摘要：镀锌家电板在潮湿的环境中易发生白锈现象，因此通常在镀层表面涂覆一层后处理膜，以提高带钢的耐腐蚀性，而后处理膜表面性能优劣的关键取决于膜层的厚度、均匀性以及固化程度。结合现场实际生产情况，后处理膜存在膜厚不均的问题，且该问题在带头尾区间尤为突出，不仅会影响带头尾后处理膜的表面性能，还会对生产现场成材率造成不利影响。为此，文章聚焦带头尾膜厚均匀性问题，系统梳理膜厚控制的关键影响因素，并通过现场生产实验确定改善带头尾膜厚均匀性的最佳方法，进而有效改善带头尾膜厚均匀性，提高生产过程中材料成材率。

　　关键词：镀锌板；钝化后处理；膜厚均匀性

　　镀锌作为钢铁材料表面防护的常用技术，可显著减缓钢板在大气环境中的氧化和腐蚀。然而高温高湿环境工况下，镀锌层稳定性下降，极易腐蚀氧化，表面逐渐形成疏松多孔的白色腐蚀生成物，或发生局部变色形成灰暗氧化区域，不仅削弱了防护性能还会导致产品外观劣化。因此，实施针对性的化学后处理工艺成为提升镀锌钢板耐久性与美观度的必要措施［1-3］。

　　决定镀层钢板后处理表面性能的关键因素是后处理皮膜的膜层厚度和带钢表面各点膜层厚度的一致性。较厚的皮膜会消耗更多的后处理溶液，对实际生产而言，过厚的皮膜会导致后处理溶液单耗增加，加剧生产成本。较薄的皮膜会影响对镀层的保护作用，降低耐蚀性。带钢表面各点膜层厚度不一致会导致带钢表面出现后处理不均、色差、斑迹等问题，极大影响带钢的美观度，限制了镀层钢板向高表面质量要求的行业应用和拓展。

　　现阶段，镀锌钝化后处理产品存在轧向钝化后处理膜厚不均的问题，尤其是带头尾过焊缝区间，带头尾膜厚较带中存在明显差异，需要切除较多头尾废样板才能满足膜厚要求。亢业峰［4］通过优化带钢表面粗糙度、无铬钝化膜膜重、涂覆辊硬度等工艺，提高热镀锌钢板无铬钝化膜的耐蚀性。吝章国［5］等人对钝化膜的微观组织进行研究，通过调整钝化液的浓度、带料辊与涂覆辊之间的压力、涂覆辊速比以及固化温度改善膜厚的均匀性及耐蚀性。

　　文章分析了影响钝化膜厚的影响因素，研究了焊缝过辊涂机速度以及带尾增加涂覆辊速比的方法对膜厚均匀性的影响，并确定了最佳的焊缝过辊涂机速度以及涂覆辊速比增加量。为更好地控制轧向膜层的均匀性，减少实际生产过程中成材率损失提供工艺支撑。

　　1实验材料及工艺设备

　　1.1实验材料

　　钢种为常规IF钢，规格为0.8mm×1250mm。后处理液为无铬钝化溶液（有机体系）。

　　1.2工艺流程

　　连续热镀锌机组包括焊接、清洗、退火、镀锌、平整、拉矫、后处理、切边、表面质量检查等工序，其中后处理段为热镀锌机组一部分，主要起到在带钢表面涂覆一层后处理膜的作用。平整拉矫后的带钢通过转向辊和张紧辊进入后处理段（也叫后处理塔）。

　　后处理段的工艺流程主要包括辊涂、烘干固化（烘干工艺为热风烘干，烘干温度为120℃)和风箱冷却（分为上行段和下行段分段式冷却：涂覆后处理溶液的带钢烘干后进入后处理塔上行冷却段，经过顶辊转向后进入下行冷却段）。

　　1.3后处理设备

　　辊涂机为立式辊涂机，该机器主要由一个主机架、一对带液辊（材质为不锈钢）、一对涂覆辊（材质为聚氨酯）、进回液系统、后处理罐体、隔膜泵等设备和管路等组成。隔膜泵将罐里的钝化液打入料盘，带液辊将钝化液带至涂覆辊，涂覆辊与带钢有一定的包角，从而将后处理液涂覆至带钢表面。

　　2结果与讨论

　　不同的后处理溶液成分存在明显差异，如有机体系后处理液、无机体系后处理液等，文章主要以市场应用最多的有机钝化溶液为研究对象。虽然每种后处理溶液组成各有差异，但主体成分均以水性树脂为主，也是后处理皮膜固化成膜的关键组分，此外还包括部分硅化合物、金属化合物等。带钢经辊涂设备均匀辊涂，将后处理溶液带至带钢表面，液态的后处理溶液与带钢表面的镀锌层接触和反应，然后经过烘干设备（分为感应加热和热风烘干）进行热烘干处理，液态的后处理溶液发生固化，后处理溶液中的树脂、金属化合物等成分在带钢镀层表面产生交联反应，水性树脂中的水分在烘干过程中挥发，留下固体成分，进而在带钢镀层表面形成致密、均匀的后处理层，隔绝带钢表面镀层与空气中的腐蚀介质接触，极大延长了镀层锈蚀的时间［6-7］。带钢镀层表面后处理皮膜中的水性丙烯酸树脂是形成后处理皮膜的关键组分，并辅以过渡金属盐类及硅酸盐添加剂。涂覆于带钢表面后，硅酸盐组分通过羟基缩合反应与锌层表面形成化学键合作用，在后续热固化阶段（80~120℃),树脂分子链上的羧基与金属阳离子发生配位交联反应，同时硅氧烷基团水解生成三维网络结构。该过程促使树脂脱水缩合并与无机相形成有机-无机杂化体系，最终构建出致密且具有机械稳定性的复合膜层。这种复合结构通过物理屏蔽效应与电化学钝化双重作用，有效阻隔Cl-、SO42-等腐蚀介质的渗透路径，从而显著提升镀锌钢材的耐蚀性能。

　　3影响膜厚控制的因素

　　膜厚主要包括涂覆方式、涂覆辊与取液辊之间的压力、涂覆辊与带钢之间的压力、速比、涂覆辊材质、粗糙度、涂料黏度及固体成分浓度等因素有关。膜层厚度控制的基本模型如式（1）：

　　M=CV50.5（NP-0.2G1V1-Na-0.2G2V2）（1）

　　式中：C为后处理溶液的数值（与后处理溶液自身特性相关，如后处理溶液的固含量、溶液密度、流动性等参数有关）；V5为带钢运行过程中的实际速度；NP、NA分别为后处理辊涂设备带钢上下表面带液辊与涂覆辊间的相互作用力，及运行中的镀层钢板与上下表面涂覆辊间的相互作用力；G1、G2为后处理设备涂覆辊材质相关数据（如辊子的辊径、涂覆辊的修磨工艺、涂覆辊的包胶工艺、辊面粗糙度、辊面表面质量等因素相关）；V1、V2为速度参考值。综上，控制镀层钢板表面后处理皮膜的厚度及各点皮膜一致性与后处理溶液特性、后处理设备生产工艺参数、涂覆辊状态存在强相关性。

　　3.1钝化液浓度对膜厚的影响

　　在后处理涂覆工艺参数固定的前期下，随着后处理溶液的浓度增加，相同位置和压力，带液辊和涂覆辊所带的后处理溶液量增加，从而粘附到带钢表面的溶液量增加，导致后续烘干固化后，后处理皮膜厚度增厚。

　　3.2速比对膜厚的影响

　　速比指的是带液辊和涂覆辊的速比。带液辊部分沉浸在积液盘中，通过旋转将槽中的后处理溶液带至与带液辊有一定压力接触的涂覆辊辊面，带到涂覆辊表面的后处理溶液继续与带钢接触做相对运动（分为顺涂和逆涂），最终将后处理溶液带至带钢表面。提高涂覆辊和带液辊之间的速度比可增加辊速，进而提高辊面带液量，增加烘干固化后的后处理膜层厚度。

　　3.3带液辊与涂覆辊间的压力对膜厚的影响

　　带液辊运动过程中与积液盘中的后处理溶液接触，将后处理溶液带至带液辊与涂覆辊之间的缝隙中。带液辊与涂覆辊之间压力的大小直接决定了涂覆在带钢表面钝化液的量。带液辊与涂覆辊之间压力越大，在相对作用力下，涂覆辊表面携带的后处理溶液会相应减少。

　　3.4带钢与涂覆辊间的压力对膜厚的影响

　　涂覆辊与镀层钢板表面在一定压力作用下相接触，涂覆辊相对于运行的镀层钢板有一定插入量，与带钢形成夹角，使得带钢表面更好地与涂覆辊接触和包裹。对于逆涂而言，涂覆辊与带钢之间的压力越大，带钢表面后处理溶液越多，后处理皮膜相对更厚；压力越小，皮膜相对越薄。顺涂反之。

　　3.5带钢速度对膜厚的影响

　　在其他工艺参数一定的情况下，膜层厚度与带钢运行速率成正比。

　　综上，对于本机组而言，涂料、涂覆方式（逆涂）、涂覆辊材质（聚氨酯）和粗糙度（2.0左右）已经固化，故通过调整压力和速度进行膜厚控制，从而达到要求的膜厚区间。结合前期实验结果，本机组辊涂机压力变化对膜厚影响较小，速度对膜厚影响显著。

　　4不同焊缝过辊涂机速度的影响

　　钝化料（0.8mm×1250mm，钢种为IF钢）在不同焊缝过辊涂机速度下，头样膜层上下表面膜层厚度如图1所示（尾废8刀，约4m；上下表面及带钢横向膜厚均匀，故膜层厚度为上下表面及横向膜厚均值）。

　　由图1可知，焊缝过辊涂机速度由30mpm增加至60mpm，头样的厚度呈增加趋势，由30mpm的0.71μm左右增加至60mpm的1.14μm左右，增加焊缝过辊涂机速度至60mpm能明显增加带头膜厚，并处于合同要求范围的中值附近。

　　钝化料（0.8mm×1250mm，AP0540D1）在不同焊缝过辊涂机速度下的尾样膜层上下表面膜层厚度如图2所示（尾废8刀，约4m；上下表面及带钢横向膜厚均匀，故膜层厚度为上下表面及横向膜厚均值）。

　　由图2可知，焊缝过辊涂机速度由30mpm增加至60mpm，尾样的厚度呈增加趋势，由30mpm的0.67μm左右增加至60mpm的0.89μm左右。因此，提高焊缝过辊涂机速度至60mpm能明显增加带尾膜厚。

　　5不同涂覆辊速比补偿量的影响

　　焊缝60mpm过辊涂机时膜厚显著增加，为0.89μm左右，但是接近合同要求范围值的下限，并且手持膜厚仪结果与检验测得结果存在一定误差，易出现送样不合格的情况。因此在提高焊缝过辊涂机速度的基础上增加带尾焊缝过辊涂机前上下表面涂覆辊的速比。

　　钝化料（0.8mm×1250mm，AP0540D1）在不同涂覆辊速比下的尾样膜层厚度，如图3所示（尾废8刀，约4m；上下表面及带钢横向膜厚均匀，故膜层厚度为上下表面及横向膜厚均值）。

　　由图3可知，带尾焊缝过辊涂机前涂覆辊速比由5%增加至20%，尾样的厚度显著增加，速比为5%时，膜厚为0.98μm左右；10%时，膜厚为1.12μm左右；当速比增加至20%时，膜厚为1.31μm左右。因此，提高焊缝过辊涂机前涂覆辊速比能显著增加带尾膜厚。

　　综上所述，为了改善带头尾膜厚较薄的情况，减少头尾废切除米数，提高机组成材率，减少因膜厚不合导致的废板损失，需要将焊缝过辊涂机速度由30mpm增加至60mpm，并且在带尾焊缝过辊涂机前，速度稳定在焊缝过辊涂机速度60mpm时增加涂覆辊速比10%，焊缝过完辊涂机后速比恢复。

　　6结论

　　文章针对后处理膜厚均匀性问题，分析了影响膜厚控制的因素，并梳理出适合本机组辊涂机的膜厚控制方法，建立了焊缝过辊涂机速度、涂覆辊速比补偿与膜厚均匀性之间的联系。通过实验得出，增加焊缝过辊涂机速度至60mpm能够明显改善带头膜厚的均匀性；在焊缝60mpm过辊涂机速度的基础上增加涂覆辊速比10%可明显改善带尾的膜厚均匀性。

参考文献

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　　［2］李会芬，邹忠利，李春龙.镀锌层表面无铬钝化工艺的研究进展［J］.材料保护，2021，54（3）：137-143+168.

　　［3］周英伟，高波，徐宁，等.热镀锌板无铬钝化技术研究进展［J］.表面技术，2017，46（10）：82-90.

　　［4］亢业峰.热镀锌钢板无铬钝化膜耐腐蚀性研究［J］.山东冶金，2020，42（4）：37-39.

　　［5］吝章国，闫磊，徐斌，等.提高热镀锌钢板钝化膜耐腐蚀性能研究［C］//第七届中国钢铁年会论文集.2009：1868-1870.

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