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[摘 要]团状锌粒是影响热镀铝锌产品质量的主要表面缺陷，主要是因为镀液中的游离渣和浮渣引起，游离渣主要受镀液温度的变化而影响，镀液温度波动会导致大量的锌渣产生，粘附到带钢表面形成缺陷，生产中应控制加锌和带钢入锌锅温度来减小镀液温度的波动，控制镀液锌渣含量；以及及时清理表渣，保证带钢出锌锅处镀液纯净度，减少团状锌粒缺陷。
[关键词]团状锌粒；锌渣；温度
中图分类号：TG174.44 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）09-0021-02
1、前言
攀钢厚规格（1.2-2.35mm）铝锌产品主要应用于电控柜、通讯柜及充电桩等行业，产品直接裸用于柜体外表面，对产品的表面锌花形貌及美观度要求极高。团状锌粒是厚规格铝锌产品常见的表面缺陷之一，影響产品的表面质量及用户的最终使用。
2、团状锌粒缺陷形貌及分析
2.1 缺陷形貌
团状锌粒缺陷宏观分析，在带钢表面成团状、条带状或块状的不规则分布、有不同程度手感的缺陷，如图1所示。对图1所指部分进行放大10倍观察，如图2所示，锌粒的地方存在点状的、细小的锌粒锌疤等，如果经过生产中的辊面摩擦或运输剪切中的带钢层间摩擦而损坏产品表面钝化膜，则镀层经过摩擦及氧化随着时间的增长而表现为亮点或暗点（严重的表现为黑点）。
铝锌产品直接用于产品外表面，对产品的表面质量要求极高，由锌粒原因导致产生的亮点或暗点主要影响产品表面的美观度，进而影响产品的最终使用。
2.2 缺陷分析
对缺陷部分进行成分分析，如图3、图4所示，缺陷部分影响了锌花的结晶和长大[1]，没有形成正常的锌花结晶形貌，而是存在一定的杂质，其成分如表1所示。
从上表的缺陷成分分析，缺陷部分主要为铁和氧元素。
镀层成分由锌锅中的成分确定，锌锅中存在一定比例的铁元素，来源于镀液对带钢的腐蚀（铝锌液存在很强的腐蚀性），带钢表层的部分铁溶解到锌锅中，已锌渣的形式存在，由于锌渣的密度大于镀液的密度，因此随着时间的推移部分锌渣沉淀在锌锅底部形成底渣，游离在镀液中的为游离渣，底渣沉淀在锌锅底部不会对镀层质量造成直接影响，因此镀层中的铁元素来源于锌锅中的游离渣。而正常镀液中没有氧元素，氧元素主要是锌锅表面镀液的氧化，存在于锌锅的表面浮渣中。因此确定引起团状锌粒缺陷的最终因素是锌锅中的游离渣和表渣造成，锌锅中的游离渣粘附到带钢表面或粘附到沉没辊后在沉没辊上结瘤并越积越多，在带钢表面形成缺陷；锌锅表渣则在带钢出锌锅时被带钢带走，如果气刀不能清理则在带钢表面形成点状缺陷。
3、锌渣的形成及主要影响因素
3.1 锌渣的形成机理
在铝锌产品生产的Al-Zn-Si溶液中，由于Al的活泼性高于Zn，所以在热镀过程中的物理扩散和化学反应主要是在Fe和Al之间进行。在Al扩散到带钢基体内形成化合物的同时，带钢上的铁原子也扩散到Al内形成化合物，这些化合物在带钢和镀液的相互运动下，不断溶解脱落到镀液中，形成锌渣[2]，由于Al-Zn-Si溶液中较高的温度（600℃）和含铝量（55%左右），使得Al和Fe的反应非常激烈，形成大量的锌渣，其主要成分是Fe2Al5和FeAl3。
表渣则主要是镀液较高的温度在锌锅表面与空气接触，主要是Al和Zn很容易被氧化而产生的氧化物，生产过程中必须产生。
3.2 影响锌渣形成的主要因素
3.2.1 锌锅温度试验
由于镀液的成分不易改变，为分析不同的镀液温度对锌渣的影响，将锌锅温度按以下不同值进行试验，并进行镀液成分检测分析，具体如下。
常规锌锅温度设定为600℃，对锌锅不同区域温度进行监控，显示温度波动控制在±3℃以内，锌液温度分布如表2，对锌锅铝锌液取样命名为A。
将锌锅控制温度设定为596℃， 在该温度稳定生产后，锌液温度分布如表3，对锌锅铝锌液取样命名为B。
将锌锅控制温度回调设定为600℃，在该温度稳定生产后，对锌锅铝锌液取样命名为C。
将锌锅控制温度设定为593℃， 在该温度稳定生产后，锌液温度分布如表4，对锌锅铝锌液取样命名为D。
将锌池控制温度设置为590℃，在生产过程中，温度波动仍较大，控制器显示温度波动范围为588.5？592.2℃，实测最低温度为586.5℃。由于熔池温度过低，在试验过程中观察到带钢边缘发白的现象。因此终止该步骤试验，将控制温度调回到593℃，带钢上述边缘发白缺陷消失。
3.2.2 镀液显微组织分析
对在试验中所取的样品，经过金相制样，抛光腐蚀后采用扫描电镜进行观察，其典型显微组织照片如图5所示。
图a所示铝锌池取样温度为600℃，可以看出在铝锌液中存在冷却时析出的少量铝锌渣，同时析出少量的Si。图c所示的样品同样自600℃铝锌熔池，显微形貌和图a所示类似。图b所示显微组织为596℃锌池铝锌液冷凝组织，由显微组织可以看出铝锌液中的铝锌渣数量有所增加，同时析出Si量增大。图d所示为593℃铝锌液冷凝组织，显微组织中铝锌渣数量明显增多，从形态上分析大部分铝锌渣形成在铝锌液冷凝前。
3.2.3 镀液样品成分分析
对试验所取得的样品，采用波谱对铝含量、锌含量、硅含量和铁含量进行分析，其试验结果如表5所示。
熔池铝锌液成分为前期所取样品逐一分析后所求得的平均值，由分析试验结果可以看出，在铝锌液温度为600℃的A熔池中，其中的铁含量约为0.38%；当温度降低到596℃时，铝锌液中的铁含量显著降低，降低到0.32%。随着试验温度降低到593℃，并且试验时间延长，铝锌液中的铁含量下降到0.28%。
从以上试验得出：温度是影响镀液铁含量的主要元素，锌锅温度由高往低变化时，镀液的铁含量降低，在高温时镀液中溶解的铁在温度降低时将以锌渣形成析出，逐渐沉于锌锅底部，或粘附于与沉没辊系或带钢表面。锌锅温度由低往高变化时，镀液的铁含量升高，是镀液对带钢加剧腐蚀的过程。因此，镀液温度恒定，镀液中的铁含量达到饱和状态时，镀液对带钢的腐蚀最轻，锌锅中的铁元素处于稳定状态，锌渣的含量相对稳定；当温度波动时会引起锌锅锌渣含量的变化，降低温度析出锌渣；升高温度，镀液对带钢加剧腐蚀，镀液中的铁含量增加，降低温度后再次析出锌渣。
4、影响镀液温度的主要因素
热镀铝锌产品正常生产中，影响镀液的主要因素为预熔镀液的温度和带钢进入锌锅的温度。
预熔镀液的温度的波动主要受加锌的影响，为防止预熔镀液的温度的波动，加锌过程中尽量缓慢加锌，锌锭一次性加入和分三次平均缓慢加入时镀液的温度变化如表6所示。
如上表所示，不同的加锌方式会导致锌锅镀液产生不同的温度波动。
带钢入锌锅温度，当带钢入锌锅温度585-590℃时（镀液温度按596-600℃控制），带钢的温度与镀液的温度差小，带钢进入锌锅后镀液对带钢的腐蚀最小，镀液不易析出锌渣。当带钢温度越低时，带钢的温度与镀液的温度差越大，带钢进入锌锅后镀液对带钢的腐蚀越大，镀液易析出锌渣。
5、缺陷的治理
综上所述，治理团状锌粒的主要措施为以下两方面：①控制镀液温度的稳定和均匀性，主要是稳定带钢的入锌锅温度按585-590℃控制（镀液温度按596-600℃控制），其次为锌锭的加入应根据镀液消耗量均匀缓慢加入；②浮渣控制，对锌锅表面的浮渣及时进行清理，特别要保持带钢出锌锅处的镀液表面干净。
6、总结
6.1 形成团状锌粒缺陷的最终因素是锌锅中的游离渣和表渣造成，锌锅中的游离渣粘附到带钢表面或沉没辊后在沉没辊上结瘤并越积越多，在带钢表面形成缺陷；锌锅表渣在带钢出锌锅时被带钢带走，如果气刀不能清理则在带钢表面形成点状缺陷，生产中应及时清理，保证带钢出锌锅处镀液纯净。
6.2 影响锌锅中的游离渣的主要元素是镀液温度，镀液温度的波动会导致更多的锌渣产生。
6.3 控制镀液温度波动则主要是通过控制预熔镀液温度和带钢入锅温度的波动，为防止预熔镀液的温度的波动，加锌过程中尽量缓慢加锌；带钢的入锌锅温度应尽可能的与镀液温度接近，减小带钢与镀液的温差。
参考文献
[1] 石德珂.材料科学基础.西安交通大学：西安，2005
[2] 张启富，刘邦津，黄健中.现代钢带连续热镀锌.冶金工业出版社：北京，2007.
[关键词]团状锌粒；锌渣；温度
中图分类号：TG174.44 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）09-0021-02
1、前言
攀钢厚规格（1.2-2.35mm）铝锌产品主要应用于电控柜、通讯柜及充电桩等行业，产品直接裸用于柜体外表面，对产品的表面锌花形貌及美观度要求极高。团状锌粒是厚规格铝锌产品常见的表面缺陷之一，影響产品的表面质量及用户的最终使用。
2、团状锌粒缺陷形貌及分析
2.1 缺陷形貌
团状锌粒缺陷宏观分析，在带钢表面成团状、条带状或块状的不规则分布、有不同程度手感的缺陷，如图1所示。对图1所指部分进行放大10倍观察，如图2所示，锌粒的地方存在点状的、细小的锌粒锌疤等，如果经过生产中的辊面摩擦或运输剪切中的带钢层间摩擦而损坏产品表面钝化膜，则镀层经过摩擦及氧化随着时间的增长而表现为亮点或暗点（严重的表现为黑点）。
铝锌产品直接用于产品外表面，对产品的表面质量要求极高，由锌粒原因导致产生的亮点或暗点主要影响产品表面的美观度，进而影响产品的最终使用。
2.2 缺陷分析
对缺陷部分进行成分分析，如图3、图4所示，缺陷部分影响了锌花的结晶和长大[1]，没有形成正常的锌花结晶形貌，而是存在一定的杂质，其成分如表1所示。
从上表的缺陷成分分析，缺陷部分主要为铁和氧元素。
镀层成分由锌锅中的成分确定，锌锅中存在一定比例的铁元素，来源于镀液对带钢的腐蚀（铝锌液存在很强的腐蚀性），带钢表层的部分铁溶解到锌锅中，已锌渣的形式存在，由于锌渣的密度大于镀液的密度，因此随着时间的推移部分锌渣沉淀在锌锅底部形成底渣，游离在镀液中的为游离渣，底渣沉淀在锌锅底部不会对镀层质量造成直接影响，因此镀层中的铁元素来源于锌锅中的游离渣。而正常镀液中没有氧元素，氧元素主要是锌锅表面镀液的氧化，存在于锌锅的表面浮渣中。因此确定引起团状锌粒缺陷的最终因素是锌锅中的游离渣和表渣造成，锌锅中的游离渣粘附到带钢表面或粘附到沉没辊后在沉没辊上结瘤并越积越多，在带钢表面形成缺陷；锌锅表渣则在带钢出锌锅时被带钢带走，如果气刀不能清理则在带钢表面形成点状缺陷。
3、锌渣的形成及主要影响因素
3.1 锌渣的形成机理
在铝锌产品生产的Al-Zn-Si溶液中，由于Al的活泼性高于Zn，所以在热镀过程中的物理扩散和化学反应主要是在Fe和Al之间进行。在Al扩散到带钢基体内形成化合物的同时，带钢上的铁原子也扩散到Al内形成化合物，这些化合物在带钢和镀液的相互运动下，不断溶解脱落到镀液中，形成锌渣[2]，由于Al-Zn-Si溶液中较高的温度（600℃）和含铝量（55%左右），使得Al和Fe的反应非常激烈，形成大量的锌渣，其主要成分是Fe2Al5和FeAl3。
表渣则主要是镀液较高的温度在锌锅表面与空气接触，主要是Al和Zn很容易被氧化而产生的氧化物，生产过程中必须产生。
3.2 影响锌渣形成的主要因素
3.2.1 锌锅温度试验
由于镀液的成分不易改变，为分析不同的镀液温度对锌渣的影响，将锌锅温度按以下不同值进行试验，并进行镀液成分检测分析，具体如下。
常规锌锅温度设定为600℃，对锌锅不同区域温度进行监控，显示温度波动控制在±3℃以内，锌液温度分布如表2，对锌锅铝锌液取样命名为A。
将锌锅控制温度设定为596℃， 在该温度稳定生产后，锌液温度分布如表3，对锌锅铝锌液取样命名为B。
将锌锅控制温度回调设定为600℃，在该温度稳定生产后，对锌锅铝锌液取样命名为C。
将锌锅控制温度设定为593℃， 在该温度稳定生产后，锌液温度分布如表4，对锌锅铝锌液取样命名为D。
将锌池控制温度设置为590℃，在生产过程中，温度波动仍较大，控制器显示温度波动范围为588.5？592.2℃，实测最低温度为586.5℃。由于熔池温度过低，在试验过程中观察到带钢边缘发白的现象。因此终止该步骤试验，将控制温度调回到593℃，带钢上述边缘发白缺陷消失。
3.2.2 镀液显微组织分析
对在试验中所取的样品，经过金相制样，抛光腐蚀后采用扫描电镜进行观察，其典型显微组织照片如图5所示。
图a所示铝锌池取样温度为600℃，可以看出在铝锌液中存在冷却时析出的少量铝锌渣，同时析出少量的Si。图c所示的样品同样自600℃铝锌熔池，显微形貌和图a所示类似。图b所示显微组织为596℃锌池铝锌液冷凝组织，由显微组织可以看出铝锌液中的铝锌渣数量有所增加，同时析出Si量增大。图d所示为593℃铝锌液冷凝组织，显微组织中铝锌渣数量明显增多，从形态上分析大部分铝锌渣形成在铝锌液冷凝前。
3.2.3 镀液样品成分分析
对试验所取得的样品，采用波谱对铝含量、锌含量、硅含量和铁含量进行分析，其试验结果如表5所示。
熔池铝锌液成分为前期所取样品逐一分析后所求得的平均值，由分析试验结果可以看出，在铝锌液温度为600℃的A熔池中，其中的铁含量约为0.38%；当温度降低到596℃时，铝锌液中的铁含量显著降低，降低到0.32%。随着试验温度降低到593℃，并且试验时间延长，铝锌液中的铁含量下降到0.28%。
从以上试验得出：温度是影响镀液铁含量的主要元素，锌锅温度由高往低变化时，镀液的铁含量降低，在高温时镀液中溶解的铁在温度降低时将以锌渣形成析出，逐渐沉于锌锅底部，或粘附于与沉没辊系或带钢表面。锌锅温度由低往高变化时，镀液的铁含量升高，是镀液对带钢加剧腐蚀的过程。因此，镀液温度恒定，镀液中的铁含量达到饱和状态时，镀液对带钢的腐蚀最轻，锌锅中的铁元素处于稳定状态，锌渣的含量相对稳定；当温度波动时会引起锌锅锌渣含量的变化，降低温度析出锌渣；升高温度，镀液对带钢加剧腐蚀，镀液中的铁含量增加，降低温度后再次析出锌渣。
4、影响镀液温度的主要因素
热镀铝锌产品正常生产中，影响镀液的主要因素为预熔镀液的温度和带钢进入锌锅的温度。
预熔镀液的温度的波动主要受加锌的影响，为防止预熔镀液的温度的波动，加锌过程中尽量缓慢加锌，锌锭一次性加入和分三次平均缓慢加入时镀液的温度变化如表6所示。
如上表所示，不同的加锌方式会导致锌锅镀液产生不同的温度波动。
带钢入锌锅温度，当带钢入锌锅温度585-590℃时（镀液温度按596-600℃控制），带钢的温度与镀液的温度差小，带钢进入锌锅后镀液对带钢的腐蚀最小，镀液不易析出锌渣。当带钢温度越低时，带钢的温度与镀液的温度差越大，带钢进入锌锅后镀液对带钢的腐蚀越大，镀液易析出锌渣。
5、缺陷的治理
综上所述，治理团状锌粒的主要措施为以下两方面：①控制镀液温度的稳定和均匀性，主要是稳定带钢的入锌锅温度按585-590℃控制（镀液温度按596-600℃控制），其次为锌锭的加入应根据镀液消耗量均匀缓慢加入；②浮渣控制，对锌锅表面的浮渣及时进行清理，特别要保持带钢出锌锅处的镀液表面干净。
6、总结
6.1 形成团状锌粒缺陷的最终因素是锌锅中的游离渣和表渣造成，锌锅中的游离渣粘附到带钢表面或沉没辊后在沉没辊上结瘤并越积越多，在带钢表面形成缺陷；锌锅表渣在带钢出锌锅时被带钢带走，如果气刀不能清理则在带钢表面形成点状缺陷，生产中应及时清理，保证带钢出锌锅处镀液纯净。
6.2 影响锌锅中的游离渣的主要元素是镀液温度，镀液温度的波动会导致更多的锌渣产生。
6.3 控制镀液温度波动则主要是通过控制预熔镀液温度和带钢入锅温度的波动，为防止预熔镀液的温度的波动，加锌过程中尽量缓慢加锌；带钢的入锌锅温度应尽可能的与镀液温度接近，减小带钢与镀液的温差。
参考文献
[1] 石德珂.材料科学基础.西安交通大学：西安，2005
[2] 张启富，刘邦津，黄健中.现代钢带连续热镀锌.冶金工业出版社：北京，2007.