淺議控制熱鍍鍍鋅鋅層的厚度及鋅渣量.doc

淺議控制熱鍍鍍鋅鋅層的厚度及鋅渣量錢(qián)愛(ài)民1 引言 熱鍍鋅也稱(chēng)熱浸鍍鋅，是鋼鐵構(gòu)件浸入熔融的鋅液中獲得金屬覆蓋層的一種方法。近年來(lái)隨高壓輸電、交通、通訊事業(yè)迅速發(fā)展，對(duì)鋼鐵件防護(hù)要求越來(lái)越高，熱鍍鋅需求量也不斷增加。 2 熱鍍鋅層防護(hù)性能 通常電鍍鋅層厚度515m，而熱鍍鋅層一般在35m以上，甚至高達(dá)200m。熱鍍鋅覆蓋能力好，鍍層致密，無(wú)有機(jī)物夾雜。眾所周知，鋅的抗大氣腐蝕的機(jī)理有機(jī)械保護(hù)及電化學(xué)保護(hù)，在大氣腐蝕條件下鋅層表面有ZnO、Zn(OH)2及堿式碳酸鋅保護(hù)膜，一定程度上減緩鋅的腐蝕，這層保護(hù)膜(也稱(chēng)白銹)受到破壞又會(huì)形成新的膜層。當(dāng)鋅層破壞嚴(yán)重，危及到鐵基體時(shí)，鋅對(duì)基體產(chǎn)生電化學(xué)保護(hù)，鋅的標(biāo)準(zhǔn)電位-0.76V，鐵的標(biāo)準(zhǔn)電位-0.44V，鋅與鐵形成微電池時(shí)鋅作為陽(yáng)極被溶解，鐵作為陰極受到保護(hù)。顯然熱鍍鋅對(duì)基體金屬鐵的抗大氣腐蝕能力優(yōu)于電鍍鋅。 3 工藝過(guò)程 工件脫脂水洗酸洗水洗浸助鍍?nèi)軇┖娓深A(yù)熱熱鍍鋅整理冷卻鈍化漂洗干燥檢驗(yàn) 4.熱鍍鋅鍍層的形成機(jī)理熱浸鍍鋅是一個(gè)冶金反應(yīng)過(guò)程.從微觀(guān)角度看,熱浸鍍鋅過(guò)程是兩個(gè)動(dòng)態(tài)平衡:熱平衡和鋅鐵交換平衡.當(dāng)把鋼鐵工件浸入450左右的熔融鋅液時(shí),常溫下的工件吸收鋅液熱量,達(dá)到200以上時(shí),鋅和鐵的相互作用逐漸明顯,鋅滲入鐵工件表面.隨著工件溫度逐漸接近鋅液溫度,工件表面形成含有不同鋅鐵比例的合金層,構(gòu)成鋅鍍層的分層結(jié)構(gòu),隨著時(shí)間延長(zhǎng),鍍層中不同的合金層呈現(xiàn)不同的成長(zhǎng)速率.從宏觀(guān)角度看,上述過(guò)程表現(xiàn)為工件浸入鋅液,鋅液面出現(xiàn)沸騰,當(dāng)鋅鐵反應(yīng)逐漸平衡,鋅液面逐漸平靜.工件被提出鋅液面,工件溫度逐漸降低至200以下時(shí),鋅鐵反應(yīng)停止,熱鍍鋅鍍層形成,厚度確定.5.熱鍍鋅鍍層厚度要求影響鋅鍍層厚度的因素主要有:基體金屬成分,鋼材的表面粗糙度,鋼材中的活性元素硅和磷含量及分布狀態(tài),鋼材的內(nèi)應(yīng)力,工件幾何尺寸,熱浸鍍鋅工藝.現(xiàn)行的國(guó)際和中國(guó)熱鍍鋅標(biāo)準(zhǔn)都根據(jù)鋼材厚度劃分區(qū)段,鋅鍍層平局厚度以及局部厚度應(yīng)達(dá)到相應(yīng)厚度,以確定鋅鍍層的防腐蝕性能.鋼材厚度不同的工件,達(dá)成熱平衡和鋅鐵交換平衡所需的時(shí)間不同,形成的鍍層厚度也不同.標(biāo)準(zhǔn)中的鍍層平均厚度是基于上述鍍鋅機(jī)理的工業(yè)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)值,局部厚度是考慮到鋅鍍層厚度分布的不均勻性以及對(duì)鍍層防腐蝕性要求所需要的經(jīng)驗(yàn)值.因此,ISO標(biāo)準(zhǔn),美國(guó)ASTM標(biāo)準(zhǔn),日本JIS標(biāo)準(zhǔn)和中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)在鋅鍍層厚度要求上略有不同,大同小異.6.熱鍍鋅鍍層厚度的作用和影響熱鍍鋅鍍層的厚度決定了鍍件的防腐蝕性能.用戶(hù)可以選擇高于或低于標(biāo)準(zhǔn)的鋅鍍層厚度.對(duì)于表面光滑的3mm以下薄鋼板,工業(yè)生產(chǎn)中得到較厚的鍍層是困難的,另外,與鋼材厚度不相稱(chēng)的鋅鍍層厚度會(huì)影響鍍層與基材的結(jié)合力以及鍍層外觀(guān)質(zhì)量.過(guò)厚的鍍層會(huì)造成鍍層外觀(guān)粗糙,易剝落,鍍件經(jīng)不起搬運(yùn)和安裝過(guò)程中的碰撞.鋼材中如果存在較多的活性元素硅和磷,工業(yè)生產(chǎn)中得到較薄的鍍層也十分困難,這是由于鋼中的硅含量影響鋅鐵間的合金層生長(zhǎng)方式,會(huì)使一相鋅鐵合金層迅速生長(zhǎng)并將另一相推向鍍層表面,致使鍍層表面粗糙無(wú)光,形成附著力差的灰暗鍍層.7.鋅層控制熱鍍鋅要控制好鋅液溫度、浸鍍時(shí)間及工件從鋅液中引出的速度。引出速度一般為1.5米/min 。溫度過(guò)低，鋅液流動(dòng)性差，鍍層厚且不均勻，易產(chǎn)生流掛，外觀(guān)質(zhì)量差；溫度高，鋅液流動(dòng)性好，鋅液易脫離工件，減少流掛及皺皮現(xiàn)象發(fā)生，附著力強(qiáng)，鍍層薄，外觀(guān)好，生產(chǎn)效率高；但溫度過(guò)高，工件及鋅鍋鐵損嚴(yán)重，產(chǎn)生大量鋅渣，影響浸鋅層質(zhì)量并且容易造成色差使表面顏色難看，鋅耗高。鋅層厚度取決于鋅液溫度，浸鋅時(shí)間，鋼材材質(zhì)和鋅液成份。另外，鍍鋅合金也很重要，調(diào)整鋅液合金比例;溫度,及浸鋅時(shí)間.如果鋼材的硅含量較高，可加入鋅鎳合金降低上鋅量。也可加入助鍍劑添加劑來(lái)改變助鍍劑的性質(zhì)，使鍍層變得漂亮。在熱鍍鋅過(guò)程中，如果要使鍍件表面光亮、鍍層博，這跟各道工序都有很大關(guān)系，酸洗不到位，助鍍液配方不對(duì)，鋅溫高低，人工操作，行車(chē)的起吊速度，這都是有很大關(guān)系的， 熱鍍鋅層形成過(guò)程是鐵基體與最外面的純鋅層之間形成鐵-鋅合金的過(guò)程，工件表面在熱浸鍍時(shí)形成鐵-鋅合金層，才使得鐵與純鋅層之間很好結(jié)合，其過(guò)程可簡(jiǎn)單地?cái)⑹鰹椋寒?dāng)鐵工件浸入熔融的鋅液時(shí)，首先在界面上形成鋅與鐵(體心)固熔體。這是基體金屬鐵在固體狀態(tài)下溶有鋅原子所形成一種晶體，兩種金屬原子之間是融合，原子之間引力比較小。因此，當(dāng)鋅在固熔體中達(dá)到飽和后，鋅鐵兩種元素原子相互擴(kuò)散，擴(kuò)散到(或叫滲入)鐵基體中的鋅原子在基體晶格中遷移，逐漸與鐵形成合金，而擴(kuò)散到熔融的鋅液中的鐵就與鋅形成金屬間化合物FeZn13，沉入熱鍍鋅鍋底，即為鋅渣。當(dāng)工件從浸鋅液中移出時(shí)表面形成純鋅層，為六方晶體。其含鐵量不大于0.003%。適量加減所添加的鋅鋁合金；提高熱鍍鋅鋅溫，但要考慮鋅鍋情況，鐵鍋不宜超過(guò)480度，陶瓷鍋可以到530度；減少浸鋅時(shí)間；取出時(shí)速度放緩慢都可以減小熱鍍鋅新層厚度。8 鋅灰、鋅渣的形成及控制 8.1 鋅灰、鋅渣的形成 鋅灰鋅渣不僅嚴(yán)重影響到浸鋅層質(zhì)量，造成鍍層粗糙，產(chǎn)生鋅瘤。而且使熱鍍鋅成本大大升高。通常每鍍1t工件耗鋅40100kg，如果鋅灰鋅渣嚴(yán)重，其耗鋅量會(huì)高達(dá)140200kg?？刂其\渣主要是控制好溫度，減少鋅液表面氧化而產(chǎn)生的浮渣，所以更要采用有除鐵功能和抗氧化功能的合金并且用熱傳導(dǎo)率小、熔點(diǎn)高、比重小、與鋅液不發(fā)生反應(yīng)，既可減少熱量失散又可防止氧化的陶瓷珠或玻璃球覆蓋，這種球狀物易被工件推開(kāi)，又對(duì)工件無(wú)粘附作用。 對(duì)于鋅液中鋅渣的形成主要是溶解在鋅液中的鐵含量超過(guò)該溫度下的溶解度時(shí)所形成的流動(dòng)性極差的鋅鐵合金，鋅渣中鋅含量可高達(dá)94%，這是熱鍍鋅成本高的關(guān)鍵所在。 從鐵在鋅液中的溶解度曲線(xiàn)可以看出：不同的溫度及不同的保溫時(shí)間，其溶鐵量即鐵損量是不一樣的。在500附近時(shí)，鐵損量隨著加溫及保溫時(shí)間急劇增加，幾乎成直線(xiàn)關(guān)系。低于或高于480510范圍，隨時(shí)間延長(zhǎng)鐵損提高緩慢。因此，人們將480510稱(chēng)為惡性溶解區(qū)。在此溫度范圍內(nèi)鋅液對(duì)工件及鋅鍋浸蝕最為嚴(yán)重，超過(guò)560鐵損又明顯增加，達(dá)到660以上鋅對(duì)鐵基體是破壞性浸蝕，鋅渣會(huì)急劇增加，施鍍無(wú)法進(jìn)行。因此，施鍍目前多在430450域內(nèi)進(jìn)行。 8.2 鋅渣量的控制 要減少鋅渣就要減少鋅液中鐵的含量，就是要從減少鐵溶解的諸因素著手： 施鍍及保溫要避開(kāi)鐵的溶解高峰區(qū)，即不要在480510時(shí)進(jìn)行作業(yè)。 鋅鍋材料盡可能選用含碳、含硅量低的鋼板焊接。含碳量高，鋅液對(duì)鐵鍋浸蝕會(huì)加快，硅含量高也能促使鋅液對(duì)鐵的腐蝕。目前多采用08F/XG08/WKS優(yōu)質(zhì)鋼板。，并含有能抑制鐵被浸蝕的元素鎳、鉻等。不可用普通碳素鋼，否則耗鋅量大，鋅鍋壽命短。也有人提出用碳化硅制作熔鋅槽，雖然可解決鐵損量，但造型工藝是一個(gè)難題，目前工業(yè)陶瓷所制作的鋅鍋僅能做成圓柱型且體積很小，雖然可以滿(mǎn)足小件鍍鋅的要求但無(wú)法保證大型工件的鍍鋅。 要經(jīng)常撈渣。先將溫度升高至工藝溫度上限以便鋅渣與鋅液分離，使鋅渣沉于槽底后用撈鋅勺或?qū)Ｓ脫圃鼨C(jī)撈取。落入鋅液中鍍件更要及時(shí)打撈。 要防止助鍍劑中鐵隨工件帶入鋅槽，助鍍劑要進(jìn)