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表麵(miàn)處理鋼板的開發和發展趨勢
時間:2016-11-01 來源:www.bingjilinji.com.cn

表(biǎo)麵處理鋼板的開發狀況和發展方(fāng)向

(1)表麵處理鋼(gāng)板應用領域的擴展和性能

表(biǎo)麵處理鋼板大部分是鍍Zn鋼板。2008年,日本鍍(dù)Zn鋼板產量是1500萬(wàn)t,其中77%是熱鍍(dù)Zn鋼板(bǎn)。鍍Zn鋼板用於汽(qì)車、建築、電器和其他方(fāng)麵,其(qí)中有一半用於汽車。

從(cóng)80年代起55%Al-Zn熱鍍鋼板在日本得到廣泛應用。在海鹽影響很大(dà)的海岸地帶,鍍Al鋼板發生孔蝕(shí),耐蝕性下降。長期暴露腐蝕(shí)的結果表(biǎo)明,鍍(dù)Zn鋼板由於Zn的(de)消耗而產生紅繡,而5%Al55%Al-Zn鍍(dù)層鋼(gāng)板(bǎn)保持了耐蝕性和替代(dài)腐蝕保(bǎo)護(hù)功能。55%Al-Zn鍍層的金屬組織是在一次結晶(jīng)的富Al相晶粒之間存在著含b-Zn的富Zn相。Townsend指出,在暴露腐蝕(shí)初期,富Zn相首(shǒu)先溶解表現出替代腐蝕(shí)保護作(zuò)用;在暴露腐蝕後期(qī),富Al相起(qǐ)到耐蝕作(zuò)用。這種防腐蝕機(jī)製也體現在鍍Zn鋼板和55%Al-Zn鍍層鋼板的端麵腐(fǔ)蝕(shí)中。研究資料(liào)指(zhǐ)出,在長期(qī)暴露實驗中,在暴露初期55%Al-Zn鍍層鋼(gāng)板由試樣端麵開始(shǐ)發生的鍍(dù)層膨脹(線狀腐(fǔ)蝕)的腐蝕速度(dù)較大,在暴露後期,鍍Zn鋼板的鍍層膨脹腐(fǔ)蝕速度較大。在暴露初期55%Al-Zn鍍層鋼板(bǎn)的富Zn相在塗層和鍍層的界麵(miàn)上溶解,所以,腐蝕從(cóng)試樣端麵迅速向內部進行,當腐蝕進行到一定距離(lí)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(yóu)於沒有富Al相,所以(yǐ)陰極麵(miàn)積增加,腐蝕一直進行下去。

為提(tí)高5%Al-Zn鍍層鋼板的耐(nài)蝕性(xìng),開發出添加3%Mg6%11%Al-3%Mg-Zn合金鍍層係列(liè)鋼板。在6%Al-Zn中添加Mg延長了紅(hóng)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(dì)區該鍍層係列(liè)鋼板暴露實驗生(shēng)成的腐蝕產物中,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鋼板腐蝕產物中的ZnO具有半導體的(de)性質,不能抑(yì)製氧化還原的陰極反應。在3%Mg鍍層鋼板腐蝕產(chǎn)物中(zhōng)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(yán)皮膜上塗敷約1靘有機膜的耐(nài)指(zhǐ)紋鋼板和潤滑鋼板、塗敷約20靘(qīng)有(yǒu)機膜的鋼板,省去塗敷工序的預塗層鋼板實現了商品化,並得到廣泛應(yīng)用。之後,在電(diàn)氣電子設備中禁止使用PCr6+Cd6+RoHS(對某(mǒu)些有害物質限製(zhì)使用的規定)法令於2006年開始生效,推進(jìn)了無Cr化處理工藝的(de)進程。預塗層鋼板的性能特點是耐蝕性、高加工性、抗表麵(miàn)瑕疵性、抗汙染性、抗菌性、吸熱性、散熱性等等,這些特性主要是由塗敷皮膜的特性來決定(dìng)。

(2)Cr化處理工藝(yì)

近年來,保護地球環境、防止汙染、構築循環型社會的理念越(yuè)來越(yuè)強化,對材料提出降低環境負荷的要求也越來越高。在歐洲,針對電氣電子設備的RoHS法令以歐盟法律的形式將PHgCr6+Cd6+以及兩種有機物的最大允許值規定為1000ppm,凡是(shì)超過該值的產品禁(jìn)止在歐盟區域銷售。關於汽車報廢的ELV法(fǎ)令,則禁止使用PHgCr6+Cd6+

日(rì)本根(gēn)據鉻酸鹽處理工藝會(huì)產(chǎn)生有害的(de)Cr6+情況(kuàng),從上世紀70年代起開始探索替代鉻酸鹽處理的技術,由於沒(méi)有(yǒu)找到有效的方法,鉻酸鹽處理工藝仍在繼續使用。但是,在上述法令公布之後加快了對應措施(shī)的研究,在法令生(shēng)效之(zhī)日,日(rì)本的(de)無Cr化處理技術已(yǐ)經完(wán)全開發成功。

Cr化處(chù)理工藝應仍能保持鉻酸鹽處理皮膜所具有(yǒu)的(de)阻隔功(gōng)能和自(zì)修複功能。無Cr化處理的機理是用不到幾微米的有(yǒu)機樹脂膜來保證(zhèng)阻隔功(gōng)能,用阻化劑來保證耐蝕性,添加矽烷(wán)類耦合劑改善有機樹脂膜與金屬氧(yǎng)化層和塗層的密著(zhe)性。高功能無Cr有機複合塗層鋼板的耐蝕性基本上可與鉻酸鹽處理鋼板相媲(pì)美。

目前,日本鋼鐵廠的化成(chéng)處(chù)理基本上實現了無Cr化。今後應進一步開發(fā)出自修(xiū)複性和耐蝕性更好的皮(pí)膜。荒木提出的用矽(guī)烷類化合物對烷(wán)烴硫醇自己組織化(huà)單(dān)分子膜(mó)進行化學改性,形成二(èr)元(yuán)聚合體的方法,可以用幾納米厚的薄膜獲得高耐蝕性,是值(zhí)得關注的方法(fǎ)。

(3)表(biǎo)麵(miàn)處理鋼板與(yǔ)汽車

從上世(shì)紀70年代(dài)開始,就將汽車用表麵處理鋼板的目標定為車身防蝕(shí)。此後隨著目(mù)標值的逐級提高,開發出電鍍(dù)Zn鋼板、Zn合金鍍層鋼板、合金化熱鍍Zn鋼板、有機(jī)薄(báo)膜塗敷(fū)鍍(dù)Zn鋼板等等,用於汽車表麵(miàn)處理鋼板的比例不斷增加。最近,為降低燃料消耗、CO2減排和達到ELV法(fǎ)令(lìng)要求的減少環(huán)境負(fù)荷、提高安全性的要求,以車身輕量化、無Cr化處理、提高衝撞安全(quán)性為目標,進行(háng)汽車表(biǎo)麵處理鋼板的開發工作。

從(cóng)上世紀70年代到80年代,在電鍍Zn鋼板方麵,電鍍Fe-Zn合金鋼板和兩層電鍍鋼(gāng)板因良好的耐蝕(shí)性以及電鍍時的抗(kàng)電弧坑特性而得到廣泛應用,同時,電鍍Ni-Zn鋼板、鍍Ni-Zn層(céng)上塗(tú)敷鉻酸鹽皮膜和約(yuē)1靘含SiO2有機皮膜的(de)有機複合塗(tú)層鋼板也被采用。由於鉻酸鹽皮(pí)膜的鈍化作(zuò)用和有機(jī)皮膜的阻隔功(gōng)能以及SiO2的防(fáng)鏽作用,使塗敷鉻酸(suān)鹽(yán)皮膜-含SiO2有機皮膜的複合塗層鋼板具有極好(hǎo)的耐蝕性。但是80年代,美國汽車業公布了汽車的(de)耐蝕(shí)標準(10年無孔蝕、5年外表無鏽、2年發(fā)動機倉無鏽);隨後歐洲提出了保證汽車12年防鏽的標準。為適應(yīng)這些標準,日本轉向采用合金化熱(rè)鍍Zn鋼板(bǎn),並通過增加鍍層厚度(dù)來確保良(liáng)好(hǎo)的耐蝕性。增加鍍層厚(hòu)度是提(tí)高耐蝕性的簡單而有效的方法。目前合(hé)金化熱鍍Zn鋼板已成為日本表麵處理鋼板的(de)主流,歐洲則主要采用電鍍Zn和非合金化熱(rè)鍍(dù)Zn鋼(gāng)板,鍍層厚度大於日本的合金化熱鍍Zn鋼板。

(4)汽車用高強度表麵處理鋼板

一般來說,鋼(gāng)的屈(qū)服強(qiáng)度增加,伸長率降低。但鐵素體和馬氏體雙(shuāng)相鋼(DP鋼)和由於殘(cán)餘奧氏體加工誘發馬氏體相(xiàng)變發生硬化而使變形量增(zēng)加的TRIP鋼(相變(biàn)誘導塑性鋼),比傳統高強度鋼具有更大的延(yán)性(xìng)。此外,還開(kāi)發出在(zài)200℃左右塗(tú)漆烘烤加熱時硬度增加的烘烤硬化鋼(BH鋼(gāng))和添加TiNb的超低碳(tàn)BH鋼。

在對高強(qiáng)度鋼(gāng)進行熱鍍Zn或合金化熱鍍Zn時,由(yóu)於鋼中的MnSi等強化元素和氧(yǎng)的親和力較大,在鍍(dù)Zn前的連續退火過(guò)程中優先被氧化,在鋼(gāng)板表麵生(shēng)成SiO2Mn2SiO4等氧化物。這些氧化物降低了Zn液與鋼的浸潤性,是鍍Zn鋼板產生“露鋼”缺陷的一(yī)個原因。

(5)表麵處理鋼板的發(fā)展方向

由於(yú)Zn的良好耐蝕性以及對基板(bǎn)的替代腐蝕保護功能,用(yòng)ZnZn合金進(jìn)行表麵(miàn)處理的鋼(gāng)板得(dé)到廣泛的應(yīng)用。可以認為很難用簡單方法來取代Zn的(de)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(fǔ)蝕電位很低,基本上是-1.0V,所以,在替代腐蝕反應過程中氫會滲入鋼材,使鋼材發生脆(cuì)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(qīng)滲入鋼中。因此這是一個通過選擇適當的合金組合減小氫脆的表(biǎo)麵處理方法。

總之(zhī),由於Zn的物理、力學以及化學特性,很難改變(biàn)Zn在鋼板表麵處理中的優(yōu)勢地位。因此,重要的不是(shì)單純地用其他金屬或合金替代Zn,而是通過鋼的熱處理、加工、化成處(chù)理、塗裝等工藝的適當(dāng)組合,開(kāi)發出(chū)適用於不同用途和不同特性要求的表麵處理工藝。

 

 

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