论文部分内容阅读
热镀锌是钢铁防大气腐蚀的有效方式之一,锌锅是整个热镀锌工艺的核心部件,如何保证锌锅的有效性、安全性以及长的使用寿命一直都是热镀锌工作者关注的问题。锌锅的使用寿命与锌锅材料,锌液成分,锌液温度,镀锌炉结构、操作工艺、管理维护等密切相关。随着社会的发展进步和热镀锌产品应用领域的不断扩大,针对不同应用场合,均对热镀锌镀层提出了更高的要求,如应用到批量热镀锌领域的工件要求其高的耐腐蚀性、良好的附着力以及良好的外观,而用于汽车及家电等领域的需深冲压变形的连续热镀锌钢板除要求其高的耐腐蚀性外,还要求其具有良好的抗粉化性能。锌浴中加铝可以有效地解决这些问题。高温镀锌(520560℃)能解决目前批量热镀锌行业棘手的圣德林效应的问题。但在锌浴中加铝以及高温镀锌都会造成传统的铁制锌锅腐蚀加快,极大的缩短其使用寿命。寻找新的应用场合下锌锅替代材料是一个有趣且有实用意义的课题。316L不锈钢已成功应用于连续热镀锌中,如沉没辊、测温热电偶套管等,其锌液中铝含量一般控制在0.10.2%。本文选用316L不锈钢作为研究对象,并以典型用锌锅钢板XG08作比较,系统地研究了450℃和520℃下这两种材料在不同含铝量锌浴中的腐蚀速率,并用光学金相显微镜、扫描电镜和能谱仪等分析测试方法系统地研究了镀层组织变化规律,探索316L不锈钢作为锌锅材料应用于含铝锌液或较高镀锌温度的可能性。本文主要得出以下结论:XG08钢板在450℃饱和铁锌液中的腐蚀速率随时间下降缓慢,浸泡14d以后腐蚀速率保持在3.66g·m-2·h-1。在450℃和520℃两锌浴温度下,锌锅板在不同铝含量锌液中的腐蚀速率是先随铝含量上升,铝含量大于5wt%时保持不变,520℃的腐蚀速率是450℃的2-3倍。316L不锈钢在450℃纯锌中稳定的腐蚀速率为9.88g·m-2·h-1,比XG08钢板高近2倍。316L不锈钢的腐蚀速率随锌液中铝含量的增加而降低,当锌液中的含铝量达0.2wt%,腐蚀速率呈直线下降,当含Al量从0.2wt%增加到5wt%,腐蚀速率下降速度减慢,Al从5wt%增加到15wt%,腐蚀速率略微增大。Al含量在0.2-15wt%时,450℃和520℃的腐蚀速率相近。316L不锈钢作为锌锅材料在450℃和520℃使用时,Al含量应大于0.2wt%。XG08钢板在450℃饱和铁锌液中形成的金属间化合物层组织,从钢基体向外依次为Γ、δ、ζ、η,镀层按抛物线规律生长,镀层生长主要由扩散机制控制。锌浴中含铝时,镀层形貌发生变化:在铝含量增加到0.5wt%过程中,Γ相逐渐消失,ζ相由柱状变为破碎的颗粒状,金属间化合物层全部为Fe-Zn化合物;铝含量在5-15wt%时,金属间化合物层为Fe-Al-Zn化合物,其成分范围为:可能是FeAl3-Znx或Fe2Al5-Znx化合物。XG08钢板在520℃Zn-(00.5wt%)Al中形成的化合物层为Fe-Zn化合物,在Zn-(515wt%)Al中形成的化合物层为Fe-Al-Zn化合物,其成分与450℃时的接近。与熔融锌接触的化合物以层状或大颗粒状向合金浴剥离。在450℃和520℃两温度下,316L不锈钢在纯锌浴中,化合物层为ζ-FeZn13相。在铝含量增加到0.2wt%过程中,基体表面逐渐形成稳定的Fe-Al-Zn化合物层。在铝含量为0.2-15wt%的锌浴中,316L不锈钢表面的化合物层形貌相似、成分相近,化合物层为含Cr的致密稳定的Fe-Al-Zn化合物。当Fe-Zn-Al金属间化合物中不含Cr时,该化合物快速生长,且在含铝锌液中不能够稳定存在,以层状或颗粒状向锌液中溶解;当该化合物层中含Cr时,在含铝锌液(Al>0.2%)中能够形成致密而稳定的Fe-Zn-Al层,且生长速度减慢。