镀锌钝化生产工艺优化

供稿|杜 杰，张 扬

镀锌钝化生产工艺优化

供稿|杜 杰，张 扬

内容导读

在钝化产品的实际生产中，钝化盐雾时间是评价钝化产品防锈能力的主要指标，钝化产品在生产过程中会出现钝化能力过剩的问题，同时该问题也导致了钝化液吨耗过高，造成生产成本增加。文章对解决钝化能力过剩的问题进行了探讨, 对钝化工艺的原有工艺参数进行了优化。

随着国内汽车行业以及家电行业的迅速发展，客户对耐腐蚀性优越的钢板需求量越来越大。镀锌是应用最为广泛的钢铁防腐手段，但是由于镀锌层在空气中尤其是潮湿环境中容易被腐蚀，因此需要对镀锌后钢板进行后处理工艺以进一步提高产品防腐性能。

本钢浦项镀锌产品主要使用钝化处理，即用铬酸盐溶液与金属作用，在其表面生成三价或六价铬化层，通常是氧化剂和基体金属的化合物，能够抑制锌层的阳极反应．从而保护镀锌层。在保证钝化产品防止表面腐蚀的前提下，也要考虑对钝化液吨钢消耗量的控制。

热镀锌钝化工艺

本钢浦项连续镀锌机组采用的是辊涂式钝化处理方式。钝化涂机主体结构包括：轧制线辊、料盘、提料辊和涂辊，见图1。使用的钝化液为三价铬产品，其主要由以下成分组成：三价铬Cr(Ⅲ)、氧化剂、络合剂、其他金属、成膜促进剂、封孔剂及润湿剂。

混合后的钝化液由工作罐打入料盘中，通过一个提料辊将钝化液送到涂辊，涂辊再以一定的压力和速度将钝化液涂在带钢表面。各辊均可调速，辊隙及涂辊和带钢压力可自动调整，以保证镀膜均匀和各种厚度涂层。当焊缝通过时辊涂机涂辊可快速打开。

三价铬膜层是通过锌的溶解形成锌离子，同时锌离子的溶解造成锌表面溶液的pH值上升，三价铬直接与锌离子、氢氧根等反应，形成不溶性化合物沉淀在锌表面上，从而形成钝化膜。

图1 钝化涂机

钝化能力过剩

在钝化涂机实际生产中，钝化盐雾时间是评价钝化产品防锈能力的主要指标。不同的客户对钝化产品的盐雾时间要求不同，目前绝大部分客户要求钝化产品的盐雾时间保证值为72 h，极少部分客户要求盐雾时间为48 h和96 h，机组钝化参数见表1。

表1 机组原始钝化参数

目前主要的问题是产量占绝大部分的盐雾要求72 h的钝化产品在生产过程中出现了钝化能力过剩的问题(图2)，也导致了钝化液吨耗过高，因此需要系统优化钝化涂机工艺参数。

图2 现有参数下生产72 h盐雾钝化产品盐雾能力过剩

原因分析

提料辊与涂辊之间缝隙压力

提料辊在钝化液中旋转，把钝化液带到提料辊与涂辊之间的缝隙中。因此提料辊与涂辊之间压力的大小直接决定了涂辊表面附着的钝化药液量。提料辊与涂辊之间压力越大，相应涂辊上附着的钝化药液量越小。机组目前使用的提料辊压力为2.0 kN。

涂辊与钢板表面的压力

涂辊与带钢表面接触，给涂辊施加一定的压力，使涂辊上的钝化液印附在带钢表面形成钝化膜。由于提料辊与涂辊之间的压力已决定涂辊上钝化液的药剂量，因此涂辊与带钢表面的压力主要起到改善钝化效果的作用。涂辊与带钢之间的压力越大，带钢表面涂敷的钝化液越均匀。涂辊压力过高会导致涂辊表面与带钢边缘接触的边缘胶层磨损。机组目前使用的涂辊压力为2.5 kN。

辊速比

辊速比包括提料辊与涂辊之间的辊速比率，涂辊与带钢之间的辊速比率，以机组运行线速度的百分比进行控制。提料辊速比越高在提料辊与涂辊之间盛装的药液量越大。提料辊速比过高易造成钝化液溢出；提料辊速比过低，易造成药液量不足导致涂敷不良甚至损伤涂辊。根据机组现场提料辊运行状态观察得出，在机组速度的35%进行提料辊转速，即可满足提料要求。涂辊与带钢之间的辊速比率，同样以机组运行线速度的百分比进行控制。涂辊与带钢之间以相同的线速度运转，避免涂辊与带钢表面发生相对运动，从而避免了使涂辊过早磨损。

药剂浓度

钝化产品单位面积内铬离子含量越高对应的盐雾时间越长，相应的钝化药剂中铬离子含量越高，涂敷在带钢表面的钝化液体越少。本钢浦项连续镀锌机组使用的钝化液药剂已进行混合配比，因此药剂中铬离子含量为定值。

涂机工艺参数优化

为了保证客户要求的盐雾时间，减少钝化能力过剩的问题，需要找到合理的控制方法，使用不同提料辊压力对典型产品进行涂敷，并将对应的膜重与盐雾时间进行关联，优化涂机工艺参数。

使用不同提料辊压力(表2)对典型规格产品进行涂敷。对样板进行钝化膜重测试(图3)，试验方法：在样板表面无划伤处取直径为50 mm的钢板圆片；配比1:4的硫酸溶液；用硫酸溶液将样片上的钝化膜溶解；使用ICT分析溶液内铬离子含量。

表2 涂敷参数

图3 ICT分析钝化膜重

对样板进行盐雾测试，盐雾试验参数见表3。盐雾判定标准：9级：表面腐蚀面积≤0.1%；8级：表面腐蚀面积≤0.25%；7级：表面腐蚀面积≤0.5%；6级：表面腐蚀面积≤1.0%；5级：表面腐蚀面积≤2.5%；4级：表面腐蚀面积≤5.0%；3级：表面腐蚀面积≤10%；2级：表面腐蚀面积≤25%；1级：表面腐蚀面积≤50%。判定盐雾合格的标准为相应盐雾时间下，表面锈蚀面积大于7级。

表3 盐雾试验环境

对样板进行膜重测试和盐雾测试，实验结果如图4和图5所示。结果表明：增加现有提料辊压力使用2.5 kN及3.0 kN提料辊压力涂布带钢时，产品表面膜重明显降低。目前已知使用2.0 kN提料辊压力涂布产品时出现72 h盐雾能力过剩的问题，因此需结合盐雾时间重新制定提料辊压力参数。

在原有钝化参数不变的情况下，将提料辊压力由2.0 kN升至2.5 kN时，膜重控制在铬离子含量50 mg/m2以上时，钝化盐雾时间可满足72 h盐雾要求。将提料辊压力升至3.0 kN时，膜重控制在铬离子含量40～50 mg/ m2之间，可满足48 h盐雾要求。得出新的钝化涂机工艺参数如表4。

图4 膜重测试结果

图5 膜重与盐雾时间的关系

表4 机组优化钝化参数

结束语

通过优化涂机参数，钝化液吨耗降低0.11 kg。在产品钝化能力得到保证的同时，钝化液消耗指标也随之降低，从而进一步提高了企业的经济效益。

Process Optimization of Chromating Product

/ DU Jie，ZHANG Yang

10.3969/j.issn.1000–6826.2015.02.18

杜杰(1970— )，女，本钢浦项冷轧薄板有限责任公司工程师。

本钢浦项冷轧薄板有限责任公司，辽宁 本溪 117000

张扬(1986—)，本钢浦项冷轧薄板有限责任公司工程师。