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知識課堂：鋅鋁鎂鍍層講解及缺陷分析

鋅鋁鎂鍍層各元素的作用和影響

與高強鋼一樣，鋅鋁鎂良好的耐腐蝕性能是由于其組織決定的，而組織又是由化學成分和冷卻速度決定的，下面我們就探討鋅鋁鎂鍍層化學成分的選擇，以及各元素的作用。

1 鎂的作用和影響

鎂的作用首先是提高耐腐蝕性能，這一點前面已經(jīng)充分分析過了；其次，在鍍浴內(nèi)略加0.1%的鎂，可以提高帶鋼在鍍液中的浸潤性，降低鍍浴表面的張力，減少漏鍍?nèi)毕莸漠a(chǎn)生，這是因為鎂的氧化物很不致密，基本是以非常疏松狀存在的。
這一點與鋁的特點似乎有些互補，對采用鋁含量較高的鍍層生產(chǎn)合金含量較高的高強鋼有著很重要的意義。不過，在鋅鋁鎂鍍浴內(nèi)，鎂的含量較高，鎂的氧化物不致密的問題就會帶來一系列的副作用，成為熱鍍鋅鋁鎂產(chǎn)品生產(chǎn)的一大困難。

2 鋁的作用和影響

首先，在鍍鋅的基礎(chǔ)上加鋁可以顯著提高耐腐蝕性能和耐熱性能，這一點在鋅鋁鎂鍍層中也同樣如此；其次，在鍍鋅時加少量鋁，可以抑制鋅液與鐵的反應(yīng)，減薄Fe-Zn的化合物層；第三，鋁可以抑制鎂氧化的局限性，鋁的氧化物很致密，可以減輕鎂疏松氧化物帶來的影響，如果恰到好處的話，使得鋁鎂的氧化物可以成膜，造成產(chǎn)品的缺陷。
在這三個特性中第一條只有好處，沒有壞處，但第二、第三條都是雙刃劍。與鎂一樣，鋁在鋅鋁鎂鍍浴內(nèi)的含量很高。一方面鋁抑制了鋅與鐵的反應(yīng)，但鋁與鐵的反應(yīng)更加激烈，成為主要矛盾；另一方面，鋁極易氧化的問題也會帶來一系列的問題，同樣成為鋅鋁鎂產(chǎn)品生產(chǎn)的一大難題。

3 硅的作用和影響

硅的加入，主要是為了抑制鋁和鐵的反應(yīng)，減薄鍍層與鋼基之間的化合物層，提高加工性能，這一點與所有的高鋁鍍層的原理一樣。
只要是在鋁高于共晶成分的鍍層，都要加硅，鋁含量越高，加的硅越多。最高的鋁硅鍍層，加約10%的硅；其次是鋁鋅硅鍍層，加1.5%左右的硅；SD加0.2%的硅，ZAM可以加0.1%的硅。另外，硅還可以細化晶粒，提高組織的均勻性，抑制晶間氧化。

4其它元素的作用

由于鋅鋁鎂的成分很復(fù)雜，工藝性能也變得非常復(fù)雜，為了采用以鋅、鋁、鎂為主的成分生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品，可以通過增加少量的其它元素，改善熱鍍工藝性能和使用性能，號稱是鋅鋁鎂鍍層成分的第四元。
比如：防止鎂的氧化黑變，是鋅鋁鎂合金產(chǎn)品的一個難題，有的公司采用了在合金內(nèi)添加合金元素的辦法抑制鎂的氧化，例如POSCO專利采用的方法，是在合金中加入0.01%～0.1%的鎵和0.005%～0.1%的銦；首鋼專利是采用在合金中加入0.01%～0.1%的鈣、鋇或0.01%～0.4%的鋰來解決這一問題；可以通過加入鈦和硼來細化晶粒，并起到抑制Mg2Zn11組織的產(chǎn)生；通過加入稀土，可以增加組織的均勻性從而抑制晶間腐蝕，進一步提高耐腐蝕性能。綜上所述，鋅鋁鎂鍍層成分=a%Zn+b%Al+c%Mg+（d%Si）+e%X

因鋅鋁鎂鍍層和冷卻不均勻造成的“梨皮斑”缺陷分析

國外某公司在試產(chǎn)SD產(chǎn)品的初期，出現(xiàn)了部分“梨皮斑”缺陷，如下圖所示，在產(chǎn)品的邊部，板面色澤與中間部位有一定的差異，有像梨子的表皮一樣的麻點，影響了產(chǎn)品的外觀，遭到了客戶的投訴。

仔細觀察鋼帶邊部缺陷部位，并略作放大分析，發(fā)現(xiàn)缺陷部位在宏觀上結(jié)晶晶粒和粗糙度均比中間部位大，因此對光線的折射與中間部位不一樣，看起來色澤有差異。
其實，這樣的缺陷在鍍鋅生產(chǎn)過程中是很常見的缺陷，對于大鋅花產(chǎn)品而言，色澤差異都被鋅花掩蓋了，而無鋅花產(chǎn)品就比較明顯，有一定經(jīng)驗的鍍鋅專家都知道這是鍍層附著量不一致造成的。于是，對鋼帶邊部鍍層附著量進行了檢測，結(jié)果如下表所示。 鍍層附著量檢測結(jié)果

邊部位置	鍍層附著量(g/㎡)
邊部位置	正面	反面	兩面合計
距邊緣60mm	122	96	238
距邊緣120mm	114	105	219

從表中可以看出，這是鍍層附著量相對比較大的SD產(chǎn)品，在鋼板距邊緣60mm處，正面和反面鍍層重量的差異達26 g/㎡，比距邊緣120mm處的9 g/㎡大了近兩倍，說明正是由于鍍層附著量差異造成的這種“梨皮斑”缺陷。
那么為什么鍍層附著量差異會造成這種缺陷呢？這是因為鋅鋁鎂產(chǎn)品的色澤與鍍層附著量非常敏感的原因。如果局部鍍層附著量較大，冷卻速度較慢，在結(jié)晶時晶粒有足夠的時間長大，該處晶粒尺寸大于正常部位。
前面說過，如果是大鋅花產(chǎn)品到不要緊，如果是零鋅花產(chǎn)品就會出現(xiàn)比較嚴重的色澤偏差，但最嚴重的是鋅鋁鎂，SD鋅鋁鎂晶粒偏大時內(nèi)部的先共晶富鋁相很發(fā)達，對光線的折射較強烈，所以色澤就很不均勻，有一點點的小白點，看起來就像梨子的表皮一樣了。
產(chǎn)品的鍍層附著量要求越大，鍍層附著量的差異也越大，所以這種缺陷往往出現(xiàn)在厚鍍層的產(chǎn)品上。造成這種缺陷的原因往往是板形不良或鋼帶振動等原因，調(diào)整爐內(nèi)快冷風箱擋板、增加張力等方法可以改善板形，通過減小穩(wěn)定輥振動、采用鋼帶穩(wěn)定設(shè)備等可以減小鋼帶振動。
同時，如果鍍后冷卻風箱有擋板的話，增加邊部冷卻速度，促進鋼帶靠近邊部位置的快速冷卻，可以迅速減輕這種缺陷。

因鍍層在結(jié)晶前粘附異物質(zhì)點造成的“小黑點”缺陷

國外某公司在試產(chǎn)鋅鋁鎂耐指紋板初期，客戶在剪切加工時發(fā)現(xiàn)了“小黑點”缺陷，提出質(zhì)量異議，如下圖所示。

出現(xiàn)“小黑點”缺陷的產(chǎn)品厚度為1.5mm，“小黑點”直徑為1~3mm左右，在整個鋼板表面沒有規(guī)律分布。

出現(xiàn)這種缺陷，首先想到的是不是氧化問題，于是先做了耐中性鹽霧SST試驗，結(jié)果如下圖所示，圖中是肉眼能夠辨別出的黑點部位。

從圖中可以看出，“小黑點”部位在SST試驗中，耐腐蝕性能與其它正常部位基本一樣，說明“小黑點”并不影響使用性能，只是影響外觀。
為了找到“小黑點”產(chǎn)生的原因，進行了放大分析，如下圖所示。

從圖中可以看出在小黑點的中心部位有極小的外來雜質(zhì)粘附在鋼帶表面。進一步將粘附外來雜質(zhì)部位切割下來將鍍層截面放大觀察，發(fā)現(xiàn)異物粘附在鍍層外側(cè)，基本與鍍層粘附在一起，但雜質(zhì)沒有嵌入或融入鍍層內(nèi)部，與鍍層之間有明顯的界線。

對外來雜質(zhì)點的成分進行分析，如下圖所示。

可見主要成分是鋅鋁鎂的氧化物。由上述分析可知，這種缺陷是在鍍層未凝固或剛剛開始凝固時，鋅鋁鎂的氧化物雜質(zhì)點粘附到液態(tài)鍍層上，造成了鍍層的局部快速凝固，晶粒很小，吸收了照射的光線，看起來就是非常小的“小黑點”。
據(jù)該公司提供的資料介紹，為了解決這一問題，該公司對鋅鍋和冷卻塔進行了無塵化處理，一方面加強密封處理，對鋼結(jié)構(gòu)進行噴水防止揚塵，另一方面對冷卻風箱的氣體入口的過濾器進行了改善，提高了過濾效果，防止了帶鋼表面液態(tài)鍍層吸附氧化雜質(zhì)問題，使得這一缺陷大幅度地減少。
對于這種缺陷，筆者認為鋅鋁鎂的氧化物雜質(zhì)點的來源還有一種比較常見的原因，就是氣刀區(qū)域，如果氣刀的角度不合理，略帶正角度的話，就會引起鋅鋁鎂液飛濺，有可能粘附到未凝固的鍍層表面。