李偉剛,楊 平,王 滕,柴立濤

(馬鞍山鋼鐵股份有限公司技術(shù)中心 安徽馬鞍山 243000)

熱浸鍍鋁硅合金鍍層是繼熱鍍鋁鋅鍍層之后發(fā)展起來的一種高效鋼鐵防腐蝕鍍層，具有良好的耐熱抗氧化性，在500℃下可長期使用；具有良好的熱反射性能，在 500℃時對輻射熱量的反射率高達(dá) 80%，放至野外環(huán)境下 4 年，其對光和熱的反射率還高達(dá) 60%，而對于同種鋼材，同種環(huán)境下的鍍鋅板，其反射率只為原來的5%左右；由于鋁表面氧化作用所形成的致密AlO氧化膜，將鋼基和氧化介質(zhì)隔絕，使鍍層即使在很惡劣的環(huán)境條件下也不至于導(dǎo)致進(jìn)一步腐蝕，因而其抗腐蝕作用很強(qiáng)，對硝酸、海水等也有好的耐蝕性。因此，在汽車工業(yè)、建筑業(yè)、家用電器等領(lǐng)域，熱浸鍍鋁硅鋼板得到了廣泛應(yīng)用。因為鋁熔點高，鋼帶熱鍍鋁硅比熱鍍鋅難度較大，浸鍍時會有大量的鍍液被氧化，鋁鍋中會產(chǎn)生大量的鋁渣，在帶鋼表面易造成鋁渣等缺陷，鋁渣缺陷為造成產(chǎn)品降級最主要的原因。本文研究了不同類型的鋁渣形貌，并對產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析。

1 試驗材料與方法

熱浸鍍鋁硅鍋內(nèi)結(jié)構(gòu)簡圖如圖1所示，從頂部至底部將其定義為三層，分別為面層、中間層和底層。本文以生產(chǎn)現(xiàn)場所取樣品為試驗材料，類型包括浮渣、底渣及懸浮渣，其中，浮渣取自面層，底渣取自底層，試樣制作步驟為：現(xiàn)場樣品→線切割。懸浮渣取自中間層，試樣制作步驟為：取鍍液→自然凝固→水冷→線切割→鑲嵌→研磨。本試驗材料經(jīng)過超聲波清洗后，利用 QUANTA450掃描電鏡對鋁渣缺陷的微觀組織進(jìn)行了觀察，并利用其能譜附件EDS對微觀組織中各相進(jìn)行了成分分析。

圖1 熱浸鍍鋁硅鍋鍋內(nèi)結(jié)構(gòu)簡圖

2 不同類型的鋁渣缺陷形貌及原因分析

2.1 浮渣

浮渣試樣宏觀照片見圖2所示。從圖中可以看出：浮渣表面由發(fā)黃類A區(qū)域及發(fā)白類B區(qū)域組成，A部位組成質(zhì)地致密，B部位較為疏松。

圖2 浮渣宏觀形貌

對浮渣進(jìn)行SEM形貌分析及成分分析，結(jié)果見圖3和表1所示，圖(a)為A區(qū)域的微觀形貌，圖(b)為B區(qū)域的微觀形貌，從圖中和表中可以看出：發(fā)黃A區(qū)域和發(fā)白B區(qū)域的微觀形貌基本一致，成分均主要由Al和Si兩種元素組成，并含有少量的C、O、Ag、Fe、Zn，與A部位相比，B部位O元素含量較高，其它元素基本相當(dāng)。浮渣中Fe含量不到2%，根據(jù)Al-Si-Fe三元相圖平衡原理，可知其為鍍液中固溶的Fe元素，浮渣中C含量約為3%左右，主要是由殘油與鍍液反應(yīng)后產(chǎn)生，上浮后將被氧化，氧化嚴(yán)重處疏松較多，氧化較輕部位相對致密。

圖3 浮渣微觀形貌

表1 浮渣不同形態(tài)的主要化學(xué)成分

2.2 底渣

底渣試樣宏觀形貌如圖4所示，微觀形貌如圖5所示。從圖中可以看出：底渣呈疏松顆粒狀結(jié)構(gòu)，微觀形貌呈晶體形狀，包括暗灰色A區(qū)域及灰白色B區(qū)域，其中，A區(qū)域占比較大。

圖4 底渣宏觀形貌

圖5 底渣微觀形貌

底渣成分能譜分析結(jié)果如表2所示，底渣主要由Al、Si、C及Fe元素組成，并含有少量的O、Cr、Zn，元素成分分布不均，尤其是C元素和Fe元素。A區(qū)域含有較多的C和Fe，該部分主要由殘油、殘鐵和鋁液共同反應(yīng)所產(chǎn)生；B區(qū)域C含量相對較少，基本沒有Fe，因此，該區(qū)域主要是有殘油與鋁液反應(yīng)所產(chǎn)生。

表2 底渣不同形態(tài)的主要化學(xué)成分

2.3 懸浮渣

鍍液凝固后水冷的試樣宏觀形貌如圖6所示，1#～3#試樣分別為第一次生產(chǎn)末期、第二次生產(chǎn)開始前、第二次生產(chǎn)末期所取的試樣。

圖6 鍍液水冷試樣

鍍液凝固后試樣的微觀形貌如圖7所示，圖(a)、(b)、(c)分別為1#試樣100倍、300倍、1000倍的顯微組織形貌，圖(d)、(e)、(f)分別為2#試樣100倍、300倍、1000倍的顯微組織形貌，圖(g)、(h)、(i)分別為3#試樣100倍、300倍、1000倍的顯微組織形貌，從圖中可知：凝固后的鋁液內(nèi)存在分布均勻的的條狀物A，成分能譜分析結(jié)果如表3所示，從表中可知：條狀物中含有較高的Fe元素，因Fe在鍍液中的溶解度為3%左右，且制樣過程中鍍層凝固速度遠(yuǎn)大于生產(chǎn)過程中的凝固速度，F(xiàn)e元素的偏析較難發(fā)生，所以，該條狀物為懸浮渣。采用比例分割法對懸浮渣比例進(jìn)行分析計算，結(jié)果如表4所示，從表中可知：生產(chǎn)末期，鍍液中存在大量細(xì)小顆粒狀的懸浮渣，比例達(dá)到8%以上，生產(chǎn)前相對較少，比例為7%以下。因此，當(dāng)鋁鍋中的鍍液處于波動狀況下，懸浮渣比例將有所增加。

圖7 鍍液水冷試樣的微觀形貌

表3 鍍液水冷試樣能譜分析結(jié)果

表4 懸浮渣比例

3 分析與討論

帶鋼表面的鋁渣缺陷主要是因鋁鍋內(nèi)的浮渣、懸浮渣、沉沒輥系上的鋁渣粘附于帶鋼表面，因此降低鍋內(nèi)鋁渣比例可有效降低此類缺陷，根據(jù)上述鋁渣的形貌及原因分析，可從以下幾個方面進(jìn)行控制：

控制軋硬卷表面清潔度，即控制帶鋼表面殘油殘鐵量，殘油量控制在單面200 mg/m以內(nèi)，殘鐵量控制在單面50 mg/m以內(nèi)。

嚴(yán)格控制清洗段工藝，增大電解清洗段電極電流，確保良好的清洗質(zhì)量，以減少浮渣、底渣的生成。

建立合理的扒渣制度和加錠制度，扒渣的頻次及力度必須嚴(yán)格控制，以有效去除鋁鍋表面浮渣、減少鋁鍋液面的波動，以減少懸浮渣的產(chǎn)生。

通過以上措施的控制，生產(chǎn)線帶鋼表面鋁渣缺陷降級比例由10%以上降低到5%以內(nèi)，有效地提升了產(chǎn)品質(zhì)量。

4 結(jié)論

浮渣主要由殘油與鍍液反應(yīng)所致，浮渣浮于鋁鍋表面被氧化，宏觀形貌呈現(xiàn)發(fā)黃或發(fā)白，發(fā)黃處氧化較輕，發(fā)白處氧化嚴(yán)重，氧化較嚴(yán)重處疏松、較輕處致密。

底渣主要由殘油、殘鐵與鋁液共同反應(yīng)產(chǎn)生，微觀形貌呈晶體狀。因殘油、殘鐵量比例不一，導(dǎo)致底渣成分不均勻，底渣沉積過程中會粘附于相應(yīng)的鍋內(nèi)輥中，如沉沒輥大臂中的小顆粒、糾偏輥上的凸瘤。

懸浮渣存在于鍍液中間層，在生產(chǎn)周期末期超過8%，當(dāng)生產(chǎn)線停止，鋁鍋靜置至下一周期開始時，懸浮渣會聚集長大，并部分沉積，懸浮渣比例降至7%以下，懸浮渣的比例增加與鋁鍋內(nèi)鍍液波動有關(guān)。

生產(chǎn)中應(yīng)嚴(yán)格控制軋硬卷表面清潔度及帶鋼清洗質(zhì)量，使帶鋼表面的殘油量、殘鐵量控制在一個很低的范圍內(nèi)，且需建立合理的扒渣制度和加錠制度，以降低鋁鍋內(nèi)的鋁渣比例，從而減少鋁渣缺陷的發(fā)生。