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zn-6%A|-3%Mg合金镀层钢板耐蚀性能[3,34]
由日新制钢公司开发的Zn-6%A3%Mg镀层是当今锌基镀层中耐蚀性较好的新型镀层产品。其在Zn-6%Al的共晶组织中添加不同Mg含量对其镀层的CCT(循环腐蚀试验——日本汽车技术协会规定的腐蚀试验方法)试验表明,含镁达3%时镀层的耐蚀性大大提高(见图2-28)而且镀层产生红锈的循环次数随Mg含量的提高而增加,当Mg含量为3%时突然大幅度增大(见图2-29)。
从图2-29可以看出,当试样的腐蚀失重达60g/m2时,各种镀层的CCT循环次数分别为:Zn-0.2%Al10次,Zn-6%Al25次,Zn-4.5%A-0.1%Mg30次,Zn-6%A|-0.1%Mg35次,Zn6%A-1%Mg50次,Zn-6%A12%Mg90次Zn-6%A-3%Mg180次,[镀层质量为(90土5g)/m2]。可见此新镀锌层比传统镀锌层的耐蚀性高近18倍之多
对此种高耐蚀性镀层及其腐蚀产物的微观分析表明,其Zn/Al共品组织呈多层状,加Mg后,此共品组织变成颗粒状,当Mg达到0.2%~2%时,在Zn/Al共晶体中析出Zn/Al/Zn2Mg三元共晶体,并且随Mg含量的增加,其析出量增
当加Mg达3%时,镀层组织就以Zn/Al/Zn2Mg三元共晶体为主体了。Mg均匀而微细地分散在镀层中
对普通锌板(GD)、Zn-5%Al-0.1%Mg(GF)及Zn-6%Al-3%Mg三种镀层钢板的SST及CCT试验后的腐蚀产物分析及较化曲线测定表明,其SsT的腐蚀产物是:上层为碱式碳酸锌铝[ZnAl2(OH)16CO3·4H2O],底层为Zn(OH)gCl2·H2O和碱式碳酸锌的双层结构,而湿热试验的腐蚀产物主要为碱式碳酸锌铝,而不形成无保护作用的MgO。电化学研究表明,GI在腐蚀试验初期腐蚀电流不断增大,而GF的腐蚀电流处于低水平,以后又急剧增大,Z6%A1-3%Mg镀层在SST试验500h及在CCT试验20个循环后仍能维持较低的腐蚀电流(见图2-30和图2-31)。这是因为含Mg镀层的腐蚀产物具有良好的抑制阴极反应的结果
由此可见,Zn-6%AI-3%Mg镀层可抑制碱式碳酸锌和ZnO的形成,其腐蚀产物以碱式氯化锌为主,此物能长期存在而抑制其腐蚀速率
1)纯锌热镀锌钢板
纯锌热镀钢板顾名思义是在热镀锌中没有将任何元素作为合金镀层添加到锌锅中。然而实际上在进行纯锌热镀中为了工艺上的需要,常常在锌锅中加入少量铝和少量铅。当锌液中存在0.10%~0.15%A时,热镀所得镀层短时没有FeZn相形成仅有Fe2Als相层,添加铝抑制FeZn形成长大的作用,导致镀锌层大为减薄当铝量添加量为0.15%~0.20%时,镀层厚度可减薄40%,当锌液中所含铝含量达到0.20%时,可完全消除镀层中的T相和61相,镀层仅由和n的共晶体和7相构成,这种合金层薄而且有好的韧性。在通常情况下,锌锭中含有少量铅,为0.003%~1.75%,铅在锌液中的溶解度在450~455℃下约为1.2%,这样少量铅对FeZn合金层的形成没有影响,但它都可以降低锌的熔点,低熔点锌液使得镀锌钢板提出锌锅时,在其表面的锌液层凝固的时间较长,从而形成较大的锌的品体,生产出大锌花热锁钢板
(2)合金化媛锌铜板
合金化镀锌钢板是在纯锌热镀钢板的生产线上,钢带从锌锅提出后进人合金化炉进行合金化处理,得到钢表面纯镀锌层全部转变为ZnFc合金层的钢板,其层相结构以b相为主并含有少量不可避免的r相.镀层中含有铁量约力5g/mn3即10%Fe合金化饺锌钢板除了具有优良的耐蚀性外,还具有良好的冲压成形性、焊接性和涂装性,它可以很好地满足汽车制造业和电器行业对热镀钢板的各项要求
(3)55%A|Zn合金媛层纲
55%A|-Zn合金镀层钢板,商业名为Galvalume,镀层合金成分为55%A43.4%Zn-1.6%Si,其镀层合金的密度仅有3.69g/cm3,在镀层质量相同的情况下,它的厚度是纯锌镀层厚度的2倍55%A-Zn合金饺层钢板具有较普通纯锌镀层钢板更为优异的耐大气、耐水介质及耐土壤腐蚀的性能,55%A1-Zn合金镀层钢板在大气〔环境中的耐蚀性是普通纯锌镀层钢板的2~6倍,同时还表现出较镀铝板更优的剪切边缘的电化学保护作用,此外,55%A-Zn合金镀层钢板还具有较佳的抗高温氧化性能、较好的防热辐射及热反射性,其表面锌花细密、光泽美观,它多用于建筑业和电器业。
(4)zn-5%A|-RE合金镀层钢板
Zn53%ARE合金键层钢板商品名称Gmn.在大气环境下,它的耐蚀性是普通纯锌镀层钢板的2~4倍,而且其综合耐腐蚀性能,包括棵板耐蚀性、切边部位牺牲阳极保护性、加工成形后耐蚀性以及涂装后耐蚀性较为理想。该合金锁层钢板的焊接性、冲压成形性俱佳,其中加工性能几乎可和电镀锌层钢板相媲美Zn5%Al-RE合金镀层钢板完全可以替代普通钝锌热镀层钢板,广泛用于建筑、汽车、电器等行业
(5)zn-6%A|-3%Mg合金镀层钢板[0,24]
Zn6%A-3%Mg合金镀层钢板是目前锌基合金镀层中具有较高耐蚀性的新型镀层钢板。在试验室循环试验中其耐蚀性是传统镀锌层(Zn-0.2%Al)的18倍。其原因是镁的加入改变了镀层的组织结构,在腐蚀环境下镁能长期抑制碳酸锌及氧化锌等非保护性腐蚀产物的形成。含镁的锌系镀层腐蚀产物具有优异的抑制阴极反应的效果。Zn6%A1-3%Mg合金镀层钢板主要用于建筑行业20世纪90年代,热镀锌钢板特别是热镀锌合金化钢板被大量用于汽车和家电制造业,从而使其获得很大的发展。由此国内各大钢厂相继建立起**大型(处理钢带宽度2250mm)、**高速度(生产线工艺段钢带运行速度大于200m/min)及高度自动化的热镀锌生产线。由于出现了先进的高灵敏度传感器和先进的测试方法,从而可以在线及时调整与控制合金化程度,达到所需要的相结构,使得热镀锌合金化钢板的质量大幅度提高。同时,由于热镀锌工艺自身具有成本低的特点,而使热镀锌合金化钢板比汽车使用的电镀锌合金钢板具有更好的市场潜力在热镀锌设备方面出现了立式高温退火炉,改善了钢带的退火质量,炉内设有加热、均热、快速冷却及保温四个工艺段,以控制热镀锌镀层钢板达到所需要的力学性能。炉内设置了钢带张力调整装置,使钢带的振动减小到较低程度,从而使得热镀锌镀层的均匀性大大提高,这对提高热镀锌合金化镀层钢板的质量起到了重要的作用。此外,由于热轧技术的进步,热轧钢带厚度可以轧到0.5mm,对于一些热镀锌板表面质量及力学性能要求不高的用途,可以用热镀锌热轧钢板代替,从而促进了热轧板热镀锌技术的快速发展
人对种镀层的钢板在日本各地进行大气暴露试验后的结果列于表2-17中该表汇总了表面光泽、红锈(基体钢的腐蚀4成物)和白锈(使层金属的腐蚀生成物)的发生状态及表面颜色,腐蚀程度与暴露环境紧密相关,在重1业环境下,热镀锌钢板8年后表面全都覆盖红锈,而Galvan,铝钢板10后也没有产生显著的红锈,仅有点状的腐蚀生成物。热{钢板的镀层尽管沿镀层中析出的Si处有腐蚀,但基体钢几乎没有受到腐位,Galvalume钢板出现有**的点状腐蚀生成物,腐蚀通过镀层中的富Zn相进行,并在锁层和合金层的界面及镀层表面有腐蚀生成物出现,可是,在某体钢板上并没有发现明的腐蚀部位,
通过该试验显示了三种不同的层钢板的耐蚀性的差异,发现Galvalume分层钢板的耐蚀性与铝钢板相近,试验过程中没有红锈产生,而热镀锌钢板表面出现大面积的红锈,说明其耐蚀性较热镀锌钢板要强
早在1962年伯利恒(Bethlehen)钢铁公司曾对铝含量从1%~70%的各种组成的ZnA1合金镀层,在各种大气环境下,进行了为期5年的大气暴晒试验结果表明,当镀层成分中铝含量为4%~10%范围内时,Zn-AlI合金镀层具有比纯锌高的耐蚀性;铝含量在15%~25%时,合金镀层的耐蚀性下降,甚至低于纯锌镀层,以后随着合金镀层中铝含量升高,其耐蚀性又逐渐增大,直到70%以上,达到纯铝镀层的水平。图2-27所示为不同组成的ZnAl合金镀层在不同大气环境下耐蚀性的比较
另外,按照各种组成的ZnA合金镀层钢板切边部位的腐蚀状况,确定铝含量为55%的Zn-Al合金镀层具有对露铁部位的牺性性阳极保护作用。**此含量的Zn-AI合金镀层在其镀层钢板的切边处发生锈蚀,镀层对露铁部位已无这种电化学保护作用。从而确定这种高耐蚀镀层的铝含量为55%。此外,铝锌-硅合金镀层钢板除了优良的耐大气腐蚀性能之外,它还具有优良的抗高温氧化性能和良好的隔热、隔光功能。
由日新制钢公司开发的Zn-6%A3%Mg镀层是当今锌基镀层中耐蚀性较好的新型镀层产品。其在Zn-6%Al的共晶组织中添加不同Mg含量对其镀层的CCT(循环腐蚀试验——日本汽车技术协会规定的腐蚀试验方法)试验表明,含镁达3%时镀层的耐蚀性大大提高(见图2-28)而且镀层产生红锈的循环次数随Mg含量的提高而增加,当Mg含量为3%时突然大幅度增大(见图2-29)。
从图2-29可以看出,当试样的腐蚀失重达60g/m2时,各种镀层的CCT循环次数分别为:Zn-0.2%Al10次,Zn-6%Al25次,Zn-4.5%A-0.1%Mg30次,Zn-6%A|-0.1%Mg35次,Zn6%A-1%Mg50次,Zn-6%A12%Mg90次Zn-6%A-3%Mg180次,[镀层质量为(90土5g)/m2]。可见此新镀锌层比传统镀锌层的耐蚀性高近18倍之多
对此种高耐蚀性镀层及其腐蚀产物的微观分析表明,其Zn/Al共品组织呈多层状,加Mg后,此共品组织变成颗粒状,当Mg达到0.2%~2%时,在Zn/Al共晶体中析出Zn/Al/Zn2Mg三元共晶体,并且随Mg含量的增加,其析出量增
当加Mg达3%时,镀层组织就以Zn/Al/Zn2Mg三元共晶体为主体了。Mg均匀而微细地分散在镀层中
对普通锌板(GD)、Zn-5%Al-0.1%Mg(GF)及Zn-6%Al-3%Mg三种镀层钢板的SST及CCT试验后的腐蚀产物分析及较化曲线测定表明,其SsT的腐蚀产物是:上层为碱式碳酸锌铝[ZnAl2(OH)16CO3·4H2O],底层为Zn(OH)gCl2·H2O和碱式碳酸锌的双层结构,而湿热试验的腐蚀产物主要为碱式碳酸锌铝,而不形成无保护作用的MgO。电化学研究表明,GI在腐蚀试验初期腐蚀电流不断增大,而GF的腐蚀电流处于低水平,以后又急剧增大,Z6%A1-3%Mg镀层在SST试验500h及在CCT试验20个循环后仍能维持较低的腐蚀电流(见图2-30和图2-31)。这是因为含Mg镀层的腐蚀产物具有良好的抑制阴极反应的结果
由此可见,Zn-6%AI-3%Mg镀层可抑制碱式碳酸锌和ZnO的形成,其腐蚀产物以碱式氯化锌为主,此物能长期存在而抑制其腐蚀速率
1)纯锌热镀锌钢板
纯锌热镀钢板顾名思义是在热镀锌中没有将任何元素作为合金镀层添加到锌锅中。然而实际上在进行纯锌热镀中为了工艺上的需要,常常在锌锅中加入少量铝和少量铅。当锌液中存在0.10%~0.15%A时,热镀所得镀层短时没有FeZn相形成仅有Fe2Als相层,添加铝抑制FeZn形成长大的作用,导致镀锌层大为减薄当铝量添加量为0.15%~0.20%时,镀层厚度可减薄40%,当锌液中所含铝含量达到0.20%时,可完全消除镀层中的T相和61相,镀层仅由和n的共晶体和7相构成,这种合金层薄而且有好的韧性。在通常情况下,锌锭中含有少量铅,为0.003%~1.75%,铅在锌液中的溶解度在450~455℃下约为1.2%,这样少量铅对FeZn合金层的形成没有影响,但它都可以降低锌的熔点,低熔点锌液使得镀锌钢板提出锌锅时,在其表面的锌液层凝固的时间较长,从而形成较大的锌的品体,生产出大锌花热锁钢板
(2)合金化媛锌铜板
合金化镀锌钢板是在纯锌热镀钢板的生产线上,钢带从锌锅提出后进人合金化炉进行合金化处理,得到钢表面纯镀锌层全部转变为ZnFc合金层的钢板,其层相结构以b相为主并含有少量不可避免的r相.镀层中含有铁量约力5g/mn3即10%Fe合金化饺锌钢板除了具有优良的耐蚀性外,还具有良好的冲压成形性、焊接性和涂装性,它可以很好地满足汽车制造业和电器行业对热镀钢板的各项要求
(3)55%A|Zn合金媛层纲
55%A|-Zn合金镀层钢板,商业名为Galvalume,镀层合金成分为55%A43.4%Zn-1.6%Si,其镀层合金的密度仅有3.69g/cm3,在镀层质量相同的情况下,它的厚度是纯锌镀层厚度的2倍55%A-Zn合金饺层钢板具有较普通纯锌镀层钢板更为优异的耐大气、耐水介质及耐土壤腐蚀的性能,55%A1-Zn合金镀层钢板在大气〔环境中的耐蚀性是普通纯锌镀层钢板的2~6倍,同时还表现出较镀铝板更优的剪切边缘的电化学保护作用,此外,55%A-Zn合金镀层钢板还具有较佳的抗高温氧化性能、较好的防热辐射及热反射性,其表面锌花细密、光泽美观,它多用于建筑业和电器业。
(4)zn-5%A|-RE合金镀层钢板
Zn53%ARE合金键层钢板商品名称Gmn.在大气环境下,它的耐蚀性是普通纯锌镀层钢板的2~4倍,而且其综合耐腐蚀性能,包括棵板耐蚀性、切边部位牺牲阳极保护性、加工成形后耐蚀性以及涂装后耐蚀性较为理想。该合金锁层钢板的焊接性、冲压成形性俱佳,其中加工性能几乎可和电镀锌层钢板相媲美Zn5%Al-RE合金镀层钢板完全可以替代普通钝锌热镀层钢板,广泛用于建筑、汽车、电器等行业
(5)zn-6%A|-3%Mg合金镀层钢板[0,24]
Zn6%A-3%Mg合金镀层钢板是目前锌基合金镀层中具有较高耐蚀性的新型镀层钢板。在试验室循环试验中其耐蚀性是传统镀锌层(Zn-0.2%Al)的18倍。其原因是镁的加入改变了镀层的组织结构,在腐蚀环境下镁能长期抑制碳酸锌及氧化锌等非保护性腐蚀产物的形成。含镁的锌系镀层腐蚀产物具有优异的抑制阴极反应的效果。Zn6%A1-3%Mg合金镀层钢板主要用于建筑行业20世纪90年代,热镀锌钢板特别是热镀锌合金化钢板被大量用于汽车和家电制造业,从而使其获得很大的发展。由此国内各大钢厂相继建立起**大型(处理钢带宽度2250mm)、**高速度(生产线工艺段钢带运行速度大于200m/min)及高度自动化的热镀锌生产线。由于出现了先进的高灵敏度传感器和先进的测试方法,从而可以在线及时调整与控制合金化程度,达到所需要的相结构,使得热镀锌合金化钢板的质量大幅度提高。同时,由于热镀锌工艺自身具有成本低的特点,而使热镀锌合金化钢板比汽车使用的电镀锌合金钢板具有更好的市场潜力在热镀锌设备方面出现了立式高温退火炉,改善了钢带的退火质量,炉内设有加热、均热、快速冷却及保温四个工艺段,以控制热镀锌镀层钢板达到所需要的力学性能。炉内设置了钢带张力调整装置,使钢带的振动减小到较低程度,从而使得热镀锌镀层的均匀性大大提高,这对提高热镀锌合金化镀层钢板的质量起到了重要的作用。此外,由于热轧技术的进步,热轧钢带厚度可以轧到0.5mm,对于一些热镀锌板表面质量及力学性能要求不高的用途,可以用热镀锌热轧钢板代替,从而促进了热轧板热镀锌技术的快速发展
人对种镀层的钢板在日本各地进行大气暴露试验后的结果列于表2-17中该表汇总了表面光泽、红锈(基体钢的腐蚀4成物)和白锈(使层金属的腐蚀生成物)的发生状态及表面颜色,腐蚀程度与暴露环境紧密相关,在重1业环境下,热镀锌钢板8年后表面全都覆盖红锈,而Galvan,铝钢板10后也没有产生显著的红锈,仅有点状的腐蚀生成物。热{钢板的镀层尽管沿镀层中析出的Si处有腐蚀,但基体钢几乎没有受到腐位,Galvalume钢板出现有**的点状腐蚀生成物,腐蚀通过镀层中的富Zn相进行,并在锁层和合金层的界面及镀层表面有腐蚀生成物出现,可是,在某体钢板上并没有发现明的腐蚀部位,
通过该试验显示了三种不同的层钢板的耐蚀性的差异,发现Galvalume分层钢板的耐蚀性与铝钢板相近,试验过程中没有红锈产生,而热镀锌钢板表面出现大面积的红锈,说明其耐蚀性较热镀锌钢板要强
早在1962年伯利恒(Bethlehen)钢铁公司曾对铝含量从1%~70%的各种组成的ZnA1合金镀层,在各种大气环境下,进行了为期5年的大气暴晒试验结果表明,当镀层成分中铝含量为4%~10%范围内时,Zn-AlI合金镀层具有比纯锌高的耐蚀性;铝含量在15%~25%时,合金镀层的耐蚀性下降,甚至低于纯锌镀层,以后随着合金镀层中铝含量升高,其耐蚀性又逐渐增大,直到70%以上,达到纯铝镀层的水平。图2-27所示为不同组成的ZnAl合金镀层在不同大气环境下耐蚀性的比较
另外,按照各种组成的ZnA合金镀层钢板切边部位的腐蚀状况,确定铝含量为55%的Zn-Al合金镀层具有对露铁部位的牺性性阳极保护作用。**此含量的Zn-AI合金镀层在其镀层钢板的切边处发生锈蚀,镀层对露铁部位已无这种电化学保护作用。从而确定这种高耐蚀镀层的铝含量为55%。此外,铝锌-硅合金镀层钢板除了优良的耐大气腐蚀性能之外,它还具有优良的抗高温氧化性能和良好的隔热、隔光功能。
