镀锌钢板耐腐蚀性能影响因素分析
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总第266期2018年第2
期
HEBEIMETALLURGY
TotalNo.2662018,Number2
收稿日期:2017-11-07
作者简介:贾慧淑(1983-),女,工程师,2007年毕业于合肥工业大学金属材料工程专业,现在河钢集团唐钢公司技术中心从事钢铁产品试验研究工作,
E-mail:jiahuishu@sina.cn镀锌钢板耐腐蚀性能影响因素分析
贾慧淑
(河钢集团唐钢公司技术中心,河北唐山063016)
摘要:通过对不同钝化膜种类及厚度的镀锌钢板进行耐中性盐雾试验分析,发现影响镀锌板耐腐蚀性能的主要因素有钝化膜种类、钝化膜厚度、钝化膜均匀性。
其中,基板质量、试验条件对耐腐蚀性能也有一定影响。
在对上述影响因素分析的基础上,提出了改进镀锌钢板耐腐蚀性能的建议。
关键词:镀锌钢板;中性盐雾试验;钝化膜厚度;耐腐蚀性能;分析中图分类号:TG174.4 文献标识码:B文章编号:1006-5008(2018)02-0021-05
doi:10.13630/j.cnki.13-1172.2018.0206
INFLUENCINGFACTORSANALYSISOF
CORROSIONRESISTANCEOFGALVANIZEDSTEELSHEET
JiaHuishu
(TechnicalCenterofHBISGroupTangsteelCompany,Tangshan,Hebei,063016)
Abstract:Itisfoundthatthemaininfluencingfactorsofcorrosionresistanceofgalvanizedsteelsheetaretype,thicknessanduniformityofpassivefilmthroughanalyzingtheneutralsaltspraytestofgalvanizedsteelsheetwithdifferentpassivefilmtypesandthickness.Moreover,thebaseplatequalityandtestconditionsalsohaveacertaineffectoncorrosionrésistance.Basedontheanalysisoftheabovefactors,somesuggestionsforimprovingthecorrosionresistanceofgalvanizedsteelsheetareputforward.
KeyWords:galvanizedsteelplate;neutralsaltspraytest;passivefilmthickness;corrosionresistance;anal ysis
0 引言
钢带镀锌工艺历经50年的发展,已经成为一种工艺成熟的、技术先进的工业技术。
镀锌钢板被广泛用于建筑、汽车、家电等行业,对其耐腐蚀性能要求不断增加。
锌层在潮湿环境中易被氧化,形成白斑或灰暗色腐蚀产物,为提高其耐腐蚀性能,在镀锌钢板表面采取钝化处理。
钝化后在钢板表面生成一种非常薄的、致密的、覆盖性能良好的、牢固的吸附在金属表面上的钝化膜。
这层膜把金属与腐蚀介质完全隔开,防止金属与腐蚀介质反应,从而达到防腐蚀的作用。
盐雾试验是评价涂膜耐腐蚀性能最有效的手段,它可以模拟沿海地区大气环境条件,被认为是最传统、广泛和便捷的一种加速腐蚀试验。
本文主要
从钝化膜的种类、厚度、均匀性以及基板质量和耐中性盐雾试验条件出发分析影响镀锌钢板耐蚀性能因素,并提出提高镀锌钢板耐腐蚀性能的建议。
1 试验材料和试验方法
1.1 试验材料
试验选用不同钝化膜厚度的Cr6+
和无Cr钝化
DC51D+Z镀锌钢板,试样尺寸75mm×150mm。
1.2 试验方法
依据GB/T10125-2012《人造气氛腐蚀试验盐雾试验》进行耐中性盐雾试验。
依据GB/T6461-2002《金属基体上金属和其他无机覆盖层经腐蚀试验后的试样和试件的评级》对本试验结果进行评级。
采用Erichsen606盐雾试验箱,试样箱内温度为(35±2)℃,这个温度模拟了许多国家夏季最高平均温度;氯化钠浓度为50g/L,该浓度接近海水的
浓度(经研究,该浓度下腐蚀速率最快[1]
);pH值为
7.0,符合GB/T10125-2012中pH值为6.5~7.2的要求;沉降量为24h喷雾后,每80cm2面积上1.5
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mL/h,符合GB/T10125-2012中每80cm2面积上1.0~2.0mL/h的要求,腐蚀速度稳定。
2 试验结果分析
锌是一种很活泼的金属,未经处理的镀锌产品,耐腐蚀性能差,耐中性盐雾试验过程中当氯化钠溶液的微粒沉降附着在锌层表面,会迅速吸潮溶解成氯化物。
在一定温度、湿度条件下,这种氯化物水溶液或者电离后的氯离子与锌层发生电化学反应,镀层会很快变暗,并相继出现白色腐蚀产物通称白锈。
经过钝化处理后,锌层表面形成一种铬酸盐转化膜层,起到隔绝氯化物水溶液的作用,可以有效防止锌
层生成白锈,从而提高镀锌产品的耐腐蚀性能[
2]。
通过试验分析影响镀锌钢板耐腐蚀性能的主要因素有钝化膜种类,钝化膜厚度、钝化膜均匀性,其中基板质量、试验条件对耐腐蚀性能也有一定影响。
2.1 钝化膜种类的影响
长期以来,国内外普遍对镀锌板采用铬酸盐
Cr6+
钝化方法进行处理,此工艺简单,钝化膜与基体
结合性能好,耐腐蚀性能优良。
当钝化膜受到损伤时,在有一定湿度的空气中,六价铬化合物溶于水生
成铬酸,它能继续与锌层起氧化还原反应,再次形成钝化膜具有自我修复能力。
随着全球环保呼声不断提高,各国政府严格限制铬酸盐的使用和排放,部分发达国家已禁止使用铬酸盐及相应对环境有污染的
工艺。
因此,随之发展了无毒害的Cr3+
和无铬酸盐的钝化膜[2]。
Cr3+和无铬钝化膜没有Cr6+
钝化膜
那样特有的自愈修复功能,膜层一旦被拉伤,极易造
成镀锌板的腐蚀,
Cr3+
和无铬钝化膜耐蚀性要比Cr6+
钝化膜耐蚀性差,需要较大的钝化膜厚度才能
有效起到隔绝氯化物水溶液的作用。
2.2 钝化膜厚度的影响
随着钝化膜厚度增加,能更有效的隔绝氯化物水溶液,使其防腐蚀性能增强。
采用钝化膜厚度为
13mg/m2、23mg/m2、45mg/m2的Cr6+钝化
DC51D+Z镀锌钢板,未封边,水平放置,72h盐雾试验后不同钝化膜厚度镀锌板试样见图1。
随着钝化膜厚度增加,DC51D+Z镀锌钢板的腐蚀白绣面积的比例降低,腐蚀面积及评级结果见表1。
试验结果表明,随着钝化膜厚度的增加镀锌板耐盐雾腐
蚀性能增强。
图1 Cr6+
钝化镀锌板72h盐雾试验照片
Fig.1 PhotosofCr6+
passivegalvanizedsheetafter72hneutralsaltspraytest
表1 Cr6+
钝化镀锌板72h盐雾试验结果
Tab.1 ResultsofCr6+
passivegalvanizedsheetafter72hneutralsaltspraytest
钝化膜种类
钝化膜厚度/(mg/m2)试验周期/
h评级评级描述
Cr6+
1372-/2mC锌层腐蚀产物白锈,面积10%~25%,破坏程度为中度;基体金属未腐蚀Cr6+2372-/3sC锌层腐蚀产物白锈,面积5%~10%,破坏程度为轻度;基体金属未腐蚀Cr
6+45
72
-/4sC
锌层腐蚀产物白锈,面积2.5%~5%,破坏程度为轻度;基体金属未腐蚀
随着钝化膜厚度增加,需要钝化液量增多,烘干时间加长,导致生产成本增加,同时膜层过厚,容易导致钝化膜脱落。
腐蚀电位可以反映材料在相应介质中的腐蚀倾向,腐蚀电位越高,表明材料越不易发
2
2
河北冶金 2018年第2期
生腐蚀,即耐蚀性能越好,反之亦然,如表2所示。
表2 镀锌板不同钝化膜厚度腐蚀电位及腐蚀结果
Tab.2 Corrosionpotentialandcorrosionresultsofgalvanizedsheetwithdifferentthicknessofpassivefilm钝化膜厚/(mg/m2
)
354045505560
腐蚀电位/V-0.674-0.670-0.642-0.602-0.591-0.674白锈面积/%
10
8
5
3
1
1
对于Cr6+
钝化膜厚度为45mg/m2时,镀锌板
中性盐雾试验要求72h后白锈面积不超过5%,可满足产品性能要求。
从耐腐蚀性能要求和生产成本
两方面考虑,Cr6+
钝化膜厚度应控制在45mg/m2。
2.3 钝化膜均匀性试验
在电镜下观察钝化膜微观形貌,发现钝化膜厚度过厚时,影响钝化膜的均匀性,钝化膜表面产生微裂纹,直接影响其耐腐蚀性能。
以钝化膜厚度分别为800mg/m2、600mg/m2、500mg/m2的无Cr钝化试样为例,做如下试验。
试样未封边,水平放置72h盐雾试验,试验结果如表3所示。
钝化膜厚度较厚,但耐腐蚀性能并不好,主要原因为钝化膜过厚,不易烘干,易出现微裂纹。
表3 镀锌板无Cr、Cr3+、Cr6+
钝化72h盐雾试验结果
Tab.3 Testresultsof72hsaltsprayofgalvanizedsheetwithoutCr,Cr3+andCr
6+
钝化膜种类钝化膜厚度/
(mg/m2)试验周期/h评级评级描述
无Cr800
72-/2xC锌层腐蚀产物白锈,面积10%~25%,破坏程度为重度;基体金属未腐蚀60072-/3mC锌层腐蚀产物白锈,面积5%~10%,破坏程度为中度;基体金属未腐蚀500
72
-/3mC
锌层腐蚀产物白锈,面积5%~10%,破坏程度为中度;基体金属未腐蚀
DC51D+Z镀锌板无Cr钝化膜厚度为800mg/m2的试样腐蚀前钝化膜形貌及成分如图2和图3所示。
从图2看出,钝化膜局部产生微裂纹。
从图3看出,
检测到Zn元素的存在,镀锌基体裸露在钝化膜外面。
钝化膜不能完全的覆盖在镀锌板表面,无法起到完全隔绝氯化物水溶液的作用,局部镀锌层失去有效保护。
氯化物水溶液从裂纹处渗入与锌层接触,
从而导致镀锌板耐腐蚀性能降低。
图2 镀锌板无Cr钝化膜微观形貌
Fig.2 MicrostructureofpassivefilmofgalvanizedsheetwithoutC
r
图3 镀锌板无Cr钝化膜成分
Fig.3 CompositionofpassivefilmofgalvanizedsheetwithoutCr
2.4 基板质量对钝化膜耐腐蚀性能的影响
基于镀锌镀层晶粒的结晶和长大特性,镀后会形成明暗相间的锌花和凹凸不平的表面。
镀后光整压下量较小,锌花没有被完全压平,表面凹陷较深区域未被光整辊赋予一定的粗糙度,从而使该区域较四周光滑,呈现亮色,导致了该亮点缺陷的产生,其微观形貌如图4
所示。
图4 镀锌板表面亮点显微形貌
Fig.4 Microstructureofbrightspotonthesurfaceofgalvanizedsheet
镀锌板表面的亮点缺陷对钝化膜的附着性有一定的影响,使亮点处的钝化膜易损伤脱落,不能牢固地吸附在金属表面上形成覆盖性能良好的保护层。
腐蚀首先出现在缺陷处,并向外延伸,从而影响镀锌板耐腐蚀性能。
镀锌板耐中性盐雾试验后表面腐蚀情况见图5。
3
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图5 镀锌板中性盐雾试验照片
Fig.5 Neutralsaltspraytestphotoofgalvanizedsheet
2.5 试验条件对盐雾试验结果的影响
耐中性盐雾试验过程中,试验温度、氯化钠浓度、pH值、沉降量等试验条件对试验结果影响较大,应严格按照G
B/T10125-2012《人造气氛腐蚀试验盐雾试验》中规定进行试验[3]。
同时试样放置角度、封边情况对试验结果也有一定的影响。
Cr6+
钝
化D
C51D+Z镀锌板在试验温度、氯化钠浓度、pH值、沉降量相同的情况下,改变试样放置角度和封边
情况,镀锌板耐腐蚀性能结果也有明显区别,试验结果见表4和图6。
表4 镀锌板在不同试验条件下72h盐雾试验结果
Tab.4 Resultsof72hsaltspraytestforgalvanizedsheetunderdifferenttestconditions
钝化膜厚度/(mg/m2)试验周期/
h评级评级描述
试验条件
23
72
-/4sC
锌层腐蚀产物白锈,面积2.5%~5%,破坏程度为轻度;基体金属未腐蚀
胶带封边,与垂直面成20°放置
2372-/4sC锌层腐蚀产物白锈,面积2.5%~5%,破坏程度为轻度;基体金属未腐蚀
胶带封边,水平放置
2372-/2xC锌层腐蚀产物白锈,面积10%~25%,破坏程度为重度;基体金属未腐蚀
未封边,与垂直方向成20°放置
2372-/3xC锌层腐蚀产物白锈,面积5%~10%,破坏程度为重度;基体金属未腐蚀
未封边,
水平放置
图6 镀锌板在不同试验条件下的腐蚀照片
Fig.6 Corrosionphotoofgalvanizedsheetunderdifferenttestconditions
镀锌板试样放置角度在封边的情况下对试验结果的影响不大;但未封边的试样改变试验角度,对试验结果影响较大。
在盐雾试验环境下,未封边试样迅速从边部没有钝化膜覆盖的基板开始腐蚀,并不断向内部延伸,直接影响耐腐蚀性能的结果。
3 结论
影响镀锌板耐腐蚀性能的因素主要有钝化膜种类、钝化膜厚度、钝化膜均匀性、基板质量以及试验条件。
(1)对于Cr6+
钝化膜厚度为45mg/m2时,镀锌
板中性盐雾试验要求72h后白锈面积不超过5%,基本满足镀锌板耐腐蚀性能要求。
(2)提高钝化膜均匀性,减少局部弱点,是提高整个板面耐腐蚀能力的重要方法。
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(3)调整工艺,控制光整压下率,减少板面缺陷,提高镀锌板表面质量,是提高镀锌板耐腐蚀性能的重要方法。
(4)为使试验结果更有代表性,应在相同的试验条件下,在严格控制试验温度、氯化钠浓度、pH值、沉降量的基础上试样进行封边处理。
参考文献
[1]杨纯儿.盐雾试验技术现状[J].合成材料老化与应用,2010,(1):43~47.
[2]张玉.热浸镀锌及锌基合金镀层工艺及其耐蚀机理的研究与应用[D].山东:山东大学化学与化工学院,2011.
[3]唐毅,宋爱民.盐雾试验条件对试验结果的影响[J].微电子学,2009,39(2):50~54
檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨
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高强塑积汽车钢板组织控制的基本思路
根据钢的强塑积将汽车钢分为三代:第一代汽车钢的强塑积一般为15GPa·%;第二代汽车钢的强塑积达到了50GPa·%,如TWIP钢;第三代汽车钢在前两代汽车钢的研究基础上,通过Q·P工艺或ART逆相变奥氏体工艺结合元素的配分和扩散过程,获得细小均匀的铁素体和亚稳奥氏体混合多相组织,中低合金质量分数的高性能汽车钢铁材料。
无论是第一代汽车钢中的DP钢和TRIP钢,第三代汽车钢中的Q·P钢,都有一个共同的特点,那就是通过碳的配分,实现奥氏体富碳,从而稳定奥氏体。
依靠碳的配分,需要钢中含有较高的碳含量才能获得大量亚稳奥氏体,所以普通的TRIP钢和Q·P钢中的奥氏体含量一般不会大于15%,无法将亚稳相的含量调控到较高的水平。
而将钢中的碳含量调高到0.4%以上的水平又会显著恶化钢的焊接性能。
所以,仅仅依靠碳配分来进行亚稳相调控存在很大的局限性。
由此得到启示,研发高强高塑汽车钢必须走复合配分与亚稳控制的思路。
为此,中国钢铁研究总院提出利用逆相变原理,通过碳锰复合配分控制亚稳奥氏体含量的中锰钢研发思路。
中锰钢采用中锰合金化成分体系,典型成分有0.1%C-5%Mn-余Fe。
钢的组织调控采用“逆相变”(ART处理)工艺。
该工艺首先将钢淬火得到淬火马氏体,然后在铁素体+奥氏体两相区保温退火获得逆生奥氏体,并伴随有溶质元素在奥氏体中的富集及再配分活动,使残留奥氏体稳定性提高保留到室温,中锰ART钢在室温下的显微组织为马氏体或回火马氏体基体上含有大量片状残留奥氏体和超细铁素体。
目前国内外第三代汽车钢的研发可以归结到3个典型的性能上:一是抗拉强度不小于750MPa、伸长率不小于40%的TG750;二是抗拉强度不小于1000MPa、伸长率不低于30%的TG1000;三是抗拉强度不低于1500MPa、伸长率不低于20%的TG1500。
据报道,韩国、日本和法国也已经完成中锰第三代汽车钢的工业化前研发工作,准备进行工业化试制和商业化运作。
未来将掀起全球范围的中锰第三代汽车钢工业化推广应用的热潮。
美国首先提出第三代汽车钢概念,并于2007年10月启动了第三代汽车钢研发工作。
同期,中国钢铁研究总院也开始第三代汽车钢的研发工作。
2009年,中国钢研首先在实验室研究出了具有高强度和高塑性的第三代汽车钢,其强塑积超过30GPa·%。
经过近10年的研究与开发,中国钢铁研究总院已经完成TG750、TG1000和TG1500的热轧和冷轧中锰第三代汽车钢的实验室研发工作,这些新开发的中锰钢的力学性能范围:抗拉强度R
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为700~1500MPa、伸长率A为20%~50%,强塑积可达到25~50GPa·%。
韩国2013年报道了中锰逆相变的第三代汽车钢的研发工作,其基本成分为碳质量分数约为0.1%,而锰质量分数为6%~9%,抗拉强度为900~1200MPa、伸长率为20%~30%,该性能也明显高于第一代汽车钢。
而且,韩国在实验室研究了冷轧中锰钢工艺制度,研究结果表明工业化生产中锰钢的困难不是很大,但一些关键问题不能忽视,如铝元素的添加会导致连铸问题和热轧过程中出现裂纹,碳含量应尽量降低来避免在冷轧过程中产生马氏体,硅的添加有利于抑制渗碳体的析出,但过高的硅含量会导致热镀锌困难。
(摘自《中国钢铁新闻网》2017-12-2713:23:00)
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