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表麵處理鋼板的開發狀況和發展方向

(1)表麵處（chù）理（lǐ）鋼（gāng）板（bǎn）應用領域（yù）的擴展和性能

表麵處理鋼板大部分是（shì）鍍Zn鋼板。2008年，日本鍍Zn鋼板產量是1500萬t，其中（zhōng）77%是熱鍍Zn鋼板（bǎn）。鍍Zn鋼板用於汽車、建築、電器和其他方麵，其中有一半用於汽車。

從80年代起55%Al-Zn熱（rè）鍍鋼板在日本得到廣泛應用。在海鹽（yán）影響很大的（de）海岸地帶，鍍Al鋼板發生孔蝕，耐蝕性下（xià）降。長期暴露腐蝕的結果表明（míng），鍍（dù）Zn鋼板由於Zn的消耗而產生（shēng）紅繡，而（ér）5%Al和55%Al-Zn鍍層鋼（gāng）板保持（chí）了耐蝕性和替代腐蝕保護功能。55%Al-Zn鍍層的金屬組織是在一次（cì）結晶的富Al相晶粒之間存在（zài）著含b-Zn的富Zn相。Townsend指出（chū），在暴露腐蝕初期，富Zn相首先溶解（jiě）表現（xiàn）出替代腐蝕（shí）保護（hù）作用（yòng）；在（zài）暴露腐蝕後期，富Al相起到（dào）耐蝕（shí）作用。這種防腐蝕機製（zhì）也體現在鍍Zn鋼板和55%Al-Zn鍍層鋼板的端（duān）麵腐蝕中。研究資料指（zhǐ）出，在長期暴露實驗（yàn）中，在暴露初期（qī）55%Al-Zn鍍層鋼板由試樣端麵開始（shǐ）發（fā）生的鍍層（céng）膨脹（線（xiàn）狀腐蝕）的腐蝕速度較大，在暴露後期，鍍Zn鋼（gāng）板的鍍（dù）層膨（péng）脹腐蝕速度（dù）較大。在暴露初期55%Al-Zn鍍層鋼板的富Zn相在塗層和鍍層的界麵上溶解，所以，腐蝕從試（shì）樣端麵迅速向內部進行，當腐蝕進行到一定距（jù）離時，與陰（yīn）極（jí）距離增大，腐蝕速（sù）度（dù）就減小了。鍍Zn鋼板在腐蝕發生後由於沒有富Al相（xiàng），所以陰極麵積增加（jiā），腐蝕一直進行下去。

為提高5%Al-Zn鍍層鋼（gāng）板的耐蝕性，開發出添加3%Mg的6%～11%Al-3%Mg-Zn合金鍍層係列鋼板。在6%Al-Zn中（zhōng）添加Mg延（yán）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（zhèng）實。在（zài）濱（bīn）海地區該鍍層係列鋼板暴露實驗生成的腐蝕產物中，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（le）陰極（jí）反（fǎn）應。而鍍Zn鋼板腐蝕（shí）產（chǎn）物中的ZnO具有半導體的性質，不能抑製氧化（huà）還原的陰極反應。在3%Mg鍍層鋼（gāng）板腐蝕產物中沒有檢測出ZnO，這與上述實驗結果（guǒ）一致（zhì）。

從上世紀80年代開始，在鉻酸鹽皮膜上塗敷約1靘（qīng）有機膜的耐指紋鋼板（bǎn）和潤滑鋼板、塗敷（fū）約20靘有機（jī）膜的鋼板，省去塗敷工序的預塗層鋼板實現了商（shāng）品化（huà），並得到廣泛應用（yòng）。之後，在電氣電子（zǐ）設（shè）備中禁止使用P、Cr6+和Cd6+的（de）RoHS（對（duì）某些有害物質限製使用的規（guī）定）法令於2006年開始生效，推進了無Cr化（huà）處理工藝的進程。預塗層鋼板的性能特點是耐蝕（shí）性（xìng）、高加工性、抗表麵瑕疵性、抗汙染性、抗菌性、吸熱（rè）性（xìng）、散熱性（xìng）等等，這些特性（xìng）主要是由塗敷皮膜的（de）特性來決定。

(2)無Cr化處（chù）理（lǐ）工藝

近年來，保護地球（qiú）環境、防止汙染、構築循環型社會的理念越來越強化，對材料提出降低環境負荷的要求（qiú）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（shì）將P、Hg、Cr6+和Cd6+以及兩種有機物的最（zuì）大允許值規定為1000ppm，凡是超過該值的產品禁止在歐盟區域銷售。關於汽車報廢（fèi）的ELV法令，則禁止（zhǐ）使用P、Hg、Cr6+和Cd6+。

日本根據鉻酸鹽處理（lǐ）工藝會產生有害的Cr6+情況（kuàng），從上世紀70年代起開始探（tàn）索替代鉻（gè）酸（suān）鹽處（chù）理的技術，由於沒有找到有效的方法，鉻酸鹽處理工藝仍在繼續使用。但是，在上述法令公（gōng）布之後加快了對（duì）應措施的研究，在法令生效之日，日本的（de）無Cr化處理（lǐ）技術已經完全開發（fā）成功。

無Cr化處理工藝應仍能保（bǎo）持鉻酸鹽處理皮膜（mó）所（suǒ）具有的阻隔功（gōng）能和自修複功能。無Cr化處理的機理是用不到幾微米的有機樹脂膜（mó）來（lái）保證阻隔功能，用阻化劑（jì）來保證耐蝕性，添加矽烷類耦合劑改善有機樹脂膜與金屬氧化層和塗層（céng）的密著性。高功能（néng）無Cr有機複合塗層（céng）鋼板的耐蝕性基本上可與鉻酸鹽處（chù）理鋼（gāng）板相媲美。

目前，日（rì）本鋼鐵廠的化成處理基本（běn）上實現了無Cr化。今後應進一步開發出自修複性和耐蝕性更好的皮膜。荒木提出的用矽烷類化合物對烷烴硫醇自己組（zǔ）織化單分子膜進行化學改性（xìng），形成二元聚合體的方法，可以用幾（jǐ）納（nà）米厚的薄膜獲得高（gāo）耐蝕性，是值得（dé）關注的方法。

(3)表麵處理鋼板與汽車

從上（shàng）世紀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。此後隨著目標值的逐級提高（gāo），開（kāi）發出電鍍Zn鋼板、Zn合金（jīn）鍍（dù）層鋼板、合金化熱鍍Zn鋼板、有機薄（báo）膜塗敷鍍Zn鋼（gāng）板等等，用於汽車表麵處理鋼板（bǎn）的比例不斷增加。最近，為降低燃料消耗、CO2減排和達到ELV法令（lìng）要求的減少環境（jìng）負荷、提高安全性的要求，以車身輕量化、無Cr化處理、提高衝撞安全性為目標，進行汽車表麵處理鋼板（bǎn）的開發工作。

從上世紀70年代到80年代，在電鍍Zn鋼板方麵，電鍍Fe-Zn合金鋼板（bǎn）和（hé）兩層電鍍鋼板（bǎn）因良好的耐蝕性以及電鍍時的抗電弧坑特性（xìng）而得（dé）到廣泛應用，同時，電鍍Ni-Zn鋼板、鍍Ni-Zn層上塗敷鉻酸鹽皮膜和（hé）約1靘（qīng）含SiO2有機（jī）皮膜的有機複合（hé）塗層鋼板也被采用。由（yóu）於鉻（gè）酸鹽皮膜的鈍化作用（yòng）和有機皮膜的阻隔功能以及SiO2的防鏽作用，使塗敷鉻酸鹽皮膜－含SiO2有機皮膜的複合塗層鋼板具（jù）有（yǒu）極好的耐蝕性。但是80年（nián）代（dài），美國汽車業公布了汽車的（de）耐蝕標準（10年無孔蝕、5年外表無鏽、2年發動機（jī）倉無（wú）鏽）；隨後（hòu）歐洲提出了保（bǎo）證汽車12年防鏽的標準。為適應這些（xiē）標準，日（rì）本（běn）轉向采用合金化熱鍍Zn鋼板，並（bìng）通過增加鍍層厚度來確保良好的耐蝕性。增加（jiā）鍍層厚度是提高耐蝕性的簡單而有效的方法。目前合金化熱（rè）鍍Zn鋼板已成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（hé）金化熱鍍Zn鋼板，鍍層厚度大於日本的合金化（huà）熱鍍Zn鋼板。

(4)汽（qì）車用高強度表麵處理鋼板

一般來說，鋼的屈服強度增加，伸長率降低。但鐵素體和馬氏體雙相鋼（DP鋼）和由於殘餘奧氏體加工誘發馬氏體相變發生硬化（huà）而（ér）使變（biàn）形量（liàng）增（zēng）加的TRIP鋼（相變誘導塑性鋼（gāng）），比傳統高強（qiáng）度鋼具有更大的延性。此外，還開發出在（zài）200℃左右塗漆烘烤加熱時（shí）硬度增加的烘（hōng）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鍍（dù）Zn或合金化（huà）熱鍍Zn時（shí），由於鋼中的Mn、Si等強化元素和氧的親和力較大，在鍍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（xiē）氧化物降低了Zn液與鋼的（de）浸潤性，是鍍Zn鋼板產（chǎn）生“露鋼”缺陷的一（yī）個原因。

(5)表麵處理（lǐ）鋼板的發展方向（xiàng）

由於Zn的良好耐蝕性以（yǐ）及對基板的替代（dài）腐蝕（shí）保護功能，用Zn和Zn合金進行表麵處理的鋼板得到廣泛的應用。可以認為很（hěn）難（nán）用簡單方法來取代Zn的（de）這些優（yōu）良特性。但是（shì），在Zn的替代腐蝕保（bǎo）護功能方（fāng）麵，由於對Zn陽極反應的非極化特性（陽（yáng）極過電壓很難增（zēng）加），替代腐蝕電位很低，基本（běn）上是-1.0V，所以，在替代腐蝕反應過程中氫（qīng）會滲（shèn）入鋼材，使鋼（gāng）材發生脆化（huà）。研究表明，用Al-Mg-Si合金替代Zn進行鋼板熱鍍，可以抑製替（tì）代（dài）腐蝕電位的降低（dī）和氫滲入鋼中。因此這是一個通過選（xuǎn）擇適當的合金組（zǔ）合減小氫脆的表（biǎo）麵處理方法。

總之，由於Zn的（de）物理、力學以及化學特（tè）性，很難改變（biàn）Zn在（zài）鋼板表麵處理中的優勢（shì）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、化成處理、塗裝等工藝的適當組（zǔ）合，開發出適用於不同用（yòng）途和不（bú）同特性要求的表麵處理工藝。

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