电镀锌汽车板凭借优异的耐腐蚀性与表面质量，成为高端乘用车车身外覆盖件的优选材料。汽车用户对电镀锌外板的表面质量要求严苛，任何微观缺陷均可能影响成品外观品质。某电镀锌机组在生产低碳深冲钢汽车外板过程中，成品上表面中部频发亮带色差缺陷，缺陷沿轧制方向呈带状分布，几乎贯穿整卷，严重降低外板表面合格率，导致产品无法正常交付。本文通过系统分析明确缺陷产生机理，提出针对性改进措施，以实现缺陷消除，保障汽车用户稳定使用。
某电镀机组生产电镀锌汽车外板批量出现表面缺陷问题，钢种为DC04E+Z（镀层50/50g/m2），基板成分为低碳铝镇静钢。缺陷位于带钢上表面宽度方向中部，沿轧制方向宏观呈亮（白色）带状色差，仔细观察亮带色差由许多微小白亮点组成，白点宽度小于1mm，长度约1-3mm。缺陷几乎通卷存在，主要分布在带钢宽度方向中部，轻重程度不一，缺陷形貌见图1。 2.1 光学显微镜观察分析 缺陷位置切取40mm×40mm小样片，用超声波清洗表面，热风筒吹干后，采用光学显微镜对缺陷位置进行观察，采用相机对显微镜下微观形貌进行拍照，逐步加大倍数观察缺陷位置形貌见图2。由图可以清晰观察到缺陷在微观下由许多亮点组成，倍数逐步放大，在500倍、1000倍时可以发现缺陷位置为较大的白亮大片结晶，根据光学显微镜初步分析确定，缺陷是由于电镀锌结晶异常导致。与正常区域均匀的镀层形貌相比，缺陷区域呈现片状异常结晶，这是导致宏观亮点的直接原因。 2.2 SEM观察分析 缺陷位置切取30mm×30mm小样片，用超声波清洗表面，热风筒吹干后，采用SEM对缺陷位置进行观察，对锌层缺陷位置和正常位置进行EDS成分检测，见图3。SEM微观形貌相比光学显微镜下更清晰，缺陷位置为大块片层状结晶，正常位置为无序细小结晶，对片状晶粒和细小晶粒位置的锌层采用EDS能谱进行成分检测对比，结果成分无明显差异。综合SEM分析，缺陷为电镀过程中大块片层结晶导致，对比成分检测可以排除锌液成分导致的结晶异常。 2.3 缺陷位置逐层腐蚀分析 缺陷位置切取50mm×30mm小样片，用超声波清洗表面，热风筒吹干后，采用维氏硬度计，对缺陷位置进行打点标记，然后采用5%稀盐酸进行逐层腐蚀直至锌层腐蚀掉露出基板。采用SEM对缺陷进行观察，并对缺陷位置表面采用4%的硝酸酒精腐蚀，进行表面和截面金相对比分析。由图4可见，SEM观察缺陷位置去除锌层后基板表面无明显异常，4%的硝酸酒精腐蚀后基板出现的缺陷与电镀后缺陷形貌相似（见图5（a））。并通过金相对比分析（见图5（b、c）），可以明显发现缺陷位置存在明显粗大晶粒。 2.4 检验分析小结 1）缺陷产生的直接原因是电镀锌微观结晶异常，大量的大块片层结晶定向生长，在正常光照下产生镜面反射，使得缺陷位置比正常位置发亮，大量的点状缺陷汇聚到一起形成宏观的亮带缺陷。 2）综合SEM、EDS及金相对比分析，确定导致电镀锌出现大量的片层结晶的原因是冷轧基板表面存在粗大的混晶缺陷，基板腐蚀后的缺陷形貌与电镀成品的缺陷形貌相近。 3.1 缺陷成因讨论分析 缺陷成因为电镀锌原料的冷轧退火板（冷轧基板）表面存在粗大异常晶粒导致。通过研究分析并借鉴行业同类问题经验，可以确定冷轧基板表面粗晶缺陷是由于热轧基板遗传导致。由于热轧粗大的晶粒与细小的晶粒交界处，晶界结合力较脆弱，在冷连轧过程中，带钢表面受压力和剪切应力的作用下，粗细晶粒两侧应力分布不均，导致电镀基板（冷轧退火板）粗晶晶界出现沿晶裂纹缺陷。根据电镀锌沉积理论，电镀结晶优先在基板表面缺陷位置形核长大，由于粗晶导致的晶界微裂纹存在，使电镀结晶优先在粗大晶粒周围形核结晶并长大，从而使粗大晶粒位置形成大的片状结晶，大量的片状结晶在自然光下发生直接镜面反射出现白亮的点，而正常结晶部位在自然光下发生漫反射，宏观表现发暗。 电镀锌基板成分设计为常规低碳铝镇静钢，为确保深冲性能，热轧采用高温卷取工艺，冷轧为连续退火机组生产，同时为保证性能采用高温退火，主要成分及工艺参数见表1。对缺陷卷原料进行全工序工艺过程控制查询，各工序工艺控制严格按照要求执行。 热轧原料表层粗晶通常由终轧温度偏低、精轧过程中局部进入两相区引发。根据工艺查询终轧温度控制正常，900℃的目标温度远高于铁素体区温度（在常规生产的冷速下低碳铝镇静钢Ar3为850℃左右），同时缺陷发生部位为带钢宽度方向中部，轧制过程中温度较低的两个边部未出现该缺陷，根据工艺控制和缺陷出现位置可以排除因终轧温度低导致热轧板表面粗晶。借鉴行业关于低碳铝镇静钢热轧表面粗晶的研究成果，根据缺陷出现位置、形貌特征及热轧工艺设计要求，可以确定热轧板表面粗晶缺陷产生是由于卷取温度偏高，同时卷取时助卷辊压力偏大导致。基板热轧卷取温度设定值为750℃，实际执行通卷温度基本在750±15℃范围内，借鉴李润昌等低碳铝镇静钢热镀锌表面粗晶缺陷形成原因及对策研究成果，C质量分数为0.03%，带钢卷取温度为730℃，卷取后带钢处于（奥氏体＋铁素体）两相区，钢卷宽度方向边部温降较大，而宽度方向中部温降慢，带钢长时间处于（奥氏体＋铁素体）两相区，导致奥氏体晶粒持续长大，同时大晶粒曲率半径更大，晶界迁移所需驱动力反而更小，处于优先长大的地位，会吞噬周围小晶粒形成较粗大的晶粒。带钢头尾冷速较大，但同样也出现粗晶缺陷，分析认为主要是卷取过程中助卷辊（夹送辊）压力偏大，会在带钢表层造成摩擦变形和应变积累，诱导相变并促进晶界迁移，导致异常长大。综合分析认为是上述两方面原因综合作用导致粗晶缺陷。 3.2 改进措施及效果 针对缺陷根源，对热轧工序实施工艺优化：将卷取温度由750℃降至710℃，避免带钢卷取后高温长时间停留，抑制晶粒异常长大，获得均匀组织。同时调整卷取过程中的助卷辊压力参数，避免因机械应力过大诱发晶粒异常长大。采用优化后工艺生产，电镀锌成品表面未再出现亮带色差缺陷，问题得到彻底解决。同时，对优化前后成品进行性能和组织对比检验分析，典型卷性能见表2，优化前后性能均符合相应标准要求，且变化不明显。金相组织见图6，组织均为F+FeC3，晶粒度9-9.5级，综合评估确定工艺优化对产品组织性能未产生明显影响。 1）电镀锌低碳深冲钢表面亮带色差，是大量微小亮点聚集形成的宏观缺陷，直接诱因是电镀锌微观结晶异常，大片层状结晶定向生长产生镜面反射，最终形成亮带色差。 2）电镀锌冷轧基板表层存在粗大的晶粒（混晶）是导致电镀成品镀层呈片状结晶的主要原因。热轧卷取温度（750℃）偏高、助卷辊压力过大，共同造成热轧基板表面粗晶，且该组织经冷轧退火后无法消除，遗传至冷轧基板。 3）热轧工序卷取温度由750℃降低至710℃，同时调整卷取过程中的助卷辊压力参数，可彻底消除亮带色差缺陷，且工艺优化对最终成品组织、性能无明显影响。
