热镀锌合金化产品抗粉化研究与改进

钱鑫

摘 要： 合金化热镀锌钢板已广泛地用于汽车行业，如何消除汽车用合金化热镀锌钢板镀层粉化等缺陷是钢铁生产厂家和用户极为关注的热点问题。本文主要介绍汽车用合金化热镀锌钢板镀层粉化缺陷的产生原因及其消除措施。

关键词： 热镀锌；合金化；粉化

0 前言

锌铁合金镀锌板是普通镀锌板在出锌锅之后经过气刀在镀层没有凝固之前经过460～540℃的在线退火后得到的具有不同Fe-Zn合金相结构的镀层钢板，镀层中含有不同的金属间化合物。由于合金化层是由Fe-Zn金属间化合物构成，他们比锌层硬而脆，在冲压时易呈现粉末状脱落[1]。

近年来，热镀锌合金化钢板以其优良的耐蚀性能、涂装性能、焊接性能和较高的表面强度等优点己越来越多地应用于汽车上，但钢板存在的最主要缺陷是目前镀锌工作者正在努力解决的镀层大量粉化和脱落问题。板在冲压过程中，除满足相应的力学性能和表面性能外，镀层的粉化量的大小直接影响着合金化热镀锌板的冲压加工性能，而镀层的破坏不仅影响冲压过程，还会恶化其耐蚀性能，且容易引起表面缺陷，影响涂装后的外观。因此，在满足其它性能的同时获得抗粉化性能良好的镀层是合金化热镀锌钢板生产工艺技术开发的难点。本文通过针对马钢冷轧总厂3#镀锌线生产DC56D系列IF钢在某汽车客户使用出现较为严重的抗粉化性能差问题，通过工艺调整、实验室分析、仔细排查，最终找出缺陷原因，制定解决措施，有效的改善抗粉化问题。

1 客户使用问题描述

对2015年客户使用DC56D产品进行数据统计，用户现场共冲压了13000件前后门内板，其中脱锌比例为64%。用户标准是脱锌比例不大于3%。该钢种产品不能满足用户需求。

通过现状调查，2015年引起脱锌的产品缺陷中，抗粉化性能差占不合格品的比例较大，达88.15%，是主要原因。粉化是在钢板加工时，一合金以粉末状或颗粒状从镀层上或接近镀层表面的地方形成并剥落，粉化剥落下来的颗粒尺寸一般小于镀层厚度，镀层的粉化是镀层在变形时，在镀层内部破坏的一种形式，尤其在冲压件的转角处更容易发生[2]。

通过现场取样进行抗粉化试验，样板折弯后粉化宽度5～6mm，对于该规格产品来说，抗粉化性能较差。

2 问题调查分析

2.1 清洗段效果排查

跟踪锌铁合金在线生产时，用试纸检测清洗段出口带钢表面质量时未发现表面因清洗效果不佳现象，带钢清洗效果较好，排除清洗段清洗不净导致残留油脂及铁粉影响合金化抗粉化性能。

2.2 炉内气氛排查

调查近3个月锌铁合金生产线退火炉气氛情况，发现近3个月生产锌铁合金产品时退火炉没有遇到自动报警情况。退火炉煤气、氢气及露点均处于正常状态，无明显异常，排除炉内气氛导致抗粉化性能问题。

2.3 锌锅铝含量排查

调查锌锅铝含量的检测结果，发现铝含量分布在0.11%～0.135%之间，满足0.11%～0.14%的设计要求。

2.4 合金化炉设备工艺参数排查

统计连续3月DC56D合金化温度控制情况，发现该期间实际合金化出口温度分布在506～525℃，均符合控制计划要求。调查发现，虽然该部分DC56D在合金化生产设备工艺参数显示满足合金化出口温度的前提下，但是按照该工艺生产的产品仍然出现镀层粉化严重情况，无法满足用户需求。因此，合金化温度无法反映该产品的实际抗粉化性能，需要合理设定合金化生产设备工艺参数才能保证镀层抗粉化性能的稳定性，从而达到减少冲压过程中脱锌比例的目的。

3 工艺验证

3.1 验证边部加热器的影响规律

单开边部加热器时超过400KW时现场观察已过合金化，因主感应加热器和边部加热器在带钢边部具有叠加效应，因此适宜的边部加热器功率不宜超过300KW，随带钢厚度变薄边部加热器设定应相应降低。

3.2 验证边部加热器的影响规律

保证边部感应加热功率不变，对主感应加热进行调试。试验结果表明主感应加热器对粉化性能具有显著影响，粉化性能随主感应加热器的增加而变坏，适宜的主感应加热器范围是1700KW-2000KW。

4 解决措施

通过生产工艺排查，锁定为合金化炉工艺参数设备问题，导致该产品抗粉化性能较差。3#镀锌线合金化炉主要工艺段为：主感应加热器区、边部感应加热器区、均热炉区。为了达到相同的合金化出口温度三个工艺段的参数可以有许多种的组合，但对镀层的加热效果不同；当带钢规格变化时，感应加热器参数需相应调整，否则加热效果不同。

通过选取产线典型规格的DC56D在线调试，在上文中分别研究主加热器功率、边部感应加热器功率对镀层抗粉化性能的影响，摸索出对于该规格品种较为切合的工艺参数。选取两卷使用卷进行镀层相结构、抗粉化性能进行检测：两卷镀层表面均为大量ζ相+少量δ1相，相结构组成符合预期效果；抗粉化宽度分布在2.1mm～2.6mm。

5 结束语

粉化是合金化热镀锌钢板的一个固有特征，不能完全消除，只能通过控制，使产品抗粉化性能达到满足客户的需求。镀层的粉化和剥离不仅影响冲压过程，而且还恶化耐蚀性能，且容易引起表面缺陷，影响涂装后的外观。因此，在满足其它性能的同时获得抗粉化性能和附着力良好的镀层是热镀锌钢板生产工艺技术开发的难点。本文通过选取产线典型规格DC56D产品进行试验，对工艺进行改进后，抗粉化宽度由原来的5～6mm降低至2～3mm左右，产品抗粉化性能相比之前有较为明显提高。

随着汽车厂家对不同规格钢种抗粉化性能的差异化需求，建立不同钢种规格的锌铁合金产品最佳镀锌工艺、合金化工艺，通过调整合金化工艺得到想要得到的镀层组织和性能，这些是后续不断努力方向，也是今后合金生产的研究重点。

参考文献

[1] 王川.合金化温度对高强IF钢GA板鍍层组织及性能的影响，材料热处理学报，2014，（9）.

[2] 刘听.热镀锌合金化钢板成形过程中镀层粉化机理研究.硕士论文，2010，（4）.