六價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 735100）

六價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 735100）

針對某廠熱鍍鋅鋼板出現的六價鉻鈍化耐蝕性不良問題，對熱鍍鋅生產線可能影響六價鉻鍍鋅板耐蝕性的各個因素如樣板粗糙度、水質及基板狀態進行詳細的調查分析，使用電子探針進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。根據分析結果判別了六價鉻鈍化鍍鋅板耐蝕性不良的主要原因為：鍍鋅板粗糙度高點多、峰值大且峰的密集度不夠，造成樣板表面有鈍化膜漏鍍點；鍍鋅板表面存在的黑點缺陷使其位置處未被六價鉻鈍化膜覆蓋，在很大程度上影響了六價鉻鈍化板的耐蝕性。

熱鍍鋅 六價鉻鈍化 點缺陷 耐蝕性

隨著經濟的發展，鍍鋅鋼板在汽車、建材、家用電器等工業中被大量應用［1］，鍍鋅層常用作鋼鐵的陰極保護層，它除了對基體有機械保護作用外，更重要的是具有電化學保護作用。然而，由于鋅自身的化學性質很活潑，鍍鋅層容易被腐蝕從而使鋼板表面粗糙變暗，甚至失去保護作用。所以有必要對鍍鋅層進行鈍化處理來增強其耐蝕性［2］。鍍鋅層鉻酸鹽鈍化處理是一種常見的處理方式，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，該工藝簡單，成本低，耐腐蝕效果優良，且鉻酸鹽鈍化膜具有自修復能力。然而，一段時間內某廠鍍鋅機組生產的六價鉻鈍化鍍鋅板常出現耐蝕性不良現象，在潮濕環境中極易生出白銹。因此，通過實驗準確分析熱鍍鋅板六價鉻鈍化耐蝕性不良的原因。

1 試驗

選取生產線牌號為DX51D+Z的不同規格六價鉻鈍化鍍鋅板，并在操作側（WS）、中間位置（C）、傳動側（DS）取樣進行X熒光光譜儀檢測六價鉻鈍化膜膜重，其目標控制標準為20～40 mg/m2。并同時各取三塊平行試樣進行干濕循環鹽霧試驗（參照標準GB/T 20854—2007）。干濕循環鹽霧試驗是在鹽霧箱中35℃鹽霧環境下運行2 h，60℃干燥環境下運行4 h，50℃濕熱環境下運行2 h，共8 h為一個循環周期。運行15個周期（120 h）后評級（參照標準GB/T 6461—2002），試驗結果及試驗后試樣照片如表1所示。

表1 六價鉻鈍化鍍鋅板干濕循環鹽霧試驗記錄表

干濕鹽霧循環試驗運行10個周期（80 h）后2.0 mm規格的六價鉻鈍化板就出現大量紅銹。終止試驗，其他樣板部分出現輕度腐蝕。運行15個周期（120 h）后，所有樣板都出現了不同程度的腐蝕。

鑒于以上試驗結果，對生產線可能影響因六價鉻鍍鋅板耐蝕性的各個因素如樣板粗糙度、水質及基板狀態進行了詳細的調查分析。

2 后處理工藝調查

2.1 水質

對該廠所使用的除鹽水的pH值、電導率、硫酸根離子及氯離子進行檢測，檢測結果如表2所示。

表2 脫鹽水pH值、電導率、硫酸根離子及氯離子含量

由表2可以看出，生產線所使用的除鹽水檢測結果正常。

2.2 鍍鋅生產線鈍化液使用情況

該廠鍍鋅產品使用的六價鉻鈍化液保質期為12個月，對現場使用情況進行調查發現，進貨時間和生產時間全部被控制在3個月以內，沒有使用過期的鈍化液。

將鈍化配液電導率控制在30～33 μS/cm，鉻點為65～75，生產現場實際控制良好，未發現明顯的異常狀況。

3 基板狀態調查

3.1 樣板粗糙度

取本廠生產的DX51D+Z六價鉻鈍化樣板及其他同類項廠家（S廠及W廠）所生產的六價鉻鈍化樣板同時檢測板面粗糙度、表面平均粗糙度Ra、粗糙度最大峰值Rz、峰值數Rpc值，檢測結果如表3所示。

表3 同類產品樣板粗糙度對比分析

檢測結果表明本廠產品粗糙鍍Ra值明顯大于其他廠產品值，Rpc值又低于其他廠家，說明本廠鍍鋅板表面高點多、峰值大且峰的密集度不夠，而六價鉻鈍化膜非常薄，在涂覆之后很難覆蓋高點，造成樣板表面有鈍化膜漏鍍點，這些點在腐蝕環境中最先開始腐蝕并影響整個板面的耐蝕性［3］。

3.2 基板表面雜質元素分析

對各個規格的六價鉻鈍化鍍鋅板進行電子探針WDS全元素定性分析，由圖1可知，經檢測發現鍍鋅板表面只有Zn、Al、Fe、O、P、Cr元素，樣板表面并無Pb、F、S等雜質元素存在，樣板表面質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鉻鈍化樣板表面形貌（見下頁圖2），發現每種規格樣板表面都有不同程度的黑點缺陷，厚規格黑點較為密集。經分析檢測這種黑點在電子掃描顯微鏡下多數為“撓痕”，少數為夾雜物。

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

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，放大倍數為350）

圖3 鍍層黑點在電子探針下圖像及成分分析

表4 測試位置的能譜分析 %

鍍鋅板表面“撓痕”多為傳動輥造成，由于“撓痕”位置不存在鉻元素，說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表現為大量的“撓痕”，“撓痕”位置沒有六價鉻鈍化膜覆蓋，在腐蝕環境中首先開始腐蝕并蔓延到整個板面［3-4］，影響了六價鉻鈍化板整體的耐蝕性。

4 結論

1）鍍鋅生產過程中六價鉻鈍化板表面Cr含量需按照30～40 mg/m2標準控制才能保證耐蝕性。

2）當鍍鋅板粗糙鍍Ra值過大，Rpc值過小時，造成鍍鋅板表面高點增加及峰值變大，且峰的密集度不夠，會造成六價鉻鈍化膜不能覆蓋高點，產生鋼板表面鈍化膜漏鍍點，板面耐蝕性因此降低。通過降低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題。

3）鍍鋅板表面的“撓痕”黑點缺陷會破壞六價鉻鈍化膜，在腐蝕環境中“撓痕”位置首先開始腐蝕并蔓延到整個板面，影響了六價鉻鈍化板整體的耐蝕性。這種“撓痕”是由鍍后輥系造成的，通過更換相應輥系可降低鍍鋅板表面的黑點缺陷率。

［1］ 張啟富，劉邦津，黃建中.現代鋼帶連續熱鍍鋅［M］.北京：冶金工業出版社，2007.

［2］ 沈品華，屠振密.電鍍鋅及鋅合金［M］.北京：機械工業出版社，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，徐海衛，等.雙相鋼熱鍍鋅表面漏鍍缺陷分析及對策［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，從事熱鍍鋅技術管理工作。