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表麵處理鋼板的開發狀況和發展方向

(1)表（biǎo）麵處理（lǐ）鋼板應用（yòng）領域的擴展和性能

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

從80年代起55%Al-Zn熱鍍（dù）鋼板在日本得到廣泛應用。在海鹽影響（xiǎng）很大的海（hǎi）岸地（dì）帶（dài），鍍Al鋼板發生（shēng）孔蝕，耐（nài）蝕（shí）性下（xià）降。長期暴露腐蝕的結果表明，鍍Zn鋼板（bǎn）由於（yú）Zn的（de）消耗而產生紅繡，而5%Al和55%Al-Zn鍍（dù）層鋼板保（bǎo）持了耐蝕性和（hé）替代腐蝕保護功能。55%Al-Zn鍍（dù）層的金屬組織是在一次結晶（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（xiàng）首先溶（róng）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（zuò）用。這種防腐蝕機製也體現在鍍Zn鋼板和55%Al-Zn鍍層（céng）鋼（gāng）板的端麵腐蝕中。研究資料指出，在長期暴露實驗中，在暴露初期55%Al-Zn鍍層（céng）鋼板由試樣端麵開始發生的鍍層膨脹（線狀腐蝕）的腐蝕速（sù）度較大，在暴露後期，鍍Zn鋼板的鍍層膨脹腐蝕（shí）速度較大。在暴露初期（qī）55%Al-Zn鍍層鋼板的富Zn相在塗（tú）層（céng）和鍍層的界麵上（shàng）溶解，所以（yǐ），腐蝕從試樣端麵迅速（sù）向內部進行，當腐蝕進（jìn）行到一定距離時，與陰極距離增大，腐蝕速（sù）度就減小了（le）。鍍（dù）Zn鋼板在腐蝕發生後（hòu）由於沒（méi）有富（fù）Al相，所以陰極麵積增加，腐蝕一直進行下去。

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合金鍍層係列鋼板。在6%Al-Zn中添加Mg延長（zhǎng）了紅鏽產生的時間，Mg提高（gāo）耐蝕性的效果在大氣暴（bào）露試樣中也得到（dào）證實。在濱（bīn）海地區該鍍層係列鋼板暴露實驗生成的腐蝕產（chǎn）物中，都沒有發現ZnO。暴露腐蝕生成並積（jī）累的（de）腐蝕（shí）產物大大抑（yì）製了陰極反應。而（ér）鍍Zn鋼板腐蝕產物中的ZnO具有半導體的性質，不能抑製氧化還原的陰極反應。在3%Mg鍍層鋼板腐蝕產物中沒有檢（jiǎn）測出ZnO，這與上述實驗結果一致。

從上世紀80年代開始（shǐ），在鉻酸鹽皮膜上（shàng）塗敷約1靘有機膜（mó）的耐指紋鋼板和潤滑鋼板、塗敷約20靘有（yǒu）機膜的鋼板，省去（qù）塗敷工序（xù）的預塗層鋼板實現了（le）商品化，並得到廣泛應用。之後，在電氣（qì）電子設備中禁止使（shǐ）用P、Cr6+和Cd6+的RoHS（對某些有害物（wù）質限（xiàn）製使用的規定）法令於2006年開始生效，推進了無（wú）Cr化處理工藝（yì）的進程。預塗層鋼板的性能特點是耐蝕性、高加工性、抗表麵瑕（xiá）疵（cī）性、抗汙（wū）染性、抗菌性、吸熱性、散熱性等等，這（zhè）些特性主要是由塗敷皮膜的（de）特性來決定。

(2)無（wú）Cr化處理工藝

近年來，保護地球環境、防止汙染、構築循環型社會的理念越來越強化，對材（cái）料提出降低環境負荷的要求也越來越高。在（zài）歐（ōu）洲，針對電（diàn）氣電子（zǐ）設備的RoHS法令以歐盟法律的形式將（jiāng）P、Hg、Cr6+和Cd6+以及兩種有機物的最大允許值規（guī）定為1000ppm，凡是超過該值（zhí）的產品禁止在（zài）歐盟區域（yù）銷售。關於汽車報（bào）廢的ELV法（fǎ）令，則禁止使用P、Hg、Cr6+和Cd6+。

日本根據鉻酸鹽處（chù）理工藝會產生有害的Cr6+情況，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，在上述法令公布之後加快了對應措施的研究，在法令（lìng）生效之日（rì），日本的無Cr化處理技（jì）術已經完全開發成功。

無Cr化處理工藝應仍能保持鉻酸（suān）鹽處理皮膜所具有（yǒu）的（de）阻隔功能和自修複功能。無Cr化處理（lǐ）的機理是用不到幾微米的有機樹（shù）脂膜來保證阻隔功（gōng）能，用阻化劑來保證耐蝕性，添加矽（guī）烷類耦合劑（jì）改（gǎi）善有（yǒu）機樹脂膜與金屬氧化層和塗層的密著性。高功能無Cr有機（jī）複（fù）合塗層鋼板的（de）耐蝕性基本上可與鉻酸（suān）鹽處理鋼板相媲美。

目前，日本鋼（gāng）鐵廠的化成處理（lǐ）基本上實現了無Cr化。今後應進一步開發出自修（xiū）複性（xìng）和耐蝕性更好的皮膜。荒木提出的（de）用矽烷（wán）類化合物對烷烴硫醇自己組織化單分子膜進行化學改性，形成二（èr）元聚（jù）合體的方法，可以用幾（jǐ）納米厚的（de）薄膜獲得高耐蝕性，是值得關（guān）注的方法。

(3)表麵處理鋼板與汽車

從上世（shì）紀70年代開始，就將汽車用表麵處理鋼板的目標定為車身（shēn）防（fáng）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（jīn）鍍層鋼板、合金化熱鍍Zn鋼板、有機薄膜（mó）塗敷鍍Zn鋼板等等，用於汽車表麵（miàn）處理鋼（gāng）板的比例不斷增加。最近，為降低燃料消耗、CO2減排和達到ELV法令要求的減少環境負荷（hé）、提（tí）高安全性的要求（qiú），以車身輕量化、無Cr化處理、提高衝撞安（ān）全性為目標，進行（háng）汽車表麵處理鋼板的開發工作。

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

(4)汽車（chē）用高（gāo）強度表麵處理鋼板

一（yī）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（tǐ）加工誘發馬（mǎ）氏體相變發生硬化而使變形量增加（jiā）的TRIP鋼（相變（biàn）誘導塑性鋼），比傳統高強度鋼具（jù）有更大的延性。此外，還開發出在200℃左右塗漆烘烤加熱時硬度增加的烘烤硬化鋼（BH鋼）和添加Ti、Nb的超低碳BH鋼。

在對高強度鋼進行熱（rè）鍍Zn或合金化熱鍍Zn時（shí），由於鋼中（zhōng）的Mn、Si等強化元素和氧的親和力較大，在（zài）鍍Zn前的連續退火過（guò）程中優先被氧化，在鋼板表麵生成SiO2、Mn2SiO4等氧化物（wù）。這些氧化物降低（dī）了Zn液與鋼的浸潤性，是（shì）鍍（dù）Zn鋼板產生“露鋼”缺陷的一個原因。

(5)表麵處（chù）理鋼板（bǎn）的發展方向（xiàng）

由於Zn的良好（hǎo）耐蝕性以（yǐ）及（jí）對基板（bǎn）的替代腐蝕保護功能，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的替代腐蝕保護功能方麵，由於對Zn陽極反（fǎn）應的非極化特性（陽極過電壓很難增加），替代腐蝕電（diàn）位很低，基本上是（shì）-1.0V，所（suǒ）以（yǐ），在替代腐蝕反應過程中氫會滲入鋼材，使鋼（gāng）材發生脆化。研究表明（míng），用Al-Mg-Si合金替（tì）代Zn進行鋼板熱鍍，可以抑製（zhì）替代腐蝕（shí）電位的降低和氫滲入鋼中。因此這是一個通過選擇適當的合金組合減小氫（qīng）脆的表麵處理方法。

總之，由於Zn的物（wù）理、力學以及化學特性，很難改變Zn在鋼板（bǎn）表麵處理中的優勢地位。因此，重要的不是單（dān）純地用其他金（jīn）屬或合金替代（dài）Zn，而是通（tōng）過鋼的熱處理（lǐ）、加工、化成處理、塗裝等工藝的適當組合，開發出（chū）適用於不同用途和不同（tóng）特性要求的表麵處理工藝。

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