镀锌工艺培训(第二章)

1、第二章热镀锌理论钢铁表面热镀锌是固态难熔金属与液态易熔金属间的反应和扩散过程。 铁放入液态的纯锌中时，在铁的表面与锌液发生FeZn反应，在铁 锌之间形成一个扩散层。扩散层从铁开始到锌又分为很多相或称中间层、 中间相。通过研究证实，扩散层的中间相的形成过程是由两种基本过程来完成 的。(1)铁溶解在液态锌中;(2)形成金属化合物。铁锌合金层纯锌层钢板第一节中间相形成的两个基本过程铁溶解在液态锌中的过程:热镀锌时，铁原子跑到液态锌中形成了一定浓度的溶液（Fe%） o设某温度下的饱和浓度为Fe，%,则:page 3©首钢股份顺义冷轧分公司，2007 CG-L陈波制作page #©首

2、钢股份顺义冷轧分公司，2007 CG-L陈波制作（1）Fe%v Fe，% （镀锌时间短），则在该反应过程中就不产生固 相。镀锌完后其表面上的结晶或者是一种共晶（FeZn7+Zn）,或 者是共晶中夹杂着多余的均匀分布的FeZn7晶体。（2）Fe%>Fe'% （镀锌时间长），则在反应过程中FeZn7晶体就 应形成并长大。形成底確，或造成锌粒缺陷。page #©首钢股份顺义冷轧分公司，2007 CG-L陈波制作第一节中间相形成的两个基本过程形成金属化合物Fe5Zn21的过程：金属化合物Fe5Zn21的形成是一个反应过程，它的形成存 在一个滞后现象，这段推迟时间一般称为孕育期t

3、,它的倒 数1 / t称为化合物的形成速度。在确定的热镀锌条件下，镀锌层的合金层厚度及结构主要取 决于铁的溶解速度（单位时间内被溶解掉的铁量dQ/dt） 和金属化合物形成速度的对比关系。铁的溶解及化合物的形成(1) 当铁的溶解速度”Fe5Zn2：l形成速度，早期形成共晶与FeZn7, 后形成Fe5Zn21.(能有力阻止铁的进一步溶解)。(2) 当铁的溶解速度远Fe5Zn2：L形成速度，带钢表面上形成 Fe5Zn21的这一反应便大大减慢，化合物Fe5Zn21就完全不会形 成。(3) 当铁的溶解速度VFe5Zn21形成速度，则镀锌一开始 Fe5Zn21便首先形成，并阻止了铁的进一步溶解。在此情况下

4、，镀 锌层的合金层可能只由一种Fe5Zn21晶体组成。实践证明，就是镀 锌时间较短，也有可能形成这样的结构。Fe5Zn21与钢基间的粘附力很差，对镀锌层的粘附性影响极大，为上述所讨论的都是钢铁在纯锌中热镀锌时所发生的过程，由于了改善这种状态，需在生产中向锌液中加铝来解决。page 5©首钢股份顺义冷轧分公司，2007 CG-L陈波制作第二节镀锌层的结构和性质西拉姆Fe-Zn状态图铁含量，重量百分比1100190053O*C10铁含JL竄干百分比22030405060 70 月0 90锌含量，原子百分比温度 d锌含量，重量百分比10203040iooa900UAfioosi700620

5、*CGOO$34>*C】SCO5C40030C7782TC672*C64O*Cpage 7©首钢股份顺义冷轧分公司，2007 CG-L陈波制作从西拉姆Fe-Zn状态图，可见当镀锌温度在450670°C的范围内，所产生的相层由铁开始可以得到如下顺序的相: a固溶体，是锌溶入铁所形成的，当温度为45CTC时，其含量约为6 %。此层内含有冷却到室温时呈细小散布析出的Y相； a+Y的共晶混合物; Y相，它是以化合物Fe5Zn21为基础的中间金属相; Y+31的包晶混合物； 51,它是以FeZn7为基础的中间金属相；©的包晶混合物; ©相，它是以FeZnl3

6、为基础的中间金属相; 口相，它几乎是由纯锌组成的含有微量铁（0.003%）的固溶体。在热镀锌生产中，实际获得的镀层，其结构不一定完全含有上述 八个相层。实践证明，当镀件在锌液中浸没时间很短时，C1固溶体根本不会形 成。III另外a+Y共晶、Y+"包晶、包晶分别在623C、672C、 530 C的温度下才能形成。所以在镀锌温度为450-470 C的范 围内上述四个相层是不会形成的。而只可能形成y相、相、©相、n相等四个相层，当浸锌时间极 短在几秒钟，Y相也不会形成，r|相几乎由纯锌组成又称纯锌层， 铁锌合金层只存在&丄相和I相。page 11©首钢股份顺义冷

7、轧分公司，2007 CG-L陈波制作部分相层的结构参数和性质竝1I相层符号Y81名称粘附层栅状层漂走层纯锌层Fe含量原子，23.2-31.38.1-13.27.2-7.4重量，20.5-287.0-11.56.0-6.20.003分子式Fe5Zn21FeZn7FeZn 13Zn晶格结构体心立方六方单斜密排六方每一晶胞下的原子数量52550±8282晶献常数，埃8.9560-8.9997a=12.86c=57.60C=5.06a=13.65B=7.6ip=128o 44,a=2.660c=4.9379HD （负荷20克时的显微 硬度）>51545427037比重，g/cm37.5

8、7.25 ±0.057.807.14熔点，°C782640530419.4性质脆性的塑性的脆性的塑性的page 13©首钢股份顺义冷轧分公司，2007 CG-L陈波制作加铝热镀锌镀层的粘附性机理生产实践中向锌液中投入定量的铝会明显的改善锌层的附着性：含铝 量从on%开始锌层中的Y相和相的厚度大量的减少；当铝含量达到 0.2%时，Y相和込1相几乎完全消失，这时镀层仅有两个结构，即由共 晶混合物©+r|和r|所组成，这种合金层具有良好的韧性。锌层形成过程在加铝法带钢热镀锌过程中，由于铝对铁比锌对铁有较大的 热力学亲合力，Fe-AI的自由焙为40卡/克原子，大

9、于 Fe-Zn的自由焙，因此带钢在镀锌过程中能够超比例地从锌液中吸取大量的铝，且FeAI化合物优先于FeZn化合物在钢基表面形成并直接富集于钢基表面上。只要铝存在，富集 过程就进行，而且不仅在熔融状态，就是在凝固之后，这个 过程一直进行到低于扩散和反应所需的温度为止。由此可知, 在镀锌的过程中，在温度、镀锌时间的影响下，Fe-AI化合物优先在钢基表面形成。一个薄而均质的中间层，它牢固的附着在钢基表面，起到粘附镀层的媒介作用。page 15©首钢股份顺义冷轧分公司，2007 CG-L陈波制作第四节加铝热镀锌镀层粘附性的结构判别带钢连续热镀锌产品镀层中的铝含量是衡量其锌层附着性 的一个重

10、要指标。在钢基表面的中间层中含有较高的铝量，仅是获得良好镀 层附着性的必要条件，但不是充分条件。其充要条件是：Fe2AI5优先在钢基表面形成一个较薄、 均质性的含锌固溶体中间层。第四节加铝热镀锌镀层粘附性的结构判别在镀锌的温度范围内，Fe2AI5能够溶解大约13%的锌, 当溶锌量超过13%时，Fe2AI5将处于过饱和状态，生 成高锌固溶体。此时的中间层中铝的绝对含量虽然没有 减少，但铝的百分含量却显著降低，由于锌的过饱和可 能呈细粒分散析出，破坏了Fe2AI5中间层的均质性， 使中间层丧失了阻止Fe、Zn扩散的作用，并形成较厚 的Fe-Zn合金层。镀层的附着性也随之变坏。第五节Fe2AI5中间

11、层形成的三要素 在连续热镀锌的带钢表面经还原后，达到具备镀锌条件和 要求的前提下，热镀锌过程中，Fe2AI5中间层的形成过 程受三个主要因素的影响：(1) 带钢入锌液温度与锌液温度的温差；(2) 带钢浸锌时间；(3) 锌液中铝含量。由于热镀锌时锌液温度通常控制在460°C左右是个相对固 定值，带钢入锌液温度与锌液温度的温差就简化成带钢入 锌液温度。page 19©首钢股份顺义冷轧分公司，2007 CG-L陈波制作第六节影响镀层粘附性的有关因素镀锌过程中造成锌层附着性差的原因生产中在带钢表面经还原后，达到具备镀锌条件和要求的前提下, 镀锌过程中造成锌层附着性差的原因有两种。(

12、1)没有形成粘附媒介作用的Fe2AI5中间层。这种镀层中的 Zn合金层一般较薄，但附着性不好。可以通过采取低温回火的方式进行处理使镀层附着性得以改善。其原理就是在低温回火的过 程中，镀层中的铝重新向钢基表面迁移，并形成表面均质的 Fe2AI5中间层。(2)已经形成Fe2AI5中间层又遭破坏，这种产品镀层中FeZn合金层较厚且已形成富锌固熔体。故已无法通过回火来改善镀层粘附性了。针对采用美钢联法工艺的镀锌机组影响锌层附着性的有 关因素进行讨论。影响因素大致有：(1)带钢化学成分 (2)表面清洁性(3)表面粗糙度(4)锌液化学成分page 21©首钢股份顺义冷轧分公司，2007 CG-L

13、陈波制作表面清洁性对镀层粘附性的影响带钢化学成分对镀层粘附性的影响蠶鬻馨麴響輕翳的影响不容忽视在生产中镀锌原料碳：钢基中碳含量越高，铁锌反应就愈剧烈，铁的重量损失愈大。钢基参加反应愈剧烈，铁锌合金层变的越厚，锌层附着性将变坏。因此通常热镀锌原料均选择0：L2%以下的低碳钢。硅：含硅量较高的镇静钢对镀锌影响非常大，若采用一般生产工艺镀 锌层的附着性是得不到保证的。在生产实践中已证实采用一般生产工 艺带钢表面经常出现不规则的脱锌区域，若提高带钢加热温度延长还 原时间，是可以得到改善的。其主要原因是带钢在加热过程中可引起 硅的表面富集，引起锌铁合金层的剧烈增厚，造成附着性下降。由于采用含硅较高的原料

14、生产热镀锌产品不能采用一般生产工艺，故造成用低硅的沸腾钢或铝镇静钢。生产成本增加，设备损耗增大等一系列后果，为此热镀锌的原料均采镀锌的原料卷通常采用经酸洗、冷轧后的带钢，原料表 面残留物主要由油脂和微小的固体颗粒组成，总量通常 在220-800mg/m2左右。带钢表面残留物越高，锌 层的粘附性越差。因为油脂残留量较高时，在清洗段中 就不易被除尽，它作为脏物粘附在带钢表面，干扰了镀 锌时正常FeZn合金层的形成，从而降低了镀层的粘附 性。一般清洗后单面残留物在1030mg/m2以下。_Ipage 23©首钢股份顺义冷轧分公司，2007 CG-L陈波制作冷轧带钢表面的粗糙度在一定程度上可

15、以决定热镀锌时Fe和Zn之 间的结合力，表面粗糙的带钢其镀层的粘附性较好。因为钢板表 面愈粗糙，钢板表面的实际表面积就愈大，根据啮合原理，则钢 基就和镀层结合得愈牢固。这样，镀层粘附性的好坏，可从原板 的粗糙度算术平均值和最大深度值加以区别。此外，带钢表面的粗糙度可导致锌层重量的增加。因为表面粗糙出更多的锌液，由此便生成了较厚的纯锌层。再者，I相最易在棱 角上形成，因为粗糙表面的棱角部位突出，所以使I相很发达，从 而就生成了较厚的FeZn合金层。因此，这种发达的合金层和纯 锌层便导致锌层重量的增加。锌液化学成分对镀层粘附性的影响锌液化学成分的影响主要是考虑锌液中Pb和Fe含量。对于目前热 镀锌锌液中的主要成分是Zn、Al、Pb、Fe,其它化学成分极少。if;事实上Fe的含量也很低，但它是一个变量，同AI 样随着不同的 生产过程、状态，锌液中的Fe和AI的含量是不同的，甚至在锌锅 中的不同位置，也有微小的区别。在热镀锌过程中，带钢会超比例 的从锌液中获取A