熱鍍鋅是最常用、性價(jià)比最佳的鋼材防腐蝕處理方法，雖已歷經(jīng)兩個(gè)半世紀(jì),仍經(jīng)久不衰。多年來,各國對(duì)新型耐蝕熱鍍材料的研究層出不窮。
 

　　自20世紀(jì)70年代至今,各國在工業(yè)上獲得應(yīng)用的熱鍍新材料有Ga1va1ume、Ga1fan、ZAM等。21世紀(jì)初,新日鐵又開發(fā)了高耐蝕鍍層板,其商品名為“Super Dyma” 。
 

　　在上述材料中,最適合用于鋼絲鍍層的材料應(yīng)該是Ga1fan合金,Ga1fan鍍層鋼絲在我國雖已開展了近三十年的應(yīng)用研究和二十多年的工業(yè)生產(chǎn),但至今仍未成為我國鋼絲制品市場的主導(dǎo)產(chǎn)品。
 

　　熱鍍鋅層具有電化學(xué)保護(hù)作用,鍍鋅層還有較好的涂裝性、焊接性和成型性;熱鍍鋁有優(yōu)異的耐大氣腐蝕性和耐熱性,但其焊接性和犧牲保護(hù)性極差。因此鋅鋁、鋁鋅合金成為研發(fā)熱鍍新材料的首選。
 

　　20世紀(jì)60年代,美國伯利恒鋼鐵公司的研究表明,鋅中鋁含量在17.5%以下,鍍層都具有良好的延展性和電化學(xué)保護(hù)作用,在鄉(xiāng)村、一般工業(yè)環(huán)境、近海環(huán)境、嚴(yán)酷的海洋環(huán)境的5年大氣暴露試驗(yàn)表明,鋁含量為4~7%的鋅鋁鍍層,其腐蝕速率均優(yōu)于純鋅對(duì)比鍍層。鋅鋁二元素共晶點(diǎn)的鋁含量為5%,其共晶溫度為382ºC,由于共晶合金具有熔點(diǎn)低、流動(dòng)性好、耐腐蝕性好的優(yōu)點(diǎn),因此鋅-5%鋁合金成為新型熱鍍合金的基礎(chǔ)材料。
 

　　為了抑制共晶組織的晶界腐蝕,并改善合金對(duì)鋼基的浸潤性和可鍍性,在鋅-5%鋁合金中添加其他金屬元素成為研究的重點(diǎn)。1978年國際鉛鋅組織(ILZRO)和比利時(shí)列口研究中心(CRM)進(jìn)行系列研究,經(jīng)過添加Sb、Be、Ca、Cd、Ce、La、Pb、Mg、Si、Sn、Ti等11種金屬元素的試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)加入鑭、鈰混合稀土金屬可以獲得理想的效果,可以獲得光滑、連續(xù)、無漏鍍的表面質(zhì)量和優(yōu)異的耐腐蝕性,繼后開發(fā)了商品名為Ga1fan的新型鍍層材料。Ga1fan合金具有優(yōu)良的耐蝕性、可成型性和可焊接性,幾乎集中了鍍鋅層和鍍鋁層的主要優(yōu)點(diǎn)。目前Ga1fan合金在國外已廣泛用于鋼板、鋼絲、鋼管和型鋼的熱浸鍍中,Ga1fan鍍層鋼絲在國內(nèi)又稱鋅-5%鋁-混合稀土合金鍍層鋼絲。在我國,自20世紀(jì)80年代起河北省冶金研究院、包頭稀土院、重慶有色金屬研究院、北京科技大學(xué)都曾開展過Ga1fan鍍層鋼絲研究和工業(yè)小批量試驗(yàn)。寧波漁業(yè)鋼絲繩廠、浙江萬勝鋼纜集團(tuán)、天津環(huán)鐘鋼絲有限公司(天津鋼絲廠)、天津鋼絞線廠、天津燎原鋼絞線廠、寶鋼集團(tuán)上海二鋼公司先后進(jìn)行了工業(yè)生產(chǎn)。其中,20世紀(jì)末,天津鋼絲廠、寧波漁業(yè)鋼絲繩廠獲ILZR0批準(zhǔn)的Ga1fan鍍層鋼絲的生產(chǎn)許可,株洲冶煉廠獲生產(chǎn)合金的許可。
 

耐蝕性
 

　　Galfan鍍層具有良好的耐蝕性。鹽霧實(shí)驗(yàn)表明,在鍍層厚度相同時(shí),其耐蝕性為純鋅鍍層的2~3倍,同時(shí),在S0₂氣體腐蝕試驗(yàn)表明,其耐蝕性為純鋅鍍層的2倍。
 

　　日本Nisshin鋼鐵公司將常規(guī)熱鍍鋅板和Ga1fan鍍層板在農(nóng)村、工業(yè)氣氛、海洋、嚴(yán)酷海洋等四種大氣環(huán)境下,進(jìn)行了10年的暴露試驗(yàn)。試驗(yàn)表明,熱鍍鋅的腐蝕失重與時(shí)間呈線性關(guān)系,而Ga1fan鍍層在腐蝕初期為線性,隨著時(shí)間的延長,其腐蝕失重與時(shí)間呈拋物線關(guān)系,見圖1。
 

　　Ga1fan鍍層是典型的共晶層狀結(jié)構(gòu)組成,富鋁相和富鋅相交錯(cuò)、重疊(圖3)。在腐蝕初期,由于富鋅層的活性比富鋁層大,因此富鋅層首先被腐蝕出現(xiàn)類似純鋅鍍層的線性腐蝕。隨后由于剩余表面的富鋁層增加以及腐蝕產(chǎn)物的穩(wěn)定性和不溶解層的形成,使腐蝕速度減慢并趨于穩(wěn)定,同時(shí)因?yàn)楣簿嗍请S機(jī)取向的細(xì)小層狀結(jié)構(gòu),當(dāng)層狀結(jié)構(gòu)平行于表面(鋼板)或處于鋼絲鍍層圓周切線方向,腐蝕到富鋁相時(shí),其腐蝕擴(kuò)展速度將減慢,此時(shí)Ga1fan鍍層又具備鍍鋁層的隔離保護(hù)性。由此可知,鍍后快速冷卻后得到的隨機(jī)取向的晶粒細(xì)小的全共晶組織具有最佳的耐腐蝕性。
 

　　影響Ga1fan鍍層耐腐蝕性的關(guān)鍵因素為合金中鋅鋁成份、合金中雜質(zhì)元素的含量以及鍍層冷卻速度,一般要求鍍后冷卻速度大于20℃/s?？焖倮鋮s時(shí)可以獲得全共晶組織,冷卻速度越大,共晶相越細(xì),層間距離也越小,其取向越無序。由于共晶成份鍍層的晶界腐蝕敏感性最大,鋅鋁合金中雜質(zhì)鉛、鎘、錫、銦、鉍會(huì)加快晶界腐蝕,因此必須嚴(yán)格控制Ga1fan合金中雜質(zhì)含量。而加入鎂、稀土等可以抑制晶界腐蝕。液態(tài)的鋅鋁合金對(duì)鋼材的潤濕性差,容易引起漏鍍,只有添加鑭和鈰的混合稀土金屬才能獲得無缺陷的鍍層。

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