钢铁制件热镀锌表面缺陷分析及控制_苗立贤

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钢铁 制件 热镀 锌 表面 缺陷 分 析及 控 制
增长而使 ζ相破裂并被挤出 凹处开始形成较厚的 ζ相 , 形成 凸起 物[ 3] , 此时钢基 体龟裂纹凹陷则变为龟裂(晶体)凸起纹 。 根 据化 验分析 , 凸起物 是 η相中镶嵌着 ζ相 颗粒 。 有时钢 铁制件在 轧制 过程中 , 表面氧 化皮可能进入 钢基体 , 在 此后的酸 洗中 也会造 成 表面不平 。 夹层铁皮在热镀时会出现黄豆大小的气泡 , 断续 出现 在镀层下面 。 因此用户应选用表面质量好的钢材 。
(4)镍 锌液中的 镍是 为了 解决热 锓镀 中因钢 材中 含硅出 现的圣德林现象而作为合金元素加入的 , 是 近几年来国内逐渐认 同的解决镀层色差现象 的一种新 工艺技 术 。 在锌 液中添 加锌镍 合金可有效地降低锌和铁原子在 ζ相中的扩散 速度 , 因而可以控 制浸镀层厚度的增长 , 当锌 液中 Ni 含量 为 0.06%时 , ζ相金属间 化合物中 Ni 含量可达 0 .8%, 加入 Ni 后 ζ相的厚度增长明显得到 控制 ,δ相的厚度 相应 有所增 加 , 因而可 有效 地控 制浸 镀层 厚度 的增长 , 并能改善锌液 的流动 性能 。 因此 , 使 用锌镍 合金 进行热 浸镀锌的镀层厚度更加均匀 , 表面 更光亮 , 锌花少 。
很慢 , 悬浮在锌 液中的合金渣 会夹在 锌液中 被制件 带出 , 镶嵌 在 镀层中 , 从而影响镀锌层的表面质量 。 锌液中铁的来源一般 有锌 锅的腐蚀 、制件 的溶解 、助 镀剂中 的铁离 子及制 件上 的铁盐 4 方 面 。 因此 , 为了 获得平整光滑 的镀层 , 必须 严格控 制锌 液中铁 含 量 , 减少铁离子 的带 入 , 控 制锌 液温 度 , 避免 锌液 温度 的 忽高 忽 低 , 降低锌锅 的腐蚀 速度 等 。 一般 锌液 中铁 含量 应 <0 .08%[ 5] , 当锌液中铁含量 >0.20%时 , 必须降温静 置并打捞锌渣 。
(2)铝 铝是热镀锌中 最常用 的添加 元素 。 在 锌液中添 加 不同浓度的铝可以获得不同性质的镀锌层 。 一般认为 热镀锌时 , 在锌液中加入 <1%(质量分数 , 下同)的铝可以起到下 列作用 :① 提高镀层光亮性 ;②减 少锌液 面的 氧化 ;③抑制 脆 性 Fe-Zn 相 的 形成而 获 得粘 附 性 好 的 镀 层 。 而 在 实 际 生 产 中 , 锌 液 中 含 有 0.005 %～ 0.020 %Al 就可以达到镀层光亮 的目的 , 并 可减少锌 液 表面的氧化和锌灰的 产生 。 必须 指出 , 添加铝 的方式 宜采用 ZnAl 中间合金的添加方式 。 往往 由于添 加的中 间合金 的质量问 题 以及添加铝和锌铝合金的方法不当或过快 , 导致锌液中形成 大量 的铝 、铁化合物 , 这种密度 小于锌 液的锌 铝铁三 元“ 面渣” 或颗 粒
1 .3 锌液中其他成分
锌液中夹杂过多其他金属成分或有害元素 , 可能造成如 锌渣 颗粒粘附在镀层表面和一些非正常的花纹 、龟裂纹等缺陷 。
(1)铁 热镀锌一段时间后 , 钢制件 表面会出现 锌堆积和 微 小锌渣颗粒 , 致使镀 层表面 粗糙 , 光滑度 也随之 下降 。 这种微 小 颗粒一般是 Fe-Zn 合金 颗粒渣 。 在 450 ℃镀锌时 , 铁 在锌液中 的 饱和溶解度为 0.02%, 锌液中铁 的含量 超过此 值时 , 会析 出 ζ和 δ1 相形成锌渣 , 由于这种颗 粒渣与 锌密度差 异不大 , 其 聚集下 沉
[ 收稿日期] 2003 -05 -22
图 圣德林效应曲线图 Si 含量在 0.05%～ 0.10 %或大于 0.30%时 , 镀 层不 再是层 次分明的由钢基体到 τ、δ、ζ和 η相的正常组 织 , 而呈现 出很厚的 不连续的片状 ζ相为主 的组 织 , 有点类 似低 硅钢在 500 ℃时 FeZn 剧烈反 应 时所 得到 的 组织[ 1] 。 钢铁 制 件 在常 规 热镀 锌 温度 455 ℃下浸镀时 , 从工件浸入锌 液到工 件热透 、助镀 剂反应 完毕 、 清除锌液表面的锌灰后提升工件 , 整个浸镀 一般不少于 1.5～ 3 .0 min, 在这种温度和时间下 , 在 含 Si 量 处于圣 德林效 应区内 , 随着 浸镀时间的增加 , 镀层将会更厚 。 为此 , 热镀锌行业一向 认为 , 适 宜热镀锌的钢材只能是含硅量低的沸腾钢 , 含硅量高的镇静钢被 认为是不适宜热镀锌的 。 但 现在钢 铁企业 逐渐普 及连续 铸钢技 术 , 用此技术生产的钢 大都是 含硅量较 高的镇 静钢或 半镇 静钢 。 如某企业热镀国内某大 型钢铁企 业生产 Q235 钢制的 护栏 板 、输 电单柱钢管塔和路灯杆 时 , 在 455 ℃锌液 温度 下 , 时 常出 现大片 灰暗镀层 , 以及在出锌液面后约 0 .5 min 左右时间内 , 出现泪痕状 条纹 , 其流动性很差 , 使产品 质量明 显降低 , 锌 耗增加 , 这 种现象 可能与基体中 P 和 S 的含 量较高 有关[ 2] 。 钢 基体中 元素 偏析和 钢锭头部以及局部碳化物聚集都是造成片状灰暗层的主 要因素 。 而在轧制过程中水淬不充分 、不合理则是造 成镀层出现明显龟裂 纹的因素 。 在热镀路灯杆(圆形)时 常出现 一些竖 直形细 小间断 性木纹状条纹 , 这种缺陷可能是在 卷制时表面出现裂纹所致 。 在 热镀时 , 合金层 ζ相的生长速度比 δ1 相快 , 在一定时间后 ,δ1 相生 长速度加快 , 因此在凹处开始形 成较厚 的 ζ相 , 由 于 δ1 相的快速
驻马店 463000 ;3 .广西南宁送变电公司铁塔厂 , 广西 南宁 530031)
[ 摘 要] 对钢铁制件热镀锌层表面的缺陷原因进行了分 析 , 并根据生产实践提出一些控制表面缺陷的方法 。 [ 关键 词] 钢铁制件 ;热镀锌 ;镀层缺陷 ;缺陷控制 [ 中图 分类号] TG174.43 [ 文献标识码] B [ 文章编号] 1001 -1560(2003)12 -0056-03
第 36 卷 第 12 期 2003 年 12 月
材 料 保 护 MATERIALS PROTECTION
Vol .36 No .12 Dec .2003
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
钢铁制件热镀锌表面缺陷分析及控制
苗立贤1 , 冯 玲2 , 史宪海1 , 刘 颖3 (1 .河南省驻马店热浸镀铝厂总师办 , 河南 驻马店 463000 ;2 .河南省驻马店市农校 , 河南
表面预处理不好是 造成漏镀(露 铁)的主要 原因 。 钢材在 出 厂 、存 储 、运输 、加工过程中不 可避免地 沾上油 漆或 矿物脂 , 有 时 焊接部位探伤面需涂抹难清理的特殊油脂等 , 大多数企业又 无脱 脂工序 , 仅靠 酸洗 去除 表面 杂质 , 从 而很 容易 造成 漏镀(露铁)。 另一种情况则是因酸洗 过程中 酸洗件 比较集 中 、堆 放密集 、重 量 大等因素 , 造成 欠酸洗和夹线 , 或 因酸洗 浓度过高 使酸 盐沉淀 于 表面 、沟槽之中 , 不水洗或 水洗不 彻底 , 也很容 易形 成漏镀 、虚 镀 现象 。 再者 , 因溶剂老化 、失效 , 加 之在烘干过程中没有及时 将工 件摆开 , 或烘干 时间较长使钢 件表面 出现二 次微氧 化 、形成酸 性 铁盐覆盖在表面上时 , 也极易 出现漏 镀 , 特别是在 相对 湿度较 大 的气候和大雾天气时 较为常 见 。 此种情 况往往 容易 被忽 视 。 此 外 , 采 用溶剂热镀锌时 , 最常用的 ZnCl2 与 NH4Cl 混合水溶液 的配 比不正确时 , 没有形成共晶点 , 特别是在浓度过高的情 况下 , 在支 撑板焊接角缝圆形孔内极易出现夹灰性漏镀 。
1 .2 钢铁制件基体
钢铁制件基体状态不良往往造成镀层灰暗 、龟裂纹等表 面缺 陷 。 即使在镀锌工艺合理 、稳 定的情况 下 , 钢铁制 件的 基体状 态 对镀锌层表面质量影 响也十分 突出 。 时 常因钢基 体的 化学成 分 碳 、硅 、磷等元素的影响和冶炼轧制过程中某种因素的 影响 , 使其 有害元素偏析 , 从而在镀层表面出现片状灰暗镀层 、龟 裂纹 、晶体 状凸起纹 、木纹状条纹 、夹皮裂纹等明显缺陷 。
热镀锌时钢基体 中的化 学成 分 C、Si 、P 等 元素 能促 进 Fe-Zn 反应 , 使合金层中 ζ相 快速增 长 , 形成厚 而粗 大的晶 粒露 于锌表 面 , 形成表面粗糙 、灰暗 、粘附性差的镀层 。 Si 含量在 圣德林效应 峰值区的影响见图 。
1 热镀锌层表面缺陷原因分析
1 .1 表面预处理
悬浮在锌液表面而且十分 粘稠 , 极容易 粘附在 钢铁制 件上 , 严重 损害了镀层质量 , 此时仅靠降温捞 渣是无济于事的 。 一旦发现这 种情况应立即停止添加合 金 , 同时采取 锌液净 化措施 , 把 铝含量 降下来 , 在情况不严重 时可以 考虑适当 延长空 冷时间 , 以 防止镀 层表面急剧水冷后出现气泡和皱纹 。
(3)锡 、铅 一 般情 况下 锌锭中 不含 锡 , 仅有 微量 的铅 。 近 年来一些锌合金供应商为 了使镀 锌温度 下降 , 并获得 白亮 镀层 , 在所谓的多元合金中加入锡 、铅 。 当锌液中 添加了这种多元合金 后 , 锌液面在 430 ℃下可以出现镜面并能 保持 10 ～ 20 min, 但在热 镀钢铁制件时 , 镀层表 面会出 现羽毛状 花斑和 细小难 看的 白斑 , 含锡 、铅的合金添加量一旦 达到 0 .5%时 , 就 会出现 锌花 , 锌灰明 显增多 , 生产效率也下 降了 , 给企业 造成不 应有 的损失 。 铅和锡 因其熔点低 , 含量过高时 , 迅速使锌液的凝固温度下降 , 在镀锌层 冷却过程中极易形成粗大的结晶和出现龟裂纹现象 , 影响锌层的 表面光滑度和耐腐蚀性能 。 晶间腐蚀对杂质铅最敏感 , 腐蚀速度 随镀层中铅含量的增加而加快 , 铅 量达到 0.02 %就会出现晶间腐 蚀 , 在镀层中沿晶界破 裂而失 去附着力 , 严 重时表 面会出 现黄豆 粒大小的气泡 。 因此我们在 应用锌 铝合金 或多元 合金时 一定要 弄清楚其中铅 、锡 、铝的含量 , 决定是否在锌 液中添加 。