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1、热镀锌影响因素综述郭太雄瞿祖贵摘要：论述了热镀锌原板化学成分、带钢表面状态、锌液成分、锌液温度和带钢入锌锅温度对热镀锌钢板镀层性能及表面状态的影响。关键词：热镀锌；镀层性能；表面状态；影响因素分类号：TG335.22The summarization of the influence factors on hot dip galvanizationGUO Tai-xiong（Iron & Steel Research Institue,Panzhihua Iron & Steel (Group) Co.,Panzhihua 617000,China）QU Zu-gui（Cold Rolling
2、 Plant,Panzhihua Iron & Steel (Group)Co.）Abstract：The influence factors,such as the composition of base sheet and galvanizing liquid,the strip surface condition,the temperature of galvanizing and sheet entering zinc pot,on the performances of zinc coat are described.Key words：hot dip galvanizing;per
3、formances of zinc coat;surface condition;influence factors1前言生产热镀锌钢板的难点在于获得优良的镀层性能，即良好的镀层粘附性，优良的镀层加工成型性，美观而又能满足不同用户需求的表面特性。热镀锌钢板镀层金相结构一般由FeAl层、FeZn合金层、纯锌层组成，其各自的结构、厚度及表面形态等决定了镀层性能。因而影响热镀锌的因素可归结为影响镀层结构的因素，主要影响因素有：钢基化学成分、带钢表面形态、锌液成分、锌液温度及带钢入锌锅温度等。2钢基化学成分对热镀锌的影响2.1碳的影响钢基中的碳含量对热镀锌有显著影响。碳含量愈高，铁锌反应愈剧烈，FeZ
4、n合金层变厚，使镀锌层粘附性变差。因此，热镀锌原板一般选用含碳量为0.050.15的低碳钢板。Akihiko等人的研究表明1，FeZn合金层结构可分为3类：暴突结构（相），细晶结构（1相）和柱状结构（应为相）。并认为钢中的固溶碳可抑制暴突结构的形成，使镀层的抗粉化性能得到改善。此外，碳还影响镀锌层的表面质量。对于含碳量高的镀锌原板，若退火温度太高，碳会在钢板表面富集，形成渗碳体，从而提高钢板表面张力，降低锌液对钢表面的浸润能力，使锌液不能在钢板表面均匀流动，在热镀锌时，形成锌瘤缺陷。2.2硅的影响实践表明2，当钢中硅含量超过0.04时，高温下镀锌板表面形成的氧化膜在还原炉中很难被充分还原，热镀
5、锌后，板面生成很厚的灰白色镀层，其粘附性能较差。因此，热镀锌原板一般要求硅含量0.03。提高还原温度，延长还原时间，提高保护气体中的氢气含量，或提高带钢入锌锅温度，可抑制硅的表面富集作用，使钢板表面SiO2得到充分还原，可使镀层的粘附性得到改善，从而在热镀锌线上可生产出含硅量较高（0.5）的一般冲压用高强度钢板（390490MPa）。2.3铝的影响热镀锌原板一般采用低碳铝镇静钢。钢中铝与氮化合生成氮化铝，通过适宜的轧制、退火工艺可控制氮化铝的固溶和析出，使带钢形成有利于深冲的强的111织构和饼形晶粒，提高钢带的冲压成型性能和抗时效性。铝的存在（0.2Al）其在晶界的偏聚，降低了界面的反应活性，
6、可抑制暴突结构的形成3。但在连续退火时，Al也易在带钢表面富集，形成氧化物质点，降低钢板对锌液的浸润性。因而，一般将铝镇静钢中的Als含量控制在约0.02左右。2.4铜的影响钢中含铜可显著提高热镀锌板的耐腐蚀性。但在加热时，由于铁易氧化，铜不易氧化，且铜在奥氏体中的溶解度有限，当带钢温度下降时，铜便析出，积存于奥氏体晶界。所以在热轧过程中，随着氧化铁皮的不断剥落，钢表面会形成铜的富集区。因为铜和钢的延伸率不同，所以在轧制过程中钢表面会出现网状裂纹。酸洗后该缺陷更明显，冷轧后亦不易消除，镀锌之后即在板面形成和轧制方向一致的类似原板划伤或条状结疤的条痕缺陷。试验证明2，此网纹缺陷在含铜量超过0.3
7、时最易出现，所以热镀锌原板的铜含量一般要求不高于0.15。2.5其它元素的影响为了生产高强度热镀锌钢板及IF钢热镀锌板，常向钢中加入适量的P、Nb、Ti等元素。Nb、Ti是强碳化物形成元素，可减少固溶碳含量，从而减小了对镀层暴突结构生成的抑制作用。当钢中磷含量达0.15时，相变薄，相和1相生长很快，在相变薄甚至无相的地方，镀层出现无光泽的斑点，使镀层的粘附性变坏2。磷易在晶界偏析，降低晶界反应活性，从而抑制暴突结构的形成。Abiko等人认为，磷在晶界的偏析量随钢中碳含量的减小而增加，因而在含Nb或Ti的IF钢中添加适量的P，可有效地抑制暴突结构的生成46。3带钢表面状态对热镀锌的影响3.1带钢
8、表面粗糙度的影响随着钢板表面粗糙度的增加，镀层厚度增加。因为如果钢板的表面粗糙度大，钢表面生成的FeZn合金层为海绵状组织，比光滑的FeZn合金层表面能从锌锅中带出更多的锌液，由此生成更厚的纯锌层。同时，由于粗糙表面的棱角部位突出，相最易在棱角上形成，所以表面愈粗糙，其镀层相愈发达，从而FeZn合金层愈厚。对热轧酸洗板镀锌而言，钢板表面的平均粗糙度是影响热镀锌的主要因素之一。文献7研究表明，若钢板的平均表面粗糙度小，则镀层厚度均匀，镀层的外观及附着性均佳。相反，如果钢板的平均表面粗糙度大，则镀层厚度分布不均匀，存在微小的薄镀层部位，此类镀锌板的外观和镀层附着性均差。3.2带钢表面清洁度的影响影
9、响带钢表面清洁度的主要因素是带钢表面残留的轧制乳化液。实验表明，随着轧制乳化液中油脂含量的提高，残留在带钢表面的油脂在预热炉中越不易被除尽，干扰热镀锌时正常FeZn合金层的形成，从而恶化了镀层的粘附性能2。若带钢表面残留有铁粉及未被还原的氧化物质点等杂质，在热镀锌时，锌晶体有可能在此类杂质处形核、长大，形成锌粒缺陷。文献8表明，冷轧钢带表面密实性的任何破坏都可能导致凸起条带或光亮颗粒的产生。4锌液成分对热镀锌的影响4.1铝的影响由于铝对铁的亲合力强，锌液中铝优先在钢基表面形成很致密的，薄且韧的FeAl金属间化合物（Fe2Al5、FeAl3），并牢固地附在钢基表面，起粘附镀层的媒介作用；同时可抑
10、制FeZn合金层的生长（特别是抑制脆性的相的生长），从而改善镀层韧性。当锌液中铝含量低于0.5时，随着铝含量的增加，锌液的粘度增大，流动性降低，纯锌层增厚。同时，铝还与锌液中的氧化铁、氧化锌等杂质结合，并能上浮到锌液表面易于去除，可提高镀层纯度使镀层韧性增强，加工成型性提高。但是，加入过多的铝使铁在锌液中的溶解度降低，以致生成更多的锌渣，且铝本身也极易氧化生成Al2O3浮渣，影响镀锌带钢表面质量。同时，铝含量过高，镀锌产品耐CuSO4侵蚀能力降低。所以，在带钢连续热镀锌中，铝含量一般控制为0.120.15。目前已开发了ZnAl系列热镀锌板，与普通镀锌板相比，具有相同的镀层粘附性，但由于锌的牺牲
11、保护作用及铝的非动态作用，镀层的耐蚀性却是普通镀锌层的几倍。4.2铅的影响铅可使镀层表面获得大锌花。由于铅的熔点低，所形成的PbZn固溶体可降低锌液熔点，延长锌液凝固时间，从而延长晶粒长大时间，促进大锌花的形成。随着铅含量的改变，镀锌表面的锌花尺寸呈指数曲线变化9。当含铅量为0.25（常规）时，可获得大锌花镀锌板，锌花平均尺寸9.5mm；当锌液中铅含量大于0.25时，随着铅含量的增大，锌花尺寸无明显变化。虽然锌花很美观，但镀锌板在进一步涂层时，它会导致涂层表面凹凸不平，加之锌结晶方位的差别，有损涂层板的外观性。因此生产涂层钢板时，应将锌花控制在较小的范围内。文献9表明，无铅镀锌板的钝化效果良好
12、，镀层耐腐蚀寿命高。这是因为铅在晶界的偏析会导致晶界腐蚀，使镀层老化。此外，如含铅镀锌板长期放置在仓库中或高温潮湿的地方，镀层会变黑，产生黑斑缺陷。4.3铁的影响锌液中的铁含量一般控制在小于0.03。若含铁量增加，铁与锌结合生成以FeZn7为主要成分的底渣，并与锌液中的铝发生反应，生成以Fe2Al5为主要成分的浮渣。这些渣一旦附着在带钢表面，会形成锌粒缺陷，影响镀锌板的表面质量。同时，由于铁与铝结合，减少了锌液中有效铝含量，从而使镀层粘附性变坏。此外，铁的存在可增加锌液的粘度和表面张力，从而降低锌液对钢板的浸润能力，使镀锌时间延长。4.4其它元素的影响为了提高镀层耐腐蚀性，可向锌液中加入适量的
13、铜或镁。试验证明，加入0.81.0的铜，镀层的耐腐蚀性获显著改善。但铜含量过高，锌液的熔点升高，要求镀锌工作温度高。在高的镀锌温度下，铜可促使FeZn合金层急剧增厚，使镀层韧性和粘附性同时变坏。如果锌液中添加0.0240.084的镁，可使热镀锌板的耐腐蚀性提高1.21.5倍。但锌液中添加镁，会使锌液对钢板的浸润性下降，同时加镁过量会使镀层表面变成乳白色，使镀层脆化，粘附性下降。Sb、Bi能促进大锌花的形成，提高镀层致密性，抑制晶界腐蚀。为实现环保，已出现了用锑、铋代替铅生产大锌花镀锌板的趋势。但随着锌液中Sb或Bi含量的增加，FeZn合金层增厚，镀层性能恶化（铅对FeZn合金层的形成无明显影响
14、，不会影响镀层的附着力），因而一般Sb、Bi的加入量需小于0.3。锌液中加入适量的锡可使镀层表面呈现银白色金属光泽，使锌花变得光亮。同时，锡对锌花尺寸并无明显影响10。添加0.20的锡，其晶粒直径仅为1.2mm，锡对镀层粘附性的影响，还需进一步探索。但锡易产生晶界腐蚀，使镀层耐蚀性能下降，因而锌液中锡含量一定要严格控制。热镀锌所用锌锭含镉量一般为0.0010.07。镉含量0.1时可使锌花增大，但其含量0.5时，会使FeZn合金层增厚，降低镀层的韧性。锌液中加入稀土主要是抑制镀层的晶界腐蚀，同时改善锌液对钢板的浸润性。5温度对热镀锌的影响5.1锌液温度的影响锌液温度升高会促使FeZn合金层增厚及
15、Fe2Al5浮渣的生成。锌液温度在480以下时，带钢的铁损按抛物线规律变化，随着温度升高，铁损增加不大。当锌液温度超过480时，铁损则按直线规律随锌液温度升高急剧增加，FeZn合金层也急剧增厚，严重影响镀层的粘附性。所以锌液温度应根据带钢的厚度稳定控制在450470的某个温度值。5.2带钢入锌锅温度的影响除锌液中的铝含量外，带钢入锌锅温度是决定热镀锌板镀层粘附性的又一决定性因素。试验证实11，随着带钢入锌锅温度的升高，由于FeAl自由焓大于FeZn自由焓，所以镀层中的铝含量明显高于锌液中的铝含量，FeAl金属间化合物优先形成，并富集在钢板表面，直到低于扩散和反应需要的温度。同时，也有FeZn化合物形成，其扩散能力比FeAl化合物大，FeZn合金层厚度增加，镀层中吸收的铝含量增加，则镀层粘附性得以改善。如果带钢入锌锅温度太高，会延长FeAl、FeZn及其相互间扩散反应的时间，超过了阻碍FeZn合金层形成的极限值，Zn或FeZn化合物扩散进入含铝的中间层，使得正常的中间粘附层形成之后又遭破坏，从而使镀层的粘附性及韧性恶化。同时，过高的带钢入锌锅温度还易引起锌粒缺陷，影响镀锌板的表面质量。
