六價(jià)鉻鈍化鍍鋅板耐蝕性不良的分析

王春莉， 陳立章， 史軍鋒， 趙志偉

（酒泉鋼鐵公司碳鋼薄板廠， 甘肅 嘉峪關(guān) 735100）

六價(jià)鉻鈍化鍍鋅板耐蝕性不良的分析

王春莉， 陳立章， 史軍鋒， 趙志偉

（酒泉鋼鐵公司碳鋼薄板廠， 甘肅 嘉峪關(guān) 735100）

針對(duì)某廠熱鍍鋅鋼板出現(xiàn)的六價(jià)鉻鈍化耐蝕性不良問(wèn)題，對(duì)熱鍍鋅生產(chǎn)線可能影響六價(jià)鉻鍍鋅板耐蝕性的各個(gè)因素如樣板粗糙度、水質(zhì)及基板狀態(tài)進(jìn)行詳細(xì)的調(diào)查分析，使用電子探針進(jìn)行鍍鋅板表面形貌及樣板表面缺陷形貌顯微分析和WDS成分分析。根據(jù)分析結(jié)果判別了六價(jià)鉻鈍化鍍鋅板耐蝕性不良的主要原因?yàn)椋哄冧\板粗糙度高點(diǎn)多、峰值大且峰的密集度不夠，造成樣板表面有鈍化膜漏鍍點(diǎn)；鍍鋅板表面存在的黑點(diǎn)缺陷使其位置處未被六價(jià)鉻鈍化膜覆蓋，在很大程度上影響了六價(jià)鉻鈍化板的耐蝕性。

熱鍍鋅 六價(jià)鉻鈍化 點(diǎn)缺陷 耐蝕性

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，鍍鋅鋼板在汽車、建材、家用電器等工業(yè)中被大量應(yīng)用［1］，鍍鋅層常用作鋼鐵的陰極保護(hù)層，它除了對(duì)基體有機(jī)械保護(hù)作用外，更重要的是具有電化學(xué)保護(hù)作用。然而，由于鋅自身的化學(xué)性質(zhì)很活潑，鍍鋅層容易被腐蝕從而使鋼板表面粗糙變暗，甚至失去保護(hù)作用。所以有必要對(duì)鍍鋅層進(jìn)行鈍化處理來(lái)增強(qiáng)其耐蝕性［2］。鍍鋅層鉻酸鹽鈍化處理是一種常見(jiàn)的處理方式，這種鈍化膜成分為Cr2O3·CrO3、Cr（OH）3、CrO3、Cr（OH）3·Cr（OH）·CrO4、Cr（OH）3·3H2O以及Cr2O3·CrO3·H2O等化合物，該工藝簡(jiǎn)單，成本低，耐腐蝕效果優(yōu)良，且鉻酸鹽鈍化膜具有自修復(fù)能力。然而，一段時(shí)間內(nèi)某廠鍍鋅機(jī)組生產(chǎn)的六價(jià)鉻鈍化鍍鋅板常出現(xiàn)耐蝕性不良現(xiàn)象，在潮濕環(huán)境中極易生出白銹。因此，通過(guò)實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確分析熱鍍鋅板六價(jià)鉻鈍化耐蝕性不良的原因。

1 試驗(yàn)

選取生產(chǎn)線牌號(hào)為DX51D+Z的不同規(guī)格六價(jià)鉻鈍化鍍鋅板，并在操作側(cè)（WS）、中間位置（C）、傳動(dòng)側(cè)（DS）取樣進(jìn)行X熒光光譜儀檢測(cè)六價(jià)鉻鈍化膜膜重，其目標(biāo)控制標(biāo)準(zhǔn)為20～40 mg/m2。并同時(shí)各取三塊平行試樣進(jìn)行干濕循環(huán)鹽霧試驗(yàn)（參照標(biāo)準(zhǔn)GB/T 20854—2007）。干濕循環(huán)鹽霧試驗(yàn)是在鹽霧箱中35℃鹽霧環(huán)境下運(yùn)行2 h，60℃干燥環(huán)境下運(yùn)行4 h，50℃濕熱環(huán)境下運(yùn)行2 h，共8 h為一個(gè)循環(huán)周期。運(yùn)行15個(gè)周期（120 h）后評(píng)級(jí)（參照標(biāo)準(zhǔn)GB/T 6461—2002），試驗(yàn)結(jié)果及試驗(yàn)后試樣照片如表1所示。

表1 六價(jià)鉻鈍化鍍鋅板干濕循環(huán)鹽霧試驗(yàn)記錄表

干濕鹽霧循環(huán)試驗(yàn)運(yùn)行10個(gè)周期（80 h）后2.0 mm規(guī)格的六價(jià)鉻鈍化板就出現(xiàn)大量紅銹。終止試驗(yàn)，其他樣板部分出現(xiàn)輕度腐蝕。運(yùn)行15個(gè)周期（120 h）后，所有樣板都出現(xiàn)了不同程度的腐蝕。

鑒于以上試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)生產(chǎn)線可能影響因六價(jià)鉻鍍鋅板耐蝕性的各個(gè)因素如樣板粗糙度、水質(zhì)及基板狀態(tài)進(jìn)行了詳細(xì)的調(diào)查分析。

2 后處理工藝調(diào)查

2.1 水質(zhì)

對(duì)該廠所使用的除鹽水的pH值、電導(dǎo)率、硫酸根離子及氯離子進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果如表2所示。

表2 脫鹽水pH值、電導(dǎo)率、硫酸根離子及氯離子含量

由表2可以看出，生產(chǎn)線所使用的除鹽水檢測(cè)結(jié)果正常。

2.2 鍍鋅生產(chǎn)線鈍化液使用情況

該廠鍍鋅產(chǎn)品使用的六價(jià)鉻鈍化液保質(zhì)期為12個(gè)月，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)使用情況進(jìn)行調(diào)查發(fā)現(xiàn)，進(jìn)貨時(shí)間和生產(chǎn)時(shí)間全部被控制在3個(gè)月以內(nèi)，沒(méi)有使用過(guò)期的鈍化液。

將鈍化配液電導(dǎo)率控制在30～33 μS/cm，鉻點(diǎn)為65～75，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際控制良好，未發(fā)現(xiàn)明顯的異常狀況。

3 基板狀態(tài)調(diào)查

3.1 樣板粗糙度

取本廠生產(chǎn)的DX51D+Z六價(jià)鉻鈍化樣板及其他同類項(xiàng)廠家（S廠及W廠）所生產(chǎn)的六價(jià)鉻鈍化樣板同時(shí)檢測(cè)板面粗糙度、表面平均粗糙度Ra、粗糙度最大峰值Rz、峰值數(shù)Rpc值，檢測(cè)結(jié)果如表3所示。

表3 同類產(chǎn)品樣板粗糙度對(duì)比分析

檢測(cè)結(jié)果表明本廠產(chǎn)品粗糙鍍Ra值明顯大于其他廠產(chǎn)品值，Rpc值又低于其他廠家，說(shuō)明本廠鍍鋅板表面高點(diǎn)多、峰值大且峰的密集度不夠，而六價(jià)鉻鈍化膜非常薄，在涂覆之后很難覆蓋高點(diǎn)，造成樣板表面有鈍化膜漏鍍點(diǎn)，這些點(diǎn)在腐蝕環(huán)境中最先開(kāi)始腐蝕并影響整個(gè)板面的耐蝕性［3］。

3.2 基板表面雜質(zhì)元素分析

對(duì)各個(gè)規(guī)格的六價(jià)鉻鈍化鍍鋅板進(jìn)行電子探針WDS全元素定性分析，由圖1可知，經(jīng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)鍍鋅板表面只有Zn、Al、Fe、O、P、Cr元素，樣板表面并無(wú)Pb、F、S等雜質(zhì)元素存在，樣板表面質(zhì)量及鍍鋅控制工藝正常。

3.3 樣板表面缺陷分析

電子掃描顯微鏡下觀察六價(jià)鉻鈍化樣板表面形貌（見(jiàn)下頁(yè)圖2），發(fā)現(xiàn)每種規(guī)格樣板表面都有不同程度的黑點(diǎn)缺陷，厚規(guī)格黑點(diǎn)較為密集。經(jīng)分析檢測(cè)這種黑點(diǎn)在電子掃描顯微鏡下多數(shù)為“撓痕”，少數(shù)為夾雜物。

如下頁(yè)圖3和表4所示的能譜分析結(jié)果表明：在正常的鍍層位置均測(cè)到鉻元素和磷元素，而在黑點(diǎn)“撓痕”位置未檢測(cè)到鉻元素和磷元素。由于鉻元素和磷元素均為六價(jià)鉻鈍化液的標(biāo)志元素，因此可以判斷黑點(diǎn)“撓痕”位置不存在六價(jià)鉻鈍化膜，而正常的鍍層位置存在六價(jià)鉻鈍化膜。

圖1 不同衍射晶體下電子探針WDS全元素定性分析圖

圖2 電子掃描顯微鏡下鍍鋅板表面的“撓痕”SEM形貌（加速電壓為20.0 kV，放大倍數(shù)為350）

圖3 鍍層黑點(diǎn)在電子探針下圖像及成分分析

表4 測(cè)試位置的能譜分析 %

鍍鋅板表面“撓痕”多為傳動(dòng)輥造成，由于“撓痕”位置不存在鉻元素，說(shuō)明該缺陷是由位于鈍化塔之后的輥系造成的。鍍鋅板表面大量的黑點(diǎn)表現(xiàn)為大量的“撓痕”，“撓痕”位置沒(méi)有六價(jià)鉻鈍化膜覆蓋，在腐蝕環(huán)境中首先開(kāi)始腐蝕并蔓延到整個(gè)板面［3-4］，影響了六價(jià)鉻鈍化板整體的耐蝕性。

4 結(jié)論

1）鍍鋅生產(chǎn)過(guò)程中六價(jià)鉻鈍化板表面Cr含量需按照30～40 mg/m2標(biāo)準(zhǔn)控制才能保證耐蝕性。

2）當(dāng)鍍鋅板粗糙鍍Ra值過(guò)大，Rpc值過(guò)小時(shí)，造成鍍鋅板表面高點(diǎn)增加及峰值變大，且峰的密集度不夠，會(huì)造成六價(jià)鉻鈍化膜不能覆蓋高點(diǎn)，產(chǎn)生鋼板表面鈍化膜漏鍍點(diǎn)，板面耐蝕性因此降低。通過(guò)降低DX51D+Z鍍鋅基板表面平均粗糙度、增大峰密集度，可有效解決鈍化膜漏鍍問(wèn)題。

3）鍍鋅板表面的“撓痕”黑點(diǎn)缺陷會(huì)破壞六價(jià)鉻鈍化膜，在腐蝕環(huán)境中“撓痕”位置首先開(kāi)始腐蝕并蔓延到整個(gè)板面，影響了六價(jià)鉻鈍化板整體的耐蝕性。這種“撓痕”是由鍍后輥系造成的，通過(guò)更換相應(yīng)輥系可降低鍍鋅板表面的黑點(diǎn)缺陷率。

［1］ 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.

［2］ 沈品華，屠振密.電鍍鋅及鋅合金［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001.

［3］ Chen F，Patil R.An in-depth analysis of various subtle coating defects ofthe 2000'SEel［C］//Galvatech'04 Conference Proceedings. Warrendale.PA：Association for Iron&Steel Technology，2004：1 055-1 066.

［4］ 李研，崔陽(yáng)，徐海衛(wèi)，等.雙相鋼熱鍍鋅表面漏鍍?nèi)毕莘治黾皩?duì)策［J］.電鍍與涂飾，2013，32（5）：32.

（編輯：胡玉香）

The Poor Corrosion Resistance Analysis of Hexavalent Chromium Passivation Film on Hot-Dip Galvanized Steel Sheet

WANG Chunli，CHEN Lizhang，SHI Junfeng，ZHAO Zhiwei
（Carbon Steel Strip Plant，Jiuquan Iron and Steel Co.，Jiayuguan Gansu 735100）

The poor corrosion resistance of hexavalent chromium passivation film on hot-dip galvanized steel sheet is investigated by means of testing the water quality，surface roughness and substrate.Meanwhile，micromorphology and element of the Zn layer defect are observed and analyzed by Election Probe Micro-Analysis（EPMA）and Wavelength Dispersive Spectroscopy（WDS）.The results show that more high roughness height lead to leakage point of passivation film and black dot defect position has no hexavalent chromium passivation film all may cause the poor corrosion resistance of hexavalent chromium passivation film on hot-dip galvanized steel sheet.

hot dip galvanization，hexavalent chromium passivation，dot defect，corrosion resistance

TG174.3

A

1672-1152（2016）05-0015-04

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2016.05.06

2016-09-05

王春莉（1986—），女，助理工程師，從事熱鍍鋅技術(shù)管理工作。