1  前  言

　　鋼板具有較高的強度和優(yōu)良的機械加工性，因而獲得了廣泛應(yīng)用。但其最大的缺點是極易銹蝕，往往造成巨大的損失。

　　為了防止鋼板銹蝕，人們使用鍍鋅板。鍍鋅層具有良好的耐腐蝕性能，一方面是由于鍍層作為阻擋層，隔離了基體與周圍的腐蝕環(huán)境；另一方面，鍍鋅層可作為犧牲陽極，對機體產(chǎn)生電化學(xué)防護(hù)作用，所以，鍍鋅板能抗銹蝕主要是因為覆蓋在鋼板表面的鋅層可以在腐蝕環(huán)境中形成耐蝕層，使鋼板本身免受腐蝕，延長其使用壽命。如果鋼板和鍍層結(jié)合不牢，鋅層脫落，裸露的鋼板失去鍍層的保護(hù)，即失去了鍍鋅板的使用價值。所以，鍍層粘附性是影響鍍鋅產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵問題，也是導(dǎo)致鋅層出現(xiàn)裂紋、脫落的直接原因。

　　本文作者僅對影響熱鍍鋅鍍層粘附性的因素作一簡單的探討，以期達(dá)到能對熱鍍鋅行業(yè)的同行借鑒的目的。

　　2  鋅層脫落的機理

　　熱鍍鋅層的結(jié)構(gòu)及形成見圖1。

3  影響鋅層附著性的因素

　　影響熱鍍鋅鋅層附著性的因素很多，僅從工藝角度就可以看出其復(fù)雜性。原料方面的影響因素為原料的化學(xué)成分，原料的表面粗糙度、原料表面清潔度等；退火過程中的影響因素為NOF(無氧化工藝)段的氣體成分、溫度、壓力、帶鋼停留時間等；鍍鋅過程中的影響因素為帶鋼人鋅鍋溫度、鋅液化學(xué)成分、鋅液溫度等。

　　3.1  基板對鋅層附著性的影響

　　(1)基板化學(xué)成分

　　鋼基板的化學(xué)成分對鋅層附著性的影響：熱鍍鋅板一般采用低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼作為基板，其鋼基w(Si較高，實踐證明鋼基w(Si)高會引起Fe—Zn，合金層ζ相劇烈增厚，形成灰白色鍍層，使鍍鋅層粘附性變壞。另外c的影響機理在于鋼基參與劇烈反應(yīng)，導(dǎo)致Fe—zn合金層增厚，惡化鋅層附著性能。

　　(2)表面粗糙度

　　根據(jù)嚙合原理增大圓板表面粗糙度能提高鋅層附著力，但實際上，由于原板的粗糙不平，也為軋制油、潤滑脂及鐵粉的殘留創(chuàng)造了有利條件，不利于改善鋅層附著力，甚至有惡化的傾向。

　　(3)表面缺陷的影響

　　帶鋼表面缺陷主要為熱鍍鋅基板劃傷。劃傷部位w(Al)較低，生成的Fe—Al合金較少，抑制Fe-zn合金生成的能力較差，使得鐵鋅合金層迅速生長，降低鋅層的附著力。

　　另外，原板表面的庫存周期等其它因素對鋅層附著力也有較大的影響。

　　(4)帶鋼表面清潔度對熱鍍鋅鋼板鋅層附著性的影響

　　用于鍍鋅的原料通常采用經(jīng)酸洗、冷軋后的帶鋼。帶鋼表面殘留物主要為油脂(軋制油、潤滑油、液壓油等)和微小的固體顆粒(鐵粉、灰塵等)。

　　改良森吉米爾法退火爐可大部分消除帶鋼表面殘油脂類和氧化物，但對殘留的固體顆粒幾乎無清潔作用。當(dāng)原料表面清潔度低于退火爐清潔能力時，帶鋼表面將有剩余的殘留物存在。這部分殘留物總量超過鍍鋅的允許值時，就會出現(xiàn)鋅花變小、鋅花均勻性差、鍍層出現(xiàn)裂紋、甚至鋅層脫落等問題。

　　原料帶鋼表面殘留的固體顆粒一部分會枯到退火爐爐輥上，另一部分落人爐內(nèi)，粘到爐輥上的固體顆粒積累后造成爐輥結(jié)瘤。結(jié)瘤的爐輥使帶鋼下表面產(chǎn)生壓印，較輕的壓印經(jīng)后部工序的矯直處理對產(chǎn)品質(zhì)量影響不大；而壓印較重時，帶鋼表面會被劃傷，降低鋅層附著力。

3．2  無氧化工藝對連續(xù)熱鍍鋅鋼板鋅層附著性的影響

　　NOF(無氧化加熱段)是影響鋅層附著性能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。鋅層的脫落可以通過調(diào)整NOF的空燃比得以解決。NOF空燃比一般控制在0.85—1.05，其調(diào)節(jié)應(yīng)遵循以下3點。

　　(1)實踐證明帶鋼—旦被重度氧化，很難在后面的還原段還原。NOF呈微氧化氣氛，NOF較短，當(dāng)機組速度快時，帶鋼還沒來得及氧化便進(jìn)入還原段；當(dāng)生產(chǎn)厚規(guī)格的帶鋼時，機組速度慢，帶鋼在NOF停留的時間延長，增大了帶鋼表面被重度氧化的可能性。因此，空燃比的調(diào)節(jié)應(yīng)兼顧考慮機組速度。

　　(2)新爐和大修后的退火爐，其空燃比也要作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，這主要考慮爐內(nèi)耐火材料和澆注料水分對爐內(nèi)氣氛的影響。

　　(3)燃?xì)?焦?fàn)t煤氣)組分發(fā)生變化時，空燃比也要作相應(yīng)的調(diào)整。焦?fàn)t煤氣、空氣實現(xiàn)混合燃燒，是以焦?fàn)t煤氣供給的體積數(shù)為控制依據(jù)的，即給定燃燒比例，空氣供給量根據(jù)焦?fàn)t煤氣體積數(shù)與燃燒比例的乘積變化而變化。焦?fàn)t煤氣燃燒反應(yīng)方程式為(假設(shè)為完全燃燒)：

　　2H2（2下角標(biāo)）+O2（下角標(biāo)）=2H2O（2下角標(biāo)）O  CH4+2O2（下角標(biāo)）：CO2（下角標(biāo)）十2H2（2下角標(biāo)）O

　　2CO+O2（下角標(biāo)）：2CO2（下角標(biāo)）  C2H4+3O2；2CO2（下角標(biāo)）+2H2（2下角標(biāo)）O

　　根據(jù)以上反應(yīng)方程式可以看出，焦?fàn)t煤氣各組分氧需求量是不同的。而焦?fàn)t煤氣的組分并非一成不變，尤其在充入H2（2下角標(biāo)）尾氣時將大幅度波動。當(dāng)組分發(fā)生變化時，若不對空燃比作相應(yīng)調(diào)整，必然破壞正常的爐內(nèi)氣氛——當(dāng)帶鋼表面氧化程度超過還原帶的還原能力時，將影響到鋅層附著力。

　　帶鋼熱鍍鋅時，要求進(jìn)入鋅液的帶鋼具有海綿狀純鐵的表面，只有在帶鋼表面充分還原成純鐵的情況下，才有可能在鍍鋅時帶鋼與鋅液中的Al反應(yīng)形成粘附力較好的Fe2Al5（2 5下角標(biāo)）中間層，而這一還原過程只有靠調(diào)節(jié)退火的工藝參數(shù)、控制爐子的生產(chǎn)狀態(tài)來完成。

　　帶鋼在爐內(nèi)的表面還原，依靠爐內(nèi)氣氛與鋼板表面的氧化鐵發(fā)生氧化還原反應(yīng)，還原成純鐵。在爐內(nèi)幾種主要的氣體中：CO、H2（2下角標(biāo)）屬于還原性氣氛，CO2（下角標(biāo)）、H2（2下角標(biāo)）0屬于氧化性氣氛，它們與帶鋼表面的氧化鐵發(fā)生氧化—還原反應(yīng)：

　　FeO+H2（2下角標(biāo)）=Fe+H2（2下角標(biāo)）O  FeO十CO=Fe十CO2

　　上述反應(yīng)均為可逆反應(yīng)，但反應(yīng)平衡時，爐內(nèi)氣氛達(dá)到平衡成分，此時帶鋼在爐內(nèi)既不氧化也不還原。若使帶鋼在爐內(nèi)實現(xiàn)還原加熱，要求爐內(nèi)氣氛呈還原性，并發(fā)生還原反應(yīng)，其條件為爐內(nèi)氣氛的實際分壓值大于爐內(nèi)氣氛達(dá)到平衡時的分壓值。

　　3．3  鋅液成分對熱鍍鋅鋼板鋅層附著性的影響

　　在帶鋼連續(xù)熱鍍鋅過程中，一方面，由于Fe—Al反應(yīng)的自由焓大于Fe—Zn反應(yīng)的自由焓。所以，在同等條件下，進(jìn)入含A1鋅液中的帶鋼可以大量吸取鋅液中的Al，并優(yōu)先同Al反應(yīng)形成Fe—Al化合物；另一方面，由于鋅的熔點比鋁的熔點更接近鋅液溫度，因此，在450℃的鋅液中，鋅的擴散能力大，使鋼板和鋅液也有形成Fe—Zn化合物的傾向。實踐表明，一旦鋼板表面未形成Fe2Al5（2 5下角標(biāo)）中間粘附層而首先形成Fe—Zn化合物，生產(chǎn)的鍍鋅板已無鍍層粘附性可言，所以，在現(xiàn)代化熱鍍鋅生產(chǎn)中，鋅液中的鋁含量正逐步提高，以利于中間層的優(yōu)先形成。

　　然而，F(xiàn)e2Al5（2 5下角標(biāo)）中間層的形成也只是保證鍍層粘附性的必要條件，其充分條件是；只有當(dāng)鋅在FeAl5（5下角標(biāo)）中間層的溶解不飽和而形成貧鋅固溶體時，此中間層才起到粘附作用，并能有效阻止鐵、鋅原子的進(jìn)一步擴散。如果鋅在Fe2Al5（2 5下角標(biāo)）中間層過飽和而形成富鋅固溶體，則不僅使中間層中有效鋁的相對含量下降，而且大量分布的鋅固溶體破壞了中間層的均質(zhì)性，使其阻止Fe、Zn)原子擴散的能力和粘附鍍層的能力下降，鍍層的附著性能也隨之降低。

　　由此可知，保證鍍層粘附性的充分必要條件是：帶鋼進(jìn)入鋅液之后，在帶鋼表面首先形成含鋁多、含鋅少的Fe2Al5（2 5下角標(biāo)）中間粘附層，才可能粘附鍍層和阻止Fe—Zn擴散反應(yīng)，從而達(dá)到提高鍍層粘附性的作用。

　　生產(chǎn)熱鍍鋅鋼板時，鋅液中的鋁具有的兩個作用對產(chǎn)品質(zhì)量具有重大影響。(1)當(dāng)帶鋼進(jìn)入含鋁鋅液時，帶鋼表面形成一層含有FeAl5（5下角標(biāo)）固體相的過渡層。這一薄薄合金層有利于提高粘附性，也有利于促進(jìn)與鋅液的浸潤性，以使鋅層和帶鋼具有良好的結(jié)合力。(2)鋁的第二個作用就是形成鋅鐵反應(yīng)阻擋層，以保證產(chǎn)品表面具有金屬光澤并提高成形性。對于熱鍍鋅來說，不希望發(fā)生鋅鐵合金反應(yīng)。鋅液中的鋁含量應(yīng)保證帶鋼在鋅液中不發(fā)生鐵鋅反應(yīng)。文獻(xiàn)[9]認(rèn)為A1添加量在0.12％—0.2％時，鍍層的綜合性能最好，因為w(Al)大于0.12％時，F(xiàn)e2Al5（2 5下角標(biāo)）將取代FeZn，可改善附著力性能。

　　3．4  鍍鋅過程對熱鍍鋅鋼板鋅層附著性的影響

　　鍍層粘附性的好壞決定于Fe2Al5（2 5下角標(biāo)）中間粘附層形成的狀況，而粘附層的形成以正確的鍍鋅操作過程為條件，其影響因素包括：鋅液溫度、帶鋼人鋅鍋時的溫度、帶鋼浸鋅時間(即帶鋼工藝速度)和鍍后及時冷卻情況。(1)溫度的影響

　　鋅液溫度升高會促使鐵、鋅原子擴散速度加大，并增大鐵在鋅液中的溶解度，使帶鋼的鐵損失增加，從而使鋅液中鐵的絕對含量升高，并導(dǎo)致鋅液中鋁的有效含量減少，使鍍層形成困難或粘附性變壞，實踐表明，鋅液溫度低于480℃時，鐵損失隨鋅液溫度升高直線增加。同時鍍層中的Fe—Zn合金層急劇增厚，嚴(yán)重影響鍍層粘附性，所以，鋅液溫度一般控制在475℃以下。

　　鍍鋅時在反應(yīng)界面大量供熱可加速中間層FeAl5（5下角標(biāo)）的形成，可以獲得良好的鍍層粘附性，所以，帶鋼入鋅鍋溫度應(yīng)高于鋅液溫度20-30℃，為Fe-Al反應(yīng)提供充足的熱力學(xué)條件。

　　鋅鍋中存在Al是生成Fe2Al5（2 5下角標(biāo)）的物質(zhì)基礎(chǔ)。生產(chǎn)實踐表明，當(dāng)w(Al)<0.15％時，不利于提高鋅層的附著性能，尤其是當(dāng)機組波動時，很可能整卷甚至整批的鋅層脫落，另外，鋅液中還含有Sn、Sb等元素，它們對鋅層附著性能也有一定的影響，比如1％的Sn可以抵消O.05％的Al所起的作用，從而降低鋅鍋中有效w(Al)。

　　(2)鍍鋅時間的影響

　　鍍鋅時間應(yīng)理解為帶鋼進(jìn)入鋅液到離開液面后，鍍層冷卻至Fe、zn原子不能進(jìn)行較長距離擴散為止。

　　鍍鋅時，當(dāng)中間層形成以后，為防止鍍層中Fe—Zn的進(jìn)一步擴散反應(yīng)，保證Fe2Al5（2 5下角標(biāo)）中間層的貧鋅和均質(zhì)性，應(yīng)盡快冷卻鍍層，使Fe、zn原子盡快失去擴散能力。在這一點上，氣刀的噴吹刮鋅實質(zhì)上也是起到了快速冷卻鍍層的雙重作用。

　　對于帶鋼的鍍鋅時間，可分解為兩個時間過程：1)帶鋼與鋅液中的鋁和鋅化合反應(yīng)，形成Fe2Al5（2 5下角標(biāo)）中間層和Fe—Zn合金層的過程；2)鋅液中帶鋼區(qū)域的Al向帶鋼附近區(qū)域擴散的過程。按照這一概念分析，如帶鋼速度慢，即浸鋅時間長，則帶鋼表面優(yōu)先形成的Fe2Al5（2 5下角標(biāo)）中間層阻止不住Fe-Zn的進(jìn)一步擴散，從而導(dǎo)致中間層失效，如鍍鋅時間過短，則帶鋼附近的Al被消耗掉后，鋅液中遠(yuǎn)離帶鋼區(qū)域的Al來不及擴散均勻化，造成帶鋼附近貧Al，不能保證形成Fe2Al5（2 5下角標(biāo)）中間粘附層的有效Al濃度，失去了形成粘附層的充分條件。

　　帶鋼從入鋅鍋到出鋅鍋的距離基本可以認(rèn)為是一個常數(shù)，當(dāng)生產(chǎn)厚規(guī)格料時，機組運行速度低，鍍鋅時間延長，增大了Zn、Fe擴散的機會，導(dǎo)致Fe—Zn合金層增厚，增大了鋅層脫落的可能。

　　鍍鋅過程對鍍層粘附性的影響是多方面的，應(yīng)將多個因素綜合考慮，如提高帶鋼入鋅鍋溫度、延長浸鋅時間或增加鋅液中的w(Al)，均會促使中間層的形成。但溫度過高、浸鋅時間過長會是中間層形成之后，F(xiàn)e—Zn繼續(xù)向FeAl5（5下角標(biāo)）中間層反應(yīng)擴散，使之失效，失去粘附作用。

　　(3)高跨段冷卻能力的影響

　　厚規(guī)格帶鋼的核心熱大，出鋅鍋后Fe、Zn擴散仍繼續(xù)進(jìn)行，直到帶鋼溫度低于300℃時才降到相當(dāng)微弱的程度；另一方面Zn在40℃以上時塑性較差，容易在光整、拉矯過程中產(chǎn)生鋅層裂紋。因此厚規(guī)格帶鋼應(yīng)適當(dāng)降低入鋅鍋溫度，同時打開垂直冷卻段風(fēng)機和水平冷卻風(fēng)機進(jìn)行強化冷卻，提高水淬槽液位和增加循環(huán)水流量，抑制Fe-Zn合金層生長和保證后續(xù)工序的工藝要求。

　　(4)生產(chǎn)操作對鋅層附著力的影響。保證爐內(nèi)充H2（2下角標(biāo)）的時間和數(shù)量；機組速度變化時，要及時調(diào)整帶鋼入鋅鍋溫度；保證退火爐各段的溫度。

　　4  結(jié)  論

　　綜上所述，影響熱鍍鋅鋅層的粘附力的因素很多，以上也只是對部分影響因素進(jìn)行了探討。在實際生產(chǎn)中，我們應(yīng)不斷積累經(jīng)驗，找到影響熱鍍鋅附著力的因素，來提高連續(xù)熱鍍鋅鍍層的附著力，從而大大提高熱鍍鋅產(chǎn)品的抗腐蝕能力。為此，依據(jù)上文所述我們應(yīng)該從以下幾點進(jìn)行改進(jìn)：

　　(1)改善原料冷軋板的表面狀態(tài)，提高帶鋼的表面清潔度；

　　(2)要提高爐內(nèi)的表面還原程度及爐內(nèi)氣氛的控制；

　　(3)要提高對鋅液成分(特別是鋅液中鋁含量)的控制；

　　(4)要加強對熱鍍鋅工藝參數(shù)的優(yōu)化調(diào)整；

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