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表麵處理鋼板的開發狀況（kuàng）和發展方向

(1)表麵處理鋼板應用領域的擴（kuò）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（chǎn）量（liàng）是1500萬（wàn）t，其中77%是（shì）熱（rè）鍍Zn鋼板。鍍Zn鋼板用於汽車、建築、電器和其（qí）他（tā）方麵（miàn），其中有一半用於汽車。

從80年代起55%Al-Zn熱鍍鋼（gāng）板在日本得到廣泛應用。在海鹽影響很大的海岸地帶，鍍Al鋼板發生孔蝕，耐蝕性下降。長期暴露腐蝕的結果表（biǎo）明（míng），鍍Zn鋼（gāng）板由於Zn的消耗而產生紅繡，而5%Al和55%Al-Zn鍍層鋼板保持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結晶的（de）富Al相晶粒之間存在著含b-Zn的富（fù）Zn相。Townsend指出，在暴露腐蝕初期（qī），富Zn相首先溶解表現出替代腐蝕保護作用；在暴露腐（fǔ）蝕後期，富Al相起到耐蝕作（zuò）用。這種防腐蝕機製也體現在（zài）鍍Zn鋼板和55%Al-Zn鍍層鋼板的端麵腐蝕中。研究資料指出，在長期暴露實驗中，在（zài）暴露初期55%Al-Zn鍍層鋼板（bǎn）由試樣端麵開始（shǐ）發生的鍍層膨（péng）脹（線狀腐蝕）的腐蝕速度較大，在暴露後期，鍍Zn鋼板的鍍（dù）層膨脹腐蝕速度（dù）較（jiào）大。在暴（bào）露初期55%Al-Zn鍍層鋼板的富（fù）Zn相在塗層和鍍層的界麵上溶解，所以，腐蝕從試樣端麵迅速向內部進行，當腐蝕進行到一（yī）定（dìng）距（jù）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（hòu）由於沒有富Al相，所以陰極麵積（jī）增加，腐蝕一直進行（háng）下去。

為提高5%Al-Zn鍍層鋼板的耐蝕性，開（kāi）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延長了紅鏽產生（shēng）的時間，Mg提高耐蝕性的效果在大氣暴露試樣中也得到（dào）證實。在濱海地（dì）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（jī）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具有半導體的性質（zhì），不能抑製氧化還原的（de）陰（yīn）極反應。在3%Mg鍍層鋼板腐蝕產物中沒有檢測出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和潤滑鋼板（bǎn）、塗敷（fū）約20靘有機膜的鋼板，省去塗敷工序的預塗層鋼（gāng）板實現了（le）商品化，並得到（dào）廣泛（fàn）應用。之後，在電氣電子（zǐ）設備中禁止使用P、Cr6+和Cd6+的RoHS（對（duì）某些有（yǒu）害物質限製使用的規定（dìng））法令於2006年開始生效，推進了（le）無（wú）Cr化處理工藝的進程。預塗層鋼板的性能特點是（shì）耐蝕性、高加工性、抗表麵瑕疵性、抗汙染性、抗菌性、吸（xī）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。

(2)無Cr化處理工藝

近（jìn）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（huà），對材料提出降（jiàng）低環境負荷的要求（qiú）也越來（lái）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P、Hg、Cr6+和Cd6+以及兩種有機物的最大允許值規定為1000ppm，凡是超過該值（zhí）的（de）產品禁止在（zài）歐盟區域銷售。關於汽車報廢的ELV法（fǎ）令，則禁止使用P、Hg、Cr6+和Cd6+。

日本根據鉻酸鹽處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（shì），在上述法令（lìng）公布之後加快（kuài）了對應措施的研究，在法（fǎ）令生效之日，日本的無Cr化處理技術已經完全開發成功。

無Cr化處理工藝應仍能保持（chí）鉻酸鹽處理皮膜所具有的阻隔功能和自修複（fù）功能。無Cr化（huà）處理的機理是用不到幾微米（mǐ）的有機樹脂（zhī）膜來保證阻隔（gé）功能，用阻化劑來保（bǎo）證（zhèng）耐蝕性，添（tiān）加矽烷類耦（ǒu）合劑改善有機樹（shù）脂膜與（yǔ）金屬氧化層和塗層（céng）的密著性。高功能無Cr有機複合塗層鋼板的（de）耐蝕性基本上可與鉻酸鹽處（chù）理鋼板相媲（pì）美。

目前，日本鋼鐵廠的化成處理基本（běn）上實現了無（wú）Cr化。今後應（yīng）進一步開發出自修複性和耐蝕性更好的皮膜。荒木提出的（de）用矽烷類化合物對烷（wán）烴硫醇自己組織化單（dān）分子膜進行化學改性，形成二元（yuán）聚合體的方法，可（kě）以（yǐ）用幾納米厚的薄膜獲得高耐蝕性，是（shì）值得關（guān）注的方法。

(3)表麵處理鋼板與汽車

從上世紀（jì）70年代開始，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（tí）高，開發出電鍍Zn鋼板、Zn合金鍍層鋼板、合金化熱鍍Zn鋼板（bǎn）、有（yǒu）機薄膜塗敷鍍Zn鋼板等等，用於汽（qì）車表麵處理鋼板的比例不斷（duàn）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、提高安（ān）全性的要（yào）求，以（yǐ）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的（de）開發工作。

從（cóng）上世紀70年代到80年代，在電鍍Zn鋼板方麵（miàn），電鍍Fe-Zn合金鋼板和兩層電（diàn）鍍鋼板因良（liáng）好的（de）耐（nài）蝕性以及電（diàn）鍍時的抗電弧坑特性而（ér）得到廣泛應（yīng）用，同時，電鍍Ni-Zn鋼板、鍍Ni-Zn層上塗敷鉻酸鹽皮膜和約（yuē）1靘含SiO2有機皮膜的有機複合塗層鋼板也被采用。由於鉻酸鹽皮膜的（de）鈍化作用和有（yǒu）機皮膜的阻隔功能以及SiO2的防鏽作用（yòng），使塗敷鉻酸鹽皮膜－含SiO2有機皮膜的複（fù）合塗層鋼板具有極好的耐蝕性。但是80年代，美國汽車（chē）業公布了汽車（chē）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（hòu）歐洲（zhōu）提出了（le）保（bǎo）證汽車12年防鏽的標準。為適應這些標準（zhǔn），日本（běn）轉向采用合金化（huà）熱鍍Zn鋼板，並（bìng）通過增加鍍層厚度來確保良好的耐蝕性。增加鍍層厚度是提（tí）高耐蝕性的簡單而有效的方法（fǎ）。目前合金化熱鍍Zn鋼板已（yǐ）成為日（rì）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，鍍層厚度大於日本的合金化熱鍍Zn鋼板。

(4)汽車（chē）用高強度表麵處理（lǐ）鋼板

一般來說，鋼的屈服強度增加，伸長率（lǜ）降低。但（dàn）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而使變形（xíng）量增加的TRIP鋼（gāng）（相（xiàng）變誘導（dǎo）塑性鋼），比傳統高強度鋼（gāng）具（jù）有（yǒu）更大的延性。此外，還開發（fā）出在200℃左右塗漆烘烤（kǎo）加熱時硬（yìng）度增加的烘烤硬化鋼（BH鋼）和添加Ti、Nb的超低碳BH鋼。

在對（duì）高（gāo）強度鋼進行熱鍍Zn或合金化熱鍍Zn時，由於鋼中的Mn、Si等強化元（yuán）素和（hé）氧的親和力（lì）較大，在鍍Zn前的連續退火過程中優先被（bèi）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（yǔ）鋼的（de）浸潤性，是鍍Zn鋼板產生“露鋼”缺陷的一個原因。

(5)表麵處理鋼板的發展方向

由（yóu）於Zn的良好耐蝕性以及對基（jī）板的替代腐蝕保護功能，用Zn和Zn合金進（jìn）行表（biǎo）麵處（chù）理的鋼板得到廣泛的（de）應用。可（kě）以認為（wéi）很難用簡單方法來取代Zn的這些（xiē）優良特性。但是（shì），在Zn的替代腐蝕保護功能方麵（miàn），由於對Zn陽極反應的非（fēi）極化特性（陽（yáng）極過電壓很難（nán）增加），替代腐蝕電位很低，基本上（shàng）是（shì）-1.0V，所以（yǐ），在替代腐蝕反（fǎn）應過程中氫會滲入鋼材，使鋼材發生脆化。研究表明，用Al-Mg-Si合金替代Zn進行鋼板熱鍍，可以（yǐ）抑（yì）製替代腐蝕電位的降低和氫滲入鋼（gāng）中。因此這是（shì）一個（gè）通過選擇適（shì）當的合金組合減小（xiǎo）氫脆（cuì）的表麵（miàn）處理方法。

總之，由於（yú）Zn的物理、力學（xué）以及（jí）化學（xué）特性，很（hěn）難改變Zn在鋼板表（biǎo）麵處理中（zhōng）的（de）優勢地位。因此，重要的不是單純地用其他金屬或合金替代Zn，而是（shì）通過鋼的熱處理、加工、化成處理、塗裝等工藝（yì）的適當組合，開發出適用於不同用途和不同特性要（yào）求的表（biǎo）麵處（chù）理工藝。

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