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(寶山鋼鐵股份有限公司，上海 201900)

0 引 言

為了提高鋼鐵材料及其制品的耐腐蝕性能，美國伯利恒鋼鐵公司對鋼板進行了表面熱鍍鋁鋅處理，開發(fā)了Galvalume(55%A1-43.5%Zn-1.5%Si，質(zhì)量分數(shù)，下同)熱鍍鋁鋅鋼板[1-2]，該鋼板既具有鋅鍍層的陰極保護能力,又具有鋁鍍層的耐腐蝕性能[3-5]，因此其用途日益廣泛[6-7]。

汽車、家電中的零部件，如汽車廢氣排氣管、電烤箱內(nèi)襯等都要求材料具有良好的力學性能、耐腐蝕性能以及耐熱性能，目前應用較多的材料為鋁板、熱鍍鋁鋼板等[8]。熱鍍鋁鋅鋼板的耐熱性能雖然略低于上述板材的，但是其良好的耐蝕性能和相對低廉的價格使其有可能成為上述板材的替代品。目前，有關熱鍍鋁鋅鋼板耐腐蝕性能的研究較多[3-5,7,9-10]，但對其耐熱性能的研究較少。因此，作者研究了不同溫度烘烤24 h后熱鍍55%Al-Zn鋼板表面鍍層的光澤度、單位面積質(zhì)量、結(jié)構(gòu)、化學成分、結(jié)合性能等的變化，分析了熱鍍鋁鋅鋼板的耐熱性能。

1 試樣制備與試驗方法

試驗材料為國產(chǎn)熱鍍鋁鋅鋼板，牌號為DC51D+AZ，鋼板厚度為0.8 mm，雙面鍍層；鍍層的單位面積質(zhì)量為75 g·m-2，化學成分見表1。

在試驗鋼板上截取尺寸為100 mm×100 mm×0.8 mm的試樣，分別采用精度為0.000 1 g的Mettler

Toledo AL204型精密天平、Sheen Tri-GLOSS master型光澤度儀測試樣的原始質(zhì)量與光澤度，然后在CW6680-J1-ST350型烘箱中進行烘烤處理，溫度分別為300，350，400，450 ℃，每烘烤6 h取出并冷卻后測試樣的質(zhì)量與光澤度，再放入烘箱中烘烤，如此反復4次。由于試驗鋼板為雙面鍍層薄鋼板，試樣質(zhì)量的變化可近似為鍍層質(zhì)量的變化，由此可計算出鍍層在不同溫度下烘烤不同時間后的單位面積質(zhì)量變化與光澤度變化。采用Zeiss Imager.M2m 型光學顯微鏡觀察未烘烤試樣和在不同溫度下烘烤4次(共24 h)后試樣的表面與橫截面形貌，并利用Zeiss EVO MA25型掃描電子顯微鏡附帶的能譜儀(EDS)測鍍層的化學成分。按照GB/T 30791—2014，在彎折機上進行180°彎曲試驗，試樣的平面尺寸為100 mm×80 mm，如果試驗后鍍層不發(fā)生脫落則說明鍍層與基體結(jié)合良好。

2 試驗結(jié)果與討論

2.1 鍍層的質(zhì)量與光澤度變化

由圖1可以看出：隨著烘烤時間的延長，當烘烤溫度低于400 ℃時，鍍層的單位面積質(zhì)量變化很小，而當烘烤溫度達到450 ℃時，其單位面積質(zhì)量明顯降低；當烘烤溫度低于350 ℃時，鍍層光澤度的變化不明顯，當烘烤溫度達到400 ℃時，光澤度略微下降，烘烤溫度達到450 ℃后，光澤度顯著降低。

圖1 不同烘烤溫度下鍍層的單位面積質(zhì)量變化和光澤度變化與烘烤時間的關系曲線Fig.1 Relation curves of changes of mass per unit area (a) and gloss (b) vs baking time of the plating baking at different temperatures

2.2 鍍層的形貌

由圖2可以看出：在300，350 ℃烘烤24 h后，鍍層表面及橫截面形貌均未發(fā)生任何變化，與未烘烤處理的相同；當烘烤溫度達到400 ℃時，鍍層表面出現(xiàn)微裂紋，橫截面形貌無明顯變化；當烘烤溫度為450 ℃時，鍍層發(fā)黑且粗糙，出現(xiàn)氧化、脫落現(xiàn)象，且鍍層變得疏松、不完整。

2.3 鍍層的化學成分及結(jié)合性能

由表2可以看出：在300， 350，400 ℃烘烤24 h后，鍍層的化學成分變化很?。划敽婵緶囟冗_到450 ℃時，鍍層的成分發(fā)生了明顯的變化，其中鋁元素含量增大，鋅元素含量減少，同時鍍層含有較多的鐵元素，這說明鍍層不完整，出現(xiàn)了脫落現(xiàn)象。彎曲試驗后，300，350，400 ℃烘烤24 h的鍍層均未脫落，說明鍍層的結(jié)合性能較好;450 ℃烘烤的鍍層脫落，說明鍍層的結(jié)合性能較差。

表2 不同溫度烘烤24 h后鍍層的化學成分(質(zhì)量分數(shù))Tab.2 Chemical composition of the plating after baking at different temperatures for 24 h (mass) %

2.4 分析討論

55%Al-Zn鍍層為樹枝狀結(jié)構(gòu)，枝干由富鋁固溶體相組成，而充填于枝間的為富鋅固溶體相，硅以單質(zhì)的形態(tài)彌散分布于富鋁相與富鋅相的交界處[9]。由文獻[10]可知，55%Al-Zn鍍層中富鋁固溶體相中鋁的質(zhì)量分數(shù)約80%，因此該富鋁固溶相具有良好的耐腐蝕性能和耐熱性能。

由Al-Zn二元系平衡相圖[11]可知，55%Al-Zn鍍層中鋁鋅合金相的共晶點溫度約為381 ℃，因此熱鍍鋁鋅鋼板在不超過350 ℃烘烤時，鍍層未發(fā)生熔融，鍍層的表面形貌、化學成分、光澤度、單位面積質(zhì)量和結(jié)合性能均未發(fā)生變化。當烘烤溫度達到400 ℃時，由于該溫度略高于合金共晶點溫度，鍍層熔融量極少，因此其表面形貌、化學成分、單位面積質(zhì)量和結(jié)合性能仍未發(fā)生明顯變化，但由于此時55%Al-Zn鍍層/鋼板界面發(fā)生了合金化反應，使界面合金層變厚，鍍層表面形成裂紋，同時表面光澤度也略微降低。當烘烤溫度達到450 ℃時，該溫度比共晶溫度高近70 ℃，此時鋼板中的鐵元素向鍍層內(nèi)部擴散，同時部分鍍層發(fā)生熔融，在空氣作用下部分鍍層發(fā)生氧化，部分鋅蒸發(fā)，導致鍍層的光澤度顯著降低、單位面積質(zhì)量明顯減小、結(jié)合性能變差，部分鍍層脫落，原有鍍層的表面形貌大部分消失。

圖2 未烘烤處理和不同溫度烘烤24 h后鍍層的表面與橫截面形貌Fig.2 Surface (a, c, e, g, i) and section (b, d, f, h, j) morphology of the plating with non-baking treatment (a-b) and after baking at different temperatures for 24 h (c-j)

3 結(jié) 論

(1) 熱鍍55%Al-Zn鋼板在不超過350 ℃下烘烤24 h后，鍍層的表面形貌、化學成分、光澤度、單位面積質(zhì)量和結(jié)合性能均未發(fā)生變化。

(2) 當在400 ℃烘烤24 h后，鍍層表面出現(xiàn)微裂紋，表面光澤度略微降低，但鍍層的表面形貌、化學成分、單位面積質(zhì)量和結(jié)合性能均未發(fā)生明顯變化。

(3) 當在450 ℃烘烤24 h后，鍍層的光澤度顯著降低,單位面積質(zhì)量明顯減小,結(jié)合性能變差，部分鍍層脫落，鍍層原有的表面形貌大部分消失。

參考文獻:

[1] TOWNSEND H E, BORZILLO A R. Thirty years atmospheric corrosion performance of 55%a1uminum-zinc alloy-coated steel sheet[J]. Materials Performance, 1996, 35: 30-36.

[2] 張啟富,劉邦津,黃建中. 現(xiàn)代鋼帶連續(xù)熱鍍鋅[M]. 北京:冶金工業(yè)出版社，2007:611-620.

[3] KUHN N, HUMAYUN A, FISHER T W. The new pre-painted Galvalume sheet[J]. Sheet Metal Industries，1984，61(9):512-514.

[4] ALLEGRA L, TOWNSEND H E. Under vehicle corrosion resistance of 55%A1-Zn coated steel sheet[J]. Metal Progress, 1980, 119(5):33-35.

[5] 陳斌鍇, 袁訓華, 張啟富. 熱浸鍍55%Al-Zn合金鍍層鋼板的鍍層結(jié)構(gòu)及防腐蝕機理[J]. 腐蝕與防護, 2009, 30(1):16-21.

[6] 杜鵬翔.熱浸鍍55%鋁鋅合金鋼板的抗高溫氧化性能分析[J]. 西南工學院學報,2000,15(2):27-29.

[7] 袁明生. Galvalume鍍層鋼板的性能和應用[J]. 世界鋼鐵,2004(3):70-72.

[8] 橘高敏晴，柳長福. 熱鍍鋁鋼板[J].武鋼技術,1993(6):52-58.

[9] SHAH S R, DILEWIJNS J A, JONES R D. The structure and deformation behavior of zinc-rich coatings on steel sheet[J]. Journal of Materials Engineering and Performance, 1996, 5(10):601-608.

[10] HARVEY G J. Structure and corrosion resistance of zincalume coatings[J]. BHP Tech Bull, 1981, 25: 63-66.

[11] SELVERIAN J H, MARDER A R, NOTIS M R. The reaction between solid iron and liquid A1-Zn baths[J]. Metallurgical Transactions A, l988, 19(5): 1193-1203.