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表麵處理（lǐ）鋼板的開發狀況和發展方向

(1)表（biǎo）麵處理鋼板應用（yòng）領域的擴展和性能

表麵處理鋼板大部分是鍍Zn鋼板。2008年，日本鍍Zn鋼板產量是1500萬t，其中77%是熱鍍Zn鋼板。鍍Zn鋼板用於汽車、建（jiàn）築、電器和其他方（fāng）麵，其（qí）中有一半用（yòng）於汽車。

從80年代起55%Al-Zn熱鍍鋼板在（zài）日本得到廣泛應用。在海鹽影響（xiǎng）很大的海岸（àn）地（dì）帶，鍍Al鋼板發生孔蝕，耐蝕性下降。長期暴露腐蝕的結果表明，鍍（dù）Zn鋼板由於Zn的消耗而（ér）產生紅（hóng）繡，而5%Al和55%Al-Zn鍍層鋼板保持了耐（nài）蝕性和（hé）替代腐蝕保（bǎo）護功能。55%Al-Zn鍍層的金屬組（zǔ）織是在一次結晶（jīng）的富（fù）Al相晶粒之間存（cún）在著含b-Zn的富Zn相。Townsend指出，在暴露（lù）腐蝕初期，富Zn相首先溶解表現出替代腐蝕保護作用；在暴露腐蝕後期，富Al相起到耐蝕作用。這種防腐蝕機製也體現在鍍Zn鋼板和55%Al-Zn鍍層鋼板的端麵腐蝕中。研究資料指出，在（zài）長期暴露實驗中，在暴露初期55%Al-Zn鍍層鋼板由試樣端麵開始發生的鍍層膨脹（線狀腐蝕（shí））的腐蝕速度較大，在暴（bào）露後期，鍍Zn鋼板的鍍層膨脹腐蝕速度較大。在暴露初期55%Al-Zn鍍層鋼板的富Zn相在塗（tú）層（céng）和鍍層（céng）的界麵上（shàng）溶解，所以，腐蝕（shí）從試樣端麵迅速向內部進行，當腐蝕（shí）進行（háng）到一定距離時，與陰極距離增大，腐蝕速度就減小了。鍍Zn鋼板在腐蝕發生後由於沒有富Al相，所以陰極麵積增加，腐蝕（shí）一直進行下（xià）去。

為提高5%Al-Zn鍍層鋼板的耐蝕性，開發出添加3%Mg的6%～11%Al-3%Mg-Zn合金鍍層係（xì）列鋼板。在6%Al-Zn中添加Mg延長了紅鏽產生的時間，Mg提高耐蝕性的效果在大氣暴露試樣中也得到證實。在濱海地區該鍍層係列鋼板暴露實驗生成（chéng）的腐蝕（shí）產物中，都沒有發現ZnO。暴露腐蝕生成並積累的腐蝕產物大大抑製了陰極反應。而鍍Zn鋼板腐蝕產物（wù）中的ZnO具有半導體（tǐ）的（de）性（xìng）質，不能抑製氧化還原的陰極反應。在3%Mg鍍層（céng）鋼板腐蝕產（chǎn）物中沒有檢測出ZnO，這與上述實驗結果一致。

從上世紀80年代開始，在鉻酸鹽皮膜上塗敷約1靘有機膜的耐指紋鋼板（bǎn）和潤滑鋼板、塗敷約20靘有機膜的鋼板（bǎn），省去（qù）塗敷工（gōng）序（xù）的（de）預塗層鋼板實現（xiàn）了商品化（huà），並得（dé）到（dào）廣泛（fàn）應用。之後，在（zài）電氣電子（zǐ）設（shè）備中禁止使用P、Cr6+和Cd6+的RoHS（對（duì）某些有害物質限製使用的規定）法令於2006年開始生效，推進了無Cr化處理工藝的進程。預塗層鋼板的性能特點是耐蝕性、高（gāo）加工性、抗表麵瑕疵性、抗汙染性、抗菌性、吸熱性、散熱性等等，這些（xiē）特性主要是由塗敷皮膜的特性（xìng）來決定。

(2)無Cr化處理工藝

近年（nián）來，保護地球環境、防止汙染、構築循（xún）環（huán）型社會（huì）的理（lǐ）念越來越強化，對材（cái）料提出降低（dī）環境負（fù）荷的要求也越來越高。在（zài）歐洲，針對電氣電子設備的（de）RoHS法令以歐盟法律的形式將P、Hg、Cr6+和Cd6+以及兩種有機物的最（zuì）大允許值（zhí）規定為1000ppm，凡是超過該值的（de）產品禁止在歐盟區域（yù）銷售。關於汽車報廢的ELV法令，則禁（jìn）止使用P、Hg、Cr6+和Cd6+。

日本根據鉻酸鹽處理工藝會產生（shēng）有害的Cr6+情況，從上世紀70年代起開（kāi）始探（tàn）索替代鉻酸鹽處理的技術，由於沒有找到（dào）有效的方法（fǎ），鉻酸鹽處理工（gōng）藝仍在繼續（xù）使用。但是，在上述法令公布之後加快了對應措施的研究，在法（fǎ）令（lìng）生效之日，日（rì）本的（de）無Cr化處（chù）理技術已（yǐ）經完全開發成功。

無Cr化處理工藝應仍能保持鉻酸鹽處理皮膜所具有的阻隔功能（néng）和自修複（fù）功能。無Cr化處理的機理是（shì）用不到幾微米的有機樹脂膜來保證阻隔功能，用（yòng）阻化劑來保證耐蝕性，添加矽烷類耦合劑改善有機樹脂膜（mó）與（yǔ）金屬（shǔ）氧化層和（hé）塗層的密（mì）著性。高功能無Cr有機複合塗層鋼（gāng）板的耐蝕性（xìng）基本上可與鉻酸鹽處理鋼板相媲美。

目前，日本鋼（gāng）鐵廠的化成處理基本上（shàng）實現了無Cr化。今後應進一步（bù）開發出自修複性和耐蝕性更好的皮膜。荒（huāng）木提出的用矽烷類（lèi）化合物對烷烴硫醇自己組織（zhī）化（huà）單分子膜進行化學改性，形成二元聚合體的方法，可以用幾（jǐ）納米厚的薄膜獲得高耐蝕性，是值得關注的方法。

(3)表麵處理鋼（gāng）板與（yǔ）汽車

從上世紀70年代開始，就將汽車（chē）用表麵處理鋼板的目標定（dìng）為（wéi）車身（shēn）防蝕。此後隨著目標值的逐級提（tí）高，開發出電鍍Zn鋼板、Zn合金鍍層鋼（gāng）板、合金化（huà）熱鍍Zn鋼板、有機薄膜（mó）塗敷鍍Zn鋼（gāng）板等等，用於汽車表麵處理鋼（gāng）板的比例不斷增加。最（zuì）近，為降低燃料消（xiāo）耗、CO2減排和（hé）達到（dào）ELV法令要求的減少環境負荷、提高（gāo）安全性的要求，以車身輕量化、無（wú）Cr化處理、提高衝撞安全性為目標，進行汽車表麵處理鋼板的開發工作。

從上世紀（jì）70年代（dài）到80年代，在電鍍Zn鋼板方麵，電鍍Fe-Zn合金鋼板（bǎn）和兩層電鍍鋼板因良（liáng）好的耐蝕性以及電鍍時的抗電（diàn）弧坑特性（xìng）而得到廣泛（fàn）應用，同時（shí），電鍍Ni-Zn鋼板、鍍Ni-Zn層（céng）上塗敷鉻酸鹽皮（pí）膜和（hé）約1靘含SiO2有機皮（pí）膜的有機複（fù）合塗層鋼板也被采用。由於（yú）鉻酸鹽皮膜的鈍（dùn）化作用和有機皮膜的阻隔功能以及SiO2的防鏽作用，使塗敷鉻（gè）酸鹽皮膜－含SiO2有機皮膜的複合（hé）塗層鋼板具有極好的耐蝕性。但是80年（nián）代，美國汽車業公（gōng）布了汽車的耐蝕標準（10年無孔蝕（shí）、5年（nián）外表無鏽、2年發動機倉無鏽）；隨後歐洲提出了保證汽車（chē）12年防鏽的標準。為適應這些標準，日本轉向采用合金化熱鍍Zn鋼板，並通過增加鍍層厚度來確（què）保良好（hǎo）的耐蝕（shí）性。增加鍍層（céng）厚度是提（tí）高耐蝕性的簡單而有效的方法。目前合金化（huà）熱鍍Zn鋼板已（yǐ）成（chéng）為日本表麵處理鋼板的主流，歐洲則主要采用電鍍Zn和非合金化熱鍍Zn鋼板，鍍層厚度大（dà）於（yú）日本（běn）的合金化熱鍍Zn鋼板。

(4)汽車用（yòng）高強度表麵（miàn）處理鋼板

一般來說，鋼（gāng）的屈服強度增加，伸長率降低。但鐵素體（tǐ）和馬氏體雙相鋼（DP鋼）和由於殘餘奧氏體加工誘發馬氏體相變發生硬化而使變形量增加的TRIP鋼（相變誘導塑性鋼），比傳（chuán）統高強度鋼具有更大的延性。此（cǐ）外，還開發出在200℃左右塗漆烘烤（kǎo）加熱時硬度增加的烘烤硬化鋼（BH鋼）和添加Ti、Nb的超低碳（tàn）BH鋼。

在對高強度鋼進行熱（rè）鍍Zn或合金化熱鍍Zn時，由於鋼中的Mn、Si等強（qiáng）化元素和氧的親和力較大，在鍍（dù）Zn前的連續退火過程中優先被氧化，在鋼板表麵生成SiO2、Mn2SiO4等氧化物。這些氧化物降低了Zn液與鋼的浸潤（rùn）性，是鍍Zn鋼（gāng）板產生“露鋼”缺陷的一個原因。

(5)表麵處理鋼板的發展（zhǎn）方向（xiàng）

由於Zn的（de）良好耐蝕性（xìng）以及對基板的替代腐蝕保護功（gōng）能，用Zn和Zn合金進行表（biǎo）麵處理的鋼板得（dé）到廣泛的（de）應用。可以認為很難用簡單方法來取代Zn的這些優良特性。但是，在Zn的替代腐蝕保護功（gōng）能方麵，由於對Zn陽極反應的非極化特性（陽極過電壓很難增加），替代腐蝕電位（wèi）很（hěn）低，基本上是-1.0V，所以，在替代腐蝕反應過程中氫會滲（shèn）入鋼材，使鋼材（cái）發生脆化。研究表明，用Al-Mg-Si合金替代Zn進行鋼板熱鍍，可以抑製替代腐蝕電位的降低和氫滲入鋼中。因此這是一個通過選擇適（shì）當的合金組合減小（xiǎo）氫（qīng）脆的表麵（miàn）處理方法（fǎ）。

總之，由於Zn的物理、力（lì）學以及化學特性，很難改（gǎi）變（biàn）Zn在鋼板表麵處理中的優勢地（dì）位。因此，重要的不是（shì）單純地用其他金屬或合金替代Zn，而（ér）是通過鋼的熱處理、加工、化成處理、塗（tú）裝等工藝的適當組合，開發出適（shì）用於不同用途和不同特性要求的表麵處理工藝（yì）。

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