焦政華 馮茜彥 范志永 王振宇 邢 巍

（安陽(yáng)鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司）

0 前言

冷軋1 550 mm連續(xù)熱鍍鋅機(jī)組，是安鋼冷軋工程中的一條重要生產(chǎn)線，年處理量為35 萬(wàn)t，產(chǎn)品以高級(jí)家電板、建筑板為主[2]，而鍍鋅產(chǎn)品鈍化層膜厚是鍍鋅產(chǎn)品耐腐蝕性檢測(cè)的重要指標(biāo)。傳統(tǒng)的鈍化層工藝一般采用三價(jià)鉻為骨架六價(jià)鉻涂鍍的方法[3-4]，但鉻元素具有毒性且不易處理，危害人體健康及環(huán)境，因此探索采用無(wú)鉻鈍化取代有鉻鈍化的檢測(cè)方法變得尤為重要。

目前，無(wú)鉻鈍化膜涂層無(wú)國(guó)家級(jí)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，可參考的檢測(cè)手段有限，檢測(cè)周期較長(zhǎng)，對(duì)產(chǎn)品的性能及工藝穩(wěn)定性評(píng)價(jià)均有較大影響。筆者通過(guò)無(wú)鉻鈍化膜在現(xiàn)代化鍍鋅機(jī)組生產(chǎn)過(guò)程中的應(yīng)用，對(duì)無(wú)鉻鈍化層膜厚采用何種檢測(cè)方法進(jìn)行了探索，以確保能夠在高效化生產(chǎn)節(jié)奏下及時(shí)調(diào)整生產(chǎn)工藝的需求。

1 設(shè)備概況

1.1 鍍鋅機(jī)組涂鍍?cè)O(shè)備

目的：防止鍍鋅板生白銹。

方法：將鍍鋅鋼帶兩面涂上無(wú)鉻鈍化液，用遠(yuǎn)紅外加熱爐將鈍化液中的水分蒸發(fā)烘干，最后采用風(fēng)冷將鋼帶冷卻。

原理：無(wú)鉻鈍化液是在保持低粘度較高固含量的前提下兼具良好的流平性，保證了固化后涂膜的致密、連續(xù)、均勻、耐腐蝕性好。鈍化過(guò)程是金屬和介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成了一層極薄的保護(hù)膜，這層薄膜是氧化劑和基金屬的化合物。它能夠抑制陽(yáng)極反應(yīng)，從而保護(hù)鋅層。

冷軋鍍鋅機(jī)組生產(chǎn)工藝要求：在1 m2的鍍鋅板上，鍍鋅板理想膜厚的質(zhì)量范圍是0.9～1.1 g。

1.2 制樣設(shè)備

1.2.1 剪板機(jī)

采用江蘇全重QC12Y-6 mm×2 500 mm型液壓擺式剪板機(jī)，主要由機(jī)架、上下刀架、壓料裝置、前后擋料、電氣系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)組成。

1.2.2 圓片沖床

采用北京泰格瑞祥圓片沖床（型號(hào)TGDC-RT），主要由機(jī)身、液壓站、電氣系統(tǒng)、模具（Φ45 mm）組成。

1.3 實(shí)驗(yàn)儀器

瑞士賽默飛（ARL Perform）X 波長(zhǎng)色散熒光光譜儀，該光譜儀主要由超尖銳端窗Rh靶X射線光管、高壓發(fā)生器、測(cè)角儀掃描、自動(dòng)進(jìn)樣系統(tǒng)幾部分構(gòu)成。其中，自動(dòng)進(jìn)樣系統(tǒng)采用電動(dòng)控制，外部樣品交換器40位，機(jī)械手自動(dòng)抓取送樣，內(nèi)部雙位進(jìn)樣系統(tǒng)具有預(yù)抽真空室和分析測(cè)量室，并且分析位固定，實(shí)現(xiàn)樣品的連續(xù)分析，并保證被分析樣品位始終如一。

2 實(shí)驗(yàn)方法

2.1 鍍鋅板標(biāo)準(zhǔn)值的建立

對(duì)鍍鋅機(jī)組的立式輥涂機(jī)進(jìn)行參數(shù)校準(zhǔn)，校準(zhǔn)后根據(jù)建立標(biāo)準(zhǔn)曲線所需膜厚的梯度需求，在基板上由低到高涂鍍無(wú)鉻鈍化液。

取S=100 mm×100 mm鍍鋅基板，第一步，用180 ℃烘箱烘烤5 min，取出后置于干燥器中2 min，冷卻至室溫后稱至恒重，使誤差值≤1 mg，此為m1；第二步，取恒重后的6塊基板，在涂鍍機(jī)上將無(wú)鉻鈍化液均勻涂鍍到鍍鋅基板上下表面，烘干后置于托盤中，重復(fù)第一步操作，此為m2。

表1 無(wú)鉻鈍化膜膜厚實(shí)測(cè)值

2.2 標(biāo)準(zhǔn)樣品制備

將定值后的鍍鋅標(biāo)準(zhǔn)板用沖床沖剪為Φ45 mm的圓片樣，用于X射線熒光光譜儀的標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制。

2.3 實(shí)驗(yàn)條件

無(wú)鉻鈍化膜厚檢測(cè)最佳實(shí)驗(yàn)條件見(jiàn)表2。

表2 X射線熒光光譜儀實(shí)驗(yàn)參數(shù)

2.4 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

（1）登陸Oxsas 軟件系統(tǒng)，在!MANAGER!賬號(hào)下進(jìn)入操作設(shè)置目錄，在目錄列表中進(jìn)入方法。在方法設(shè)置單元里，選擇元素周期表中Si為主量元素，Si符號(hào)變?yōu)榧t色后點(diǎn)擊保存。在結(jié)果顯示處編輯顯示名稱格式，與鍍鋅基板無(wú)鉻鈍化層膜厚單位一致設(shè)為g/m2，在組分一欄將準(zhǔn)值器選為0.15，設(shè)計(jì)數(shù)時(shí)間為20 s，KV為50，mA為50。將PBF準(zhǔn)值器設(shè)為無(wú)并保存（由于硅的強(qiáng)度較低，故不需要用濾光片）。在操作設(shè)置里選擇校準(zhǔn)-MVR，在校準(zhǔn)標(biāo)樣處點(diǎn)擊新的基體編輯檢測(cè)無(wú)鉻鈍化膜厚的曲線名稱（由于在鍍鋅板上涂鍍無(wú)鉻鈍化劑，且以檢測(cè)Si元素為主，故將此標(biāo)準(zhǔn)曲線取名為Zn-Si），在Zn-Si方法下添加標(biāo)樣組，將表1中的數(shù)據(jù)由低到高錄入表格中，單位選（g/m2），點(diǎn)擊保存（如圖1所示）。

圖1 無(wú)鉻鈍化膜標(biāo)準(zhǔn)值錄入

（2）創(chuàng)建已錄（Zn-Si）方法的批處理，檢查自動(dòng)進(jìn)樣系統(tǒng)樣品交換器各指定位置編號(hào)是否有誤，如果無(wú)誤，則開(kāi)始檢測(cè)。檢測(cè)結(jié)束后在Zn-Si方法下打開(kāi)曲線，設(shè)好相應(yīng)條件進(jìn)行線性回歸計(jì)算，計(jì)算R2為0.999，滿足線性要求，標(biāo)準(zhǔn)曲線建立完成（如圖2所示）。

圖2 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

2.5 X射線熒光儀穩(wěn)定性確認(rèn)

為驗(yàn)證檢測(cè)儀器的穩(wěn)定性，按照實(shí)驗(yàn)選定的方法和條件對(duì)6塊鍍鋅標(biāo)準(zhǔn)板進(jìn)行15次重復(fù)性測(cè)定，結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 準(zhǔn)確度實(shí)驗(yàn)結(jié)果

從表3可以看出，檢測(cè)結(jié)果與無(wú)鉻鈍化膜標(biāo)準(zhǔn)板稱重法測(cè)定值相吻合，熒光儀檢測(cè)法無(wú)顯著性差異。

4 X射線熒光光譜無(wú)鉻鈍化膜測(cè)厚法的實(shí)際應(yīng)用

4.1 工藝處理

耐指紋系統(tǒng)主要用于將鋼帶兩面涂上鈍化液，并用遠(yuǎn)紅外加熱爐將鈍化液中的水分蒸發(fā)烘干，最后采用風(fēng)冷將鋼帶冷卻。

4.2 鍍鋅樣品板制備

用剪板機(jī)剪切180 mm×1 250 mm的樣品坯，剪切掉邊部約50 mm，用圓片沖床沖分別從樣品坯的上下表面、邊中邊部位沖剪6塊Φ45 mm圓片狀樣品。

4.3 樣品檢測(cè)流程

在Oxsas 測(cè)試系統(tǒng)中創(chuàng)建“檢測(cè)樣品批處理”，在方法列表中選擇已創(chuàng)建的Zn-Si檢測(cè)方法，錄入被測(cè)樣品名稱（如卷號(hào)），選擇自動(dòng)進(jìn)樣系統(tǒng)位置編號(hào)，使樣品名稱與進(jìn)樣位置一一對(duì)應(yīng)，并檢查樣盒是否傾斜以防止自動(dòng)機(jī)械手抓取失敗，影響檢測(cè)效率，檢查無(wú)誤后點(diǎn)擊開(kāi)始測(cè)量，讀取檢測(cè)數(shù)據(jù)，按照修約規(guī)則進(jìn)行修約，經(jīng)審核后報(bào)出結(jié)果。

4.4 樣品檢測(cè)能力

在鍍鋅機(jī)組的實(shí)際應(yīng)用中，按照要求進(jìn)行取樣檢測(cè)，每個(gè)檢驗(yàn)批次為6塊樣品，檢測(cè)時(shí)間為12 min，一個(gè)班次480 min，可做40個(gè)批次，目前冷軋實(shí)驗(yàn)室共有兩臺(tái)X射線熒光光譜儀，可滿足一個(gè)班次約80個(gè)批次的檢測(cè)量。每一卷鋼帶約7 t，一個(gè)班次可達(dá)到約560 t的檢驗(yàn)量，全年檢驗(yàn)量約61.32 萬(wàn)t，滿足鍍鋅機(jī)組滿負(fù)荷生產(chǎn)狀態(tài)下的檢驗(yàn)需求。

4.5 準(zhǔn)確度

為驗(yàn)證檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確度，選取3塊鈍化劑廠家提供的樣品，按照實(shí)驗(yàn)選定的方法和條件對(duì)鍍鋅樣品板進(jìn)行10次重復(fù)性測(cè)定，結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 準(zhǔn)確度實(shí)驗(yàn)結(jié)果

4.6 精密度

為驗(yàn)證檢測(cè)結(jié)果的精密度，選取某一鍍鋅生產(chǎn)樣品板，按照實(shí)驗(yàn)選定的方法和條件對(duì)其進(jìn)行10次重復(fù)性測(cè)定，結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 精密度實(shí)驗(yàn)結(jié)果

5 結(jié)論

（1）從標(biāo)準(zhǔn)曲線的建立到試驗(yàn)樣品的制備，再到利用X射線熒光光譜出具鍍鋅板鈍化層膜厚的檢測(cè)結(jié)果，確定了建立標(biāo)準(zhǔn)曲線的最佳實(shí)驗(yàn)條件，為X射線熒光光譜無(wú)鉻鈍化膜測(cè)厚法在鍍鋅機(jī)組中的應(yīng)用進(jìn)行了探索。

（2）在檢測(cè)準(zhǔn)確度和精密度均得到保證的前提下，采用X射線熒光光譜測(cè)定無(wú)鉻鈍化膜膜厚的方法，極大滿足了鍍鋅機(jī)組高效化生產(chǎn)對(duì)膜厚的檢測(cè)需求。該方法具有不損壞被測(cè)樣品、制樣簡(jiǎn)便、操作簡(jiǎn)單、快速分析、結(jié)果準(zhǔn)確等特點(diǎn)。

（3）X射線熒光光譜檢測(cè)無(wú)鉻鈍化膜的方法在鍍鋅機(jī)組中成功應(yīng)用，不僅提升了高效化生產(chǎn)時(shí)的檢測(cè)效率，而且通過(guò)對(duì)鍍鋅板上下表面、邊中 邊的全方位檢測(cè)，可以更加精準(zhǔn)的指導(dǎo)生產(chǎn)過(guò)程中的鍍膜工藝參數(shù)調(diào)整，減少不合格品產(chǎn)出，滿足了現(xiàn)代化鍍鋅機(jī)組在高效化生產(chǎn)下對(duì)鈍化膜厚的檢測(cè)需求。