1、合金化鍍鋅鋼板鈍化工藝的研究及應用曹全禹摘 要 通過實驗室研試，建立了新型鈍化工藝一一 WXDD鈍化工藝。用 其處理合金化鍍鋅鋼板 , 再涂復油漆 , 測試說明 , 其鹽霧腐蝕壽命達原用 國外工藝的 8 倍以上, 達不鈍化涂漆層的 18倍以上。工業(yè)性試驗生產(chǎn)說 明,WXDI鈍化合金化鍍鋅板,兩年儲運期間外表未發(fā)生銹蝕,用其制成鐵 路客車 , 使用正常。關鍵詞合金化鍍鋅鋼板鈍化工藝wxrn鈍化液RESEARCH ON PASSIVATION PROCESS OFALLOY-GALVANIZEDSTEEL SHEETS AND ITS APPLICATIONCao QuanyuWuhan Iron

2、 & Steel Corp.Synopsis“WXID a new process of passivation has beenestablished through lab experiments.It is proved through salt spray tests that the coating life of the alloy-galvanized steel after WXD 川 passivati ontreatme nt and painting is 8 time Ion gerthan that produced with the conventional

3、 process introduced from the foreign country and 18 times Ionger than that of the passivation painting coat.IndustriaI scaIe triaI production shows that no corrosi on occurs on the surface of WXD 川 passivated alloy- galvanized steel sheets during two year' s storing andtransportation.The raiIway

4、 carriages madeof the steeI sheets are put into service normally.Keywords alloy-galvanized steel sheetpassivation processWXID passivati on fluid1 前言合金化熱鍍鋅鋼板外表的 Zn-Fe 合金鍍層具有優(yōu)異的涂著性 , 也具 有良好的耐蝕性。但在涂漆狀態(tài)下使用時 , 漆層并非完全致密 , 存在著眾 多的微孔 , 外界的液態(tài)腐蝕介質(zhì)會滲透進去 , 到達漆層與 Zn-Fe 合金鍍層 的交界面 , 形成縫隙腐蝕 氧的濃差腐蝕 。由于縫隙腐蝕具有很強的侵蝕 性,

5、Zn-Fe合金鍍鋅層對它的抵御能力不夠，不能滿足用戶對合金化鍍鋅板制造鐵路車輛的耐蝕性要求。按武鋼現(xiàn)行國外鈍化工藝處理的合金化 鍍鋅板, 雖能對此有所改善 , 亦不能滿足用戶的需要。為了使合金化鍍鋅板這種高效鋼材更高效 , 滿足用戶需求 , 以武鋼鋼 研所為主開展實驗室研試,建立了命名為 WXDD的新型鈍化工藝,生成的 鈍化膜作為合金化鍍鋅層與涂漆層之中介層 , 在保持優(yōu)良涂著性的前提下,使“鈍化膜 +涂漆層的耐蝕性得到大幅度提高。 隨后,鋼研所與冷軋 廠共同進行了用WXDD鈍化液處理合金化鍍鋅帶鋼的工業(yè)性試驗，試制 出WXE鈍化合金化鍍鋅鋼卷340噸,并配合用戶長沙重型機器廠用以制 造YZ2

6、2型鐵路客車。研試及應用取得了滿意的結(jié)果。2 實驗室試驗方法2.1 試片外表凈化處理 將武鋼冷軋廠生產(chǎn)的未經(jīng)鈍化處理的合金化鍍鋅板 , 剪切成規(guī)格 ( 單位mm為50X 100的試片,并在一角鉆孔后，按如下步驟進行外表凈化處 理:丙酮擦洗MgO糊漿刷洗自來水沖刷去離子水漂洗(2道)無 水乙醇漂洗濾紙吸干，冷風吹干。2.2 鈍化工藝流程及試驗裝置 為使試驗條件盡可能接近工業(yè)生產(chǎn)條件 , 實驗室鈍化試驗的工藝流程定為 :鈍化液浸漬熱風烘干。 鈍化試驗裝置見文獻 1 。2.3 油漆的涂刷將云母氧化鐵底漆調(diào)勻 , 用毛刷涂在試片一面 90%長度的面積上。 涂 漆部位為考核部位 , 其余部位作參考。2.

7、4 性能檢驗用中性鹽霧試驗來檢驗“鈍化膜 +涂漆層的耐蝕性和涂著性。 試驗 在“YQ25D型氣流式鹽霧箱內(nèi)進行。主要試驗條件是：(1)NaCI濃度 5%± 0.5%;(2)鹽霧沉降率12ml/h*80cm2;(3)試驗以連續(xù)噴霧8h,停止 噴霧閉箱自然冷卻16h為一周期，周而復始地進行；(4)每周期末檢查試 片狀態(tài)時，為區(qū)分 NaCl 沉積物與白銹 , 先用去離子水輕輕沖洗試片外表 , 溶掉 NaCl。此外, 用劃圈試驗和沖擊試驗來檢驗枯燥漆層的附著性。3 鈍化液配方的探求3.1 鈍化液組分的選擇 鑒于三氧化鉻CrQ是鍍鋅層鈍化技術(shù)領域中公認為較好的鈍化劑, 決定選用之。除鈍化劑外

8、, 附加劑的種類、 含量、附加劑與鈍化劑之間以及各附加 劑之間的交互效應 ,是影響鈍化效果的關鍵。 國內(nèi)外有關文獻曾分別介紹 甲、乙、丙等化學劑 , 在加速成膜反響、增進溶液浸潤性、增強鈍化膜耐 蝕性、改善鈍化膜與涂料的附著性、 維持鈍化液性能穩(wěn)定等方面 , 具備各 有側(cè)重、程度不等的作用。本課題的前身選用甲、乙、丙三種化學劑作 為附加劑，成功地研究出適用于連續(xù)鍍鋅鋼帶、鋼絲的WXD鈍化工藝:門。 為此, 仍以這三種化學劑作為附加劑。待研制的WXE鈍化工藝針對的基材不是純 Zn層而是Zn-Fe合金層 ( 其中含 Fe 10%左右 ), 鈍化后還要進行涂漆這一后步處理 , 鈍化膜將不是 在裸露狀

9、態(tài)下而是在基材與涂漆層的夾層中低御腐蝕。結(jié)合這些特點來 探求溶液四組分含量的最正確比例和最正確濃度，以確定最正確配方，就 成為本項研究的主要內(nèi)容。3.2 四組分含量最正確比例的探求參考生產(chǎn)工藝參數(shù)，將鈍化液溫度、浸漬時間加以固定：鈍化液溫度 =60土 3°C;浸漬時間w 1s。以CrQ、附加劑甲、附加劑乙、附加劑丙作為 試驗因子,其編碼值分別用X、X %、X4表示。按“四因子二次回歸旋 轉(zhuǎn)組合設計：刀安排第一輪鈍化試驗方案。鈍化后，試片都涂刷云母氧 化鐵底漆兩遍。漆層較厚,為50 m左右。鹽霧試驗終點的判定，以試片考核部位上端除去10mm下端、左右側(cè) 和孔周圍各除去5mn不計之外的有

10、效面積上,有線度為1mn以上的三點白 銹透出漆層作為腐蝕終點，計鹽霧銹蝕壽命。用這樣的判定方法做完鹽霧 試驗后,各試驗點試片外表漆層起泡及小塊漆層脫落的狀況不同 ，遂用打 “X評級的方法加以評定，以打“X較多表示漆層起泡及脫落的程 度較重。第一輪鈍化試驗的工藝條件和結(jié)果見表 1。表1第一輪鈍化試驗的工藝條件和結(jié)果試驗號試驗工藝條件編碼值鹽霧銹 蝕 壽命d起泡、脫落程度權(quán) 數(shù)X1 (CrO3)附加 劑甲附加 劑乙X4附加 劑丙11111182XXXXXXX02111-1143XXXXX1311-11匚98XXXXXXXXXXX0411-1-1157XXXXXX151-111142XXXXXXXX

11、061-11-1178XXXXXX171-1-11匚156XXXXXXXXXXX081-1-1-1182XXXXXX19-111140未評010-111-1179XXX511-11-11123XXXX212-11-1-1105X813-1-111183XXXXXX114-1-11-1127XXX415-1-1-1138未評:016-1-1-1-1216XXX10172000183XXXXXXXX018-200016未評0190200182XXXXXXXX0200-20090XXXXXX02100 :二 20157XXXXXXXXX02200 二r-2098xxxxxxxx02300 二二 02

12、匚67未評02400 二二0-2178xxx52500 二二00141,1426 8 x0142,1456 8 x0146,1476 8 x03100001276 8 x0然后,從鹽霧壽命和起泡脫落兩個方面加以考慮，對全部試驗點各因 素的編碼值進行加權(quán)平均。給定權(quán)數(shù)時實行三條原那么：其一，鹽霧壽命低或起泡、脫落較嚴重的點，以及鹽霧壽命不很高而起泡、脫落較嚴重的點, 予以剔除,權(quán)數(shù)為0;其二，鹽霧壽命越長、起泡脫落程度越輕,權(quán)數(shù)越大; 其三,鈍化劑濃度偏低一些較受人們歡迎，因而希望主要在較低濃度的背 景下求得最正確比例，故對較低濃度的點，給予較大的權(quán)數(shù)。給定的權(quán)數(shù) 記在表1最右面一列里。加權(quán)平均

13、后，所得鈍化液四組分含量的編碼值見 表2。表2經(jīng)加權(quán)平均求得的四組分含量組分CrQ附加劑甲附加劑乙附加劑丙含量編碼值二0將表2中四組分的編碼值換算成實際值，然后據(jù)此確定了四組分含 量的最正確比例。為了有所對照比擬，在進行上述試驗的同時，還做了三個對照點的試 驗:A3鋼板磷化,合金化板不鈍化,合金化板按原工藝鈍化。對這三個點 的試片按與前述相同的方法涂刷云母氧化鐵底漆，并與前述試片同時做 鹽霧試驗,測鹽霧壽命。其中A3 “磷化+涂漆試驗至與白銹同等程度的 紅銹生成為終點。結(jié)果見表3。表3三個對照試驗點的試驗結(jié)果基材和 處理工藝A3鋼板磷化+涂漆合金化鍍鋅板不鈍化,涂漆合金化鍍鋅板 原工藝鈍化+涂

14、漆鹽霧銹蝕壽命/d18416表3中合金化板“原工藝鈍化+ 涂漆與表1中最好的16號試驗點, 經(jīng)鹽霧試驗出現(xiàn)同等程度的白銹，而鹽霧壽命分別為16天和216天。比 照看出，以研究中的工藝生成的鈍化膜作為漆涂層與 Zn-Fe合金鍍層的 中介層,對提高耐蝕性確能起到很大作用。3.3 最正確濃度和配方確實定在四組分含量之間的比例按已探明的最正確比例加以固定的前提下，開展第二輪鈍化試驗，探求最正確濃度。即,選定由低到高的五個濃度 配制鈍化液，仍按前述鈍化液溫度和浸漬時間處理試片。為縮短試驗周 期，云母氧化鐵底漆只漆刷一遍,漆層較薄,約20 ym左右,仍以原工藝配 方鈍化作為對照試驗點。鹽霧腐蝕試驗終點的判

15、定，改為參照文獻3,以到達“三級破壞 程度為終點，出現(xiàn)以下各種現(xiàn)象中的任何一種，即為“三級破壞程度： 嚴重變色。漆膜外表起微泡肉眼僅可看見者面積超過50%;小泡肉眼明顯可 見，直徑v 0.5mm面積在5%以上;出現(xiàn)大泡直徑1.1mm。銹點面積在 2%以上。漆膜出現(xiàn)脫落現(xiàn)象。此評級標準綜合考慮了漆層起泡、基材銹蝕、漆層脫落等多種破壞 形式,按此評級是更為科學的。為了從另一角度考核漆層的附著性，按文獻4、 5對未經(jīng)鹽霧 試驗的涂漆試片做了劃圈試驗和沖擊試驗沖擊能量4.9J。試驗數(shù)據(jù)見表4,由表4可得出以下結(jié)果。表4第二輪鈍化試驗結(jié)果工藝類別WXDD鈍化試小戦大式驗對照試驗 原鈍化 工藝CrQQQQ

16、QQ5Q漆膜附著力級別 劃圈試驗1級1級1級1級1級1級漆膜經(jīng)沖擊后外觀 沖擊試驗完好完好完好完好完好完好“鈍化膜+涂漆層 鹽霧破壞壽命/d30497492691經(jīng)WXDD鈍化獲得的“鈍化膜+涂漆層的鹽霧破壞壽命，最高 的到達經(jīng)原工藝鈍化獲得的“鈍化膜+涂漆層的10倍以上。WXDH的最正確濃度處于CrQ含量為Q3Q的范圍內(nèi)。因濃度較 低較受歡迎，這里作偏低估計，最正確濃度可初步確定為此范圍內(nèi)靠近 Q3 的Q 3。可以看出，Q' 3濃度下的“ WXDD鈍化膜+涂漆層的鹽霧破壞壽 命,在“原工藝鈍化膜+ 涂漆層的8倍以上。前面確定的四組分含量最正確比例與最正確濃度 Q 3相結(jié)合,即得 到最

17、正確配方。4工業(yè)性試驗的可行性探討鑒于實驗室研試說明 WXID鈍化工藝性能優(yōu)越，鐵道部門的用戶認 為,該工藝能滿足用合金化鍍鋅板制造新型客車、延長車輛大修期的需 要,向武鋼要求訂購用該工藝處理的合金化板。 為探討WXDD工業(yè)在武鋼 熱鍍鋅機組做工藝性試驗的可行性，開展了下述幾項試驗，得出了肯定的 答案。4.1 不銹鋼在WXKD溶液中的腐蝕速率試驗武鋼冷軋廠鍍鋅機組的鈍化設備，由不銹鋼1Cr18Ni9Ti制成。為此, 用1Cr18Ni9Ti鋼板制成試片,分別懸掛浸泡在CrQ含量為Q 3和Q兩種 濃度的WXB鈍化液中,用電熱恒溫水浴鍋加熱保溫在生產(chǎn)中鈍化液的 工作溫度約60C。試驗結(jié)果見表5。表5

18、 1Cr18Ni9Ti鋼在WXB溶液中浸泡試驗結(jié)果溶液 濃度試片 外表積2mm浸泡 時間d失重g腐蝕 特征腐蝕 深度mm年腐 蝕率 mm/aCrQ含量Q 319542159225523087142440均勻腐蝕CrQ含量Q21502158207021237142440均勻腐蝕從表5看出,WXDQ溶液對不銹鋼的腐蝕系均勻腐蝕,且腐蝕速率甚 小,不致影響鈍化設備的正常使用。4.2 擠壓輥材料在 WXB溶液中的浸泡試驗鍍鋅機組的鈍化擠壓輥由橡膠制成。在生產(chǎn)現(xiàn)場鋸下膠輥料作為試 樣,分別浸泡于WXB鈍化液和原工藝鈍化液中,同樣加熱保溫。經(jīng)浸泡 15天后發(fā)現(xiàn)：經(jīng)WXB鈍化液浸泡的試樣變化較小原為綠色的膠

19、輥料顏 色略發(fā)黃，有些發(fā)脆，表層少量龜裂脫落；經(jīng)原工藝鈍化液浸泡的試樣變 化較大顏色變?yōu)椴韬稚?明顯發(fā)脆,表層大量龜裂脫落。這說明,WXtH 溶液對膠輥的腐蝕性比現(xiàn)行工藝溶液弱一些。再聯(lián)系到生產(chǎn)中主要因機 械磨損必須每隔1015天換下膠輥進行修磨，應該認定WXID鈍化液不 會影響膠輥的正常使用。4.3 過渡性鈍化液的性能試驗假設能安排工業(yè)性試驗,為防止浪費,試驗結(jié)束后WXKD鈍化液宜加 水稀釋，繼續(xù)使用。但這樣的過渡性鈍化液會不會對正常生產(chǎn)的產(chǎn)品性 能帶來不利影響？為了答復這一問題，配制過渡性鈍化液即較稀的 WXB鈍化液和原工藝鈍化液，二者CrQ濃度相同，分別對普通鍍鋅板試 片作鈍化處理。從鈍

20、化膜外觀看，前者呈分布均勻的金黃色帶干預色；后 者為分布不均勻的黃斑。鹽霧試驗結(jié)果更指出：前者鹽霧壽命9天;后者 鹽霧壽命v 1天。這說明，過渡性鈍化液含有附加劑，對鍍鋅板的性能質(zhì) 量只有好處沒有害處。以上試驗說明，WXDQ鈍化工藝在熱鍍鋅生產(chǎn)機組上開展工業(yè)性試 驗,是切實可行的。5 工業(yè)性試驗和試產(chǎn)品應用5.1 工業(yè)性試驗 3,計算出附加劑甲、乙、丙的需用量 , 事先分裝于假設 干個塑料桶內(nèi) , 加水溶化 , 成為附加劑濃溶液。(2) 從鈍化液貯罐內(nèi)取樣化驗 CrQ含量,再計算出需添加的CrQ量。(3) 將CrQ和附加劑濃溶液參加鈍化液貯罐內(nèi)，適量補充冷凝水，到 達設定的體積 , 同時通入蒸汽 , 保持鈍化液溫度 , 并起攪拌作用 , 加速溶 化, 使溶液成分迅速到達均勻。(4) 配成的WXDD鈍化液通過循環(huán)系統(tǒng),由噴咀噴射到合金化鍍鋅帶 鋼上、下兩外表 , 帶鋼向前運行 , 經(jīng)膠輥擠壓后 , 熱風烘吹 , 鈍化液枯燥成 膜 , 完成鈍化處理過程。按此處理的結(jié)構(gòu)級合金化鍍鋅鋼卷共 340t, 厚度規(guī)格為 1.0mm、 1.5mm 2.0mm 2.5mm全部發(fā)運給用戶長沙重型機器廠。5.2 用戶試用長重廠用該批WXDD鈍化合金化鍍鋅板制造YZ22型鐵路客車。該批鋼卷從武鋼出廠到長重廠使用完畢歷時近兩年 , 其間, 鋼卷在長重廠露天 存放時曾遭雨淋 , 雨水進入鋼卷內(nèi)部夾在各層之