合金化热镀锌无间隙原子钢板表面白色点状压印缺陷的产生原因

刘少先,杨 健,徐丽菊

(宝钢湛江钢铁有限公司，湛江 524000)

合金化热镀锌钢板具有优良的耐腐蚀性能、焊接性能、涂装性能等，广泛用于制造汽车内、外板。用于制造汽车外板时，对钢板表面质量要求较高，不允许出现肉眼可见或打磨可见的条纹、色差、异物压入等缺陷，因此，制造高表面质量的合金化热镀锌钢板成为钢厂的一项巨大挑战。

合金化热镀锌钢板生产过程中产生的缺陷可归结为两类：一是来料缺陷，包括基板划伤、异物压入、表面夹杂等；
二是镀锌缺陷，包括锌灰、锌渣、漏镀、合金化斑迹等。郝晓东等[1]研究了合金化热镀锌钢板表面黑斑的产生原因，在缺陷处发现了较多的锌渣颗粒，为镀锌过程中导致的缺陷。傅影等[2]研究了钢板表面漏镀的产生原因，在漏镀处发现氧化锌及轧制油，为来料清洗不彻底导致的缺陷。金鑫焱等[3]分析了一种合金化热镀锌无间隙原子钢(IF钢)表面亮条纹缺陷的产生原因，为基板表面的Al2O3夹杂所致。热镀锌是一个覆盖缺陷的过程，当钢板表面存在一些缺陷时，热镀锌后缺陷会被覆盖，甚至达到肉眼不可见的标准，但合金化过程会将缺陷放大，在合金化后，基板不可见的缺陷可能会形成色差、条纹等缺陷，因此，生产合金化热镀锌钢板比生产热镀锌钢板难度更大。笔者对一种合金化热镀锌IF钢板表面白色点状压印缺陷进行一系列理化检验与分析，查明了缺陷的产生原因，并提出相应的改善措施，以避免该类问题再次发生。

1.1 宏观观察

合金化热镀锌IF钢板的厚度为0.7 mm。钢板表面缺陷的宏观形貌如图1所示，可见缺陷呈短白条纹状，缺陷长度与宽度的比值约为8。

图1 钢板表面缺陷的宏观形貌

1.2 化学成分分析

用MAX 20型能谱仪分析合金化热镀锌IF钢板表面的化学成分，结果如表1所示。

表1 合金化热镀锌IF钢板表面的化学成分分析结果 %

1.3 微观分析

使用ZEISS EVO18型扫描电镜(SEM)分析合金化热镀锌IF钢板的表面合金化形貌，结果如图2所示，可见点状压印处明显偏黑，平整印较多；
点状压印处合金化不充分，基本看不出相结构，而正常处合金化程度较充分，相结构主要为δ相。说明基板某种缺陷影响了合金化过程中锌、铁元素的扩散，导致点状压印处的锌层局部偏厚。

图2 合金化热镀锌IF钢板的表面合金化形貌

用含3.5 g/L 六次甲基四胺的17%(体积分数)稀盐酸溶液溶解锌层，然后用SEM观察点状压印处与正常处基板的表面形貌，结果如图3所示，缺陷处发现有块状异物压入，异物中存在大量密集的疏松小孔。能谱分析结果显示，异物中主要含有铁元素，推测该异物为还原铁，经过退火炉之前为氧化铁。

图3 点状压印处与正常处基板表面的SEM形貌

图4为点状压印处截面的SEM形貌，可见缺陷处内部有大量点状氧化铁，与基板表面的小孔对应；
异物下方与上方均可见锌层。说明异物为还原铁，在镀锌之前，异物与基板的界面处存在微小裂纹，在镀锌过程中，锌液流入裂纹内部，异物处的锌层偏厚，且合金化不良，经平整处理后表面较平，最终导致缺陷呈短白条纹状。

图4 点状压印处截面的SEM形貌

1.4 热卷氧化铁皮分析

在钢板的头、尾截面处取样，用光学显微镜测量钢板表面氧化铁皮的厚度，结果如图5所示，氧化铁皮截面的微观形貌如图6所示。由图5，6可知：钢板表面氧化铁皮的厚度很不均匀，下表面氧化铁皮厚度明显大于上表面氧化铁皮厚度，下表面氧化铁皮的最大厚度约为37 μm，而上表面大部分区域的氧化铁皮厚度约为14 μm，过厚的氧化铁皮不容易被彻底酸洗，导致形成欠酸洗缺陷。

图5 钢板表面氧化铁皮的厚度测量结果

图6 氧化铁皮截面的微观形貌

点状压印缺陷使钢板表面合金化不充分，锌层局部偏厚，平整处理后的表面较平，表面对光线的反射变强，最终导致缺陷呈短白条纹状。由微观分析结果发现，热镀锌前，点状压印处基板表面有异物压入，异物的主要成分为还原铁，推断退火前异物为氧化铁。点状压印缺陷的形成机理如图7所示，在酸洗后的轧制过程中，表面有少量氧化铁皮压入，经轧辊反复轧制，氧化铁皮被牢牢压在基板上方，其他异物被碾压在氧化铁皮上方，在退火过程中，氧化铁被还原成海绵铁，热镀锌合金化后，表面存在异物压入的位置局部偏厚，且合金化不充分，平整处理后形成点状压印缺陷。

图7 点状压印缺陷的形成机理示意

在酸洗之前，需要先松弛表面的氧化铁皮，使得表面产生较多的裂纹，更加疏松，便于酸洗时除去。在酸洗过程中，钢板表面氧化物均与酸液发生反应，酸液对氧化铁皮产生了层间剥离的作用，即酸洗行为是以化学溶解+机械剥离的方式进行的[4]。酸洗过程如图8所示，在酸洗过程中，酸液中的氢离子沿着裂纹进入裂纹内部，与基板反应产生氢气，氢气的溢出作用促使氧化铁皮沿界面片状剥离，在剥离界面处又形成了新的酸洗核，并沿裂纹进一步扩展，为下一次的机械剥离提供准备条件[5]，如此反复进行，大量氧化铁皮被剥离基板；
氧化铁皮局部偏厚时，化学溶解速率较慢，难以完全溶解剥离后的氧化铁皮，导致部分剥离的氧化铁皮再次被压到基板表面，形成氧化铁皮压入缺陷，氧化铁皮的变形能力较差，轧制后变形量较小，因此缺陷在轧制成品表面呈短白条纹状。

图8 酸洗过程示意

经过以上分析可以确定，白色点状压印缺陷的形成与表面氧化铁皮局部偏厚有关，可以采用降低酸洗速率、热卷终轧温度、卷取温度以及提高酸液温度、浓度等方法来避免该类缺陷的形成。采用降低卷取温度的方法，对钢板进行改善，改善后钢板上、下表面氧化铁皮厚度较为均匀，最大厚度未超过15 μm，在酸洗时容易被洗去，是一种比较理想的氧化铁皮厚度。

白色点状压印缺陷的产生原因为：钢板表面局部氧化铁皮偏厚，氧化铁皮未被彻底酸洗，导致氧化铁皮压入基板，退火后，氧化铁皮被还原，平整处理后，钢板表面局部形成短白条纹。采用降低卷取温度的方法，可以减小钢板表面氧化铁皮的厚度，避免该类缺陷的形成。