鈍化處理后熱鍍鋅板折邊發(fā)黑的原因分析及解決方法

關(guān)少康，王子明，程 博

（河鋼集團(tuán)邯鋼公司冷軋廠，河北 邯鄲056015）

鈍化處理作為熱鍍鋅產(chǎn)品重要的表面處理方式，可以提高鍍鋅板的耐腐蝕性，延長使用壽命[1-2]。由于鋼卷從產(chǎn)品下線到客戶使用，會(huì)經(jīng)歷貯存、運(yùn)輸?shù)群荛L的一段時(shí)間，因此對(duì)其耐蝕性要求極高，行業(yè)規(guī)定鍍鋅板在72 h中性鹽霧試驗(yàn)中出現(xiàn)白銹面積需小于5%。

鈍化膜厚度及均勻性是影響鈍化產(chǎn)品耐蝕性的重要因素之一，過厚的鈍化膜會(huì)造成原料的浪費(fèi)，過薄的鈍化膜又達(dá)不到耐蝕性要求[3-4]。

邯鋼冷軋廠冷基鍍鋅生產(chǎn)線使用的是輥涂式化涂機(jī)，工作原理是把鈍化液加入料盤內(nèi)，蘸料輥將鈍化液帶出并隨輥?zhàn)愚D(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)移到涂覆輥表面，然后涂覆到鍍鋅板表面。使用客戶反映0.75 mm厚度規(guī)格、后處理方式為鈍化不涂油的DX53D+Z鋼種鍍鋅家電板在深沖加工過程中，對(duì)折部分出現(xiàn)黑色痕跡，嚴(yán)重影響外觀質(zhì)量。本文通過鈍化膜厚分析、摩擦系數(shù)、磨損形貌等實(shí)驗(yàn)分析原因，并從鈍化膜厚度、鹽霧試驗(yàn)和鈍化工藝參數(shù)等方面研究，結(jié)合產(chǎn)線工況提出了相應(yīng)的解決措施，以獲得厚度適當(dāng)鈍化膜，避免再次出現(xiàn)黑色痕跡現(xiàn)象，在保證鈍化效果并滿足鹽霧試驗(yàn)要求的同時(shí)也降低了生產(chǎn)成本。

1 實(shí)驗(yàn)方案

對(duì)客戶提供的出現(xiàn)異常的樣板及正常樣板進(jìn)行外觀形貌對(duì)比，用X-ray熒光光譜儀對(duì)兩種樣板的鈍化膜厚度進(jìn)行檢測；使用摩擦系數(shù)儀器，摩擦100次后測試平均摩擦系數(shù)值；用Philips XL30/TMP型掃描電鏡（SEM）觀測樣板摩擦后的微觀形貌和組織結(jié)構(gòu)分析黑色痕跡產(chǎn)生的原因。本文所提到的鈍化膜厚度用膜重來表示，膜重以測量鈍化膜中鉻離子含量來表征。

利用冷基鍍鋅線生產(chǎn)相同厚度規(guī)格的鈍化不涂油產(chǎn)品（鋼廠自用），改變鈍化工藝參數(shù)，測量相對(duì)應(yīng)產(chǎn)品鈍化膜厚度并進(jìn)行96 h中性鹽霧試驗(yàn)。產(chǎn)線使用的鈍化液為Chemetall生產(chǎn)的Gardobond TP 10724/1三價(jià)鉻鈍化液，其技術(shù)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 Gardobond TP 10724/1三價(jià)鉻鈍化液技術(shù)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

2 對(duì)折發(fā)黑產(chǎn)生原因分析

2.1 外觀形貌對(duì)比

對(duì)比客戶提供的樣板，如圖1所示，1-1圖A樣板為異常樣板，可以看出邊部紅色區(qū)域出現(xiàn)明顯黑色痕跡，1-2圖B樣板為正常樣板。

圖1 問題樣板與正常樣板對(duì)折效果圖

2.2 鉻膜厚度對(duì)比

用X-ray熒光光譜儀對(duì)兩塊樣板進(jìn)行鈍化膜厚檢測，數(shù)據(jù)如下頁表2所示。通過對(duì)比可以看出異常樣板的膜厚遠(yuǎn)高于正常樣板，比正常樣板高出約48%。

2.3 摩損性能對(duì)比

使用摩擦系數(shù)儀器，摩擦100次后測試平均摩擦系數(shù)值如表3所示，通過對(duì)比可以看出A樣板的摩擦系數(shù)相對(duì)較高，但兩塊樣板的摩擦數(shù)據(jù)都很穩(wěn)定，未出現(xiàn)異常數(shù)據(jù)。

表2 鈍化膜厚度對(duì)比表

圖2 -1、2-2分別為A、B樣板的磨損形貌圖。在不斷進(jìn)行磨損的過程中，鈍化膜內(nèi)部微裂紋不斷形成和擴(kuò)展，然后就形成碎片，碎片不斷剝落。從圖2-2可以看出B樣板的磨痕表面主要由粗糙區(qū)和相對(duì)平滑區(qū)組成。由于三價(jià)鉻鈍化膜沒有自愈修復(fù)功能，質(zhì)地相對(duì)疏松，內(nèi)部存在微觀裂紋。由于兩種樣板全部為鈍化不涂油的鍍后處理方式，在磨損過程中沒有外界潤滑劑的潤滑作用，隨著磨損的進(jìn)行，摩擦生熱現(xiàn)象的激增，試樣表面溫度升高使鈍化膜呈現(xiàn)為粘滯性流動(dòng)，宏觀表現(xiàn)出來就是磨損形貌上的平滑區(qū)域。同時(shí)鈍化膜內(nèi)部裂紋不斷產(chǎn)生，使鈍化膜出現(xiàn)了剝落，表現(xiàn)出來就是磨損形貌的粗糙區(qū)域。從圖2-1可以看出，A樣板磨損區(qū)域的“凹坑”更明顯，基本全為粗糙區(qū)域，這正好是磨損嚴(yán)重、鈍化膜剝落的體現(xiàn)。

表3 磨損數(shù)據(jù)對(duì)比表

通過鈍化膜厚度、磨損性能及微觀形貌對(duì)比，可以明確鈍化膜厚度偏厚是造成A樣板出現(xiàn)對(duì)折黑色痕跡的原因。

3 影響鈍化膜厚度的因素分析

根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)可知，影響鈍化膜厚度的因素包括蘸料輥與涂覆輥間的壓力、鈍化液鉻酸點(diǎn)、蘸料輥與帶鋼間的壓力以及蘸料輥、輥與帶鋼運(yùn)行速度比等。

有文獻(xiàn)[5-6]也指出鈍化膜層厚度與帶鋼運(yùn)行速率成正比，厚規(guī)格帶鋼在低帶速和高輥間壓力的作用下造成鈍化膜偏薄；蘸料輥轉(zhuǎn)速越快，從鈍化液盤中帶出的液體越多，蘸料輥與涂覆輥之間的液體量就越多，可以在一定程度上提高鈍化膜厚度；但是蘸料輥速比過高容易導(dǎo)致鈍化液溢出、甩液等，造成鈍化液浪費(fèi)或形成鈍化斑等缺陷；蘸料輥速比過低，容易造成鈍化液不足影響鈍化膜均勻性及表面質(zhì)量。根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，蘸料輥、涂覆輥與帶鋼速度比分別控制在70%、110%，可以得到良好的表面質(zhì)量及鈍化效果。

考慮到現(xiàn)場工況、鋼種性能要求、連退爐加熱能力及產(chǎn)能要求，0.75 mm規(guī)格DX53D+Z產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中產(chǎn)線速度基本保持在95 m/min，故在試驗(yàn)過程中將運(yùn)行速度、蘸料輥與涂覆輥的轉(zhuǎn)速比作為定量因素考慮，試驗(yàn)結(jié)果如表4所示，其中鈍化液的鉻酸點(diǎn)表征Cr3+含量，鉻酸點(diǎn)值越大，Cr3+含量越高；包角表征涂覆輥與帶鋼之間的壓力大小，包角越大，涂覆輥與帶鋼之間的壓力越大，6號(hào)、7號(hào)包角分別表示為1—5號(hào)基礎(chǔ)上增加4圈、8圈壓力值，即增大包角。

表4 不同工藝條件下的鈍化膜厚度及鹽霧結(jié)果

從表4中可以看出，鈍化液鉻酸點(diǎn)是影響鈍化膜厚度的首要因素。對(duì)比1號(hào)和5號(hào)樣板，鈍化液中Cr3+濃度越高，涂覆到帶鋼表面的鈍化膜中Cr3+越多，即鈍化膜越厚。在其他因素不變的情況下，鈍化液鉻酸點(diǎn)與鈍化膜厚度成正比例關(guān)系。

蘸料輥在鈍化液中旋轉(zhuǎn)，把鈍化液帶到蘸料輥與涂覆輥之間的縫隙中。對(duì)比1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)、4號(hào)樣板可以看出輥間壓力越大，鈍化膜厚度越小，這是由于蘸料輥與涂覆輥之間的壓力越大，帶到涂覆輥上的輥間液體量越小，涂覆到帶鋼表面的鈍化液量越少，鈍化膜越薄。

涂覆輥與帶鋼接觸，將鈍化液帶到帶鋼表面。帶鋼上下表的涂覆輥不在同一水平線上，帶鋼在兩輥的壓力作用下呈現(xiàn)“S”型，上下涂覆輥與帶鋼的壓力盡可能趨于一致，這樣就通過調(diào)整涂覆輥與帶鋼間的壓力來調(diào)節(jié)鈍化區(qū)域帶鋼板形，使帶鋼位于中間位置，避免出現(xiàn)帶鋼邊部無鈍化液的情況，即調(diào)整輥與帶鋼的壓力可以起到調(diào)整鈍化膜均勻性的作用。對(duì)比5號(hào)、6號(hào)、7號(hào)樣板，涂覆輥與帶鋼間的壓力增大，鈍化膜厚隨之減小，但效果不太明顯。由于涂覆輥為膠輥，與帶鋼間的壓力過大會(huì)加劇輥的磨損，影響鈍化效果及帶鋼表面質(zhì)量，故在降低膜厚項(xiàng)目中不再考慮提高此壓力值。

對(duì)比各樣板鹽霧試驗(yàn)結(jié)果，為保證鈍化效果，96 h鹽霧試驗(yàn)盡量不出現(xiàn)白銹，鈍化膜厚度應(yīng)控制在36 mg/m2以上。

4 應(yīng)對(duì)方案

廠家提供的鈍化原液濃度太高，使用前需對(duì)原液進(jìn)行檢化驗(yàn)并加入適量的脫礦水進(jìn)行稀釋。實(shí)際中，當(dāng)不生產(chǎn)鈍化產(chǎn)品時(shí)，蘸料輥、涂覆輥也處于轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)（不與帶鋼接觸），鈍化液處于自循環(huán)狀態(tài)，由于鈍化液盤內(nèi)液體水分揮發(fā)的影響，鈍化液的濃度會(huì)提升，鈍化產(chǎn)品需安排集中生產(chǎn)，鈍化液酸點(diǎn)控制在52±2，蘸料輥與涂覆輥間的壓力控制在3 000~3 500 N，涂覆輥與帶鋼之間的壓力調(diào)整至帶鋼離開輥系時(shí)保持平直并保證涂覆輥液體全部涂至帶鋼表面。

經(jīng)鈍化工藝優(yōu)化后，鈍化膜厚度控制在36~40 mg/m2范圍內(nèi)，96 h鹽霧試驗(yàn)白銹率為0，同時(shí)客戶反映沖壓效果良好，未再出現(xiàn)對(duì)折黑色痕跡現(xiàn)象。

5 結(jié)論

1）后處理方式為鈍化不涂油的深沖鍍鋅板對(duì)折黑痕是由于鈍化膜厚度偏大，導(dǎo)致沖壓過程中磨損引起的。

2）通過降低鈍化液鉻酸點(diǎn)，提高蘸料輥與涂覆輥、涂覆輥與帶鋼之間的壓力可以降低鈍化膜厚度。通過優(yōu)化鈍化工藝參數(shù)，將鈍化膜厚度控制在36~40 mg/m2范圍，可以得到滿足鈍化效果并達(dá)到客戶滿意的產(chǎn)品。