2008年 6月
%32%第36卷第3期钢铁研究
ResearchonIron&Steel
June 2008
Vol.36 No.3
热镀锌板盐雾试验研究
董 梅,丰 慧,施国兰
(马鞍山钢铁股份公司技术中心,安徽马鞍山243000)
摘 要:根据对不同镀层品种、镀层重量和表面处理热镀锌板产品的中性盐雾试验研究,探讨了镀锌板腐蚀的影响因素,并提出提高热镀锌产品耐蚀性能的措施。关键词:腐蚀;盐雾试验;锌 5%铝合金
中图分类号:TG174 文献标识码:A 文章编号:1001 1447(2008)03 0032 04
Researchonsaltspraytestofhotdipgalvanizedstrip
DONGMei,FENGHui,SHIGuo lan
(TechnologyCenterofMaanshanIron&SteelCo.Ltd.,Maanshan243000,China)Abstract:Basedonneutralsaltspraytests(NSS)ofhotdipgalvanizedstripwithdiffer entlayer,weight,surfacetreatment,thispaperanalyzesthefactorsthatinfluencethecorrosionofhotdipgalvanizedstrip.Inaddition,measurestoimprovethecorrosionre sistanceofhotdipgalvanizedstriparealsogiveninthepaper.Keywords:corrosion;neutralsaltspraytest;Zn 5%Alalloy 马钢冷轧厂1号热镀锌生产线2004年初正式投产,由于马钢初次涉足镀锌卷板生产领域,在镀锌板耐蚀性能研究方面还是空白,同时,工厂和运输环境下,不同表面处理的镀锌板出现锈蚀的周期对产品质量控制、生产组织、企业物流也很有意义,因此开展了热镀锌板耐蚀试验研究。
镀锌板耐蚀试验主要包括两大类:一类是模拟腐蚀环境试验检验,如盐雾试验、老化试验、潮湿试验等;另一种试验为自然环境腐蚀试验,如各国在不同气候和地理环境的典型大气试验站进行的挂片试验。
目前国内外热镀锌板材产品交货条件(或标准)中对耐蚀性能均没有明确的要求。在五金、家电、汽车等具体行业的镀锌板用户中,用于检验或验证镀锌产品耐蚀性能的主要涉及中性盐雾试验。为了了解马钢生产的镀锌产品的耐蚀性能,在生产线稳定后,搜集了来自50个钢卷的样本,其中包括10件锌 5%铝合金镀层产品样本,进行了盐雾试验,并进行了评价。
1 试验材料和方法
样本属性:试验镀锌板基板厚度为0.3~1.6mm,宽度为1000~1250mm,单面锌层重量68~158g/m2产品,表面状态包括未钝化、铬酸盐钝化、未涂油、轻涂油(油品为静电涂油用矿物油P3 prevoxC932)及其组合。原料牌号为SGCC,生产流程为铁水预处理-LF炉-CSP-酸洗冷连轧-热镀锌。钝化为喷淋式,热风烘干,涂油为静电涂油。
试验条件:设备为盐雾试验箱,型号为Q FOG,执行标准为GB/T10125 1997 人造气氛腐蚀试验:盐雾试验!,试验为中性盐雾试验(NSS试验)。样品尺寸为150mm∀75mm,边缘用胶带保护,NaCl的质量浓度为(5#0.1)%,PH值为6.5~7.2,试验箱设定温度为(35#2)∃,喷雾器压力设定为70~170kPa(实际为100kPa左右),喷雾量为每80cm的收集量为1.5ml/h,试验循环周期为24h。试验记录了出现5%白锈和5%红锈的时间。
2
:董 梅),,,,.
第3期董 梅,等:热镀锌板盐雾试验研究%33 %
2 试验结果和分析
2.1 纯锌镀层镀锌板的耐盐雾腐蚀性能2.1.1 白锈(5%)出现周期
在试验过程中,为了保证箱内气氛的稳定,我们采取24h开启一次,记录样本变化。
(1)第1个24h内,未钝化产品全部出现大面积白锈,见图1。根据后续试验发现一般2~8h就出现5%白锈。表面钝化产品在第二天才陆续开始出现小面积白锈,而且直到5%红锈出现,板面也只是局部锈蚀,见图2
。
1表示钝化;涂油0表示未涂油,0.5表示涂油量为0.5g/m2。
图3 纯锌镀层热镀锌红锈(5%)周期结果
(1)钝化同红锈周期有较强的相关性。原因主要同腐蚀进度有关,当板面出现白锈时,腐蚀反应开始消耗镀锌层,由于钝化层的保护,锌层在钝化薄弱部分才产生白锈,由于不像未钝化镀锌板产生全板面的腐蚀消耗,所以钝化处理的镀锌层对基板的阴极保护周期会更长。盐雾试验红锈出现时的形貌也证明了这一点,见图4、图5。
所有试验样本中出现5%白锈周期最长的为5天,该样本属性为单面锌层厚度约为100g/m2的钝化涂油镀锌板。
(2)白锈出现的周期同是否涂油、锌层厚度等没有因果关系。
综合上述结果,白锈出现的周期主要同是否钝化有关,是判断钝化质量特别是钝化均匀性的1项重要指标,从生产设备和工艺角度看,喷淋工艺受喷嘴压力、角度及钝化液自重影响,钝化层均匀性比辊涂工艺总体要差。
(2)涂油对于耐盐雾试验结果基本没有影响。涂油是1种物理阻隔,可以一定程度阻断空气和水对锌层的腐蚀,但盐雾试验过程的大量盐水雾很容易就冲掉表面的涂油层,使之不能起到保护作用。
(3)镀锌板单面锌层质量大于70g/m,无论涂油,(5)2
2.1.2 红锈(5%)出现周期
图3为盐雾试验结果分析图,横坐标为5%红锈出现的时间,图中纵主坐标为单面锌层质量,
,
% 34 %
不小于4天(96h,满足用户要求)。
钢铁研究第36卷
2.2 锌铝合金镀锌板的耐盐雾腐蚀性能
锌铝合金镀层产品是锌层中含有约5%铝的产品,耐大气腐蚀能力比纯锌镀层强,如相关文献所述,锌铝合金镀锌板在冷凝过程中,形成直径为 3~8mm(此尺寸取决于冷却速度,速度越快尺寸越小)。高度相差2~4 m的凹坑,宏观看类似浅色龟甲纹。这些特点对此产品的涂装质量有影响,但对该产品盐雾试验结果的影响并没有文献介绍。
4 讨 论
4.1 镀锌板的腐蚀
镀锌板在自然条件下氧化腐蚀非常缓慢,但在潮湿条件下,容易造成电化学腐蚀,使板面很快形成白锈或黑锈见图7,微观形貌见图8,锈蚀产物主要为ZnO(也有文献认为含有Zn(OH)2[2]),颜色的深浅主要同腐蚀产物中w(O)有关,颜色深的w(O)偏高。究其锈蚀原因,主要是镀锌板没有进行钝化、涂油等后处理。当环境潮湿时,锌层表面吸潮后造成钢卷内外氧的浓差,导致电化学腐蚀。相关电化学反应式如下。
阳极反应:Zn-2e&Zn
阴极反应:O2+H2O+4e&4OH-反应产物:Zn+4OH-&Zn(OH)2&
ZnO%H2
O
2+
2.2.1 白锈(5%)出现周期
白锈出现周期同纯锌镀层类似,未钝化产品第1个24h就已经散布锈斑,钝化产品2~3天后出现小面积白锈,但随后的观察显示,锈斑的扩展速度比纯锌镀层产品慢,可能与锌铝合金镀层是细晶结构,而且表面富铝层厚于纯锌镀层热镀锌钢板有关[1]。
2.2.2 红锈(5%)出现周期
锌铝合金镀层产品的红锈出现周期明显好于纯锌镀层产品,单面锌层约100g/m时的平均盐雾试验红锈出现周期约17天,具体见图6,由于该锌层腐蚀过程复杂,
目前的相关研究仍在进行。
2
图6 锌铝合金镀层热镀锌红锈(5%)周期结果
3 热镀锌板盐雾试验的评价
国内五金、家电、汽车等行业的热镀锌板用户主要采用中性盐雾试验对镀锌板进行耐蚀性能评价,一般要求镀锌量双面120g/m2及以下,镀锌产品出现红锈(5%)时间大于48h(2天),双面镀锌量180g/m2及以上,镀锌产品出现红锈(5%)时间大于72h(3天)。根据试验结果,样本盐雾试验性能都达到用户需求,和同行业水平也基本相当。
按照镀锌板生产厂的做法,镀锌板产品没有钝化、涂油一般不出厂;对于供彩涂用基板等特殊情况,根据客户要求可以不钝化、不涂油,但必须尽快使用(一般7天,天气干燥时可10日),以免受潮锈蚀。因此,考虑到实际储存和运输条件,镀锌板一般都要进行表面防锈处理,如涂油、钝化、涂层等处理方式。
4.2 镀锌板的耐蚀性能评价
第3期董 梅,等:热镀锌板盐雾试验研究%35 %
雾试验只是相对快速、方便的1种,对产品实际使用有指导意义,但盐雾试验并不能完全等同实际耐蚀能力,也并非简单线性比例关系,它只是1种间接体现产品耐蚀能力的手段。对耐蚀能力评价较为有效的应是自然环境挂片试验,此试验方法周期长,但能够比较真实反映材料实际耐腐蚀能力,参考价值较高,但镀锌板实际使用环境与自然环境相差较大,所以挂片试验也有其制约性。
显好于纯锌镀层产品,从环保和资源有效利用角度,锌铝合金镀层产品值得推广;
(3)提高镀锌层耐盐雾试验能力,主要依靠均匀的钝化层,只有相对均匀,才会减少局部弱点,提高整个板面的耐盐雾腐蚀能力。当然镀层厚度和均匀性对之也有一定影响。从硬件设备保障看,辊涂比喷淋、全浸式等工艺更能保证钝化层的均匀性。
[参考文献]
[1] 朱立.热镀锌钢板生产概述[J].鞍钢技术,2000,(1):58
62.
[2] 李九龄.带钢连续热镀锌[M].北京:冶金工业出版社,
2001:295.
(收稿日期:2007 11 01)
5 结 论
根据各种涂层重量、处理方式产品的中性盐
雾试验结果及分析,我们可以得到以下结论:
(1)常规镀锌产品应进行表面处理,否则会很快锈蚀,影响使用,防止锌层锈蚀的最经济有效的措施是进行钝化处理;
(2)锌铝合金热镀锌产品耐盐雾腐蚀能力明
浦项成功投产首套LiquiRob机器人系统
浦项钢铁公司成功地在其光阳厂新2流板坯连铸机CCM2 3上投产了第1套LiquiRob机器人系统。该系统可以执行连铸过程中所需的所有手动任务,LiquiRob系统设计可以自动取样、检测中间包钢水温度以及自动配置连铸保护渣。该系统还可以进行改造以执行其他功能,如钢包长水口处理和钢包氧枪处理。采用这种机器人系统后,操作人员不必在危险的连铸工作区操作,由此大幅度改善了安全工作条件。
2006年6月,西门子技术公司收到了来自浦项钢铁公司供应产能为350万t/a的2流板坯连铸机合同。为了改进生产过程和改善操作人员的安全性,该项目也包括提供1套LiquiRob机器人系统。该连铸机于2007年11月投产。通过应用LiquiRob解决方案,取得了操作人员安全性和生产过程可靠性大幅提高的成果。由于采用了系统化的遥控程序,给予了质量控制和生产过程最佳化的新基准。
独立的LiquiRob装置被设计成可以在连铸区域执行各种功能。在钢包装载位置,其功能包括处理钢包滑动门气缸和中间连接装置等。在中间包区域可以进行温度测量和取样以及中间包保护粉末配置,钢包长水口处理和控制钢包氧枪等。在结晶器区域,LiquiRob系统可以取样、配置结晶器保护渣、除渣等。
通过在可旋转或直线移动的装置上安装机器人,可以使LiquiRob工作半径最大化。LiquiRob系统的特点是使用特别开发的3维位置探测系统,因而像钢包滑动门气缸、中间连接装置和浸入式水口等没有固定位置的设备可以被机器人迅速定位和精神操控。机器人装置受到了很好的保护,可以在钢厂的苛刻环境中使用,同时还要使其维修要求最小。
(摘自世界金属导报)
2008年 6月
%32%第36卷第3期钢铁研究
ResearchonIron&Steel
June 2008
Vol.36 No.3
热镀锌板盐雾试验研究
董 梅,丰 慧,施国兰
(马鞍山钢铁股份公司技术中心,安徽马鞍山243000)
摘 要:根据对不同镀层品种、镀层重量和表面处理热镀锌板产品的中性盐雾试验研究,探讨了镀锌板腐蚀的影响因素,并提出提高热镀锌产品耐蚀性能的措施。关键词:腐蚀;盐雾试验;锌 5%铝合金
中图分类号:TG174 文献标识码:A 文章编号:1001 1447(2008)03 0032 04
Researchonsaltspraytestofhotdipgalvanizedstrip
DONGMei,FENGHui,SHIGuo lan
(TechnologyCenterofMaanshanIron&SteelCo.Ltd.,Maanshan243000,China)Abstract:Basedonneutralsaltspraytests(NSS)ofhotdipgalvanizedstripwithdiffer entlayer,weight,surfacetreatment,thispaperanalyzesthefactorsthatinfluencethecorrosionofhotdipgalvanizedstrip.Inaddition,measurestoimprovethecorrosionre sistanceofhotdipgalvanizedstriparealsogiveninthepaper.Keywords:corrosion;neutralsaltspraytest;Zn 5%Alalloy 马钢冷轧厂1号热镀锌生产线2004年初正式投产,由于马钢初次涉足镀锌卷板生产领域,在镀锌板耐蚀性能研究方面还是空白,同时,工厂和运输环境下,不同表面处理的镀锌板出现锈蚀的周期对产品质量控制、生产组织、企业物流也很有意义,因此开展了热镀锌板耐蚀试验研究。
镀锌板耐蚀试验主要包括两大类:一类是模拟腐蚀环境试验检验,如盐雾试验、老化试验、潮湿试验等;另一种试验为自然环境腐蚀试验,如各国在不同气候和地理环境的典型大气试验站进行的挂片试验。
目前国内外热镀锌板材产品交货条件(或标准)中对耐蚀性能均没有明确的要求。在五金、家电、汽车等具体行业的镀锌板用户中,用于检验或验证镀锌产品耐蚀性能的主要涉及中性盐雾试验。为了了解马钢生产的镀锌产品的耐蚀性能,在生产线稳定后,搜集了来自50个钢卷的样本,其中包括10件锌 5%铝合金镀层产品样本,进行了盐雾试验,并进行了评价。
1 试验材料和方法
样本属性:试验镀锌板基板厚度为0.3~1.6mm,宽度为1000~1250mm,单面锌层重量68~158g/m2产品,表面状态包括未钝化、铬酸盐钝化、未涂油、轻涂油(油品为静电涂油用矿物油P3 prevoxC932)及其组合。原料牌号为SGCC,生产流程为铁水预处理-LF炉-CSP-酸洗冷连轧-热镀锌。钝化为喷淋式,热风烘干,涂油为静电涂油。
试验条件:设备为盐雾试验箱,型号为Q FOG,执行标准为GB/T10125 1997 人造气氛腐蚀试验:盐雾试验!,试验为中性盐雾试验(NSS试验)。样品尺寸为150mm∀75mm,边缘用胶带保护,NaCl的质量浓度为(5#0.1)%,PH值为6.5~7.2,试验箱设定温度为(35#2)∃,喷雾器压力设定为70~170kPa(实际为100kPa左右),喷雾量为每80cm的收集量为1.5ml/h,试验循环周期为24h。试验记录了出现5%白锈和5%红锈的时间。
2
:董 梅),,,,.
第3期董 梅,等:热镀锌板盐雾试验研究%33 %
2 试验结果和分析
2.1 纯锌镀层镀锌板的耐盐雾腐蚀性能2.1.1 白锈(5%)出现周期
在试验过程中,为了保证箱内气氛的稳定,我们采取24h开启一次,记录样本变化。
(1)第1个24h内,未钝化产品全部出现大面积白锈,见图1。根据后续试验发现一般2~8h就出现5%白锈。表面钝化产品在第二天才陆续开始出现小面积白锈,而且直到5%红锈出现,板面也只是局部锈蚀,见图2
。
1表示钝化;涂油0表示未涂油,0.5表示涂油量为0.5g/m2。
图3 纯锌镀层热镀锌红锈(5%)周期结果
(1)钝化同红锈周期有较强的相关性。原因主要同腐蚀进度有关,当板面出现白锈时,腐蚀反应开始消耗镀锌层,由于钝化层的保护,锌层在钝化薄弱部分才产生白锈,由于不像未钝化镀锌板产生全板面的腐蚀消耗,所以钝化处理的镀锌层对基板的阴极保护周期会更长。盐雾试验红锈出现时的形貌也证明了这一点,见图4、图5。
所有试验样本中出现5%白锈周期最长的为5天,该样本属性为单面锌层厚度约为100g/m2的钝化涂油镀锌板。
(2)白锈出现的周期同是否涂油、锌层厚度等没有因果关系。
综合上述结果,白锈出现的周期主要同是否钝化有关,是判断钝化质量特别是钝化均匀性的1项重要指标,从生产设备和工艺角度看,喷淋工艺受喷嘴压力、角度及钝化液自重影响,钝化层均匀性比辊涂工艺总体要差。
(2)涂油对于耐盐雾试验结果基本没有影响。涂油是1种物理阻隔,可以一定程度阻断空气和水对锌层的腐蚀,但盐雾试验过程的大量盐水雾很容易就冲掉表面的涂油层,使之不能起到保护作用。
(3)镀锌板单面锌层质量大于70g/m,无论涂油,(5)2
2.1.2 红锈(5%)出现周期
图3为盐雾试验结果分析图,横坐标为5%红锈出现的时间,图中纵主坐标为单面锌层质量,
,
% 34 %
不小于4天(96h,满足用户要求)。
钢铁研究第36卷
2.2 锌铝合金镀锌板的耐盐雾腐蚀性能
锌铝合金镀层产品是锌层中含有约5%铝的产品,耐大气腐蚀能力比纯锌镀层强,如相关文献所述,锌铝合金镀锌板在冷凝过程中,形成直径为 3~8mm(此尺寸取决于冷却速度,速度越快尺寸越小)。高度相差2~4 m的凹坑,宏观看类似浅色龟甲纹。这些特点对此产品的涂装质量有影响,但对该产品盐雾试验结果的影响并没有文献介绍。
4 讨 论
4.1 镀锌板的腐蚀
镀锌板在自然条件下氧化腐蚀非常缓慢,但在潮湿条件下,容易造成电化学腐蚀,使板面很快形成白锈或黑锈见图7,微观形貌见图8,锈蚀产物主要为ZnO(也有文献认为含有Zn(OH)2[2]),颜色的深浅主要同腐蚀产物中w(O)有关,颜色深的w(O)偏高。究其锈蚀原因,主要是镀锌板没有进行钝化、涂油等后处理。当环境潮湿时,锌层表面吸潮后造成钢卷内外氧的浓差,导致电化学腐蚀。相关电化学反应式如下。
阳极反应:Zn-2e&Zn
阴极反应:O2+H2O+4e&4OH-反应产物:Zn+4OH-&Zn(OH)2&
ZnO%H2
O
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2.2.1 白锈(5%)出现周期
白锈出现周期同纯锌镀层类似,未钝化产品第1个24h就已经散布锈斑,钝化产品2~3天后出现小面积白锈,但随后的观察显示,锈斑的扩展速度比纯锌镀层产品慢,可能与锌铝合金镀层是细晶结构,而且表面富铝层厚于纯锌镀层热镀锌钢板有关[1]。
2.2.2 红锈(5%)出现周期
锌铝合金镀层产品的红锈出现周期明显好于纯锌镀层产品,单面锌层约100g/m时的平均盐雾试验红锈出现周期约17天,具体见图6,由于该锌层腐蚀过程复杂,
目前的相关研究仍在进行。
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图6 锌铝合金镀层热镀锌红锈(5%)周期结果
3 热镀锌板盐雾试验的评价
国内五金、家电、汽车等行业的热镀锌板用户主要采用中性盐雾试验对镀锌板进行耐蚀性能评价,一般要求镀锌量双面120g/m2及以下,镀锌产品出现红锈(5%)时间大于48h(2天),双面镀锌量180g/m2及以上,镀锌产品出现红锈(5%)时间大于72h(3天)。根据试验结果,样本盐雾试验性能都达到用户需求,和同行业水平也基本相当。
按照镀锌板生产厂的做法,镀锌板产品没有钝化、涂油一般不出厂;对于供彩涂用基板等特殊情况,根据客户要求可以不钝化、不涂油,但必须尽快使用(一般7天,天气干燥时可10日),以免受潮锈蚀。因此,考虑到实际储存和运输条件,镀锌板一般都要进行表面防锈处理,如涂油、钝化、涂层等处理方式。
4.2 镀锌板的耐蚀性能评价
第3期董 梅,等:热镀锌板盐雾试验研究%35 %
雾试验只是相对快速、方便的1种,对产品实际使用有指导意义,但盐雾试验并不能完全等同实际耐蚀能力,也并非简单线性比例关系,它只是1种间接体现产品耐蚀能力的手段。对耐蚀能力评价较为有效的应是自然环境挂片试验,此试验方法周期长,但能够比较真实反映材料实际耐腐蚀能力,参考价值较高,但镀锌板实际使用环境与自然环境相差较大,所以挂片试验也有其制约性。
显好于纯锌镀层产品,从环保和资源有效利用角度,锌铝合金镀层产品值得推广;
(3)提高镀锌层耐盐雾试验能力,主要依靠均匀的钝化层,只有相对均匀,才会减少局部弱点,提高整个板面的耐盐雾腐蚀能力。当然镀层厚度和均匀性对之也有一定影响。从硬件设备保障看,辊涂比喷淋、全浸式等工艺更能保证钝化层的均匀性。
[参考文献]
[1] 朱立.热镀锌钢板生产概述[J].鞍钢技术,2000,(1):58
62.
[2] 李九龄.带钢连续热镀锌[M].北京:冶金工业出版社,
2001:295.
(收稿日期:2007 11 01)
5 结 论
根据各种涂层重量、处理方式产品的中性盐
雾试验结果及分析,我们可以得到以下结论:
(1)常规镀锌产品应进行表面处理,否则会很快锈蚀,影响使用,防止锌层锈蚀的最经济有效的措施是进行钝化处理;
(2)锌铝合金热镀锌产品耐盐雾腐蚀能力明
浦项成功投产首套LiquiRob机器人系统
浦项钢铁公司成功地在其光阳厂新2流板坯连铸机CCM2 3上投产了第1套LiquiRob机器人系统。该系统可以执行连铸过程中所需的所有手动任务,LiquiRob系统设计可以自动取样、检测中间包钢水温度以及自动配置连铸保护渣。该系统还可以进行改造以执行其他功能,如钢包长水口处理和钢包氧枪处理。采用这种机器人系统后,操作人员不必在危险的连铸工作区操作,由此大幅度改善了安全工作条件。
2006年6月,西门子技术公司收到了来自浦项钢铁公司供应产能为350万t/a的2流板坯连铸机合同。为了改进生产过程和改善操作人员的安全性,该项目也包括提供1套LiquiRob机器人系统。该连铸机于2007年11月投产。通过应用LiquiRob解决方案,取得了操作人员安全性和生产过程可靠性大幅提高的成果。由于采用了系统化的遥控程序,给予了质量控制和生产过程最佳化的新基准。
独立的LiquiRob装置被设计成可以在连铸区域执行各种功能。在钢包装载位置,其功能包括处理钢包滑动门气缸和中间连接装置等。在中间包区域可以进行温度测量和取样以及中间包保护粉末配置,钢包长水口处理和控制钢包氧枪等。在结晶器区域,LiquiRob系统可以取样、配置结晶器保护渣、除渣等。
通过在可旋转或直线移动的装置上安装机器人,可以使LiquiRob工作半径最大化。LiquiRob系统的特点是使用特别开发的3维位置探测系统,因而像钢包滑动门气缸、中间连接装置和浸入式水口等没有固定位置的设备可以被机器人迅速定位和精神操控。机器人装置受到了很好的保护,可以在钢厂的苛刻环境中使用,同时还要使其维修要求最小。
(摘自世界金属导报)