摘要:运用扫描电镜、金相显微镜、电子背散射衍射仪研究了电镀锌钢板表面白色线状缺陷产生的原因及形成机理。研究结果表明:白色线状缺陷位置有大量的夹渣,夹渣成分主要为Ｏ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｃａ、Ａｌ等元素,来自于热轧氧化铁皮的压入和连铸夹渣,同时缺陷处存在高斯织构,影响了电镀锌层晶粒的取向,导致电镀锌表面产生白色线状缺陷。
关键词:电镀锌钢板;白色线状缺陷;夹渣;高斯织构;
一、试验材料和方法
试验材料是有白线缺陷的电镀锌板、电镀锌板除去锌层对应的基板、镀锌前的冷轧板、同批次的热轧板。采用Ｑｕａｎｔａ４００扫描电子显微镜(ＳＥＭ)分析电镀锌白线缺陷对应基板及基板对应的热轧板的表面形貌、微观结构、晶体形貌;采用能谱仪(ＥＤＳ)对钢板缺陷区域成分进行分析;用电子背散射衍射(ＥＢＳＤ)分析缺陷处基板的取向。
二、试验结果
1.白线缺陷的微观形貌
通过扫描电镜观察电镀锌板正常区域和白线缺陷区域的微观形貌。正常区域的晶粒生长取向是杂乱的,缺陷区域有大量的夹渣,同时夹渣附近分布有大量片状锌晶粒,晶粒沿轧向呈层状排列。对表面存在白线缺陷的钢板去锌后进行ＳＥＭ形貌分析,见下图,由图可见,正常区域的表面平整且沿轧向有些轻微条纹,而缺陷区域发现有夹渣富集。
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对表面存在白线缺陷的电镀锌板的同批次冷轧原板进行ＳＥＭ形貌及成分分析。分析结果表明,冷轧原板表面有大量的嵌入式杂物。能谱成分分析表明,其位置除了含有铁,还含有大量的Ｏ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｃａ、Ａｌ等元素。对存在白线缺陷的电镀锌板的同批次热轧原板进行ＳＥＭ表面形貌及成分分析。分析结果表明,热轧板表面存在孔洞,局部位置存在大量镶嵌块及卷起,孔洞中除了含有铁,还存在Ｃ、Ｏ、Ｓ、Ｓｉ、Ｃａ等异常元素的富集,在这个镶嵌块周围存在氧化铁皮卷起。
2.EBSD取向组织分析
由于片层状锌晶粒主要与基板的晶体学取向有关,为了进一步分析基板取向组织对白线缺陷的影响,对白线缺陷在场发射扫描电镜下用液体对镀锌层进行酸洗后,在扫电镜中找到相应位置,用EBSD分析缺陷处基板取向。如表1所示:锌晶粒片状分布区域基板的｛111｝面织构比例较低,｛211｝、｛554｝及｛221｝面取向晶粒含量较高,而镀锌层凸起擦伤位置基板晶体学取向高旋转立方织构｛100｝＜110＞比例较高。研究发现,在铁的｛211｝、｛554｝和｛221｝晶体学面上生长的锌晶粒呈规则的片状,而锌沿铁基板的｛111｝｛100｝面自由生长,可以得到无规律的片状形貌,锌晶粒外延生长的程度依赖于钢基板的晶体学取向,而且沿｛101｝Ｆｅ取向更易于外延生长。电镀锌基板希望得到更多的｛111｝取向以得到更多无规则的锌片晶粒。
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三、分析和讨论
1.由白线缺陷形貌及对存在白线缺陷的电镀锌板的同批次冷轧及热轧板的分析表明:电镀锌板的白线缺陷所对应的位置及其基板含有大量Ｆｅ、Ｏ、Ｓ、Ｓｉ、Ｃａ、Ａ等元素,因炼钢保护渣的主要成分为ＳｉＯ２、ＣａＯ和Ａｌ２Ｏ３,它们在保护渣中的质量分数是50％～80％,因此可以判断缺陷与钢板表面存在的轻微氧化铁皮、夹渣有关。在炼钢和连铸工艺中,由于转炉终点控制不好或者浸入式水口密封性不佳,导致钢中氧含量升高以及钢水的二次氧化,从而形成了ＳｉＯ２、ＣａＯ及Ａｌ２Ｏ３夹杂物。本试验钢中夹杂物虽然主要是氧化物系夹杂物,但是,一般在热轧过程中,是可以去除的。如若热轧除鳞不彻底,钢板表面就会有ＳｉＯ２、ＣａＯ及Ａｌ２Ｏ３氧化铁皮或保护渣的轻微残留,当氧化铁皮压入或夹渣未暴露在热轧板表面,酸洗过程就难以去除之。在随后的大压下量冷轧及电镀锌前的酸洗过程中可能暴露在钢板的表面,夹杂物及氧化铁皮的存在,割裂了钢基体的连续性,电镀锌过程中,锌在基体中是一个均匀形核与长大过程,因此,锌层形成后取向是杂乱无章的,而锌在夹渣与钢基体的界面处形核,属于非均匀形核过程,所需形核功较小,沿夹渣与钢基体界面形核并长大,锌在生长过程不能穿越夹杂物,沿夹渣边界长成片层状,或在镀锌后在夹渣位置出现孔洞,最终导致电镀锌板宏观上的色差,形成白线缺陷。
2.电镀锌基板要得到更多的｛111｝取向,从而得到更多无规则的锌片晶粒,而白线缺陷处基板的高斯织构｛211｝＜011＞比例相对较高,且片状锌晶粒基板处｛111｝面织构比例相对较少。形成片层状晶粒,从而在电镀锌后,板面经光的反射呈现出白线状的缺陷。张坤龙和陈建新均提出“丝状斑迹”缺陷与钢板表面高斯织构沿轧向排列有对应关系。
四、结论
1.热轧板除鳞不彻底,导致轻微氧化铁皮压入以及连铸保护渣在带钢表面的微量残留,在随后的冷轧过程中露头出现在钢板表面,导致电镀锌锌层异常;连铸夹渣(富含Ｍｇ、Ａｌ、Ｃａ、Ｏ、Ｓｉ等元素)周围区域酸洗不完全,形成锈蚀后在后续轧制工序压入表面,引起电镀锌层异常,形成条纹缺陷。因此,为了改善电镀锌原板表面质量,需要优化炼钢和连铸工艺,获得洁净的钢坯。通过加强转炉终点控制,降低钢中氧含量以及改进浸入式水口密封性,能有效避免钢水二次氧化,从而减少氧化夹杂物的生成;严格限制结晶器液面的波动,避免保护渣卷入钢液中,同时采用高质量保护渣确保钢水中夹杂物的上浮,从而减少钢液中残留的硅酸盐类和钙铝酸盐类夹杂物。
2.电镀锌基板｛111｝面织构比例较低,｛211｝、｛221｝、｛554｝面织构比例较高,即存在高斯织构,导致电镀锌时片状锌层比例增大,出现宏观色差导致白线缺陷。因此,改变热轧终轧和卷取温度,避免局部两相区轧制和卷取后的晶粒异常长大。该措施实施后,消除了电镀锌层中的高斯织构,电镀锌板表面的白线缺陷消失。
结束语
电镀锌板具有良好的耐蚀性、加工性、可焊性和涂漆性,主要用于汽车、家电等行业,而高端汽车、家电行业对电镀锌表面质量要求十分苛刻。因此,加大电镀锌产品质量控制,及时消除表面缺陷,提升电镀锌表面质量。本文系统分析了白线缺陷的形貌特征,对白线缺陷对应的基板形貌及基板对应的热轧板等也进行了详细的分析,以供参考。
参考文献:
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[2]侯选东,蔡恒君,李林,等．彩涂板表面条状缺陷的产生原因与控制,钢铁研究学报,2012
[3]陈家光,田青超,季思凯,等．“丝状斑迹”缺陷的成因,理化检验:物理分册,2002