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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展和性（xìng）能

表麵處理鋼板大部分是鍍Zn鋼板。2008年，日（rì）本鍍Zn鋼板產量是1500萬t，其中77%是熱鍍Zn鋼（gāng）板。鍍（dù）Zn鋼（gāng）板用於汽（qì）車、建築（zhù）、電器和其他（tā）方麵，其中有一半用於汽（qì）車。

從（cóng）80年代起（qǐ）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（nài）蝕性（xìng）下降。長（zhǎng）期暴露腐蝕的結果表明，鍍Zn鋼板由於Zn的消耗而（ér）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（hù）功能。55%Al-Zn鍍層的金屬組織是在一（yī）次結晶的富Al相晶粒之間存在著含b-Zn的富Zn相。Townsend指（zhǐ）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（bào）露腐蝕後期，富Al相起到（dào）耐蝕作用。這種防腐蝕機製也體（tǐ）現（xiàn）在鍍Zn鋼板（bǎn）和55%Al-Zn鍍層鋼板的端麵腐蝕中。研究資料指出，在長（zhǎng）期暴露（lù）實驗中，在暴露初（chū）期55%Al-Zn鍍層鋼（gāng）板由試樣端（duān）麵開始發生的鍍層膨脹（線狀腐蝕）的腐蝕速度較大（dà），在暴露後期（qī），鍍Zn鋼（gāng）板的鍍（dù）層膨脹腐蝕速度較大。在暴露初期55%Al-Zn鍍層鋼板（bǎn）的富Zn相在塗層和鍍層的界麵上溶解（jiě），所以，腐蝕從試樣端麵迅速向內部進行，當腐蝕進（jìn）行到一定距（jù）離時，與陰極距離（lí）增大，腐蝕速度就減小了。鍍Zn鋼板在腐蝕發生後由於沒（méi）有富Al相（xiàng），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（céng）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（gāng）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（yàng）中也得到證實。在濱海地區該鍍層係列鋼板（bǎn）暴露實驗生成的腐蝕產物中，都沒有發現ZnO。暴露腐蝕生成並積累的腐蝕產物大大抑製了陰極反應。而（ér）鍍（dù）Zn鋼板（bǎn）腐蝕產物（wù）中（zhōng）的ZnO具有半導體的性質，不能抑製氧化（huà）還原的陰極反（fǎn）應。在3%Mg鍍層鋼板腐蝕產物中沒有檢測出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（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，省去塗敷工序的預塗層鋼板實現了（le）商品化，並得到廣泛應用。之後，在電氣電子設備中禁止使（shǐ）用P、Cr6+和Cd6+的RoHS（對某些有害物質限製使用的規定）法令於2006年開始生效，推進（jìn）了無Cr化處理工藝的進程。預塗層鋼板的性能特（tè）點是耐蝕性、高加工性、抗表麵（miàn）瑕疵性、抗汙染性、抗菌性（xìng）、吸熱性（xìng）、散熱性等等，這些特（tè）性主（zhǔ）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、防止汙染、構築循（xún）環型社會的理念越來越強（qiáng）化，對材料提出降低環境負荷的要（yào）求也越來越（yuè）高。在歐洲，針對電氣（qì）電子設備的（de）RoHS法令以（yǐ）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）的產品禁止在歐盟區域（yù）銷售。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（suān）鹽處理的技術，由於沒（méi）有（yǒu）找（zhǎo）到（dào）有效的方法，鉻酸（suān）鹽處理工藝仍在繼續使用。但是（shì），在上述法令公布之後加（jiā）快了對應措施的研究，在法令生效之日，日本的（de）無（wú）Cr化處理技術已經完全開（kāi）發成功。

無（wú）Cr化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（chù）理的機（jī）理（lǐ）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有機樹脂膜與金屬（shǔ）氧（yǎng）化層和塗層的密著性。高功（gōng）能（néng）無Cr有機複合塗層鋼（gāng）板的耐蝕（shí）性基（jī）本上可與鉻酸鹽處理鋼板（bǎn）相媲美。

目前，日本鋼鐵廠的化成處理基本上實（shí）現了無Cr化。今後應進一步開發（fā）出自修複性和耐蝕性更（gèng）好的皮膜。荒木提出的用矽烷類化合物對烷烴硫（liú）醇自己組織化單分子膜進行化學改性，形（xíng）成二元聚合體的方法，可以用幾納米厚的薄膜獲得高耐蝕性，是值得關注的方法。

(3)表麵處（chù）理鋼板與汽（qì）車（chē）

從（cóng）上世紀70年代開始，就將汽車用表麵處理鋼（gāng）板的目標定為車身防蝕。此後隨著目（mù）標值的逐級提高，開發出電鍍Zn鋼板、Zn合金鍍層鋼板、合（hé）金化熱鍍Zn鋼板、有機薄膜塗（tú）敷鍍Zn鋼板等等，用於汽車表麵處理鋼板的比例不（bú）斷增加。最近，為降低燃料消耗、CO2減（jiǎn）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，進行汽車（chē）表麵處理鋼板的開發工作。

從上世（shì）紀70年代到80年代，在電鍍Zn鋼板（bǎn）方麵，電鍍Fe-Zn合（hé）金鋼板和兩層電鍍鋼板因良好的耐蝕性（xìng）以及電（diàn）鍍時的抗電弧坑特性而得到廣泛應用，同時，電（diàn）鍍Ni-Zn鋼板、鍍Ni-Zn層（céng）上塗敷鉻酸鹽皮膜（mó）和約1靘含（hán）SiO2有機（jī）皮膜的有機複合塗層鋼板也被采用。由於鉻酸鹽皮膜的鈍化作用和有機皮膜的阻（zǔ）隔功能以及SiO2的防（fáng）鏽作用，使塗敷鉻酸鹽（yán）皮膜－含SiO2有機皮膜的複合塗層鋼板具有極好的（de）耐蝕性。但是80年代，美國汽（qì）車業公布了汽車的（de）耐蝕（shí）標準（10年無（wú）孔蝕、5年外表無鏽、2年發動機倉無鏽）；隨後歐洲提出了（le）保證汽車12年防鏽的標準。為適應這些（xiē）標準，日本轉向采用（yòng）合金（jīn）化（huà）熱鍍Zn鋼板，並通（tōng）過增加鍍層厚度來確（què）保良好的耐蝕性（xìng）。增加鍍（dù）層厚度是提高耐蝕性的（de）簡（jiǎn）單而有效的方法。目（mù）前合（hé）金化（huà）熱鍍（dù）Zn鋼板已成為日本表麵處理鋼板的主流，歐（ōu）洲則主要采用電鍍Zn和非合金化（huà）熱鍍Zn鋼板，鍍層厚度（dù）大於日本的合（hé）金化熱鍍Zn鋼板（bǎn）。

(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，伸長（zhǎng）率降低。但鐵素體和馬氏體雙（shuāng）相鋼（gāng）（DP鋼（gāng））和由於殘餘奧氏體加工誘發馬氏體相（xiàng）變發生硬化而使變形（xíng）量（liàng）增加的TRIP鋼（相變誘導塑性鋼），比傳統高強度鋼（gāng）具有更大的延性。此外，還開發出在200℃左右塗（tú）漆烘烤（kǎo）加熱時硬度增加的（de）烘烤硬化鋼（gāng）（BH鋼）和添加Ti、Nb的超低碳BH鋼。

在對高強度鋼進行熱鍍（dù）Zn或合金（jīn）化熱（rè）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（yǎng）化物降低了Zn液與鋼的浸潤性，是鍍Zn鋼板產生“露鋼”缺陷的一（yī）個原因。

(5)表麵處理鋼板的發（fā）展方向

由於Zn的良好耐蝕性以及對基板的替代腐蝕保護功能（néng），用Zn和Zn合（hé）金進行表麵處理的鋼板得到廣泛的應用。可以認為很難用（yòng）簡單方法來（lái）取代（dài）Zn的（de）這些優良（liáng）特性。但是，在Zn的替代腐蝕保護功能（néng）方麵，由於（yú）對Zn陽極（jí）反應的非極化特（tè）性（陽極過電壓很難增加（jiā）），替代腐蝕電位很低，基本（běn）上（shàng）是-1.0V，所以，在替代腐蝕反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（jīn）替代Zn進行鋼板熱鍍（dù），可以抑製替代腐蝕（shí）電位的降低和氫滲入鋼中（zhōng）。因（yīn）此這是（shì）一個通（tōng）過選擇適（shì）當的合金組合減小氫（qīng）脆的表麵處理方法。

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（biǎo）麵處理中的優勢地位。因此，重要的不是單純地用其（qí）他金屬或合金替代Zn，而（ér）是（shì）通過鋼的熱處理、加工、化成處理、塗裝等工藝的適當組合，開發出（chū）適用於（yú）不同用途和不同特性要求（qiú）的表麵處（chù）理工藝。

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