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表麵處理鋼板（bǎn）的開發狀況和（hé）發（fā）展方向

(1)表麵（miàn）處理（lǐ）鋼板應用領（lǐng）域的擴展和性能

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Zn鋼板。鍍Zn鋼板用於汽（qì）車（chē）、建築（zhù）、電器（qì）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（zài）海鹽影響很大的海岸地帶，鍍Al鋼板發生孔蝕，耐蝕（shí）性下降。長期暴露腐（fǔ）蝕的（de）結果表明，鍍Zn鋼板（bǎn）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（le）耐蝕性（xìng）和替代（dài）腐（fǔ）蝕（shí）保護功能。55%Al-Zn鍍（dù）層的金屬組織（zhī）是（shì）在一（yī）次結晶的富Al相晶粒（lì）之間（jiān）存在著含b-Zn的富Zn相。Townsend指出，在暴露腐蝕初期，富Zn相首先溶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（nài）蝕作用。這種防腐蝕機製也體現在鍍Zn鋼板和55%Al-Zn鍍層（céng）鋼板的端（duān）麵腐蝕中。研究資料指出，在（zài）長期暴露實驗中，在暴露初期55%Al-Zn鍍層鋼板由試樣端麵開始（shǐ）發生的（de）鍍層膨脹（線狀腐蝕）的腐蝕（shí）速度較大，在暴露後期，鍍Zn鋼板（bǎn）的鍍層膨脹（zhàng）腐蝕速度較大。在暴露（lù）初期55%Al-Zn鍍層鋼（gāng）板的富Zn相在塗層和鍍層的界麵上（shàng）溶解，所以，腐蝕從試樣端麵迅速向內部進行（háng），當腐蝕進行（háng）到一定距離時，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富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（tiān）加3%Mg的6%～11%Al-3%Mg-Zn合金鍍層係（xì）列鋼板。在6%Al-Zn中添加Mg延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（bào）露腐（fǔ）蝕生（shēng）成並（bìng）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（de）ZnO具有半導（dǎo）體的性質，不能抑製氧化還原的陰（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（yuē）1靘有機膜的耐指紋鋼板和潤滑鋼板、塗（tú）敷約20靘有機膜的鋼板，省去塗敷工序的預塗層鋼板實現了商品化，並得到廣泛應用。之後，在電（diàn）氣（qì）電子設備中禁止使用P、Cr6+和Cd6+的RoHS（對某些有害物質（zhì）限製使用的規定）法令於2006年開始生效，推進了無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、抗表麵瑕疵性、抗（kàng）汙染性、抗菌性、吸熱性、散熱性（xìng）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

近年（nián）來，保護（hù）地球（qiú）環境、防止汙染、構築循（xún）環型社會的理念（niàn）越來越強化，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（xíng）式將P、Hg、Cr6+和Cd6+以及（jí）兩種有機物的最大允許（xǔ）值規定為1000ppm，凡是超（chāo）過該值的產品禁止在歐盟區域銷售。關於汽車（chē）報廢的ELV法令，則（zé）禁止使用P、Hg、Cr6+和（hé）Cd6+。

日本根據鉻酸鹽處理工藝會（huì）產生有害的Cr6+情況，從上世紀70年代（dài）起開（kāi）始探（tàn）索替（tì）代鉻酸（suān）鹽處理（lǐ）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（yòng）。但（dàn）是，在上述法令公布之後加快了對應措施的研究，在法令生效之日，日本的無Cr化處理技（jì）術已經完全（quán）開發成（chéng）功。

無Cr化（huà）處理工藝應仍能保持鉻酸鹽處理皮膜所具有的阻隔功能和自修複功能。無Cr化處理的機理是用不到幾微米的有機樹脂膜來（lái）保證阻隔功能，用阻化（huà）劑來（lái）保證耐蝕（shí）性（xìng），添（tiān）加矽烷類耦合劑改善有機樹脂膜與金屬氧化層和塗（tú）層的密著性。高功能無Cr有機複合塗層鋼板的耐（nài）蝕性基本上可與鉻（gè）酸鹽處（chù）理鋼板相媲美。

目前，日本鋼鐵廠的化成（chéng）處理基本上實現（xiàn）了無Cr化。今後應進一步開（kāi）發出自修複（fù）性（xìng）和耐蝕性（xìng）更好的皮膜。荒木提出的用矽烷類（lèi）化合物對烷烴硫醇自己組織化單（dān）分子膜進行（háng）化學改（gǎi）性，形（xíng）成二元聚合體的方法，可（kě）以用幾納米厚的薄膜獲得高耐蝕性，是值得（dé）關注的方法。

(3)表麵處理鋼板與汽車

從上世紀70年代開始（shǐ），就將汽車用表麵處理鋼板的目標定（dìng）為車身防蝕。此後隨著目標值的逐級提高（gāo），開發出電鍍Zn鋼板、Zn合金鍍層鋼板、合金化熱鍍（dù）Zn鋼板、有機薄膜塗敷（fū）鍍Zn鋼板等等，用於汽車（chē）表（biǎo）麵處理鋼板的比例不斷增加。最近，為（wéi）降低燃料消耗、CO2減排和達到ELV法令要求的（de）減少環（huán）境負荷、提（tí）高安全性的要求，以（yǐ）車身輕量化、無Cr化處理、提高衝（chōng）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（zuò）。

從上世紀70年代到80年代，在電鍍Zn鋼板方麵，電鍍（dù）Fe-Zn合金鋼板和兩層電鍍（dù）鋼板因良好的耐（nài）蝕性以（yǐ）及（jí）電鍍時的（de）抗電弧坑特性而得到廣泛應用，同時，電鍍Ni-Zn鋼板、鍍Ni-Zn層上塗敷鉻酸鹽皮膜和（hé）約1靘含SiO2有機皮膜的有（yǒu）機（jī）複合塗層鋼板也被采用。由（yóu）於鉻酸鹽皮膜的鈍（dùn）化（huà）作（zuò）用和有機皮膜的阻隔（gé）功能以及SiO2的防鏽作（zuò）用（yòng），使塗敷鉻酸鹽皮膜－含SiO2有機皮膜（mó）的複合塗層鋼板具有極好的（de）耐蝕性。但是80年代，美國汽車業公（gōng）布（bù）了汽車（chē）的耐（nài）蝕標準（10年無孔蝕、5年外表無鏽、2年（nián）發動機倉無鏽）；隨後歐洲提（tí）出了保證汽車12年防鏽的標準。為（wéi）適應這些標準，日本轉向采（cǎi）用合金化熱鍍Zn鋼板，並通過增加鍍層厚度來確保良好的耐蝕性。增加鍍層厚度是提高耐（nài）蝕性的簡單而有效的方法。目前合金化熱鍍Zn鋼板已成（chéng）為日本表麵處理（lǐ）鋼板的主流，歐洲則主（zhǔ）要采用電鍍Zn和非合金化熱鍍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，鋼的屈服強度增加（jiā），伸（shēn）長率降低。但鐵素體和馬氏體雙（shuāng）相鋼（DP鋼）和由於殘餘奧氏體（tǐ）加工誘發馬氏（shì）體相變發生硬化（huà）而使變形量增加的TRIP鋼（相變誘導塑性（xìng）鋼），比傳統高強度（dù）鋼具有更大的延性。此外，還開發出（chū）在（zài）200℃左右塗漆烘（hōng）烤加（jiā）熱（rè）時硬度增加的烘烤硬化鋼（BH鋼（gāng））和添加Ti、Nb的超低碳BH鋼。

在對高強度鋼進行熱鍍Zn或合金化熱鍍Zn時，由於鋼中的Mn、Si等強化元素和氧的親和力較大，在鍍（dù）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（xiàn）的一（yī）個原因。

(5)表麵處（chù）理鋼板的（de）發展方（fāng）向

由於Zn的良好耐蝕性以及（jí）對基板的替代腐蝕保護功（gōng）能，用Zn和Zn合金進（jìn）行表（biǎo）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（tì）代腐（fǔ）蝕保護功（gōng）能方麵，由於對Zn陽極反應的非極化特（tè）性（陽極過電（diàn）壓很難增加），替代腐蝕電位很低，基本上是-1.0V，所以，在替代腐蝕反應過（guò）程中氫會（huì）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）抑製替（tì）代腐蝕電位的降低和氫滲入鋼中。因（yīn）此這是一個通過選擇適當（dāng）的合金組合減小（xiǎo）氫脆的表麵（miàn）處理方法。

總之，由於Zn的物理（lǐ）、力（lì）學以（yǐ）及化學（xué）特性，很難改變Zn在鋼板表麵處理中的優勢地位。因此（cǐ），重要的不是單純地（dì）用其他金屬或合金替代Zn，而是（shì）通過鋼的熱（rè）處理、加工、化成處理、塗裝（zhuāng）等（děng）工藝的適當組合，開發出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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