熱鍍鋅鋼板無鉻鈍化膜耐腐蝕性研究

亢業(yè)峰

（山東鋼鐵集團日照有限公司，山東 日照276800）

1 前 言

在電腦、通訊、電子產(chǎn)品等家電領(lǐng)域，鍍鋅鋼板是主要原材料之一。隨著家電和IT 行業(yè)的迅速發(fā)展，鍍鋅鋼板的需求與日俱增，但是在潮濕的環(huán)境中鍍鋅鋼板表面容易發(fā)生腐蝕，形成白色的腐蝕產(chǎn)物或變成灰暗色，影響了鍍鋅鋼板的外觀質(zhì)量和鍍層的抗腐蝕性。對鍍鋅板表面進行鈍化處理，可提高鋼卷表面抗腐蝕能力，防止白銹生成；還可提高鍍鋅板表面光澤度，提升產(chǎn)品使用感知度。

某冷軋廠鍍鋅產(chǎn)線使用無鉻鈍化液SWG-200，在投產(chǎn)初期出現(xiàn)了大量的鹽霧試驗不合格現(xiàn)象，72 h中性鹽霧腐蝕面積≤5%的合格率一度降至68.9%，嚴重制約了該廠無鉻鈍化鍍鋅產(chǎn)品的合格率，影響了鍍鋅產(chǎn)品的市場推廣。通過試驗分析和數(shù)據(jù)對比，著重分析影響無鉻鈍化鍍鋅產(chǎn)品耐腐蝕性能的因素及優(yōu)化措施，使該冷軋廠無鉻鈍化熱鍍鋅產(chǎn)品的72 h 中性鹽霧腐蝕面積≤5% 的合格率提高到94%以上。

2 無鉻鈍化產(chǎn)品生產(chǎn)流程及關(guān)鍵設(shè)備

2.1 生產(chǎn)流程

冷硬卷→脫脂清洗→連續(xù)退火→熱鍍鋅→光整、拉矯→化學后處理→質(zhì)量檢查→（涂油）→稱重→卷取→包裝。

2.2 化學后處理設(shè)備

該冷軋廠連續(xù)熱鍍鋅機組化學后處理采用輥涂式鈍化處理方式，輥涂機設(shè)備主要包括料盤、蘸料輥（不銹鋼）及涂覆輥（軟鋼襯海帕倫橡膠）等，固體分為14.5%的無鉻鈍化液由循環(huán)泵打入料盤，通過輥間接觸并施加壓力，蘸料輥將鈍化液輥送到涂覆輥上，涂覆輥以一定的插入量與帶鋼形成包角，在不同的速度和輥壓下，形成覆膜均勻且厚度不同的鈍化膜。

3 無鉻鈍化產(chǎn)品耐腐蝕的影響因素

3.1 鈍化膜厚度

在無鉻鈍化膜不被破壞的條件下，鈍化膜厚度直接決定了空氣、水及其他介質(zhì)與鍍鋅板的隔絕時間。在相同的腐蝕面積條件下，鈍化膜越厚，隔絕介質(zhì)的時間越長，則耐蝕性越強，但導電性相對較差；反之鈍化膜越薄，隔絕介質(zhì)的時間越短，耐蝕性越弱。為了獲得良好的綜合性能，無鉻鈍化膜厚度要控制在一定的范圍內(nèi)。影響鈍化膜厚度的因素包括鈍化劑濃度、輥速比、壓力和帶鋼速度等。

3.1.1 鈍化劑濃度

在相同條件下，鈍化劑濃度越高，鈍化膜層越厚。

3.1.2 輥速比

輥速比是指蘸料輥、涂覆輥與帶鋼速度的百分比。蘸料輥的主要功能是通過輥子旋轉(zhuǎn)把托盤中的鈍化液帶到涂覆輥上，而涂覆輥的作用是通過輥子與帶鋼的相向或逆向運動，使鈍化液涂覆到帶鋼上面。提高輥速比可使輥轉(zhuǎn)動更快，在單位時間內(nèi)，使更多的藥劑與帶鋼接觸，提高膜厚。

3.1.3 壓力

1）提料輥與涂覆輥之間的壓力。蘸料輥在鈍化液中旋轉(zhuǎn)，將鈍化液帶到蘸料輥與涂覆輥之間的縫隙中。蘸料輥與涂覆輥之間壓力的大小直接決定了涂覆輥表面附著的鈍化劑量。蘸料輥與涂覆輥之間壓力越大，相應涂覆輥上附著的鈍化液量就越少［1］。

2）涂覆輥與鋼板之間的壓力。涂覆輥與帶鋼表面接觸，給涂覆輥施加一定插入量，與帶鋼形成一定的包角，使涂覆輥上的鈍化液涂覆在帶鋼表面形成鈍化膜。由于蘸料輥與涂覆輥之間的壓力已決定了涂覆輥上鈍化液量，因此涂覆輥與帶鋼的壓力主要起到改善鈍化效果的作用。由此可知，涂覆輥與帶鋼之間的壓力越大，帶鋼表面涂覆的鈍化液越均勻［1］。

3.1.4 帶鋼速度

根據(jù)產(chǎn)線的實際工況，膜層厚度與帶鋼運行速率成正比。根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗，帶鋼規(guī)格、帶鋼速度與輥涂機工藝參數(shù)對應關(guān)系如表1所示。

表1 輥涂機工藝參數(shù)

3.2 帶鋼烘干溫度

新生成的鈍化膜是柔軟的，必須將其加熱烘干、變硬固化，成為憎水性、耐腐蝕的膜。烘干溫度低，生成的膜較軟，固化不充分；烘干溫度過高，會使鈍化膜中的結(jié)晶水完全跑掉，鈍化膜開裂，影響耐蝕性［2］。根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗，無鉻鈍化膜鈍化后烘干爐溫度≥260 ℃，帶鋼溫度≥80 ℃。

3.3 帶鋼粗糙度

帶鋼表面粗糙度的大小和均勻情況，對鈍化膜質(zhì)量及膜的耐鹽霧腐蝕性能都有一定的影響。帕卡無鉻鈍化劑成分主要為丙烯酸樹脂、硅烷偶聯(lián)劑、聚氨酯樹脂和一定的潤滑劑，為覆蓋型鈍化劑。帶鋼粗糙度高，微觀形貌為谷深、峰高，在鈍化膜較薄的情況下，峰無法被鈍化液覆蓋，就有裸露的危險，在鹽霧試驗后表面有產(chǎn)生點狀腐蝕的可能。而粗糙度太低，又會對后續(xù)的涂裝性能造成不良影響，一般帶鋼表面粗糙度Ra 低于0.6 μm 時就要及時進行光整輥更換。

3.4 鹽霧試驗條件

鹽霧試驗執(zhí)行GB/T 10125—2012/ISO 9227:2006 人造氣氛腐蝕試驗鹽霧試驗中“中性鹽霧試驗（NSS）”方法。試驗試劑采用化學純或化學純以上試劑，在25±2 ℃、電導率≤20 μs/cm的蒸餾水或去離子水中溶解NaCl，配成濃度為50±5 g/L 的溶液。試驗時，試驗箱溫度35±2 ℃，噴霧沉降量1.5±0.5 mL/h，收集溶液pH值為6.5～7.2。試驗時重點關(guān)注鹽霧沉降量，保證每小時、每個鹽霧收集器中的溶液量滿足1.5±0.5 mL 要求，防止由于鹽霧試驗條件不合而影響試驗結(jié)果。

4 關(guān)鍵工藝參數(shù)優(yōu)化

4.1 帶鋼粗糙度優(yōu)化

該廠投產(chǎn)初期，與無鉻鈍化劑廠家簽訂技術(shù)協(xié)議，約定無鉻鈍化膜膜重為0.5～1.0 g/m2。考慮到提高后續(xù)客戶加工的涂漆層黏附力和沖壓潤滑性能，光整輥粗糙度Ra設(shè)定為2.2～2.5 μm，光整鈍化后帶鋼粗糙度Ra約為1.1～1.4 μm。圖1和表2中的1#～4#試樣為不同粗糙度、不同膜重下的鹽霧試驗樣板，每個試樣制成①～⑥小樣片分別對應帶鋼上、下表面寬度方向上的邊、中、邊位置。在圖1和表2中，1#試樣中的6塊小樣片表面平均粗糙度Ra為1.22 μm，72 h鹽霧試驗后板面出現(xiàn)點狀腐蝕，其中⑤樣片由于點狀腐蝕較多而形成大面積腐蝕，缺陷面積百分數(shù)均＞5%，鹽霧試驗結(jié)果為不合格。通過對標其他鋼廠相同牌號鍍鋅鋼板粗糙度發(fā)現(xiàn)（見圖2），該廠鍍鋅鋼板粗糙度明顯偏高，采用掃描電鏡對鋼板表面微觀形貌進行觀察，發(fā)現(xiàn)該廠鋼板表面平滑度較其他鋼廠差一些，明顯表現(xiàn)為谷深、峰高且凸起點較多，這也同時驗證了該廠鋼板粗糙度偏高的事實。凸起點較多，一定厚度的無鉻鈍化膜無法完全覆蓋，裸露后在鹽霧環(huán)境中更容易形成腐蝕點。

圖1 72 h鹽霧試驗情況

經(jīng)過對比及分析，將光整輥粗糙度Ra 由2.2～2.5 μm下降至1.8～2.0 μm，帶鋼光整鈍化后粗糙度Ra 隨之由1.1～1.4 μm 下降至0.7～1.0 μm，在無鉻鈍化膜膜重相近的情況下，72 h鹽霧腐蝕面積明顯改善，均＜5%，如圖1和表2中2#試樣試驗結(jié)果所示。

表2 72 h鹽霧試驗結(jié)果對比

4.2 鈍化膜膜重優(yōu)化

根據(jù)該廠投產(chǎn)初期的技術(shù)協(xié)議要求，無鉻鈍化劑SWG-200 的膜重控制范圍是0.5～1.0 g/m2。但在帶鋼粗糙度較高的部位，鈍化膜由于無法完全覆蓋而造成峰點裸露，鹽霧試驗時容易產(chǎn)生點狀腐蝕。而增加鈍化膜膜重，亦可提高其物理覆蓋性，防止峰點裸露，提高耐蝕性。如圖1 和表2 中1#、3#試樣所示，在粗糙度相近的情況下，隨著鈍化膜膜重增加，72 h 鹽霧試驗缺陷百分數(shù)明顯降低，表面腐蝕情況明顯改善。通過對比分析，將無鉻鈍化膜膜重由0.5～1.0 g/m2上調(diào)至0.7～1.2 g/m2，提高了鹽霧試驗的合格率。

圖2 各鋼廠鋼板表面微觀形貌對比

4.3 涂覆輥硬度優(yōu)化

該廠投產(chǎn)初期，涂覆輥采用國外進口，輥面邵氏硬度為70度。輥涂時由于硬度較高，彈性較小，涂覆輥在一定的插入量下與帶鋼接觸不充分，導致帶鋼橫向存在鈍化膜膜重不均勻現(xiàn)象，鹽霧試驗時容易在膜重較低處產(chǎn)生腐蝕，進一步擴大腐蝕面積。而降低涂覆輥輥面硬度，彈性增加，可保證帶鋼與之充分接觸，避免鈍化膜不均勻情況的發(fā)生。通過對比其他鋼廠，采用邵氏硬度為55～60 度的國產(chǎn)涂覆輥，保證鈍化膜膜重均勻性的同時，提高了鹽霧試驗合格率。

5 結(jié) 語

通過工藝優(yōu)化和措施改進，該廠無鉻鈍化鍍鋅產(chǎn)品的耐蝕性有了顯著提高。經(jīng)過3 個月的試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計，72 h 中性鹽霧腐蝕面積≤5% 的合格率達到94% 以上，保證了該廠無鉻鈍化熱鍍鋅產(chǎn)品的推廣。