鍍鋅板表面翹皮類缺陷產生原因

劉向明, 王 偉, 陳立平, 侯永亮, 王 勇

(首鋼京唐鋼鐵聯合有限責任公司, 唐山 063200)

鍍鋅板具有良好的耐腐蝕性、成型性、涂覆性,被廣泛應用于汽車、家電等領域[1-2],同時對其表面質量的要求也在不斷提高。帶鋼表面的翹皮類缺陷經過熱鍍鋅后不能被掩蓋,進而遺傳到成品表面,影響產品質量。在煉鋼、連鑄、熱軋、冷軋等工藝過程中均會產生翹皮類缺陷,不僅工序復雜,現場干擾因素也很多,這些都是阻礙鍍鋅板表面質量提升的關鍵因素。

影響翹皮類缺陷產生的工藝過程及因素包括煉鋼工序的內生及外生夾雜物[3]。連鑄工序的保護渣,鑄坯內部氣孔、縮松、表面裂紋等均會引起翹皮類缺陷[4-5]。熱軋工序的定寬機錘頭、立輥表面狀態、溫度控制、氧化鐵皮壓入、軋制制度、異物壓入、表面劃傷等因素同樣會引起翹皮類缺陷。冷軋工序的表面劃傷、異物壓入也可引起翹皮類缺陷[6-7]。其中,由煉鋼、連鑄工序夾雜物引起的翹皮類缺陷的成分可通過能譜儀測得。筆者分析了由鑄坯表面質量,熱軋、冷軋工序引起的翹皮類缺陷產生原因,以及如何對其進行快速辨別,排除了眾多的干擾因素,鎖定缺陷產生的工序,從而找出缺陷產生的具體原因。

1 理化檢驗

1.1 宏觀觀察

取3種典型翹皮類缺陷進行分析,缺陷試樣為某熱鍍鋅產線生產的IF鋼(無間隙原子鋼),厚度為1.2 mm,分別將缺陷標號為1,2,3號,3個缺陷試樣的宏觀形貌如圖1所示。由圖1可知:1號缺陷位于帶鋼表面,寬度方向位置基本固定,通卷間斷存在;2號缺陷距離板寬方向邊部10～15 mm,長度約300 mm;3號缺陷長度約120 mm,位于寬度方向尺寸的1/4位置,靠近操作側。

圖1 3個缺陷試樣的宏觀形貌

直接將鍍層酸洗去除后觀察基板,酸洗液為濃鹽酸與水1…1混合,在每升溶液中加入3.5 g六次甲基四胺。利用掃描電子顯微鏡(SEM)及能譜儀對缺陷試樣的表面及截面進行分析。

1.2 掃描電鏡及能譜分析

由酸洗液將鍍層去除后,采用SEM和能譜儀分析基板表面的微觀形貌及成分,結果如圖2所示。由圖2可知:3個試樣表面均存在翹皮類缺陷,3號試樣的翹皮程度相對較輕。

圖2 1號試樣基板表面SEM形貌及能譜分析結果

1,2號試樣表面翹皮區域附近均存在塊狀物,采用SEM和能譜儀分析其成分,結果如圖3所示。由圖3可知:塊狀物主要含有Fe元素,以及少量的O元素?？梢缘贸鰤K狀物實際為還原狀氧化鐵,在退火工藝過程中,由氧化鐵還原形成,說明翹皮類缺陷產生時,1,2號試樣均處于高溫環境,或缺陷產生后試樣均處于高溫停留過程中,且處于氧化性氣氛中。3號試樣僅存在翹皮類缺陷,未發現還原狀氧化鐵,3號試樣基板表面SEM形貌如圖4所示。

圖3 2號試樣基板表面SEM形貌及能譜分析結果

圖4 3號試樣基板表面SEM形貌

進一步觀察截面,可以看到1號試樣翹皮的皮下及根部延伸區域存在氧化鐵,同時在氧化鐵的附近存在大量的氧化圓點,深度達30 μm,成分主要為O、Mn、Ti、Al元素(見圖5)。氧化圓點實質是一種合金元素的內氧化,伴隨著氧及合金元素的擴散,需要一定的溫度及時間。美國鋼鐵協會曾聯合美國八大鋼公司研究氧化圓點的形成機制,認為氧化圓點可在連鑄結晶器到熱軋粗軋之間的任意工藝產生[8]?？梢愿鶕趸瘓A點的尺寸、分布深度、密集程度及具體鋼種成分鑒別氧化圓點產生于加熱爐階段還是熱軋階段。1號試樣氧化圓點分布十分密集,深度達30 μm,可認為該氧化圓點產生于加熱爐中,該試樣的翹皮類缺陷在鑄坯中就已經存在。

圖5 1號試樣截面SEM形貌及能譜圖

2號試樣截面SEM形貌和能譜分析結果如圖6所示。由圖6可知:翹皮根部存在氧化鐵,未發現氧化圓點。結合表面分析可知,該試樣缺陷產生于熱軋工藝過程中。

圖6 2號試樣截面SEM形貌和能譜分析結果

3號試樣截面SEM形貌和能譜分析結果如圖7所示。由圖7可知:鋅液已灌入翹皮內,未發現氧化鐵及氧化圓點,說明該缺陷產生于冷態。

圖7 3號試樣截面SEM形貌和能譜分析結果

分析3個試樣截面的微觀形貌,結果如圖8所示。由圖8可知:1號及2號試樣部分區域翹皮根部的裂縫不連續,翹皮與基體部分區域已經焊合成為一體,說明1號及2號試樣處于高溫狀態,并經過軋制后完成了部分區域的焊合,再次確認了截面及表面的分析結果。3號試樣無焊合區域,證明了該缺陷在冷態下產生,同時晶粒無變形痕跡,說明該缺陷在退火前產生。另一方面,對于碳元素含量較高的鋼種,可通過分析缺陷處有無脫碳層來鑒別缺陷產生后,試樣是否處于高溫狀態。

圖8 3個試樣截面的微觀形貌

2 綜合分析及結語

(1) 1號試樣基板表面存在翹皮和還原狀氧化鐵,截面存在氧化鐵及大量的氧化圓點,截面組織存在焊合區域。結合現場情況,試樣的翹皮缺陷產生于加熱爐前。

(2) 2號試樣基板表面存在翹皮和還原狀氧化鐵,截面存在氧化鐵,截面組織存在焊合區域。缺陷分布于單側邊部,同時結合現場情況,發現立輥存在磨損,確定該試樣的翹皮缺陷產生于熱軋工藝過程中。

(3) 3號試樣基板表面存在翹皮,未發現還原狀氧化鐵,截面組織無變形且無焊合區域。結合現場情況,在酸洗帶鋼對應位置發現劃傷,說明該缺陷為酸洗過程劃傷引起,與分析結果一致。

總體來看,可通過缺陷的分布規律分析試樣基板表面是否有還原狀氧化鐵及截面是否有氧化鐵、氧化圓點,其具體形貌、截面組織是否有高溫焊合痕跡、脫碳層、組織變形痕跡等,同時結合現場情況,鑒別該缺陷產生的具體工序。