀层打磨痕迹较少，原始镀层及其表面“火山口”形貌保留较多。由此可见，条纹缺陷产生的原因是条纹处不同镀层形貌导致宏观光线反射差异。

图  2  不同部位镀层的SEM形貌

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使用加入缓蚀剂的17%（体积分数）稀盐酸溶液对标记好的缺陷部位进行溶锌处理，镀层完全溶锌后不同部位的SEM形貌如图3所示。由图3可知：条纹处基板表面的“平台”较少，表明该区域锌、铁元素扩散较充分，正常部位基板表面的“平台”较多，表明该区域锌、铁元素扩散不充分，该现象与镀层差异相对应。

图  3  镀层完全溶锌后不同部位的SEM形貌

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基板未再结晶组织的背散射形貌及二次电子形貌如图4所示。由图4可知：未再结晶的晶粒对应表面几乎没有“平台”，表明该区域锌、铁元素扩散较充分。

图  4  基板未再结晶组织的背散射形貌及二次电子形貌

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1.4   金相检验

溶锌后不同部位基板的微观形貌如图5所示。由图5可知：条纹部位基板存在多处“异常晶粒”，晶粒沿轧向呈长轴状，测量其中典型晶粒的长度为495.7 μm，宽度为74.8 μm，长宽比符合5∶1的特征，判断其为没有完全回复再结晶的轧制态晶粒，条纹部位基板可见3~6个未再结晶的晶粒，个别晶粒长度最大可达700 μm，而暗条纹处基板表面未发现未再结晶组织，均为已回复再结晶的等轴状细晶粒。

图  5  溶锌后不同部位基板的微观形貌

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不同部位基板沿轧向截面的微观形貌如图6所示。由图6可知：正常部位均为已回复的等轴状组织，而条纹处表层存在一层未再结晶组织，该组织仅有1~3个晶粒厚度，厚度为10~20 μm。该钢条纹缺陷的产生原因为表层组织在退火过程中回复再结晶受到抑制。

图  6  不同部位基板沿轧向截面的微观形貌

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2.   现场排查

现场调查发现，生产该批次合金化热镀锌IF钢缺陷材料时，清洗段电导率存在明显异常，排查发现为热水刷洗槽出口挤干辊传动侧挤干辊的挤干效果欠佳，碱洗脱脂后脱脂剂被带入电解槽，残留的脱脂剂影响了带钢的退火回复再结晶过程，在镀锌合金化后钢板表面出现条纹缺陷。

3.   综合分析

合金化热镀锌IF钢条纹缺陷形成机制如图7所示。IF钢也称超低碳钢，正常情况下，IF钢晶界不存在C、N等间隙原子，晶界上Zn、Fe原子扩散速率快，晶界处锌铁扩散反应速率较晶粒内更快[3]，因此会在镀层表面反应形成充分和不充分的区域，其中镀层扩散不充分区域即形成镀层“火山口”形貌。然而，在基板表层存在未结晶组织的异常情况下，该未再结晶组织仍呈轧制态形貌，晶粒和晶界处保留了加工硬化特征，导致内部钉扎位错较正常回复再结晶组织多，加快了晶粒内的锌、铁元素扩散速率和Fe-Zn相的平均生长速率，因此总体未再结晶组织表面锌铁合金镀层的“火山口”形貌会比正常等轴晶更少，经过平整后，不同的镀层形貌对光的反射有不同的影响，最终导致条纹痕迹与正常区域出现色差。

图  7  合金化热镀锌IF钢条纹缺陷形成机制示意

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IF钢在酸轧后镀锌退火前，在清洗段经过喷淋、碱洗、刷洗、挤干、电解、刷洗、漂洗、烘干等过程，其中碱洗主要使用含有NaOH、NaCO3等成分的脱脂剂，由于设备异常，在经过清洗段碱洗漂洗后的钢板表面残留少量脱脂剂，在退火炉内升温加热过程中，脱脂剂内的某些元素抑制了带钢表层组织的再结晶，因此退火后的带钢表层仍保留了一层沿轧向拉长的、长宽比约为5∶1的未再结晶组织。

4.   结语及建议

（1）合金化热镀锌IF钢表面条纹缺陷产生的原因是：清洗段生产过程中，钢板表面存在残留脱脂剂，导致该镀层基板表面存在未再结晶组织，镀层表面形貌差异引起了宏观光线反射差异，最终导致钢板表面产生条纹缺陷。

（2）合金化热镀锌IF钢基板存在未再结晶组织时，会使该区域晶粒内的锌、铁元素扩散速率和Fe-Zn相的平均生长速率比正常等轴晶区域更快，导致局部锌铁合金镀层的“火山口”形貌比正常等轴晶更少，镀层更平整。

（3）建议加强脱脂后的清洗，减少脱脂剂残留，以避免产生条纹缺陷。