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表麵處理鋼（gāng）板的開發（fā）狀況和發展方向（xiàng）

(1)表麵（miàn）處理鋼板（bǎn）應用領域的擴（kuò）展和性能

表麵處理鋼（gāng）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（dù）Zn鋼板。鍍Zn鋼板用於汽車、建築、電（diàn）器和（hé）其他方（fāng）麵，其中有（yǒu）一半用於汽車。

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（yǐng）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（lù）腐蝕的結果表明，鍍（dù）Zn鋼板由於Zn的（de）消耗而產生紅繡，而5%Al和55%Al-Zn鍍層鋼板保（bǎo）持（chí）了（le）耐蝕性和替代腐蝕保護功能。55%Al-Zn鍍層的金（jīn）屬（shǔ）組織（zhī）是在一次結（jié）晶（jīng）的富Al相晶粒之（zhī）間存在著（zhe）含b-Zn的富Zn相。Townsend指出，在暴露腐蝕初期，富（fù）Zn相首先溶解表現出替代腐蝕保護作用；在暴露腐蝕（shí）後期，富Al相起到（dào）耐（nài）蝕作（zuò）用。這種（zhǒng）防腐蝕機製（zhì）也體現在鍍Zn鋼（gāng）板和55%Al-Zn鍍（dù）層鋼板的端麵腐蝕中。研究資料指出，在長期暴露實驗中，在暴露（lù）初期55%Al-Zn鍍（dù）層鋼板由試樣端（duān）麵開始發生的鍍層膨脹（線（xiàn）狀腐蝕）的腐（fǔ）蝕（shí）速（sù）度較大，在暴露後期，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相在塗層和（hé）鍍層的界麵上（shàng）溶解，所以，腐蝕從試樣（yàng）端麵迅速向內部進行，當腐蝕進行到一定（dìng）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（yǒu）富Al相，所以陰極麵積增加，腐蝕一直（zhí）進行下去。

為提高（gāo）5%Al-Zn鍍層鋼板的耐蝕（shí）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延長了紅鏽產（chǎn）生的時間，Mg提高耐蝕性的（de）效果在大（dà）氣暴露試樣中也得到證實。在濱海地（dì）區該（gāi）鍍層係列鋼板暴（bào）露實驗生成的腐蝕產物中，都（dōu）沒有發現ZnO。暴露腐蝕（shí）生成並（bìng）積累的腐蝕產物（wù）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，不能抑製氧化還原的陰極反應。在3%Mg鍍層鋼板腐（fǔ）蝕產物中沒有檢測（cè）出ZnO，這與上述（shù）實驗結果（guǒ）一致。

從上世紀（jì）80年代開（kāi）始，在鉻酸鹽皮膜上（shàng）塗敷約1靘有機膜的耐指紋鋼板和潤滑鋼板、塗敷約20靘有機膜的鋼板，省（shěng）去塗敷工序的預塗層鋼板實現了商品化，並得到廣泛應用。之後，在電氣電（diàn）子設備中禁止使用P、Cr6+和Cd6+的RoHS（對某（mǒu）些有害物質限製使用的（de）規定）法令於2006年開始生效，推進（jìn）了無Cr化處理工（gōng）藝（yì）的進程。預塗（tú）層鋼板的性（xìng）能特點是耐蝕性、高加工性、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（xíng）社會的理（lǐ）念越來越強化，對材料提出降（jiàng）低環境負荷的（de）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（de）形式將P、Hg、Cr6+和Cd6+以及兩種有機物的最大（dà）允許值規（guī）定為1000ppm，凡是超過該值的產品禁止在歐盟區域銷售（shòu）。關於汽車報廢的ELV法令，則禁止使用P、Hg、Cr6+和Cd6+。

日本根據鉻酸鹽處理（lǐ）工藝會產生有（yǒu）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（yóu）於（yú）沒有找到（dào）有效的（de）方法，鉻酸鹽處理工藝仍在繼續使用。但是，在上述法令公布（bù）之後加快了對應措施的（de）研究，在法令生效之日，日本的無Cr化處理技術已經完全開發成功。

無Cr化處理工（gōng）藝應（yīng）仍能保持鉻酸鹽（yán）處理皮膜所具有的（de）阻隔功能和自修複功能。無Cr化處理的機理是用不到（dào）幾微米的有機樹脂膜來保證阻隔功能，用阻化劑來保證（zhèng）耐蝕性，添加矽烷類耦合劑改善有機樹（shù）脂膜與（yǔ）金屬氧化層（céng）和塗層的密著性。高功能無Cr有機複合（hé）塗層鋼板（bǎn）的耐蝕性基本上可與鉻酸鹽處理鋼板相媲（pì）美。

目前，日本（běn）鋼鐵廠的化成處理基本上實現了無Cr化。今後應進一步開發出自（zì）修複性和耐（nài）蝕性更好的（de）皮膜。荒木提出的（de）用矽烷（wán）類化合物對烷烴硫（liú）醇（chún）自（zì）己組（zǔ）織化單分子膜進行化學改（gǎi）性，形成二（èr）元聚合體的方法，可以用幾納米厚的薄膜（mó）獲得（dé）高耐（nài）蝕性，是值得關注的方法。

(3)表麵處理（lǐ）鋼板與汽車

從上世紀70年（nián）代開始，就將汽車用表麵處理鋼（gāng）板的目標（biāo）定為車身防蝕。此後隨著目標值的逐級提高，開發（fā）出電鍍Zn鋼板、Zn合金鍍層鋼板、合金化熱鍍Zn鋼板、有機薄（báo）膜塗敷鍍Zn鋼板（bǎn）等等，用於汽車表麵處理鋼板的（de）比例不（bú）斷增加。最近，為降（jiàng）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（háng）汽車表麵處理鋼板的開發工作。

從上世紀（jì）70年代到80年代，在電鍍Zn鋼板方麵，電鍍Fe-Zn合金（jīn）鋼板和兩層電鍍（dù）鋼板因良好的耐蝕性以及電鍍時的抗電弧坑（kēng）特性而得到廣泛應用，同時（shí），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（tú）層鋼板也被采（cǎi）用。由於鉻酸鹽皮膜的鈍化作用和有機皮膜的（de）阻隔功能以及SiO2的（de）防鏽作用，使塗敷（fū）鉻酸鹽皮膜－含SiO2有機皮膜的複合塗層鋼板具有極好的耐蝕性。但（dàn）是80年代，美國汽車（chē）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（dòng）機倉無鏽）；隨後歐洲提出了保證汽車12年防鏽的標準。為適應這些標準，日本（běn）轉向（xiàng）采用合金化熱鍍Zn鋼板，並通過增加（jiā）鍍層（céng）厚度來確保良好的耐（nài）蝕性（xìng）。增加鍍（dù）層厚（hòu）度是提（tí）高耐蝕性的簡單而有效的方法。目前（qián）合金化（huà）熱鍍（dù）Zn鋼（gāng）板已成為日本表麵處理（lǐ）鋼板的主（zhǔ）流，歐洲則主要采用電鍍Zn和非合金化熱鍍Zn鋼板，鍍層厚（hòu）度（dù）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（bǎn）

一般來說，鋼的屈服強（qiáng）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（shēng）硬化而使變形量增加的TRIP鋼（相變誘導塑性鋼），比傳統（tǒng）高強度鋼具有更（gèng）大的延（yán）性。此外，還開發出（chū）在200℃左右（yòu）塗漆烘烤加熱（rè）時硬度增加的烘烤硬化（huà）鋼（gāng）（BH鋼）和添加（jiā）Ti、Nb的超低碳BH鋼。

在對高強度鋼（gāng）進行熱鍍Zn或合金化熱（rè）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（huǒ）過程中優先被氧化，在鋼板表麵生成SiO2、Mn2SiO4等氧（yǎng）化（huà）物。這些氧化（huà）物降低了Zn液與鋼的浸（jìn）潤性（xìng），是鍍Zn鋼板產生“露鋼”缺陷的一個原因。

(5)表麵處（chù）理鋼板的發展方向

由於Zn的良好（hǎo）耐蝕性以及對基板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（xìng）。但是，在Zn的替代腐蝕保護功能方麵，由於對（duì）Zn陽極（jí）反應的非極化特性（陽極過電壓很難（nán）增加（jiā）），替代腐蝕電位（wèi）很低，基本上是-1.0V，所以，在替代腐蝕反應過（guò）程中氫會滲入鋼（gāng）材，使鋼材發生脆化。研究表明（míng），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（hé）氫滲入鋼中。因此這（zhè）是一個通過選（xuǎn）擇適當的合金（jīn）組合減小氫脆的表麵處理方法。

總之，由於Zn的物理、力（lì）學以及（jí）化學特（tè）性，很難（nán）改變Zn在鋼板表麵處理中的優勢地位。因（yīn）此，重要的不是單純地用（yòng）其他金屬或合（hé）金替代Zn，而是（shì）通過鋼（gāng）的熱（rè）處理、加工、化成處理、塗裝等工藝的適當組合，開發出適用於不同用（yòng）途和不同特性（xìng）要求的表麵處理工藝。

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