熱鍍55%Al-Zn鋼板的耐熱性能

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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，開發了Galvalume(55%A1-43.5%Zn-1.5%Si，質量分數，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、單位面積質量、結構、化學成分、結合性能等的變化，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，試樣質量的變化可近似為鍍層質量的變化，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生脫落則說明鍍層與基體結合良好。

2 試驗結果與討論

2.1 鍍層的質量與光澤度變化

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，鍍層的單位面積質量變化很小，而當烘烤溫度達到450 ℃時，其單位面積質量明顯降低；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，鍍層表面出現微裂紋，橫截面形貌無明顯變化；當烘烤溫度為450 ℃時，鍍層發黑且粗糙，出現氧化、脫落現象，且鍍層變得疏松、不完整。

2.3 鍍層的化學成分及結合性能

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，出現了脫落現象。彎曲試驗后，300，350，400 ℃烘烤24 h的鍍層均未脫落，說明鍍層的結合性能較好;450 ℃烘烤的鍍層脫落，說明鍍層的結合性能較差。

表2 不同溫度烘烤24 h后鍍層的化學成分(質量分數)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鍍層為樹枝狀結構，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，硅以單質的形態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量分數約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，鍍層未發生熔融，鍍層的表面形貌、化學成分、光澤度、單位面積質量和結合性能均未發生變化。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、單位面積質量和結合性能仍未發生明顯變化，但由于此時55%Al-Zn鍍層/鋼板界面發生了合金化反應，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部擴散，同時部分鍍層發生熔融，在空氣作用下部分鍍層發生氧化，部分鋅蒸發，導致鍍層的光澤度顯著降低、單位面積質量明顯減小、結合性能變差，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 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、單位面積質量和結合性能均未發生變化。

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

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

參考文獻:

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