锌锅温度和浸镀时间对热镀锌钢板表面质量的影响道

锌锅温度和浸镀时间对热镀锌钢板表面质量的影响道 锌锅温度和浸镀时间对热镀锌钢板表面质量的影响 赵云龙，杨兴亮，张建 (马鞍山钢铁股份有限公司) 摘要:锌锅是热镀锌机组重要的组成设备，其工艺参数的合理制订将直接影响产品的质量。本文详细 介绍了热浸镀锌工艺(包括锌锅温度和浸镀时间)对热镀锌钢板的镀层组织、性能以及对表面质量的影 响，并提供了锌锅温度控制在,,,?,,,,?，浸镀时问控制在,,左右的技术参考。 关键词:热浸镀;镀层组织;性能;表面质量 ，,,,,,,;, ,, ,,,; ,,,, ,,,,,,,,,,, ,,, ,,, ,,, ,,,,,,,,,,, ,,,, ,, ,,,,,;, ,,,,,,, ,,, ,,, ,,, ,,,,,,,,,,, ,,,,, ,,,,, ,,,, ,,,,,,,,,,，,,,, ,,,,,,,,，,,,,, ,,,, (,,;,,,,,,, ,,,,,, ,, ,,,,,,,, ，,,,,,,,,, ,,。,,,) ,,,,,,;,:,,,; ,,, ,, ,,, ,,,,,,,,, ,,,, ,, ,,, ,,, ,,, ,,,,,,,,,,, ,,,,(,,, ,,,;,,, ,, ,, ,,,, ,,,,;,,, ,,,,,,,;, ,,,,,,,, ,, ,,, ？,,,,,, ,, ,,,,, ,,,,,;,(,,砖,,,,;,, ,,,,,,,, ,,,,,,,;,, ,,, ,,,,,,,;, ,, ,,,,,,, ,,,,,,,,,,,,,(,,;,,,,,, ,,, ,,,; ,,,, ,,,,,,,,,,, ,,, ,,, ,,, ,,, ,,, ,,, ,,,,;,,鹏,,, ,,,,,,,,,,,,, ,,,,),, ,,,,, ,, ,,, ,,,; ,,,,, ,,, ,, ,,, ,,,,,;, ？,,,,,, ,, ,,, ,,,, ,,,,,;,(,,,, ,,,,;,, ,,,, ,,, ,,,,,,, ,,, ,,;,,,;,, ,,,,,,,,;,(,,,, ,, ,, ,,,，,,, ,,,; ,,,, ,,,,,,,,,,, ,,,,,, ,, ;,,,,,,,,, ,, ,,,,,,,?,,, ,,, ,,, ,,, ,,,,,,,,,,, ,,,, ,,,,,, ,, ;,,订,,,, ,, ,,,,, , ,;;,,‘,,( ,,, ,,,,,:,,,,,,, ,,,,,,,,,,,,,;,,,; ,,,,, ,,,,;,,,,:,,？，,,,岱;,,,,,;, ？,,,,,,,前言 由于热镀锌钢板具有很好的耐腐蚀性、镀层加工成型性、美观而得到越来越广泛的应用。热镀锌产品是钢板在熔融的锌液中浸镀上一层锌层以提高其耐腐蚀的能力，而熔融的锌液则需一定的能量使固态锌熔化并达到热浸镀工艺要求的温度。这能量通俗称之为热浸镀锌温度或锌锅温度、锌液温度。实际能量因素应包括二方面:强度因素(锌锅温度)、数量因素(热浸镀锌时间)。能量因素控制的好坏，对热镀锌钢板锌镀层的内在质量、外观质量、镀层厚度、粘附性能、锌锅使用寿命及其他方面都有密切关系。较好的控制热镀锌的能量因素是热镀锌机组高效率作业的前提条件，也是镀层性能的决定因素，同时还是热镀锌产品表面质量的决定因素之一。,热浸镀锌工艺对镀层?眭能的影响 有关镀层的研究以及试验表明，纯锌镀层的结构主要包括,,、‘、,,、,等相，各相数量差别较大，正是这些中间相比例的变化影响镀层的性能。镀层与钢基之间粘附力的好坏取决于钢基和铁(锌合金层之间,,,,,,形成的中间层连续性的好坏，而这些相的形成比例就主要取决于热镀锌的能量强度的控制。 当温度升高(能量强度加大)时，从金属的标准电极 电位可以看出:,,为(,(,,,，,,为一,(,,,,， (,,,(由带钢带入锌液中的铁就会与锌液中的锌发生置换反应，会很快溶解在锌液中。不同温度下铁在锌液中的溶解量如图,。 从图,中可以看出，在,,,”,时铁的溶解度最大、溶解速度最快:也可以看出有多少铁通过反应转化为粘附性很好的锌铁合金层，多少铁变成了脱落的锌铁合金层。铁的溶解量与能量强度、能量数量都有关系。图,表示低碳钢在锌液中的溶解损失，可看出，在较低温度下铁的溶解损失和热浸镀时间的平方根成正比，在临界温度范围内，则和热浸镀时间成线性关系上升。 反应时间(,(,,, 图,不同温度铁的溶解量 图,低碳钢在锌中的溶解损失 ,:全部溶解的铁,:合金层的含铁量,:锌液中的含铁量 锌液的温度过高和过低对镀层的性能都不利。当温度太高时，会引起脆性的铁一锌合金层的快速生长，使镀层的厚度和脆性增加，镀层的延展性下降，易产生裂纹。另外，由于铁的溶解速率增加和锌渣的形成速度加快等原因，降低了锌液的质量，从而影响镀锌的表面质量。若锌液的温度过低，锌铁合金层以及粘附层的形成速度受到限制，锌液的流动性变差，使锌池以及镀层的化学成分不均匀，同样会影响镀层的整体性能。 在镀层中间层的形成需要一定的能量之外，我们常常采用向锌液中添加适量的,,元素来提高其粘附性能。由于铝对铁的亲和力远高于锌对铁的亲和力，故向锌液中添加一定量的铝可以加速,,,舢,中间粘附层的形成，提高镀层的粘附性。铝含量过低，粘附层,,,砧,形成不好，容易引起锌层的脱落。但是如果铝的含量过高，则会在带钢的表面形成阻止铁一锌扩散的阻挡层，阻止锌一铁合金层的生成，不能获得较厚的镀层，使镀层的耐蚀性下降;同时会产生大量的浮渣，影响镀层的表面质量。,热浸镀锌工艺对镀层组织的影响 钢板浸入锌液中，其表面(界面)的铁会溶解，在界面上的铁和锌反应生成铁一锌合金，随着能量的供给，合金层不断增厚。当钢板出锌锅后，合金层的表面生成一层纯锌层，冷却后形成结晶。 合金层的组织结构，在不考虑温度、其它金属等因素影响的简化条件下，从镀锌层的组织可以看出:首先形成的锌溶入铁中得?固溶体，当锌饱和后跃变而形成一个含铁较,少的丫相。当铁继续向表面扩散时就产生一个含铁更少的,相，再则产生‘相及,,相，当带钢冷却时它们会产生共晶混合物。由于,相是粘附层，丫相是中间层具有反磁性，,与丫相在很短的浸锌时间内不易出现，这二层基本上直接与钢基体粘附在一起;,相是栅状层，它很硬但塑性也相当好，但在不同的温度下，会只有,,相存在而无,相;(相是漂走层，很容易从钢基体上脱落，漂浮于锌液中，由于 (,,,(密度大沉入锌锅成底渣，此层硬度虽不硬但很脆，在基体上附着性不佳;,,相是纯锌层，含少量铁，此层最富于塑性，表面光亮。,(,锌液温度的影响 在其他因素不变时，当锌液温度升高，会使不良的铁一锌中间锌化合物的形成速度增加，温度的升高促使‘相厚度增加，而且此相的增加相当于低温时,相的几倍，从而使镀锌层的塑性变坏，易脱落，得到的镀层质量很不好;再则锌液温度的升高，使,,相因锌液流动性好及合金间的扩散作用厉害而变薄。所以高温镀锌会对镀层增厚，合金组织中‘相增厚，,,相变薄，对镀层的质量、镀层的结合强度、防腐蚀性能有很大的影响。,(,浸镀时间的影响 在固定不变的镀锌温度下延长浸镀时间，即在能量强度不变时增加能量数量因素，等于增加了铁一锌扩散反应的机会。时间的延长导致镀锌层中合金层的厚度增加，但在延长浸镀时间后，合金层中各相的增长速度是不平衡的，丫相随浸锌时间的延长厚度增加不多，而‘相的生长速度一开始很快，远远 超过,相，因为,相性质脆而疏松，结合强度差，所以延长浸锌时间也不利于热浸镀锌，得到的镀层质量不佳。,热浸镀锌工艺对表面质量的影响,(,对锌渣产生量的影响 热浸镀锌温度升高，浸镀时间增长将加快锌液中铁的溶解速度，随着铁的溶解量的增加，其产生的锌渣明显增多，锌的收得率也变低。锌锅中的锌渣易在带钢的表面形成锌粒、锌疤等缺陷，实践证明这些缺陷不仅影响镀层外观，对镀层的后序加工工序也有影响，同时也不利于带钢的存储以及运输，因钢卷在运输过程中由于振动、摩擦等原因易使带钢产生黑斑、锌粒脱落最终导致镀层的腐蚀。,(,(,锌渣的生成 锌渣主要分为浮渣和底渣两种，浮渣悬浮于锌液的表面，处理不及时易附着于带钢的表面形成锌疤等缺陷;底渣富集于锌锅的底部，当锌液流动时容易使带钢的表面形成锌粒缺陷。锌渣的生成不仅影响镀层的表面质量，而且增加锌耗，使镀锌生产成本提高。 带钢在进入锌锅以后，就开始了铁一锌之间的反应以及扩散，锌进入到基体钢板表面形成锌铁合金层，而铁也同样进入到锌锅中形成锌一铁合金，沉于锅底形成底渣。合金层中的铁与锌渣中的总铁称为铁损，通常用铁损来反应锌 ’。,(,(,铁之问的反应速度。其化学反应式为:,,，,,,,,,,,,‘,熟浸镀锌工艺的影响 (,)锌液温度过高 图,示出了当锌液的温度超过,,,?时，铁损急剧增加;当锌液温度达到,,,?左右时，铁损量达到最大值:而当温度过高时，液态锌以及锌液中的铝自身氧化加剧，形成更多浮渣。 溶解的铁一部分被镀层带走，剩下的都以浮渣、底渣以及游离渣的形式存在于锌? 小,吭 渍辰 佣 跋齑 值表面质量。当温度过低时，锌液的流动性和浸润性嵩诖 值谋砻妫 交差易产生镀层不均和成分偏析，也影响带钢的表面质量。一般锌锅的温度应控制在,,,土,?左右。 (,,,( (,)热浸镀的时间过长 如果生产线的速度过低，浸锌时问太长，锌与铁之间有足够的反应以及扩散时间(图,)，同样也会促使铁损量加大，锌渣量增多。,(,对锌灰生成的影响 锌灰主要是氧化锌，还含有锌粒、氯化物及其它杂质。它在热浸镀锌中生成很快，每捞渣一次后立即又生成，并以蒸汽的形式进入锌鼻子，滴到带钢的表面，影响带钢的表面质量。但为了保证镀锌的质量，必定捞渣，这又使新的液态金属锌表面露出，受到空气中氧的强烈氧化作用，产生更多锌灰。所以锌液的温度越高，金属锌的氧化越强烈，锌灰的生成量越多，以经验公式为证: ,:,(小 ,:氧化锌重量; ,:为常数，,,,”,为,(,,,,,，,,,?为,(,,,,,，,,,?为,(,,,,,; ,:锌液温度?。 锌灰的生成又会给热浸镀锌带来害处，温度较高的锌灰将附着在带钢表面，形成色差缺陷;锌灰的存在又会使锌液质量变差，流动性变差。锌灰的生成也使锌的收得率降低，镀锌成本增加。,(,对钢板外观的影响 锌液温度及浸锌时间对热浸镀锌层的外观有时会产生严重的影响。当基体钢板的硅含量在,(,,,,(,,时，镀锌层会变厚及表面发暗现象。这是由于硅的作用，使锌镀层的合金组织几乎全是脆而疏松的;,相，致使镀层表面灰暗而无光，称作为桑德林效应。在实际生成过程中，如基体钢板化学成分存在偏析，或生产硅含量较高的产品时，在热浸镀锌时却又采用较高的温度，则锌镀层必然会白一块黑一块，产生发花现象。要清除这种现象的发生，在热浸镀工艺中，唯一的途径是降低锌液温度和缩短热浸时间，即降低热浸镀锌的能量。,结语 综上述，热浸镀锌工艺控制对产品的性能及表面质量有很大的影响，控制热浸镀锌的工艺中的锌液温度和浸镀时间是至关重要的。在热浸镀锌生产过程中，热浸镀的温度一般控制在,,,。,,,,,”,，浸 镀时间一般控制在,,左右，并通过控制锌液成分中的,含量和优化控制锌锅、气刀的工艺参数来提高镀层的粘附性能，而且还可以避免镀层产生锌粒、锌疤等缺陷，提高产品质量。参考文献:【,】李九岭(带钢连续热镀锌(,)(北京:冶金工业出版社，,,,,( (,,,(