隨著人民生活水平不斷提高，汽車產(chǎn)量不斷上升，隨之而來(lái)的還有環(huán)保、節(jié)能、輕量化的壓力。如何在保證汽車板強(qiáng)度的同時(shí)，減輕汽車重量，是目前汽車行業(yè)亟待解決的難題。汽車用先進(jìn)高強(qiáng)鋼主要有[1]：雙相鋼（DP鋼），復(fù)相鋼（CP鋼），馬氏體鋼，相變誘導(dǎo)塑性鋼（TRIP鋼）以及孿晶誘導(dǎo)塑性鋼（TWIP鋼）。雙相鋼（DP鋼）的顯微組織主要由軟質(zhì)鐵素體基體和硬質(zhì)島狀馬氏體組成，還可含少量貝氏體或殘余奧氏體[2]。這種鋼的強(qiáng)度、韌性和成形性能都較好。DP鋼主要應(yīng)用于車輪輪轂、保險(xiǎn)杠、懸架系統(tǒng)及其加強(qiáng)件[3]。

根據(jù)目前的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀可知，影響合金元素的選擇性氧化因素主要有[4]：擴(kuò)散系數(shù)、氧化反應(yīng)吉布斯自由能、退火爐露點(diǎn)等。馬峰[5]通過(guò)掃描電鏡分析合金元素在退火過(guò)程中的選擇性氧化造成的熱鍍鋅產(chǎn)品表面質(zhì)量缺陷，對(duì)退火爐內(nèi)露點(diǎn)、氧含量等關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，使外氧化轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)氧化，達(dá)到了抑制合金元素的目的。孟曉萍[6]分析了退火爐露點(diǎn)溫度對(duì)鍍鋅帶鋼表面質(zhì)量的影響，通過(guò)對(duì)現(xiàn)有生產(chǎn)線加設(shè)增濕裝置，改善帶鋼表面漏鍍?nèi)毕菁盃t輥結(jié)瘤問(wèn)題。蔣光銳等[7]在一種C?Mn?Si體系高強(qiáng)鋼表面預(yù)先電鍍100 nm厚度的鎳，然后在鍍鋅模擬器上進(jìn)行模擬退火處理。結(jié)果證明，預(yù)鍍鎳能夠有效降低Si和Mn向外的擴(kuò)散速率，抑制Si和Mn元素在表面的富集程度，改變表面選擇性氧化產(chǎn)物的種類，減少高強(qiáng)鋼表面氧化物的數(shù)量。

本文對(duì)DP980熱鍍鋅板卷脫鋅原因進(jìn)行了分析，并制定相應(yīng)改進(jìn)措施，有效的減少了高強(qiáng)鋼的漏鍍、脫鋅等缺陷，具有較大實(shí)際意義和研究?jī)r(jià)值。

1.   高強(qiáng)鋼可鍍性分析

高強(qiáng)鋼由于含有較多的合金元素（Al，Si，Mn，Cr，B等），如表1所示，在退火過(guò)程中，合金元素在鋼板表面發(fā)生選擇性氧化形成氧化物。這些氧化物會(huì)降低鋅液與鋼板之間的浸潤(rùn)性，影響抑制層的形成，使得鋅層發(fā)生剝落或者出現(xiàn)漏鍍點(diǎn)[8]（圖1）。

元素的擴(kuò)散對(duì)合金元素的氧化有重要影響，主要包括：氧元素向內(nèi)擴(kuò)散、合金元素向外擴(kuò)散。根據(jù)表2常見(jiàn)合金元素在鐵素體和奧氏體中的擴(kuò)散系數(shù)[9]可以得出，合金元素的擴(kuò)散速率比O元素慢。元素在晶體缺陷處（例如晶界處）的擴(kuò)散要遠(yuǎn)快于晶體內(nèi)部。從動(dòng)力學(xué)角度分析，合金元素的擴(kuò)散系數(shù)越大，越容易發(fā)生氧化。

金屬元素氧化過(guò)程的吉布斯自由能對(duì)合金元素的選擇性氧化也有重要影響：由圖2埃林漢姆圖（Ellingham）[10]得出，氧化過(guò)程中，自由能負(fù)值越大，生成的氧化物越穩(wěn)定。從熱力學(xué)角度分析，在同一溫度下，若幾種元素同時(shí)與氧相遇，則位置低的元素最先氧化。

高強(qiáng)鋼中存在的Mn、Si、Al等合金元素，與氧的親和力比Fe元素強(qiáng)，在退火過(guò)程中，優(yōu)先與退火爐保護(hù)氣中少量的氧氣或水反應(yīng)形成氧化物，這就是合金元素的選擇性氧化。高強(qiáng)鋼的選擇性氧化又分為內(nèi)氧化和外氧化[11]。如圖3，在退火過(guò)程中，鋼板會(huì)被加熱到較高的溫度，鋼板中的合金元素向表面擴(kuò)散并與氧氣反應(yīng)生成表面氧化物，這種現(xiàn)象稱為外氧化[12]。氧氣擴(kuò)散到鋼表面以下的亞表面層，并與鋼中合金元素反應(yīng)生成相應(yīng)的氧化物，產(chǎn)生的氧化物也位于鋼板的亞表面層，這種現(xiàn)象稱為內(nèi)氧化[13]。合金元素在鋼板表面發(fā)生外氧化，使鋼板鍍鋅性能惡化的問(wèn)題叫做鋼板的可鍍性問(wèn)題。

2.   高強(qiáng)鋼DP980表面脫鋅缺陷成分分析

某鍍鋅線生產(chǎn)規(guī)格為1.5 mm×1154 mm的高強(qiáng)鋼DP980過(guò)程中，出現(xiàn)嚴(yán)重的帶鋼脫鋅問(wèn)題，缺陷圖片見(jiàn)圖4。

2.1   基板表面成分分析

從基板表面成分分析（圖5）發(fā)現(xiàn)：（1）此鋼種的板坯B元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.002%（表1），而經(jīng)過(guò)退火工序后基板表面B元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.9%，說(shuō)明B元素的表面富集非常嚴(yán)重；（2）撕掉鍍層后的基板表面沒(méi)有發(fā)現(xiàn)Zn元素，說(shuō)明鍍層與基板脫離非常徹底，Zn液在出鋅鍋時(shí)只是涂到了帶鋼表面，與帶鋼沒(méi)有結(jié)合力。

為了驗(yàn)證檢測(cè)出的B元素含量較高不是測(cè)量誤差，對(duì)基體內(nèi)部的元素含量進(jìn)行了分析。此鋼種的Mn、Si和B元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為：2.4%、0.4%和0.002%（見(jiàn)表1），能譜分析值（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）分別為2.4%、0.4%和0，如圖6所示，Mn元素和Si元素的檢測(cè)值和實(shí)際值吻合，說(shuō)明電鏡檢測(cè)基本準(zhǔn)確；B元素檢測(cè)值為0，符合電鏡的檢測(cè)精度，即質(zhì)量分?jǐn)?shù)≤0.01%的元素檢測(cè)不出來(lái)。

綜上，說(shuō)明電鏡對(duì)成分的分析基本準(zhǔn)確，基板表面的B元素含量高確實(shí)為表面富集導(dǎo)致的。

2.2   脫落的鍍層表面成分分析

對(duì)脫落鍍層（圖7）表面成分分析如圖8所示，鍍層內(nèi)表面有B元素，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0~1.2%，說(shuō)明基板表面富集的B元素在鍍上鋅層后從基體表面擴(kuò)散到了鍍層表面，進(jìn)一步說(shuō)明B元素非常容易擴(kuò)散。

2.3   鍍層和基體結(jié)合界面成分分析

對(duì)脫鋅樣的鍍層和基體結(jié)合界面做線掃描分析，主要分析Al元素的變化情況，并和正常樣的變化情況進(jìn)行對(duì)比，如圖9所示。通過(guò)線掃描可以發(fā)現(xiàn)，脫鋅樣在界面處的Al元素“尖峰”不明顯，而正常樣的Al元“尖峰”比較明顯，說(shuō)明脫鋅樣界面處的Fe2Al5層形成不好或基本沒(méi)有形成Fe2Al5層，導(dǎo)致鋅層與基體的結(jié)合力較差，從而脫鋅。

通過(guò)輝光放電光譜檢測(cè)（GDS）分析鍍層−基體界面，結(jié)果如圖10所示，脫鋅試樣在鍍層與基體界面處，B元素尖峰明顯，富集嚴(yán)重，而Al元素基本沒(méi)有明顯的尖峰，說(shuō)明Fe2Al5層基本沒(méi)有形成；而不脫鋅試樣B元素也富集，但含量沒(méi)有脫鋅試樣的高，Al元素尖峰明顯含量較高，說(shuō)明Fe2Al5形成較好。

根據(jù)以上分析以及相關(guān)文獻(xiàn)中對(duì)B選擇性氧化的研究[14]，脫鋅的原因是沒(méi)有形成Fe2Al5抑制層。此外，B元素的表面富集比較嚴(yán)重，而B(niǎo)元素也是一種易選擇性氧化元素，并且很容易擴(kuò)散到帶鋼表面，在帶鋼表面與Mn元素和O元素形成MnB2O4氧化物膜覆蓋到帶鋼表面，阻止Fe2Al5抑制層的形成。

3.   高強(qiáng)鋼DP980表面脫鋅工藝參數(shù)分析

生產(chǎn)超高強(qiáng)鋼前對(duì)爐區(qū)氣氛進(jìn)行了確認(rèn)，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)氣氛異常，各段氧體積分?jǐn)?shù)2.6×10−6~4×10−6，各段露點(diǎn)−38.6~58.3 °C。同鋼種同規(guī)格的前期生產(chǎn)工藝參數(shù)與此次脫鋅卷對(duì)比。2次生產(chǎn)工藝參數(shù)區(qū)別最大的地方在于爐鼻子露點(diǎn)，前期生產(chǎn)過(guò)程中爐鼻子露點(diǎn)在−25 °C，本次生產(chǎn)爐鼻子露點(diǎn)在−50 °C以下。

此條鍍鋅產(chǎn)線年修時(shí)對(duì)爐鼻子氣密性進(jìn)行優(yōu)化，為了控制山峰紋缺陷，關(guān)閉了爐鼻子加濕，爐鼻子內(nèi)露點(diǎn)降低到−50 °C以下。此鋼種的B元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.002%，極微量的B就可以使鋼的淬透性成倍增加，因此用微量B元素取代大量的合金元素，降低生產(chǎn)成本。但是B元素?cái)U(kuò)散能力強(qiáng)并且易氧化，爐鼻子露點(diǎn)在−50 °C以下，不能抑制B元素的外氧化[15]，導(dǎo)致B元素在帶鋼表面富集，同時(shí)由于此鋼種的Mn元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高（2.4%），B元素與Mn元素形成了MnB2O4的氧化物膜，阻止了Fe2Al5抑制層的形成，導(dǎo)致鍍鋅粘附性下降，最終表現(xiàn)為嚴(yán)重脫鋅。

4.   改進(jìn)措施

為了能同時(shí)控制山峰紋和脫鋅缺陷，爐鼻子加濕依然關(guān)閉。在鍍鋅線退火爐增設(shè)加濕裝置。預(yù)氧化的原理如圖11所示，在退火爐加熱段通入水蒸氣，提供帶鋼表面較高的氧分壓，使Mn、B等易氧化的元素在帶鋼的次表層氧化，帶鋼表面是一層Fe的氧化物[16]。在隨后退火爐均熱段還原氣氛中，把帶鋼表面的氧化鐵還原成海綿鐵。帶鋼進(jìn)入鋅鍋后，表層的海綿鐵與鋅鍋中的鋁元素反應(yīng)，形成Fe2Al5抑制層，提高可鍍性。

退火爐增設(shè)加濕裝置后，高強(qiáng)鋼鍍鋅板表面質(zhì)量有了顯著提高。脫鋅、漏鍍?nèi)毕莸玫搅烁纳?，?/span>圖12~13所示。

5.   結(jié)束語(yǔ)

某鋼廠熱鍍鋅機(jī)組在投用退火爐加熱段加濕后，生產(chǎn)的高強(qiáng)鋼汽車板產(chǎn)品表面漏鍍、脫鋅缺陷得到了有效控制，產(chǎn)品質(zhì)量得到了極大提高。將高強(qiáng)鋼生產(chǎn)過(guò)程中的爐區(qū)氣氛的控制方法固化到技術(shù)規(guī)程和操作規(guī)程中，結(jié)合有效的設(shè)備管理，還可以減少鋅耗，節(jié)約成本。隨著市場(chǎng)對(duì)熱鍍鋅高強(qiáng)鋼表面質(zhì)量要求越來(lái)越高，對(duì)于退火爐內(nèi)的露點(diǎn)控制要求也越來(lái)越高，對(duì)于退火爐內(nèi)露點(diǎn)分區(qū)控制和露點(diǎn)的閉環(huán)控制還需要不斷實(shí)踐和完善。

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