汽车用热镀锌钢板生产技术

1汽车用热镀锌钢板生产技术一、引言钢板把两种材料的优点结合在一起，复合后形成的材料基板和锌镀层同时暴露在腐蚀介质环境中时(如镀锌层划伤和切口处),由于锌的电极电位(-0.726V)低于铁的电极电位(-0.44V),锌呈阳极而钢为阴极，因此锌优先腐蚀而保护了基板，这称为锌的牺牲阳极保护作用。强度的钢板，使汽车钢板在保证使用性能的前提下适当减薄，以达到减重节能、100%用镀锌钢板。图1是现代热镀锌生产线的示意图。热镀锌生产线实质是连续退火生产线气刀控制锌层厚度、合金化处理(生产合金化热镀锌钢板时用)、平整、表面后处理(鈍化或磷化)和涂油等工序完成生产过程。2①入口段②退火段一高精度控制系统炉内稳定操作技术一防止热瓢曲③锌锅段镀层厚度均匀技术●锌液成分稳定技术锌渣缺陷防止技术④合金化炉段高精度合金化控制技术高精度测温技术3Zn-Fe相探测器Zn-Fe相探测系统⑤电镀段(有的生产线有)⑥出口段●在线精整在线缺陷检测钢板(Galvanizedsteel以下简称GI)和合金化热镀锌钢板(Galvannealedsteel以板相媲美。应用。那么什么是汽车用热镀锌钢板?汽车用热镀锌钢板有什么与其它应用领域用的热镀锌钢板不同的特点呢?这要从汽车的生产过程说起。热镀锌钢板在汽车厂要经过冲压、焊接、磷化和涂漆等一系列的生产工序(如图2所示),才能制锌钢板应该具备什么样的性能。热镀锌钢板首先要经过冲压制成汽车零件的毛坯，因此汽车用的热镀锌钢板首先要有好的冲压性能。有些汽车零件十分复杂，锌钢板的表面质量应该很高，不能有任何缺陷4热镀锌汽车外板冲压冲压工和处理3表面鲜映性焊接涂漆二、纯锌热镀锌钢板GI前一部分使钢板通过热处理达到一定的力学性能，同时使钢板在还原气氛中达到钢板以略高于锌液的温度进入锌锅。锌液的温度通常保持在460-470℃之间。在现代的热镀锌生产工艺中，锌液中含有一定量的Al,通常为0.18-0.20%。g5钢板进入锌锅以后，钢板的表面立即与锌液发生钢板、钢板表面Fe溶解和锌液与铁反应生成金属间化合物。钢板和锌液的反应遵循一定的规律，它由图3的相图来描述，生成的金属间化合物和它们的一些表1Fe-Zn层相的参数相的名称组成构造晶格常数电磁特性硬度Hvη晶反磁性ζ晶常磁性晶常磁性立方常磁性「立方常磁性立方强磁性按照Fe-Zn相图，钢板表面生成的金属间化合物呈层状结构，称为合金层。从钢板表面起，依Fe含量递减、Zn含量递增，合金层中的Fe-Zn相分别为「、「1、δ1和ζ,合金层外面是Fe饱和的纯锌相(Fe0.008%)。镀层的生长符合指数规律，即e=Kt",说明反应是稳定的扩散反应。合金层中各相的生长速度是不同的，「、δ1和ζ的n值分别为0.10-0.50、0.50-0.68和0.16-0.42,「相生长最慢，而δ1相生长最快，往往消耗「和ζ优先生长“。了解钢板和液态锌在界面的反应和动力学对预计和控制镀层的微观结构和Fe-Al-Zn金属间化合物的等温析出、固态相的扩散和Zn的非等温固化。有些反应，特别是初期的反应速度很快，反应时间不到1秒，而且有些反应相互交替。因此，镀锌时的界面反应的机理尚在一定的争议。6因此，体系稍有微扰就会改变反应的次序和产物，不能简单地根据相图直接解释观察到的现象。展的，新的认识不断充实到新的相图中，因此现代用的相图与以前的不同这是很自然的。另外，有的相图在测试时，取的平衡时间比较短，得到的相图是亚平衡的相图。还有的相图是经过较长的平衡时间测得的，是平衡相图，镀锌工作者常用的相图是亚平衡的相图，这一点在研究锌铁反应时要加以注意。2.2纯锌热镀锌钢板的镀层结构生产纯锌热镀锌钢板GI时，钢板进入锌锅后与锌液的发生反应，由于A₁对Fe的亲和力大于Zn,所以在钢板进入锌锅和锌液发生反应的初始阶段，Al首先与Fe反应生成一层富Al的金属间化合物。通过扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)电子衍射和X光能谱(EDS)等分析，证明热镀锌初期在钢板表面生成的富A1层主要由含一定量Zn的Fe₂Als组成(图4)。由于Fe₂Als的生成阻止了Zn和Fe的进一步反应，所以这层Fe₂Als常称为阻挡层。这阻挡层对热镀锌钢板镀层的附着力有重大的影响。通常看到的GI的镀层结构如图5。关于热镀锌钢板合金层的生成过程有两种观点，一种观点认为一开始就生成富Al的化合物层，而另一种观点认为「、ζ、δ1和Fe₂Als同时在钢板表面生成，然后这些Fe-Zn化合物与钢板接触的部分由于Fe的扩散转变成「相，再通过A1的扩散生成Fe₂Als(T+Al→Fe₂Als+Zn)。在这个反应中排斥出来的Zn一部分扩散到基板中，一部分扩散到Fe₂Als/Fe-Zn界面，并以液态形式，当达到一定的数量时，Fe₂Als和Fe-Zn从界7面分开，这就解释了为什么在阻挡层外面还有Fe-Zn化合物的原因(图6)。上面关于生成阻挡层的第一种原理也可以解释阻挡层外面存在Fe-Zn化合物的道②Fe-Zn在阻挡层的不连续处成核，并横向生长到阻挡层上面；③在钢板接触锌液的最初阶段，Fe快速溶解到钢板表面附近的锌液里，造成这部分锌液Fe过饱和，待阻挡层生成后，Fe-Zn析出或在冷却过图5阻挡层和外面的Fe-Zn化合物对汽车用的热镀锌钢板的镀层的要求中最重要的是要有足够的镀层附着力。镀层有了足够的附着力，才能在冲压零件时不脱落。镀层的附着力决定于镀层的结构，由于镀层的合金层硬而脆，所以合金层厚，镀层的附着力就差，镀层容易脱落，这是锌液加铝抑制合金层生长的道理。图7示表示锌液的A1含量与镀层合金层厚度之间的关系。有些汽车厂规定了镀层最高允许的Fe含量来限制合金层的厚度，因为镀层的Fe含量高就意味合金层厚。我们曾遇到过镀层的Fe含量超标的情况(有些汽车厂规定镀层的Fe含量不大于0.7%),用这批热镀锌钢板冲压汽车零件时镀层大量剥落。实际金相组织观察也表明，Fe-Zn合金层的厚度达到镀层厚度的1/3。有些汽车厂要求热镀锌钢板的镀层中不能有爆发组织。所谓爆发组织是合金层的局部增厚，如图7中锌液含0.153%的镀层。这是阻挡层局部优选破坏，Zn-Fe合金层快速生长的结果。正如图7所示，锌液的Al含量高一点或低一点，出现8爆发组织的几率都比较小，当锌液的Al含量处于中间时，才容易出现爆发组织。上面的现象可以用阻挡层的阻挡作用来解释。锌液的Al含量低，阻挡层的阻挡作用小，在很短的时间里全面破坏，Zn-Fe合金层全面生长，所以合金层厚而均匀。当镀层的Al含量很高时，阻挡层厚，在短时间里不容易破坏，所以也不容易生长爆发组织。只有当锌液的A1含量不高不低的情况下，阻挡层不能完全抑制爆发组织，同时阻挡层具有不均匀性，从而形成局部的爆发组织。图7不同Al含量不同的合金层厚度实际上，当锌液的Al含量处于临界状态时也是不好的。我们以热镀锌钢板为基板生产彩色钢板时曾出现这样的事，产品出厂时，涂层的附着力试验是合格的，但是过了一段时间用户使用时涂层的附着力不合格，球冲击试验涂层剥落，而且从锌层和基板的分开。经过分析表明，热镀锌钢板的镀层处于临界状态，即虽然能通过出厂试验，但是它的附着力并不很高，有机涂层随时间的延长，力学性能会发生某些改变，对镀锌层产生一种作用力，球冲击试验时，镀层在这一作用力和冲击力的共同作用下而发生剥离。后来的研究证明，锌液的Al含量在临界区域时，镀锌层的附着力也处于既不高也不太低的临界状态，如果用这样的热镀锌钢板冲压汽车零件时，镀层也可能会发生脱落。现在生产汽车用的热镀锌钢板的锌锅Al含量在0.18-0.20%。但是镀层中的9Al也不能太多，汽车厂一般要求在0.5%以下，因为它影响点焊电极的寿命，也2.4表面结构和其它性能锌的晶体为密堆六方结构(图8),当锌液冷却凝固的时候，锌的晶体相对于钢板的表面呈一定的取向，即(0001)面与钢板表面平行。锌的晶体的生长方向[1010],也就是沿钢板表面的横向生长。通常的热镀锌钢板有树枝树枝状结构的锌的晶粒，称为锌花。生长过程中，低熔点也有一些晶体生长方向与钢板表面呈一定的倾斜度，则最后凝固点在表面，杂质元素也在表面富集。在锌花中，有一些晶体表面呈羽毛状，比较光亮，显微镜下腐蚀产物比较少，而有些晶粒呈粒状组织，表面有较多的腐蚀产物，用能谱分析也会影响钝化和磷化处理。锌花的中间较厚，微微突起，晶粒的边缘较薄，稍微凹下。平整不能完全消除这种表面的不平度。显然这种表面的热镀锌钢板不适合作汽车钢板。汽车用的热镀锌钢板的表面应该是平整小锌花或无锌花结构，这种表面可以增加漆膜的附着力和漆膜的鲜映性。生产小锌花热镀锌钢板时，生产线锌锅上面的小锌花装置向即将凝固的锌镀层喷含一定化学药品的水雾，增加锌结晶的核心，从而得到小锌花的表面。小锌花的晶粒尺寸一般小于2mm。生产无锌花的生产线，锌液中不加铅，在镀层表面肉眼看不到锌的晶粒。锌晶体的(0001)面是滑移面，它平行与钢板表面有利于锌的滑移变形。图8锌的晶体结构镀层在50g/m²以上时才能有效防止汽车零件的穿孔腐蚀和外观腐蚀。图9表示在北美使用5年后的汽车镀层厚度与汽车板发生穿孔腐蚀的情况。显然当镀层的厚度超过50g/m²时，汽车钢板的穿孔的几率就很小。但是，镀层太厚会影响银碎层厚度#/的影响6由于GI钢板的镀层是锌的冷凝组织，所以在加工过程中镀层会产生裂纹，但是，当GI钢板涂上漆膜以后，锌镀层的裂纹会对漆膜产生影响。分析表度对试验结果有较大的影响，应该加以考虑，否则会导致错误的结论。GI镀层对焊接、磷化和涂漆性能的影响，在合金化热镀锌钢板一节中一起热镀锌钢板合金化处理的初始材料是纯锌热镀锌钢板，钢板经锌锅镀锌并由气刀控制锌层的厚度，然后到锌锅上面的合金化炉经460-530℃的合金化处理，通过Fe和Zn的互扩散，使锌层转变成Fe-Zn合金层。合金化热镀锌钢板的表面形貌和横截面组织如图10所示。合金化过程可以分为阻挡层的破坏和合金层的3.1合金化的初始阶段——阻挡层的破坏前面关于GI热镀锌钢板一节中已经提到，由Fe₂Als组成的阻挡层，阻止脆性合金层的生成。生产合金化热镀锌钢板时，热镀锌钢板的阻挡层首先要破坏，然后Zn-Fe合金层才能生长，完成合金化过程。阻挡层的透射电镜电子衍射表明，阻挡层主要是Fe₂Als,但是也检测到少量的FeAl₃(7)。曾有研究者报导含P为基板的阻挡层主要有FeAl₃,但是在该作者后来的工作中又报导说主要是Fe₂Als。关于Fe₂Als的形成过程有两个解释：①Fe₂Als在钢板表面成核并向锌液生长，然后FeAl₃在Fe₂Als表面成核并生长；②FeAl₃首先在钢板表面成核并向锌液生长，然后Fe₂Als在FeAl₃/Fe界面成核，并以固态扩散消耗FeAl₃生长。从阻挡层的形态上看，第二种机理的可能性较大。阻挡层又称为过渡层(transientlayer),因为它是不稳定的。在阻挡层的晶粒之间有锌的存在(图11),这说明锌可以通过阻挡层的晶界扩散。合金化处理发生反应，δ1或ζ相在界面成核并长大(按照相图不可能形成ζ相，可能有别阻挡层的破坏过程对合金化热镀锌钢板的表面质量(如合金化条纹、火山口凹坑)、合金化热镀锌钢板镀层粉化、高强度热镀锌钢板的可镀性，产生重大影定，阻挡层厚，孕育时间就长。纯锌热镀锌钢板的阻挡层大约为250nm,而生产合金化热镀锌钢板的热镀锌过程中生成的合金层在50nm左右。锌液的Al含量是决定阻挡层厚度的主要因素，因此生产合金化热镀锌钢板时锌锅的Al含量，金化温度有关，合金化温度高，合金化的孕育期短，基板中的P可能偏析在阻挡层的晶界中，会妨碍Zn在阻挡层中的扩散，从而延长合金化的孕育期。能太长。但是我们稍后将要看到，锌液中的A1含量对合金化镀层的抗剥落和抗粉化性能有影响。锌液的Al含量高，合金化镀层的抗剥落和抗粉化性能好。因此，生产合金化热镀锌钢板时锌液的Al含量既不能太高而影响合金化速度，也些表面的物理和化学性能的不均匀性会造成阻挡层破坏过程的均匀性。已经发形成扩散捷径。钢板不同取向晶粒上的Fe₂Als的取向不同，对Zn的阻挡作用也要长一些。钢带与锌液接触时间长，钢板表面与锌液中的A1反应的时间也长，合金化过程中，首先n相转变成ζ,然后δ1相在基板和镀层界面成核，并消耗ζ生长。「在镀层的Fe含量11%左右时成核，并消耗δ1相长大。「1在Fe含量10%之前是抑制的，但到了10%就快速生长。图12是合金层生长的曲镀层Fe含量从图12看到，不同的合金化温度，Fe-Zn合金层的生长过程是不同的。在合金化温度低的时候(450℃),合金化的前期，镀层中主要是ζ相，而δ1相在液态Zn消失以后才开始形成。在合金化温度为500℃时，δ1在合金化的初期就紧接着ζ相生成，并且和ζ相共存一段时间，而ζ相先生长，然后被δ1消耗而减少。在工业生产中，有人在500℃合金化温度生产的产品没有发现有ζ相，认为虽然在相图中在500℃以下ζ相是可以存在的，但是从动力学上实际上是不生成的。在550℃合金化时，只有δ1相，没有ζ相。生产的时候，不能只考虑镀层的Fe含量而不考虑合金化条件的道理。除了合金化温度，其它影响合金化速度的因素，如锌液的Al含量，基板的化学成分等，同样要影响镀层的结构。已经知道含Si和P的钢板，合金化的速度较IF慢，镀到一定的Fe含量(合金化度)所用的时间。这合金化所用的时间包括前面讲的阻挡层的破坏用的时间(孕育期)和合金层生长用的时间。镀层的合金化速度是在实际生产中，镀层的Fe含量控制目标在10-11wt%,工艺条件中锌液的Al含量不变，通常是0.13-0.14%。对现场操作的工人，要做的工作是：对于以一特定的钢种为基板和一定镀层厚度的热镀锌钢板，用什么样的工艺(温度和生产速度)才能达到规定的合金化度，即镀层的Fe含量为10-11wt%。显然，这样的的因素有合金化温度、锌液Al含量，和基板的化学成分。这些因素有的影响阻化反应速度快，达到一定合金化度的时间就短。合金化炉的长度除以合金化要用的时间，就可得到生产线应该用的生产速度。对促进合金化反应的因素，可以提合金化过程中的作用。abbd从图13a)可以看到，当锌液的Al含量从0.14%增加到0.20%时，合金化的工艺窗口发生了明显的左移，合金化速度变慢。合金化温度为490℃时，镀层的Fe含量要控制在10-11%,生产线的速度不能超过60m/min。比较锌液Al含量为0.14%和0.20%两种情况，低A1时，合金化速度对温度的敏感性增加，同时工艺窗口变窄，A1含量为0.14%时，温度的变化范围大约是5℃,而0.20%时为10℃。图13b)是基板成分对合金化速度的影响的一个很好的例子。IF钢的合金化速度很快，即使锌液的Al含量在0.20%,它仍以60m/min的速度生产，得到正常合金化度的合金化热镀锌钢板，而在这种条件下，低碳铝钢的合金化速度只能为0.2m/s,这在生产上是不可能的。影响合金化工艺窗口的因素还有镀层厚度和合金化炉的特性(图13c和d),不同的生产线有不同的工艺窗口。镀层厚度改变工艺窗口曲线的位置合金化速度只能降低，或提高温度，说明在合金化热镀锌钢板生产中，镀层厚度控制的重要性。3.3合金化镀层的剥落和粉化合金化热镀锌钢板的镀层中可能含有的相有ζ、δ1、「1和T,这些相较纯锌硬而脆，在加工变形过程中容易发生破坏。合金化热镀锌钢板镀层破坏的方式有剥落和粉化两中形式。3.3.1合金化镀层的剥落(flaking)镀层的剥落是镀层在剪切应力的作用下沿镀层/钢基板界面分开的现象，剥落下来的镀层粉末的尺寸为镀层的厚度。过去很长一段时间认为镀层的剥落是因为镀层与钢板界面的脆性的「相，而且发现锌液中的Al含量增加可以提高镀层的附着力，这被解释为锌液中的Al抑制了「相的生长的缘故。但是后来的研究表明，「相不但不是镀层而且「相的生成增加了镀层的附着力。合金化热镀锌钢板的镀层的附着力与镀层的Fe含量的关系如图14所示。从图可以看到，当镀层的Fe含量在8-9%经过最低点后镀层的附着力反而增加了。事实上，当镀层的Fe含量在10%左右时，在镀层和钢基的界面就有「相的生成，这时的「相可能很薄，用扫描电镜不易看到。用搭接试样的拉伸试验测定镀层的附着力，搭接试样的尺寸为80X20mm,搭接部分为12.5X20mm。用扫描电镜观察断裂的界面，或先将镀层用含缓蚀剂的盐酸溶液将镀层腐蚀掉，然后观察钢板的表面形貌。观察发现，镀层「相与钢板的界面是呈锯齿状的，如图15所示。正是由于镀层和钢板表面之间的这种锯齿状的交叉，增加了镀层的附着力。05图14镀层剪切强度随镀层Fe含量和锌锅Al含量变化9图15搭接剪切试验基板断口表面SEM象(9)a)9.7%Fe-0.1%Alb)15.9%Fe-0.1%Al的取向和对Zn扩散的抑制作用是不同的，而且随阻挡层厚度的增加，这种晶粒里生长浅一点，这样就形成了晶粒尺度的锯齿状交叉如图16所示。这就解释了锌液的Al含量增加，镀层的剪切强度增加的原因。示意图9以接受的程度，已经成功的冲压出象汽车门内板一样变形复杂的零件。与镀层的剥落一样，很长一段时间认为镀层的粉化是由于镀层生成了脆性的「相的缘故，但是观察粉化试样的横截面发现，镀层并不是在[相中破坏的，而是在「相与δ1相的界面断开的，说明镀层的薄弱环节不在「相，而在δ1相靠近钢板的部分。图17是合金化镀层与的粉化形态图17合金化镀层的粉化形态(8)图18镀层粉化与镀层Fe含量的关系)合金化热镀锌钢板的镀层中的δ1相分外层的栅状δp和靠近钢板侧的致密δk。据研究表明，对于过合金化的镀层，镀层的F相。这时δk由大小相差很大的晶粒所组成，并且很脆，粉化就在镀层的这部分发生。虽然「相不是粉化的原因，但是它仍然是合金化度的一个标志，「相厚说明镀层过合金化了，镀层的抗粉化性能变差。合金化镀层的粉化除了与镀层的Fe含量有关外还和镀层的厚度和合金化温度有关。图19表示镀层厚度与镀层粉化的关系，镀层越厚，粉化越严重。我们可以用单位面积镀层中的Fe的量表示镀层的厚度和镀层的Fe含量的综合效果。图20表示的单位面积镀层中的Fe的量的关系。该图同时还表明了合金化温度对图19粉化与镀层厚度的关图20粉化与镀层表面含Fe量和钢板的抗粉化性能较差，而含Nb、Si和P的IF钢为基板的合金化热镀锌钢板化的速度较慢，镀层界面[1相/T相的比例高。金化速度快。锌液中的A1含量高，使热镀锌钢板界面的阻挡层厚，从而降低合金化速度。同样A1含量高时，合金化热镀锌钢板的抗粉化性能好。这样得到一金化速度增加的因素，使合金化钢板的抗粉化性能降低(图21)。图21镀层粉化与基板的关系(10)另外还有一个普遍的规律，即合金化速度慢，合金化镀层的表面粗糙度大，表面粗糙度,表面粗糙度,Ra层就厚，而生长慢的地方就薄，这就是是镀层表面变的粗糙的原因。Al含量，%图22影响镀层表面轮廓的因素(13镀层的抗粉化用镀层在加工中镀层粉化脱落的量来表示，标准的测试方法简试验(Double01sen)、圆筒冲压试验(Cylindrical-cuptest)和压筋拉伸试3.4合金化镀层的使用性能合金化热镀锌钢板由钢厂交付用户以后，还要进行机械加工(冲压或弯曲等)、焊接、磷化和涂漆等后续处理。在这些后续处理中，我们除了会碰到镀层粉化问题外，还会遇到其他方面的使用性能问题。合金镀层的加工性能表现为两各方面，即镀层对整个镀层钢板的加工性能的影响和镀层本身在加工过程中的粉化性能。当冲压汽车零件时，合金化热镀锌钢板通过镀层与模具作用，如摩擦系数，影响钢板的冲压性能，通常镀层钢板的表面的摩擦系数大于冷轧钢板，所以镀层钢板的冲压性能一般要低于无镀层的冷轧钢板。合金镀层的合金化程度不同，镀层表面的组织和摩擦系数也不一样，因而冲压摩擦系数大，不利于冲压；镀层表面为δ1相时，摩擦系数小，有利冲压。预磷化的合金化热镀锌钢板，或者在表面镀一层高Fe的Fe-Zn合金层的合金化热镀锌钢板(称为GA-M),冲压性能可大大提高。用高级的润滑油也可提高合金化热镀锌钢板的冲压性。孟6ắAO8O汪O关于合金化热镀锌钢板在加工中的粉化问题上一节已经作了详细的讨论。虽然现代的生产技术可以控制镀层的粉化在可接受的程度，但是改善合金化热镀锌钢板的抗粉化性能仍是大家关心的问题。镀层的磷化性能反映镀层在磷化处理中生成均匀致密的磷化膜的能力。磷化膜的质量直接影响涂漆后漆膜的附着力和抗膜下腐蚀的能力。磷化膜的好坏可以用扫描电镜观察其表面形貌和涂漆后漆膜的膜下腐蚀来评价。图24是宝钢GA热镀锌钢板磷化试验的结果，总的来说当镀层的Fe含量在10%以上时能获得连续致密的磷化膜，Fe含量高，磷化膜更加细小致密。我们也观察到，当镀层的Fe含量为8.8%时，镀层就不连续了。图24合金化热镀锌钢板的磷化膜形貌的优点是它的焊接性优于GI热镀锌钢板。表示。对冷轧钢板，电极的寿命可达20000个焊点，对纯锌热镀锌钢板，只能焊600多点，焊合金化热镀锌钢板，电极的寿命在这两者之间，可焊4000-5000个性差；镀层铁含量高，焊接性能好。ǐM图25GA、GI和冷轧钢板的焊接性能比较生火山口状的缺陷(也有人称针孔)。针孔的形状和形成机理如图25表示。在电好差好差高→电压升高→放火花→坑漆膜固化→形成火山口状针孔针孔性能从好到差的排列是冷轧板、纯锌热镀锌钢板到合金化热镀锌钢板。GA热镀锌钢板容易产生针孔的原因是它产生火花的电压局部大的电流密度。这些都是GA在较低电压产生火花的原因。材料电泳产生针孔电压合金化热镀锌钢板纯锌热镀锌钢板电泳涂漆产生针孔的倾向，除与钢板有关外还与漆的性能和电泳的条件有进行了电泳试验，结果如图28,合金化热镀锌钢板的电泳性能与纯锌和普通钢图28宝钢GA钢板的电泳试验结果的抗针孔性能差。合金化热镀锌钢板表面电镀一层高Fe的Fe-Zn镀层，不但提金化热镀锌钢板的优点之一。因为合金化热镀锌钢板宽度通常只有GI的50%。3.5最佳合金化镀层用GA热镀锌钢板的不同用户，他们的后续加工和处理是不尽相同的。根据到，不同的用户对镀层组织的要求应该有所不同。对以汽车钢板，钢板要冲压、表面是ζ相，则镀层的摩擦系数大，而如果是δ1相，则摩擦系数小。从冲压性的粉化性能随合金化度的升高而降低，尤其合金化度过大时，δ1相的下面的致致密δ1相未生成为最好。对焊接和电泳涂漆来讲，合金化度升高，焊接性能改4.1无表面缺陷的热镀锌钢板程进行全面的质量控制。越少越好；②生成锌渣的大小，如果小于镀首先了解锌渣的形成规律。图28是Fe-Al-Zn三元相图在450℃的富锌角。在生产GI时，锌液中的Al含量在0.20%左右，因此，锌液中的反应生成的是Fe₂Als,它的比重比锌液轻，容易浮在锌液的表面，成为面渣。当生产合金化热镀锌钢板时，锌液的A1含量在0.13-0.14%,锌液中形成的锌渣主要是ǒ1相，貌作;(上貌作;(上图29450℃时Zn-Fe-Al相图的富锌角(4)从图29可以看出，Fe在锌液中有一定的溶解度，在450℃Fe在锌液中溶解度大约是0.02%。当锌液中的Fe含量高于溶解度曲线时，Fe就要和Al或Zn反应生成锌渣。锌液中的Fe含量越高，锌液的成分点离Fe的溶解度曲线越远，生成的锌渣就越多。要使锌锅中的锌渣少，减少锌液中的Fe含量是关键。如果把锌锅看作是钢板和锌液的一个反应器，有物质的输入和输出、热量的输入和输出。钢板和锌液的反应使钢板表面的Fe溶入锌液。锌锅中的Fe又通过钢板的镀层和捞出的锌渣带出。钢板的速度越快，带走的Fe也越多。锌液中Fe的积累与钢板的速度的关系如图30所示。钢板溶解的Fe少一些，锌液中的Fe也就少一些。Fe的溶解速度由锌液的温度和Al含量、钢板的表面状态和入锌锅的温度及钢种等因素有关。研究上述因素对钢板Fe的溶解的影响是研究无锌渣缺陷热镀锌钢板的一个任务。我们可以推断锌液的温度、钢板进入锌锅的温度和锌液的Al含量对钢板表面Fe的溶解有重要的影响。图31是描述锌锅运行的一个状态图，它表明钢板Fe的溶解、捞锌渣和加锌锭如何对锌液Fe的浓度变化产生影响。根据这个状态图我们就能直观地理解经常捞锌渣和及时补充锌锭对稳定锌液成分的作用。图30锌锅中Fe的积累和钢板速度的关系(13),+/-代表过饱和及欠饱和演变规律和对镀层表面质量的影响程度。测定锌渣在锌尤其在象鼻子附近的锌渣情况，也是我们在研究锌渣缺陷时要研究的内容。和运动状态，达到控制的目的。现在离最终的目标还有相当一段路要走。为沿钢板轧制方向明暗交替的条纹。根据我们对宝钢Ti-IF钢合金化热镀锌钢板破坏过程和Fe-Zn合金层的生长有关。通过辉光光谱(GDS)分析得到的合金化条纹黑白区域的镀层厚度和Fe含量是不相同的，说明者两个区域的合金层生长的速度不一样，也就是说两个区域的阻挡层的初始状态和破坏过程不一样。晶粒区域阻挡层容易破坏，合金层生长快。另外一种观点认为Ti把钢中的S固定，Mn不生成MnS,而生成MnO,镀锌时锌液中的Al与MnO中的0反应，而不是生成Fe₂Als阻挡层。这两种观点还需要试验来证明，后一种观点的前提是MnO要在钢板表面呈条状分布。合金化条纹可以通过降低钢中的Ti含量来减轻，要彻底消除条纹，还须对形成机理作进一步研究。4.2高鲜映性漆膜要求的镀层表面前面已经指出，对汽车用的热镀锌钢板，平坦的镀层表面对得到光亮的漆膜外观是必要的。对漆膜的外观即漆膜鲜映性，我们分研究分三个层次加以讨论：钢板和漆膜表面的描述、钢板表面轮廓与漆膜质量的关系、控制漆膜质量的途径。镀层表面的状态可以用镀层的表面轮廓线来表示，测量的仪器是唱针式表面轮廓议。从曲线的峰的高低可以大致了解镀层表面的粗糙程度，但是要定量地描述镀层还要对轮廓线进行傅里叶处理，把曲线分解成不同波长曲线的叠加。各波长组分的大小有各种表示方法：①用粗糙度和波纹度参数表示，粗糙度描述短波的大小，波纹度描述长波的大小。②用波高分布曲线表示。各波长组分的振幅的平方的幂代表该波长的大小，以波长的幂和波长组成的曲线成为波高分布曲线。③用s-St值，轮廓线的标准偏差表示。在40.0mm轮廓线上取n个测量点的偏差，计算轮廓线的标准偏差。s-St值分短波组分(0.02-1.00mm)和长波组分漆膜表面的几何起伏也可以用表面轮廓线表示，在研究涂漆的各个工序对钢板表面状态影响的时候，用s-St值来描述。但是，漆膜的表面质量主要表现为人的眼睛对它的视觉感受，因此要用与视觉有关的参数表示。①描述漆膜的桔皮效应(l⁶)一激光束以60°方向照射和扫描漆膜表面，并用一个探测器接受反射信号，扫描的距离为100mm。这样测得的曲线称光学表面轮廓线。根据人的眼睛的分辨率，一滤波器把轮廓线分成短波(0.08-0.6mm)和长波(0.6-10mm)两部分，然后按一定的公式计算代表短波和长波特性的参数S、L值及漆膜表面质量的MB值。S和L在0-99.9范围内变化，0表示最好。MB在6-20的范围内变化，指数高，漆膜质量好。用下表列出的与观察者无关的参数计算得到A.I.,以A.I.表示漆膜的质量。参数定义测量仪器光泽(gross)(R20°)镜面反射强度象清晰度(distinctness)镜面反射宽度的量度NSIC(象畸变)NSIC*(象的忖度损失)光栅象傅里叶变换参数外观指数(A.I.)下面以GA热镀锌钢板说明镀层的表面状况如何影响漆膜鲜映性的。图32表示从冷轧钢板一热镀锌钢板—GA热镀锌钢板一平整GA热镀锌钢板的表面轮廓线的变化，而图33表示热镀锌过程中各波长幂谱线的变化，按照前面讲的方法把表面轮廓线用数学处理分解成各种波长的叠加，并用波高幂分布曲线表示各组分的大小。从图33可以看到，合金化热镀锌钢板的短波部分的幂比冷轧钢板要多下降，说明平整既可降低粗糙度，又可以降低波纹度。价轧钢制存毒化热实州级理的H泼长：图34涂漆过程中幂谱线的变化18)图35波长幂谱中的幂与NSIC的相关图34表示涂漆过程中幂谱线的变化。从图可以看出，电泳漆、中间漆和面漆使表面的短波部分的粗糙度大大降低了，但是长波降低不多。这一部分将影响漆膜表面的鲜映性，图35说明这一相关性，说明长波是影响漆膜鲜映性的主要因素。到现在，我们可以总结一下控制影响漆膜鲜映性的波纹度的工艺因素了。首先，冷轧钢板的表面的波纹度要传递到热镀锌钢板表面，冷轧钢板的波纹度小一点，有利提高漆膜质量；第二，平整在降低粗糙度的同时降低波纹度，平整量越大，波纹度降低也越大；第三，平整辊的表面结构会复印到钢板镀层表面，因此辊面的毛化方式最好只增加粗糙度，不增加波纹度。有一种工艺叫SIBETX,电子束毛化辊不仅用于冷轧，而且用于合金化热镀锌钢板的平整，这样的工艺可得到高鲜映性的漆膜。电子束毛化，可获得有规则的周期性的结构，属于粗糙度增加大于波纹度的毛化方式。图36表示GA的平整量对涂漆后漆膜质量的影响，平整量增加，漆膜NISC值增加，从图也看到，冷轧板表面对最终漆膜的影响。图37表示合金化温度对GA涂漆后漆膜质量的影响。合金化温度实际上决定了镀层的表面结构，热镀锌钢板在450℃退火容易得到ζ相，它容易压平，因此涂漆后漆膜质量好。图