技术帖：热浸锌层厚度影响因素及控制措施【SMM锌业大会】
发布时间：2023-08-24 09:35:31
来源：SMM
在SMM举办的2023年SMM锌业大会上，中国表面工程协会热浸镀分会副秘书长、河北省冶金研究院焊条室主任高级工程师金向雷讲解了热浸锌层厚度影响因素及控制措施方面的内容。其中，详细解析了锌液成份（铁、铝、镍、铋、稀土、镁铅）对镀层的作用以及影响。
一、热浸锌层的构成图1
1、合金层（Γ相、ζ相、δ相等）与锌液成份、温度、时间、钢材成份相关。
(资料图)
2、钝锌层（η）与锌液流动性，提升角度、气吹相关。
二、热浸镀锌层厚度的影响因素：
1、钢材成份（硅、磷、锰、硫、）对镀层的影响。
相关实验数据显示，钢中不同硅含量对镀层厚度与组织均会带来不同程度的影响。
圣德林效应：Si含量0.06%～0.1%范围以及大于0.3%时，铁锌反应活性急剧增大，出现峰值，此现象称为圣德林效应。一般认为合金层最厚时硅含量为0.1%和0.4%。
亚圣德林钢 Si <0.05%
圣德林钢 Si:0.07%～0.1%
过圣德林钢 Si>0.25%
活性钢—由于硅的影响，使锌铁反应活性大，在该硅含量范围内的钢称为活性钢
活性钢：圣德林钢+过圣德林钢
钢中磷的影响
a）微量的磷能促进ζ相异常生长，同时抑制δ相生长，使ζ相晶粒粗大，磷大于0.15%时能加速δ1相ζ相生长，使η相变薄，出现灰斑。
b）当磷在基体表面或生长的 Fe-Zn 合金中偏析会引起ζ相的爆发组织。
c）钢中磷、硅在促进锌铁反应上有协同效应，当磷含量较高时，即使硅含量在亚圣德林钢范围内，也会产生超厚镀层，在460℃时产生正常镀锌层的临界条件应该是Si+2.5P≤0.09%, 当Si=0.04%,P 应小于0.02%，当磷为0.03%时则Si应<0.015%。
ASTM A385：C>0.25%,P>0.05% 或Mn>1.3%会引起镀层组织异常，而 Si>0.05%更显著。
锌液成份（铁、铝、镍、铋、稀土、镁铅）对镀层的影响
锌液中主要合金元素的作用及影响
此外，铋元素的作用如下：
1) 明显降低锌液的表面张力，提高对钢铁表面的浸润性，有利于得到平整光滑的镀层。铋是无毒的，它是锌液中加铅的替代
品。
2) 增加镀件离开锌锅时锌液的回流量，故可减薄纯锌层厚度，降低锌耗。
3) 对锌-铁合金层反应过程，没有影响。
4) 镀层可能形成锌花。
可能产生的不利影响：
1) 铋为低熔点金属，它在凝固锌层中溶解度有限，在冷却过程中沉淀析出，造成成分偏析。若使用不当或超量使用，会发生镀锌层灰暗现象，影响外观，这种现象往往在存放数月后发生，对镀层耐蚀性带来负面影响。
2) 合理控制锌铋中间合金用量。
至于锌液中稀土的作用，具体如下：
1) 在锌液中添加微量的稀土金属铈和镧，能降低锌液的表面张力，提高对钢表面的浸润性，减少漏镀，对防止镀锌层产生锌瘤有利。
2) 锌中添加少量铈与镧混合稀土不会改变镀层结构，可以延缓金属间化合物的生长。
3) 可以提高镀层耐蚀性。
可能产生的不利影响：
1) 使用不当，会在镀层表面产生细小的颗粒晶体，影响外观。
2) 使用过量时还可能增加锌灰、锌渣量。
镁方面：
作用：
（1）440～460℃Mg0.01～0.12%对镀层结构和厚度无明显影响。
（2）Mg能抑制ZnAl镀层的晶界腐蚀。
（3）Mg能提高镀层在大气和海水中的耐蚀性。
可能产生的不利影响：
（1）有关文献报道，镁含量为0.025～0.1%时，镀层变脆而且呈暗灰色。
（2）Mg易氧化，能增加锌灰量。
铅方面：
作用：
（1）460℃铅在锌液中溶解度1.3%。
（2）铅能改善锌液表面张力，改善对钢基体的浸润性，提高镀锌层附着性。
（3）对合金层生长无影响。
可能产生的不利影响：
（1）铅能减少镀层光亮度，使镀层灰暗
（2）与其他元素（如锡）形成锌花。
（3）在初次使用较深的锌锅化锌时，因锌锅内壁没有锌铁合金，必须添加钝锌，锌锅底部不得添加铅，以避免锌中不饱和铅对锅内壁产生应力腐蚀而引发脆断。
铁元素：
可能产生的不利影响：
（1）450℃铁在锌中溶解度为0.02%，镀锌生产中铁总是过饱和。
（2）锌液中铁含量增多时，会使锌液粘度增大，降低对钢的浸润性、降低流动性。
（3）铁对镀层塑性、外观等不利。
（4）产生锌渣，锌耗增加，尤其在锌中铝含量高时形成面渣。熔池太浅时，锌渣不易沉降，会严重影响外观。
热镀工艺（温度、提升角度、气吹）对镀层的影响
1）镀锌温度、浸锌时间和引出速度是热镀锌最重要的工艺参数，直接影响到锌锅寿命、镀层厚度、镀层附着力、镀层表面质量。镀层分纯锌层和合金层，合金层的厚度和结构取决于熔池的温度、成份，钢材的化学成份和浸锌时间，而纯锌层厚度（在无擦拭情况下）取决于锌液粘度、提抽（引出）速度和角度。
目前常规批量热镀锌温度一般控制在435-460℃。
镀层控制措施
从上图可以看出，在435℃镀锌时，硅含量小于0.1%，镀层厚度不会快速增大。个别企业在此温度下镀锌，此时锌锅容锌量要求较大，否则会因温度下降而影响生产。
2）在550℃镀锌时其镀层厚度与硅含量关系不大。但此温度下对钢制锌锅腐蚀严重，预期寿命小于一个月。因此此温度下镀锌建议用陶瓷锅+内加热(或上加热）。成都某企业已用陶瓷锅+电内加热十余年。具有成熟的经验。而东大三建也开发了燃气内加热系统，上加热在钢丝镀锌线上有成熟的应用。
3）当钢中硅含量小于0.25%时加镍可抑制圣德林效应从而降低合金层厚度，在锌液中加入适时的铅和铋可提高锌液流动性进而减小纯锌层厚度。铝含量达 0.2%时ζ和δ相几乎完全消失，可减少合金层厚度，但在溶剂法镀锌工艺中会产生漏镀。
4）增大工件提出角度；降低提升速度；利用气刀吹拭等有利锌液回流，可减少钝锌层厚度。
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