连续热镀锌镀层的影响因素

摘 要：热镀锌钢板的镀层性能好坏直接影响热镀锌产品的质量能否满足用户要求。分析了镀锌基板成分、锌液成分、锌液温度、带钢入锌锅温度及镀锌基板表面状态对热镀锌镀层性能的影响。

关键词：热镀锌，镀层，锌液，基板，影响

1 引言

连续热镀锌是一种经济而有效的金属防腐技术，其主要工序包括镀锌基板准备镀前处理热浸镀锌镀后处理成品检验等。经过热镀锌得到的热镀锌钢板具有优良的耐腐蚀性能、良好的外观、后续加工性能好等优点，同时，相较于其它金属防腐措施，连续热镀锌生产成本低、环境污染小。在连续热镀锌中，能否获得良好的镀锌层是获得合格热镀锌产品的关键，该镀锌层必须具有良好的镀层粘附性，优良的镀层加工成形性，美观而又能满足不同用户需求的表面特性[1]。在生产过程当中，影响镀锌层的因素很多，主要有镀锌基板成分、锌液成分、锌液温度、带钢入锌锅温度、镀锌基板表面状态等。

2 镀锌基板成分的影响

2.1 基板中碳含量的影响

基板中的碳对镀锌层性能影响较为明显。随着基板中含碳量的增加，铁-锌反应变得越来越剧烈，基板中的铁损就会增大。铁-锌反应越剧烈，得到的铁-锌层就越厚，镀锌层的粘附性就越差。因此，用于热镀锌生产的基板大多是碳含量在0.05～0.15%的低碳钢板。

碳在钢中的存在形式，也会对基板中铁-锌反应产生影响。钢中的碳以粒状珠光体和层状珠光体存在时，基板中铁的溶解很快，铁-锌反应很快，镀层中铁-锌层很厚，镀锌层粘附性很差；如果碳以扩散得很均匀的索氏体或屈氏体组织存在时，则基板中铁的溶解速度较小，铁-锌反应速度比较平缓，镀层中铁-锌层较薄，镀锌层粘附性较好。

2.2 基板中硅含量的影响

基板中过多的硅给热镀锌带来困难。硅对镀锌层的影响可以归结为以下几点[2]：①硅使铁在锌液中的浸蚀加快。在460℃时， 硅含量为0.2%的钢比碳含量为0.2%的钢在锌液中的铁损大了1倍。含硅钢在锌液温度为520℃下具有最大的重量损失。②硅对镀层厚度有明显影响。低硅钢板在镀锌后获得致密的Fe-Zn合金层，而含硅量达到0.3%时，]1被破坏，使_结晶变成粗大而自由生长的晶体，这种反应的产物是疏松的。③硅还会影响镀层外观。当硅含量在0.06～0.07%时，镀层表面灰暗色斑点最多，由于]1迅速长大，_相晶粒被迫向表面推移，致使表面锌层很薄甚至不存在。

3 锌液成分的影响

3.1 锌液中铝含量的影响

锌液中的铝含量对镀层结构具有决定性的影响。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Fe-Al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；同时可抑制Fe-Zn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。随着铝含量的增加，`相（即纯锌层）逐渐增加[3]。而在镀层各组成相中，`相的韧性最好。因此，从控制锌层附着力的角度来说，铝含量越高越好。此外，铝还与锌液中的氧化铝、氧化锌等杂质结合，形成不与带钢相粘合的物质，并能上浮到锌液表面，易于去除。

3.2 锌液中铁含量的影响

当锌液温度为450C时，铁在锌液中的饱和溶解度为0.03%，若铁含量进一步增加，则铁与锌生成铁-锌合金，沉入锌锅底，即为底渣。此外，还与锌锅中的铝反应，生成以Fe2Al5为主要成分的浮渣，减少了锌液中的有效铝含量，使镀层粘附性变差。而且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。另外，铁的存在会增加锌液的粘度和表面张力，从而降低锌液对带钢表面的浸润能力，使镀锌时间延长。

3.3 锌液中铅含量的影响

由于铅的熔点低，所形成的Pb-Zn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。同时，铅的存在也可降低锌液的粘度和表面张力，从而提高锌液对带钢表面的浸润能力。且锌液中的铅含量愈高，锌液的粘度和表面张力愈小，锌液对带钢表面的浸润能力愈强。但当铅含量超过1%时，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；铅的存在也会对环境产生污染，危害人体健康。

4 锌液温度和带钢入锌锅温度的影响

4.1 锌液温度的影响

锌液温度升高能加快Fe-Zn之间的扩散速率，在低于480C时，铁损按低抛物线规律随镀锌时间而变化。当温度接近480C时，Fe-Zn合金层增厚很快，并且主要是增加了脆性的_相，使镀层的塑性变坏。镀锌温度超过480C，特别是达到500C时，铁的溶解量以极快的速度增长。

当温度大于480C时，_相晶体形成速度变得很小，仅能形成少许几个带有较大空隙的晶核，这样液态锌就会浸入到这些空隙中，并且可以一直深入到]1相，甚至会引起]1相沿晶界的溶解，从而加速了Fe-Zn之间的扩散，导致合金层剧烈增厚。随着镀锌温度的增高，＼相的形成也在迅速增长，当达到480C之后，＼相晶体主要依靠牺牲]1相晶体而长大，因此也会导致镀锌层变脆。

4.2 带钢入锌锅温度的影响

按照热镀锌经典理论，镀锌温度过高，会加速Fe、Zn之间的互扩散，形成较厚的脆性Fe-Zn合金层，从而破坏热镀锌层的韧性。由于带钢厚度不同，其带入锌锅锌锅反应区的热量也不同，所以应根据带钢厚度来确定不同的带钢入锌锅温度。根据热镀锌新理论，热镀锌时在反应界面大量供热，可以加速作为粘附媒介的Fe2Al5中间层的形成，可获得良好的镀层粘附性，所以带钢入锌锅温度应高于锌液温度15～25C[1]。若带钢入锌锅温度过高，Zn或Fe-Zn化合物扩散进入Fe2Al5中间层，使中间粘附层遭到破坏，镀层的粘附性及韧性恶化。此外，过高的带钢入锌锅温度容易造成锌灰、锌渣等粘附于带钢表面，影响镀锌板的表面质量。

5 镀锌基板表面状态的影响

5.1 镀锌基板表面粗糙度的影响

冷轧带钢在进行热镀锌时，其表面粗糙度在一定程度上可以决定Fe、Zn之间的结合力。因为钢板越粗糙，则钢板的实际表面越大，根据啮合原理，钢基和镀层结合更为牢固。此外，随着带钢粗糙度的增加，镀层厚度增加。钢基表面的粗糙化，使带钢表面生成海绵状组织的Fe-Zn合金层，该种合金层比光滑的Fe-Zn合金层能从锌锅中带出更多的锌液。由此生成更厚的纯锌层。再者，粗糙表面棱角部位突出，而_相最易在棱角处形成，所以_相很发达，生成了较厚的Fe-Zn合金层。

5.2 镀锌基板表面清洁度的影响

影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。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Fe -Zn 合金层的形成， 从而恶化了镀层的粘附性能[4]。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。

6 结束语

连续热镀锌机组工艺流程长，工艺段多，镀锌层的形成过程也相当复杂，镀锌层的结构和性能受到很多因素的影响，且各影响因素之间也不是单独作用，而是相互联系的。要得到质量优良的热镀锌板材，涉及到设备、工艺、操作、环境等诸多方面，在生产过程中必须对各个生产环节进行严格控制、精心操作。

参考文献：

[1]郭太雄，瞿祖贵. 热镀锌影响因素综述[J]. 轧钢，2000，17（1）：48-51

[2]朱立. 影响镀层结构的因素[J]. 鞍钢技术，1999，4：57-62

[3]王铁军，李锋，吕家舜等. NOF热镀锌锌层附着力影响因素分析[J]. 鞍钢技术，2007，3：22-25

[4]李九岭. 带钢连续热镀锌[M]. 北京：冶金工业出版社，1987