鍍鋅C-Mn-Al-Mo系雙相高強鋼鹽霧腐蝕行為研究

陳 菲，劉立學，劉靖寶

（1.河鋼樂亭鋼鐵有限公司，河北063611；2.河鋼集團唐鋼公司，河北063016）

0 引言

高強度、高速性的鋼板在汽車工業得到了廣泛應用，雙相鋼在汽車車身用鋼的比例越來越高。車企對耐蝕性提出了更高的要求，尤其高端自主品牌、合資品牌、進口品牌車身的結構件和安全件也采用熱鍍鋅汽車板進行生產。為提高雙相高強鋼的綜合性能，在成分中添加了大量的合金元素，如Mn、Si、Mo等，造成其微觀組織較為復雜，退火時出現表面合金元素的選擇性氧化，降低鍍鋅時的浸潤性，造成鋅層缺陷的產生，如漏鍍、爆鋅、針孔等，致使雙相鋼的可鍍性變差，帶鋼產品的抗腐蝕能力無法滿足下游客戶的需求[1-3]。本文主要研究了HC420/780DPD+Z高強鋼的鹽霧腐蝕機理。

本文針對HC420/780DPD+Z的腐蝕機理和腐蝕產物進行了分析研究，對涂層的抗腐蝕能力通過鹽霧腐蝕試驗進行評價，根據研究結果指導現場的生產實踐。

1 試驗方案和材料

選取鍍鋅板雙相產品HC420/780DPD+Z為試驗材料，經過轉爐熔煉后，進行連鑄、熱軋、酸軋、連續鍍鋅。鍍鋅基板的主要化學成分為：0.08%C，2.01%Mn，0.08%Si，0.56%Al，0.2%Mo，含有少量的 B元素，其余為Fe。樣板公稱厚度1.2 mm，鋅層重量雙面3點平均值為100 g/m2，無鈍化涂油。

將取樣鋼板用保鮮膜包裹起來，防止帶鋼的劃傷，再用剪板機切成150 mm×100 mm的樣片，樣片數量為9塊。進行12 h、24 h、36 h的鹽霧腐蝕，在場發射掃描電鏡上對腐蝕產物進行分析。

試驗條件：設備為鹽霧試驗箱，型號為RK-120，執行標準為 GB／T10125—1997《人造氣氛腐蝕試驗：鹽霧試驗》；箱內溫度：（35±2）℃；氯化鈉濃度：50.08 g/L；氯化鈉 pH 值：7.0；沉降量：24 h 噴霧后，每80 cm2面積上1、1.5和2 mL/h。試樣與垂直方向成30°放置，膠帶封邊。

圖1 鹽霧試驗表面圖像

2 試驗結果與討論

2.1 宏觀形貌分析

在試驗過程中，為了保證箱內氣氛的穩定，我們采取12 h開啟一次，記錄樣本變化。

圖1所示為雙相高強鋼鹽霧腐蝕后的宏觀形貌。從圖1中可以看出，鍍鋅板經過12 h鹽霧腐蝕后，純Zn層與NaCl溶液反應，在鋅層表面產生白銹，白銹面積大于85%，白銹為純Zn層的腐蝕產物，而基體未見腐蝕；當腐蝕時間為24 h，白銹層厚度增加，白銹面積達到了100%。繼續增加腐蝕時間到36h，鋅層表面產生了紅銹，說明鋅層已經完全被腐蝕，基板開始腐蝕。通過評級耐蝕要求，不能達到汽車用鋼的標準，鋅層損壞程度達到75%紅銹面積的超重度。

2.2 金相組織分析

HC420/780DPD+Z鍍鋅雙相高強鋼的金相組織如圖2所示。晶粒尺寸根據測量大約為8 μm，且金相組織非常均勻。經過鍍鋅退火處理后，雙相鋼發生了完全的動態再結晶晶粒，晶粒得到了明顯的細化。組織主要為鐵素體和馬氏體，并且含有少量的貝氏體[4]。

圖2 HC420/780DPD+Z雙相高強鋼的金相組織

2.3 鹽霧試驗檢測

HC420/780DPD+Z鍍鋅雙相高強鋼的樣板鹽霧腐蝕檢測數據見表1。從表1中可以看出，隨著腐蝕時間的增長，損失的重量成增加的趨勢，沉降量為1 ml/80 cm2·h的情況下，經過腐蝕12 h后失重量為0.307g，經過腐蝕24 h后失重量為0.532 g，經過腐蝕36 h后失重量為0.653g。在前12 h內，腐蝕速度較快，主要是表面的純Zn層與NaCl溶液反應；隨著反應的進行，經過中間12 h的腐蝕后失重量只有0.223 g，腐蝕速率呈現下降趨勢。沉降量為1.5 ml/80 cm2·h 和沉降量為 2 ml/80 cm2·h 的情況下，沉降量也出現類似現象。這是由于在鹽霧腐蝕不斷進行的過程中，樣板表面的腐蝕物形成了一個間隔層，阻礙了腐蝕的進行。

表1 樣板鹽霧腐蝕數據

從不同鹽霧腐蝕時間的失重曲線（見圖3）可知，腐蝕后損失重量與沉降量存在一定的關系，沉降量減小，腐蝕失重量也會變小。腐蝕超過24 h后，不同沉降量條件下的重量損失有顯著區別[5]。

圖3 時間失重曲線

圖4所示為鍍鋅板腐蝕后的表面形貌，從圖4（a）可以看出，腐蝕產物呈雪花狀。對圖4（a）中A點位置進行了EDS分析，腐蝕產物中的元素主要有C、O、Cl、Fe、Zn、Na。從圖 4（d）和（e）可以看出有些腐蝕產物呈冰晶狀。腐蝕初期，純鋅層與溶液反應劇烈，腐蝕速度較快，隨著腐蝕的進行，在鋅層表面形成一層保護膜，阻礙了腐蝕的進行，腐蝕速度減慢[7]。腐蝕后期，純鋅層的腐蝕產物依附在表面。依附在鋅層表面且不易脫落，而且溶解氧得不到及時補充，造成電偶腐蝕效應有所降低，造成腐蝕速度降低。

3 結論

圖4 腐蝕后的表面形貌

C-Mn-Al-Mo系鍍鋅雙相高強鋼產品的腐蝕行為具有以下特點：腐蝕速率在鹽霧腐蝕試驗的初期較快，隨著腐蝕時間的增加，表面形成保護膜，降低了樣板內部與腐蝕液的接觸，使腐蝕的速率下降。失重的重量是伴隨沉降量的增大而變重；含鋁雙相高強鋼的顯微組織主要為鐵素體和馬氏體，并存在少量的貝氏體。雙相高強鋼經過12 h的鹽霧腐蝕，在表面大量生成白銹，使帶鋼表面的純鋅鍍層受到腐蝕，36 h后產生大面積的紅銹，Fe3O4為主要腐蝕產物，基板發生了腐蝕。