汽车外板用热镀锌合金化产品表面黑点缺陷分析及表征

汽车外板用热镀锌合金化产品表面黑点缺陷分析及表征/汪列隆等 ·53·

汽车外板用热镀锌合金化产品表面黑点缺陷分析及表征＊

汪列隆，张国青

(池州学院机电工程系，池州 247000)

摘要 汽车外板要求钢板表面零缺陷，而热镀锌产品表面形成的异常黑点缺陷不能满足用户使用要求。采用扫描电镜(SEM)以及电子探针显微分析(EPMA)对缺陷进行分析，结果表明，黑点缺陷产生于热镀锌机组合金化炉以及平整部分之间，通过缺陷化学成分判断，确定其由橡胶材料粉化脱落导致。设备调整及工艺控制可使此黑点缺陷得以成功消除，提高了产品表面质量以及用户满意度。

关键词 热镀锌 合金化 缺陷 SEM EPMA 中图分类号：TG113 文件标识码：A

Analysis and Characterization of the Black Spot Defects on the Surface of GA

Product Used for Outside Panel of Automobile

W ANG Lielong, ZHANG Guoqing

(Department of Mechanical and Electrical Engineering, Chizhou university , Chizhou 247000)

Abstract Some black spots are found on the surface of GA products, which can not meet the requirements of production of outside panel of automobile. The black spots are characterized using scanning electrics microscope (SEM) and electron probe micro analyzer, results show that the defects are generated between galvannealing furnace and skin level section, and the chemical composition analysis determined that the black spots are rubber material. Through investigation on the line, it is found that only a wringer roll on the quench tank is made of rubber material between the galvannealing furnace and skin level section. Finally the defects are removed by changing the roll, which ensure the normal production of continuous galvanization line.

Key words hot dip galvanization, alloy treatment, defect, SEM, EPMA

热镀锌产品由于表面锌层对钢基材的电化学防护作用，具有良好的耐腐蚀性能[1]。而多样化的基材选择又可以保证热镀锌产品满足各方面的要求，如高强钢、微合金钢、IF 钢、烘烤硬化钢等[2,3]。此外与电镀锌产品相比，热镀锌产品的成本偏低，且表面质量正逐渐接近电镀锌产品，因此其用途不断拓展，市场占有率正日益增加[4]。

虽然目前热镀锌产品的表面质量已达到较高水平，但在生产中仍经常出现一些异常缺陷，如露铁、小亮点等，使产品不能满足高级要求，并且由于生产机组设备众多、距离空间巨大，很难对微小缺陷的形成根源进行排查，因此这类缺陷控制属于不同单位高等级热镀锌机组产品质量竞争的关键所在。在国内某条汽车外板生产的热镀锌机组作业过程中发现黑点缺陷，通过试验室显微分析及其成分检测，并配合机组现场调查和研究分析，确定了缺陷的形成位置及其产生机理，缺陷得以顺利消除。分析方法具有一定程度的通用性，谨希望对国内热镀锌工作者有一定借鉴意义。

1 试验

1.1 缺陷概貌

缺陷为点状，颜色为黑色。从宏观形貌表面可知，点状缺陷沿轧制方向有一定程度延伸，说明黑色物质粘附在钢板上之后产生了一定程度的变形（见图1）。

图1 黑点缺陷的宏观形貌

Fig. 1 Macro morphology of the black spot defects

1.2 分析

采用SEM 观察缺陷的宏观形貌。采用EPMA 分析缺陷的化学成分。采用酒精将黑色缺陷擦除，观察其下方缺陷区域的形貌并分析其化学成分，以确定缺陷在机组中的位置。

2 结果与讨论

由SEM 观察（见图2）可知，缺陷表面有碾平痕迹。在电荷轰击下缺陷处产生电荷累积现象，说明缺陷为不导电物质。采用EPMA 分析缺陷化学成分（见图3）发现，其主要由C 、O 、Cl 等元素组成，为橡胶的化学成分，其余少量Mg 、S 、Si 元素为橡胶添加剂的成分，Zn 、Fe 为合金化镀锌板产生的

影响。由此判断，该黑点缺陷为橡胶颗粒压入导致。

·54· 材料导报网刊 2010年3月第5卷第1期

图2 黑点缺陷的SEM 照片

Fig. 2 The SEM observation of the black spot

图3 缺陷的化学成分分析

Fig. 3 The chemical composition of the black spot defect

为了进一步判断缺陷在生产线中的发生位置，用酒精将橡胶颗粒擦除（见图4），发现缺陷区域产生一凹坑，说明该处受过碾压，并且表面存在电火花毛化辊印（EDT 处理后的平整机工作辊表面形貌）。进一步在SEM 上采用高倍观察该区域的形貌（见图5），没有发现平整辊印辊印。

图4 用酒精去除缺陷后的SEM 形貌

Fig. 4 The SEM morphology of the defect area after

removing rubber powder using alcohol

图5 缺陷处放大后的形貌

Fig. 5 The SEM observation of black spot area after

removing rubber spot 去除缺陷后区域的成分分析见图6，其主要由铁、锌组成，定量分析结果为铁为10.2%、锌为89.8%，为合金化锌层的正常组织，说明缺陷产生于正常的合金化退火处理后。

在热镀锌合金化产品机组中，带钢在平整机单元经受最

大程度变形。平整机通过施加轧制力使带钢延伸，形成色泽均匀的表面，赋予带钢表面粗糙度，同时消除屈服平台。黑色异物经过平整后被轧平，异物上就印有平整机毛化辊印，异物擦除后，下面的材料因受到异物屏蔽没有平整毛化辊印，因此说明黑色缺陷形成于平整机之前。在黑色异物下面锌层完好，凹坑的形成属于平整作用的结果。锌层化学成分

证明锌层经过了正常合金化，说明带钢经过了镀锌以及合金化后，缺陷才粘附到带钢表面，经过平整机后形成一定的延伸，最终产生如上所述缺陷形貌。异物为有机成分，说明导致缺陷产生的机械部件为有机成分。

图6 清洗后缺陷处的成分分析

Fig. 6 The chemical composition of the black spot defect

area after removing rubber powder

3 机组调查

对于热镀锌机组，合金化后为冷却段，多采用风冷或者气雾冷却，随后进行水冷。为了防止水带到后续单元，先进行表面挤干、烘干，然后进入平整机单元。在此流程中，风冷和气雾（水雾）冷却以及烘干（采用热风烘干），这些作业没有机械部件，不接触带钢。而水冷后的挤干辊是保证辊面形成一定程度的变形，以提高挤干效果，其采用有机成分。因此水冷后的挤干辊是黑点缺陷根源的重要怀疑点。

为了避免机组停顿，挤干辊一般安装2组以上，将正常生产的挤干辊处于备用状态。打开正在投入的挤干辊，而备用辊投入后此黑点缺陷消失，直接证明水冷槽后的挤干辊是缺陷源，由其表面有机材料脱落并粘附于带钢表面导致。

4 结论

（1）黑色点状缺陷属于有机物质压入带钢后导致；（2）有机物质产生于合金化单元以及平整单元之间；（3）缺陷源为水冷槽后挤干辊有机材料，通过更换挤干辊，黑点缺陷消失；（4）此分析思路可应用于处理热镀锌机组类似缺陷，能快速寻找缺陷源，有目的开展作业调整以消除缺陷，可提高

热镀锌产品的表面质量。

参考文献

1 朱立. 热镀锌钢板生产概述[J].鞍钢技术,1999,36(6):58 2

张启富,等.热轧钢带连续热镀锌[J].轧钢, 2002,19(1):33 3

Marder A R. The metallurgy of zinc-coated steel[J]. Prog Mater Sci, 2000, 45(2):191

4 边军, 刘相华, 王国栋. 我国热镀锌钢板生产现状及展望[J]. 钢铁研究, 2002, 126(3):57

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