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表麵處理（lǐ）鋼板的開發狀況和發展方向

(1)表麵處理鋼板應用領域的擴展和性能

表麵處（chù）理鋼板大部分是鍍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（gāng）板。鍍Zn鋼板用於汽車、建築、電器和其他方麵，其中（zhōng）有一半用於汽車（chē）。

從80年代起55%Al-Zn熱鍍鋼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明，鍍Zn鋼板由於（yú）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（de）金屬組織是在一次結晶的富Al相晶粒之間存在著含b-Zn的富Zn相。Townsend指出，在暴露腐蝕（shí）初期，富Zn相首先溶解表現出替（tì）代腐蝕保護作用；在暴露（lù）腐蝕後期，富（fù）Al相起到耐蝕作用。這種防腐蝕機製也體現在鍍Zn鋼板和55%Al-Zn鍍層鋼板（bǎn）的端麵腐蝕中。研究（jiū）資料（liào）指（zhǐ）出，在長期暴露實驗中，在暴露（lù）初期55%Al-Zn鍍層鋼板由試樣端麵開始發生的鍍層膨脹（zhàng）（線狀腐蝕）的腐蝕速度較大，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相在塗層和鍍層的界麵上溶解，所以，腐蝕從試樣端（duān）麵迅速向內部進（jìn）行，當腐蝕進行到一定距離時，與陰（yīn）極距離增大（dà），腐（fǔ）蝕速度就減小了。鍍Zn鋼（gāng）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（háng）下去。

為提高5%Al-Zn鍍層鋼板的耐蝕性（xìng），開發出添（tiān）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延長了紅鏽產生的時間，Mg提（tí）高耐蝕（shí）性的效果在大氣暴露試樣中也得到證實。在濱海地區該鍍層係列鋼板暴露（lù）實（shí）驗生成（chéng）的腐（fǔ）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陰極反應。而（ér）鍍Zn鋼板腐蝕產物（wù）中的ZnO具（jù）有半導體的性質（zhì），不能抑（yì）製氧化還原的陰極反應。在3%Mg鍍層鋼板腐蝕（shí）產物中沒有檢測出ZnO，這與（yǔ）上述實驗結果一致。

從上世紀80年代開（kāi）始，在鉻酸鹽皮膜上塗敷（fū）約1靘有機膜的（de）耐指紋鋼板和潤（rùn）滑鋼板、塗（tú）敷約20靘（qīng）有機膜的鋼板，省去塗敷（fū）工序的預塗層鋼板實現了商品化，並得到廣泛應用。之後，在電氣電子設備中禁止使用P、Cr6+和Cd6+的（de）RoHS（對某些有害物質限製使用的規定）法令於2006年（nián）開始生效，推進了無Cr化處理工藝的進程。預（yù）塗層鋼板的性能特點是耐蝕性、高加工性、抗表麵瑕疵性、抗汙染性（xìng）、抗菌性（xìng）、吸熱性、散熱（rè）性等（děng）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

近年來，保護地球環境、防止（zhǐ）汙染、構築循環型社會的理（lǐ）念越來越（yuè）強化（huà），對材料提出降低環境負荷的要（yào）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式將P、Hg、Cr6+和Cd6+以及兩種有機（jī）物的最（zuì）大允許值規（guī）定為1000ppm，凡是超過該值的產品禁止在歐盟區域銷售。關於汽車報（bào）廢的ELV法令，則禁止使（shǐ）用（yòng）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（jì）70年代起開（kāi）始（shǐ）探索替代鉻（gè）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（hòu）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（chéng）功。

無Cr化處理工藝應仍能保（bǎo）持鉻酸鹽處理皮膜所具有的阻隔功能和自修複功能（néng）。無Cr化處理的機理是用不到幾微米的有機樹脂膜來保證阻隔功能，用阻化劑來保證耐蝕性，添加矽烷類耦合劑改善（shàn）有機（jī）樹（shù）脂（zhī）膜與金屬氧化層（céng）和塗層的密著性。高功能無Cr有機複（fù）合（hé）塗層鋼板的耐蝕性基本上可與鉻酸鹽處理鋼板（bǎn）相媲美。

目前（qián），日本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修（xiū）複性和耐蝕性更好的皮膜（mó）。荒木提出的用（yòng）矽烷類化（huà）合物對烷烴硫醇自己組織化單分子膜進行化學改性，形（xíng）成二元聚合（hé）體的方法，可（kě）以用幾納米厚（hòu）的薄膜獲（huò）得高耐蝕性，是值得關注的方法。

(3)表麵處理鋼板與汽車

從上世紀70年代開始，就將汽車用表（biǎo）麵處理（lǐ）鋼板的目標定為車身防蝕。此後隨著（zhe）目標值的逐級提高，開發出電鍍Zn鋼板、Zn合金鍍（dù）層鋼板、合金（jīn）化熱鍍Zn鋼板、有機薄膜塗敷鍍Zn鋼板等等，用（yòng）於（yú）汽車（chē）表（biǎo）麵處理鋼板的（de）比例不斷增加。最近，為降低燃料（liào）消耗（hào）、CO2減排和達到ELV法令要求的減（jiǎn）少環境負荷、提高安全性的要求（qiú），以車身輕量（liàng）化、無Cr化處理、提高（gāo）衝（chōng）撞安全性（xìng）為目（mù）標，進行汽車表麵處理鋼板的（de）開發工（gōng）作。

從上世紀70年代到80年代，在電鍍Zn鋼板方麵，電鍍Fe-Zn合金鋼板和兩層電鍍鋼板因良好的耐蝕性以及電（diàn）鍍時的（de）抗（kàng）電弧（hú）坑特性而得到廣泛應用，同時，電鍍Ni-Zn鋼板、鍍Ni-Zn層上塗（tú）敷鉻酸鹽皮膜和約1靘含SiO2有機皮膜的有機複合塗層鋼（gāng）板也被采用。由於鉻酸鹽皮膜的鈍化（huà）作用和有機皮膜的阻隔功能（néng）以及（jí）SiO2的防鏽作用，使塗敷鉻酸鹽皮膜（mó）－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（nián）無孔蝕、5年外表無鏽、2年發動機倉無鏽）；隨後歐洲提出（chū）了保證汽（qì）車12年防鏽（xiù）的（de）標準。為適應這些標準，日本轉（zhuǎn）向采用合金化熱鍍Zn鋼板，並通（tōng）過增加鍍層厚度來確保（bǎo）良好的耐（nài）蝕性。增加鍍層厚度是提高耐蝕性的簡單而有效的方法（fǎ）。目前合金化（huà）熱鍍Zn鋼板已成為日本表麵處理鋼板的主流，歐洲則主要采用（yòng）電鍍Zn和（hé）非合金化熱鍍（dù）Zn鋼板，鍍層厚度大於日本的合金（jīn）化（huà）熱鍍Zn鋼板。

(4)汽車用高強度表麵處（chù）理鋼板（bǎn）

一（yī）般來（lái）說（shuō），鋼的屈服強度（dù）增加（jiā），伸長率降低。但鐵素體和馬氏（shì）體雙相（xiàng）鋼（DP鋼（gāng））和由於殘餘奧氏體加工誘發馬氏體相變發生硬（yìng）化而使變形量增加的（de）TRIP鋼（gāng）（相變誘導塑性鋼），比傳統高強度（dù）鋼具有更大的延性。此外，還開發出在200℃左右塗漆烘烤加熱時硬（yìng）度增（zēng）加的烘烤硬化鋼（BH鋼）和添加Ti、Nb的（de）超低碳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（qiáng）化元素和氧的親（qīn）和力較大，在鍍Zn前的連（lián）續（xù）退火（huǒ）過程（chéng）中優（yōu）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）的一個原因。

(5)表麵處理鋼板的發展（zhǎn）方向

由於Zn的良好耐蝕性以及對基板的（de）替代腐蝕保護功能，用Zn和Zn合（hé）金進行表麵處理的（de）鋼板得到廣泛（fàn）的應用。可以認為很難用簡單方（fāng）法來取代Zn的這些優良特性。但是，在Zn的替代（dài）腐蝕保護功能方麵，由於對Zn陽極反應的非極化特性（陽極過電壓很難（nán）增加），替代腐（fǔ）蝕電位很低，基本上是-1.0V，所以，在替代腐蝕反應過程中氫會滲（shèn）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（gāng）板熱鍍，可以抑製替代腐蝕電（diàn）位的降（jiàng）低和氫滲入（rù）鋼中。因此這是一個通過選（xuǎn）擇（zé）適當（dāng）的合金組合（hé）減小氫脆（cuì）的表麵（miàn）處理方法。

總之，由於Zn的（de）物理、力學以及化學特性，很難改變Zn在鋼板表麵處理（lǐ）中的優勢地位。因此，重要的不是單純地用其他金屬或合金（jīn）替代Zn，而是通過鋼的（de）熱處理、加工、化成處理、塗（tú）裝等工藝的適當組合，開發出適用（yòng）於不（bú）同用途和不同特性要求的表麵處（chù）理工藝。

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