热浸镀铝硅生产线铝渣形貌及成因分析

2021-04-14李伟刚柴立涛

安徽冶金科技职业学院学报 2021年1期

李伟刚,杨平,王滕,柴立涛

(马鞍山钢铁股份有限公司技术中心安徽马鞍山 243000)

热浸镀铝硅合金镀层是继热镀铝锌镀层之后发展起来的一种高效钢铁防腐蚀镀层，具有良好的耐热抗氧化性，在500℃下可长期使用；具有良好的热反射性能，在 500℃时对辐射热量的反射率高达 80%，放至野外环境下 4 年，其对光和热的反射率还高达 60%，而对于同种钢材，同种环境下的镀锌板，其反射率只为原来的5%左右；由于铝表面氧化作用所形成的致密AlO氧化膜，将钢基和氧化介质隔绝，使镀层即使在很恶劣的环境条件下也不至于导致进一步腐蚀，因而其抗腐蚀作用很强，对硝酸、海水等也有好的耐蚀性。因此，在汽车工业、建筑业、家用电器等领域，热浸镀铝硅钢板得到了广泛应用。因为铝熔点高，钢带热镀铝硅比热镀锌难度较大，浸镀时会有大量的镀液被氧化，铝锅中会产生大量的铝渣，在带钢表面易造成铝渣等缺陷，铝渣缺陷为造成产品降级最主要的原因。本文研究了不同类型的铝渣形貌，并对产生的原因进行分析。

1 试验材料与方法

热浸镀铝硅锅内结构简图如图1所示，从顶部至底部将其定义为三层，分别为面层、中间层和底层。本文以生产现场所取样品为试验材料，类型包括浮渣、底渣及悬浮渣，其中，浮渣取自面层，底渣取自底层，试样制作步骤为：现场样品→线切割。悬浮渣取自中间层，试样制作步骤为：取镀液→自然凝固→水冷→线切割→镶嵌→研磨。本试验材料经过超声波清洗后，利用 QUANTA450扫描电镜对铝渣缺陷的微观组织进行了观察，并利用其能谱附件EDS对微观组织中各相进行了成分分析。

图1 热浸镀铝硅锅锅内结构简图

2 不同类型的铝渣缺陷形貌及原因分析

2.1 浮渣

浮渣试样宏观照片见图2所示。从图中可以看出：浮渣表面由发黄类A区域及发白类B区域组成，A部位组成质地致密，B部位较为疏松。

图2 浮渣宏观形貌

对浮渣进行SEM形貌分析及成分分析，结果见图3和表1所示，图(a)为A区域的微观形貌，图(b)为B区域的微观形貌，从图中和表中可以看出：发黄A区域和发白B区域的微观形貌基本一致，成分均主要由Al和Si两种元素组成，并含有少量的C、O、Ag、Fe、Zn，与A部位相比，B部位O元素含量较高，其它元素基本相当。浮渣中Fe含量不到2%，根据Al-Si-Fe三元相图平衡原理，可知其为镀液中固溶的Fe元素，浮渣中C含量约为3%左右，主要是由残油与镀液反应后产生，上浮后将被氧化，氧化严重处疏松较多，氧化较轻部位相对致密。

图3 浮渣微观形貌

表1 浮渣不同形态的主要化学成分

2.2 底渣

底渣试样宏观形貌如图4所示，微观形貌如图5所示。从图中可以看出：底渣呈疏松颗粒状结构，微观形貌呈晶体形状，包括暗灰色A区域及灰白色B区域，其中，A区域占比较大。

图4 底渣宏观形貌

图5 底渣微观形貌

底渣成分能谱分析结果如表2所示，底渣主要由Al、Si、C及Fe元素组成，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区域含有较多的C和Fe，该部分主要由残油、残铁和铝液共同反应所产生；B区域C含量相对较少，基本没有Fe，因此，该区域主要是有残油与铝液反应所产生。

表2 底渣不同形态的主要化学成分

2.3 悬浮渣

镀液凝固后水冷的试样宏观形貌如图6所示，1#～3#试样分别为第一次生产末期、第二次生产开始前、第二次生产末期所取的试样。

图6 镀液水冷试样

镀液凝固后试样的微观形貌如图7所示，图(a)、(b)、(c)分别为1#试样100倍、300倍、1000倍的显微组织形貌，图(d)、(e)、(f)分别为2#试样100倍、300倍、1000倍的显微组织形貌，图(g)、(h)、(i)分别为3#试样100倍、300倍、1000倍的显微组织形貌，从图中可知：凝固后的铝液内存在分布均匀的的条状物A，成分能谱分析结果如表3所示，从表中可知：条状物中含有较高的Fe元素，因Fe在镀液中的溶解度为3%左右，且制样过程中镀层凝固速度远大于生产过程中的凝固速度，Fe元素的偏析较难发生，所以，该条状物为悬浮渣。采用比例分割法对悬浮渣比例进行分析计算，结果如表4所示，从表中可知：生产末期，镀液中存在大量细小颗粒状的悬浮渣，比例达到8%以上，生产前相对较少，比例为7%以下。因此，当铝锅中的镀液处于波动状况下，悬浮渣比例将有所增加。