干貨|熱鍍鋅表面缺陷成因與控制方法

熱鍍鋅鍍層的形成機(jī)理

熱浸鍍鋅是一個(gè)冶金反應(yīng)過(guò)程。從微觀角度看，熱浸鍍鋅過(guò)程是兩個(gè)動(dòng)態(tài)平衡：熱平衡和鋅鐵交換平衡。當(dāng)把鋼鐵工件浸入450℃左右的熔融鋅液時(shí)，常溫下的工件吸收鋅液熱量，達(dá)到200℃以上時(shí)，鋅和鐵的相互作用逐漸明顯，鋅滲入鐵工件表面。

隨著工件溫度逐漸接近鋅液溫度，工件表面形成含有不同鋅鐵比例的合金層，構(gòu)成鋅鍍層的分層結(jié)構(gòu)，隨著時(shí)間延長(zhǎng)，鍍層中不同的合金層呈現(xiàn)不同的成長(zhǎng)速率。從宏觀角度看，上述過(guò)程表現(xiàn)為工件浸入鋅液，鋅液面出現(xiàn)沸騰，當(dāng)鋅鐵反應(yīng)逐漸平衡，鋅液面逐漸平靜。工件被提出鋅液面，工件溫度逐漸降低至200℃以下時(shí)，鋅鐵反應(yīng)停止，熱鍍鋅鍍層形成，厚度確定。

熱鍍鋅鍍層厚度要求

影響鋅鍍層厚度的因素主要有：基體金屬成分、鋼材的表面粗糙度、鋼材中的活性元素硅和磷含量及分布狀態(tài)、鋼材的內(nèi)應(yīng)力、工件幾何尺寸、熱浸鍍鋅工藝。

現(xiàn)行的國(guó)際和中國(guó)熱鍍鋅標(biāo)準(zhǔn)都根據(jù)鋼材厚度劃分區(qū)段，鋅鍍層平局厚度以及局部厚度應(yīng)達(dá)到相應(yīng)厚度，以確定鋅鍍層的防腐蝕性能。鋼材厚度不同的工件，達(dá)成熱平衡和鋅鐵交換平衡所需的時(shí)間不同，形成的鍍層厚度也不同。標(biāo)準(zhǔn)中的鍍層平均厚度是基于上述鍍鋅機(jī)理的工業(yè)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)值，局部厚度是考慮到鋅鍍層厚度分布的不均勻性以及對(duì)鍍層防腐蝕性要求所需要的經(jīng)驗(yàn)值。

因此，ISO標(biāo)準(zhǔn)、美國(guó)ASTM標(biāo)準(zhǔn)、日本JIS標(biāo)準(zhǔn)和中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)在鋅鍍層厚度要求上略有不同，大同小異。

熱鍍鋅鍍層厚度的作用和影響

熱鍍鋅鍍層的厚度決定了鍍件的防腐蝕性能。詳細(xì)討論請(qǐng)參見(jiàn)附件中由美國(guó)熱鍍鋅協(xié)會(huì)提供的相關(guān)數(shù)據(jù)。用戶可以選擇高于或低于標(biāo)準(zhǔn)的鋅鍍層厚度。

對(duì)于表面光滑的3mm以下薄鋼板，工業(yè)生產(chǎn)中得到較厚的鍍層是困難的，另外，與鋼材厚度不相稱(chēng)的鋅鍍層厚度會(huì)影響鍍層與基材的結(jié)合力以及鍍層外觀質(zhì)量。過(guò)厚的鍍層會(huì)造成鍍層外觀粗糙，易剝落，鍍件經(jīng)不起搬運(yùn)和安裝過(guò)程中的碰撞。

鋼材中如果存在較多的活性元素硅和磷，工業(yè)生產(chǎn)中得到較薄的鍍層也十分困難，這是由于鋼中的硅含量影響鋅鐵間的合金層生長(zhǎng)方式，會(huì)使ζ相鋅鐵合金層迅速生長(zhǎng)并將ζ相推向鍍層表面，致使鍍層表面粗糙無(wú)光，形成附著力差的灰暗鍍層。

因此，如上述討論結(jié)果，鍍鋅層的生長(zhǎng)存在不確定性，實(shí)際生產(chǎn)中要取得某一范圍的鍍層厚度常常是困難的，熱鍍鋅標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的厚度是大量實(shí)驗(yàn)后產(chǎn)生的經(jīng)驗(yàn)值，照顧到了各種因素和要求，較為合理。

下面就熱鍍鋅層表面缺陷原因及控制方法進(jìn)行分析：

1、表面預(yù)處理

表面預(yù)處理不好是造成漏鍍(露鐵)的主要原因：
鋼材在出廠、存儲(chǔ)、運(yùn)輸、加工過(guò)程中沾上油漆或礦物脂，焊接部位探傷面需涂抹難清理的特殊油脂等，而又無(wú)脫脂工序，靠酸洗去除表面雜質(zhì)，造成漏鍍(露鐵)。

熱鍍鋅板表面“露鐵”

另一種情況則是欠酸洗和夾線，或因酸洗濃度過(guò)高使酸鹽沉淀于表面、溝槽之中，不水洗或水洗不徹底，也很容易形成漏鍍、虛鍍現(xiàn)象。

此外，采用溶劑熱鍍鋅時(shí)，最常用的ZnCl2與NH4Cl混合水溶液的配比不正確時(shí)，沒(méi)有形成共晶點(diǎn)，特別是在濃度過(guò)高的情況下，在支撐板焊接角縫圓形孔內(nèi)極易出現(xiàn)夾灰性漏鍍。

2、鋅層脫落

造成鋅層脫落的主要原因有：表面氧化、有硅化合物、冷扎乳化液太臟、NOF段氧化氣氛及保護(hù)氣體露點(diǎn)太高、空燃比不合理、氫氣流量偏低、爐子有氧滲入，帶鋼入鍋溫度偏低，RWP段爐壓偏低及爐門(mén)吸風(fēng)、NOF段爐溫偏低，油脂蒸發(fā)不盡、鋅鍋鋁含量偏低、機(jī)組速度太快、還原不充分、鋅液中停留時(shí)間太短、鍍層偏厚。

3、鋅液中其他成分

鋅液中夾雜過(guò)多其他金屬成分或有害元素，可能造成如鋅渣顆粒粘附在鍍層表面和一些非正常的花紋、龜裂紋等缺陷：

(1)鐵

熱鍍鋅一段時(shí)間后，鋼制件表面會(huì)出現(xiàn)鋅堆積和微小鋅渣顆粒，致使鍍層表面粗糙，光滑度也隨之下降。這種微小顆粒一般是Fe—Zn合金顆粒渣。

鋅液中鐵的來(lái)源一般有鋅鍋的腐蝕、制件的溶解、助鍍劑中的鐵離子及制件上的鐵鹽4方面。因此，為了獲得平整光滑的鍍層，必須嚴(yán)格控制鋅液中鐵含量，減少鐵離子的帶入，控制鋅液溫度，避免鋅液溫度的忽高忽低，降低鋅鍋的腐蝕速度等。一般鋅液中鐵含量應(yīng)0.20%時(shí)，必須降溫靜置并打撈鋅渣。

(2)鋁

鋁是熱鍍鋅中最常用的添加元素。在鋅液中添加不同濃度的鋁可以獲得不同性質(zhì)的鍍鋅層。

一般認(rèn)為熱鍍鋅時(shí)，在鋅液中加入<1%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)的鋁可以起到下列作用：①提高鍍層光亮性;②減少鋅液面的氧化;③抑制脆性Fe—Zn相的形成而獲得粘附性好的鍍層。而在實(shí)際生產(chǎn)中，鋅液中含有0.005%～0.020%Al就可以達(dá)到鍍層光亮的目的，并可減少鋅液表面的氧化和鋅灰的產(chǎn)生。

采用Zn—Al中間合金的添加方式m往往由于添加的中間合金的質(zhì)量問(wèn)題以及添加鋁和鋅鋁合金的方法不當(dāng)或過(guò)快，導(dǎo)致鋅液中形成大量的鋁、鐵化合物，此鋅鋁鐵三元“面渣”或顆粒懸浮在鋅液表面而且十分粘稠，極易粘附在鋼鐵制件上，嚴(yán)重?fù)p害了鍍層質(zhì)量，此時(shí)僅靠降溫?fù)圃�是沒(méi)用的。

這種情況應(yīng)立即停止添加合金，同時(shí)采取鋅液凈化措施，把鋁含量降下來(lái)，在情況不嚴(yán)重時(shí)可以考慮適當(dāng)延長(zhǎng)空冷時(shí)間，以防止鍍層表面急劇水冷后出現(xiàn)氣泡和皺紋。

(3)錫、鉛

一般情況下鋅錠中不含錫，僅有微量的鉛。近年來(lái)一些鋅合金供應(yīng)商為了使鍍鋅溫度下降，并獲得白亮鍍層，在所謂的多元合金中加入錫、鉛。

在熱鍍鋼鐵制件時(shí)，鋅液面在430℃下鍍層表面會(huì)出現(xiàn)羽毛狀花斑和細(xì)小難看的白斑，含錫、鉛的合金添加量一旦達(dá)到0.5%時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)鋅花，鋅灰明顯增多。

鉛和錫含量過(guò)高時(shí)在鍍鋅層冷卻過(guò)程中極易形成粗大的結(jié)晶和出現(xiàn)龜裂紋現(xiàn)象，影響鋅層的表面光滑度和耐腐蝕性能。

晶間腐蝕對(duì)雜質(zhì)鉛最敏感，鉛量達(dá)到0.02%就會(huì)出現(xiàn)晶間腐蝕，在鍍層中沿晶界破裂而失去附著力，甚至表面會(huì)出現(xiàn)黃豆粒大小的氣泡。在應(yīng)用鋅鋁合金或多元合金時(shí)要了解鉛、錫、鋁的含量，決定是否在鋅液中添加。

(4)鎳

在鋅液中添加鋅鎳合金可有效地降低鋅和鐵原子在ζ相中的擴(kuò)散速度，因而可以控制浸鍍層厚度的增長(zhǎng)，當(dāng)鋅液中Ni含量為0.06%時(shí)，Ni含量可達(dá)0.8%，加入Ni后厚度增長(zhǎng)明顯得到控制，因而可有效地控制浸鍍層厚度的增長(zhǎng)，并能改善鋅液的流動(dòng)性能。因此，使用鋅鎳合金進(jìn)行熱浸鍍鋅的鍍層厚度更加均勻，表面更光亮，鋅花少。

總之，熱鍍鋅后帶鋼表面缺陷情況較復(fù)雜，產(chǎn)生的原因也較多，解決辦法是多方面的，需要做大量艱若細(xì)致的工作，使熱鍍技木提高一步。