关键词：热镀锌；美钢联法；工艺设备；产品质量

l  前言

    现代化带钢连续热镀锌工艺主要有改良森吉米尔法及美钢联法。美钢联法热镀锌工艺1948年源于美国钢铁公司，但直到20世纪90年代，随着汽车及家电行业广泛采用热镀锌板，改良森吉米尔法热镀锌工艺才逐渐暴露出其不足之处，产品表面质量及性能难以满足用户要求，于是美钢联法的优势才得以体现，并在20世纪90年代后期新建的连续热镀锌机组中获得了广泛应用。为满足高档建筑及家电行业对热镀锌板质量和性能的要求，攀枝花钢铁(集团)公司于2004年新建了采用美钢联法热镀锌工艺的2号连续热镀锌线(以下简称2#CGI。)。实践表明，攀钢2#CGL生产的热镀锌产品的表面质量、深冲成形性能、镀层附着性等达到了国际先进的欧洲标准ENl0142—2000的要求，产品环保性完全满足欧盟RoHS指令要求，其综合质量性能完全能满足高档家电行业用户的要求。

2  机组简介

2．1  产品大纲

    攀钢2#  CGL设计年产能力为30万t，工艺段最大速度为200m／min，其产品大纲见表1。

2．2工艺及设备

    攀钢2# CGL主体设备为进口，其中电气部分由SIEMENS提供，VAI．CLECIM为技术总承包，机组主要设备及工艺特点如下：

    (1)采用了碱液清洗、刷辊刷洗和电解脱脂等多级复合强化清洗手段，以确保带钢表面清洁度，消除带钢表面残油、残铁等杂质对镀层附着性及表面质量的不利影响。

    (2)采用Stein Heurtey推拉式大型立式退火炉，全辐射管式间接加热，炉内加热气氛和还原气氛互不干扰，且无氧化性气氛，避免了改良森吉米尔法因炉内气氛波动而导致镀层附着性恶化问题。

    (3)采用双锌锅系统及无铅热镀锌工艺，锌锅为AJAX可移动陶瓷感应锌锅，可生产热镀纯锌(GI)及热镀铝锌(GI。)产品。气刀采用墨西哥IMSA制造的DAKR气刀，确保了镀层厚度的均匀性。

    (4)采用CLECIM 四辊干、湿式光整机(具有正、负弯辊功能，配备有独立的辊子吹扫系统及2套辊径)，拉矫采用CLECIM六辊拉矫机，以利于改善板形、表面质量及深冲性能。

    (5)采用STEIN立式双辊辊涂机(可实现顺涂及逆涂)，涂层烘干采用热风+感应复合加热烘干方式，以确保涂层厚度精度及获得适宜的涂层烘烤固化温度曲线。

    2#CGL工艺布置如图1所示。生产工艺流程为：开卷→矫直→剪切→焊接→入口活套→脱脂清洗→退火→镀锌→风冷→水淬→风冷→测厚→光整→拉矫→钝化→辊涂→烘干→出口活套→检查→涂油→剪切→卷取→包装→入库。

3．产品质量

3·1力学性能

2#  CGI产品的力学性能统计如表2所示。产品性能达到了国际先进的欧洲EN10142-2000的要求,完全能满足家电行业各类零部件对材料成形性能及强度的要求.

3．2镀层附着性

    镀层附着性的好坏是镀层／钢基界面及镀层内部结合力大小的综合反映。如果镀层／钢基界面结合力小，则易导致镀层脱落，如果镀层内部结合力小，则易导致镀层开裂。镀层开裂会促使镀层脱落。镀层脱落直接影响热镀锌产品的耐蚀性(钢基失去锌层保护)、后续涂层附着性和表观质量。镀层细小的微裂纹虽然对产品的耐蚀性影响甚微(牺牲阳极保护作用)，但对后续涂层表观质量有不良影响，不能被高档家电行业用户所接受。所以，镀层产品的镀层附着性一直是生产厂家和用户极为关注的问题。

    为确保镀层附着性良好，2#CGI。除在设备及工艺上采取措施外(炉外电解脱脂清洗、全辐射式加热、严格控制锌液成分及温度等)，还在生产现场配备了1台球冲试验机，随时抽样检查监控；同时在质量检测站按GB2518标准规定的试验及评价方法，对产品镀层附着性进行出厂检验。生产实践及用户反馈信息表明，2#CGI。产品镀层附着性能较改良森吉米尔法更为优良，能满足家电行业成形最复杂零件对镀层成形性能的要求。

3．3表面质量

    热镀锌板的表面质量是其能否在家电行业成功替代电镀锌板的关键因素之一。大量应用实践表明，锌粒类凸起状缺陷及压痕类凹陷状缺陷是家电制造业较敏感而不能接受的主要缺陷，因其直接影响喷涂件的外观质量。为确保产品表面质量，2#CGL采取了如下技术措施：

    (1)改良森吉米尔法热镀锌工艺因不能有效去除带钢表面残留铁粉导致镀后表面产生锌粒缺陷，为此采用炉外电解脱脂及刷洗等多级复合清洗工艺，使该问题得到解决。

    (2)采用立式退火炉，使带钢表面因炉底辊结瘤而形成压痕、划伤等缺陷的几率降低(钢基表面的压痕、划伤等凹陷状缺陷镀锌后易形成凸起状颗粒或条带缺陷)。

    (3)光整设高压水冲洗装置，避免了因锌粉粘附辊面而导致凹坑缺陷的产生。

    (4)严格控制锌液成分和温度，降低锌渣的生成量。

(5)定期检查和清扫所有与带钢接触的辊面，以预防压痕和划伤等缺陷产生。实践表明，2#CGL产品表面质量较改良森吉米尔法热镀锌产品有显著改善，能满足高档家电制造业的需求。

3．4环保性

    随着欧盟RoHS指令的颁布和实施，热镀锌产品具有环保性成为其进入家电制造业的又一道门槛，因而备受生产厂家和用户关注。

    为满足用户对产品环保性的要求，2#CGI采用了无铅热镀锌工艺和无铬钝化表面处理，在国内率先形成了环保热镀锌产品的批量供货能力。

表3示出2# CGI。产品环保性SGS论证结果，完全满足欧盟RoHS指令要求。

4  分析讨论

    在传统热镀锌板生产过程中，镀液中通常添加一定量的铅，以获得具有良好外观装饰性的大锌花。大锌花热镀锌板对某些表面缺陷具有一定的遮盖作用。但出于环保目的，目前铅已被限制使用。此外，大锌花热镀锌板表面凹凸度较大，对家电外壳零件喷涂后的外观质量有不利影响。因此，攀钢2#CGI。采用无铅热镀锌工艺生产小锌花热镀锌板。小锌花热镀锌板虽然克服了表面凹凸不平对喷涂件外观质量的不利影响，而且有利于环保，但其对某些表面缺陷的遮盖作用大为减弱。攀钢2#CGI．投产初期，产品表面即出现过高档家电用户较敏感的亮点缺陷。

    亮点缺陷产生于小锌花板光整后，缺陷似呈凹陷状(但无手感)，较四周呈亮色，分布于整个板面，使整个板面形成明暗相问区域。缺陷尺寸为1～2mm(约为锌花尺寸的1/2)，且随着板厚的增加，缺陷尺寸有增大趋势。在JSM一5600LV扫描电镜下观察，亮点缺陷微观形貌如图2所示，缺陷部位较四周光滑。用INCA能谱仪对其微区成分的分析结果表明，缺陷部位与正常部位的成分并无明显差别，见表4，其中Al、Si、P为表面环保钝化层成分。

      对亮点缺陷的成因，有2种观点：一种认为，热镀锌时表面产生的锌粒缺陷经光整后形成亮点缺陷；另一种认为，光整时工作辊面粘附的锌粉压人带钢表面而形成亮点缺陷。攀钢研究院通过对大量各类亮点缺陷的分析及模拟试验研究表明：

    (1)表面锌粒缺陷经光整后确实能形成类似于该亮点的缺陷，但其缺陷区域成分仍带有锌粒的特征，即均含有一定量的Fe；

    (2)光整时工作辊面粘附的锌粉压入带钢表面同样可形成类似于该亮点的缺陷，但其缺陷微观形貌带有明显异物压入的特征。

    根据该亮点缺陷的特征，结合热镀锌时镀层锌晶粒的结晶和长大特点，初步认为，热镀锌时形成的凹凸不平、明暗相间的锌花表面(如图3所示)，在光整时因压下量较小，锌花被完全压平，表面凹陷较深区域未被光整辊赋予一定的粗糙度，从而使该区域较四周光滑，呈现亮色，导致该亮点缺陷产生。据此，先后在实验室及生产线进行了不同压下量的光整模拟轧制试验。试验结果表明，随着光整延伸率的增大，该亮点缺陷逐渐减轻，直至消除。

5  结束语

    为满足高档建筑及家电行业对热镀锌板质量性能的要求，攀钢新建并投产了采用美钢联法热镀锌工艺的2号连续热镀锌线。生产实践表明，由于机组速度明显提高，加之无锌花表面对缺陷的遮盖力较弱，2#CGL对操作技术水平、质量控制和生产组织管理等提出了更高要求。但通过大量技术攻关，攀钢2#CGL产品的表面质量、成形性能、环保性等已完全达到高档家电行业用户的使用要求，并在众多国内知名家电品牌企业获得了广泛应用。