【正文】 金化熱鍍鋅鋼板（稱為 GAM），沖壓性能可大大提高。合金鍍層的合金化程度不同，鍍層表面的組織和摩擦系數(shù)也不一樣，因而沖壓性能也不一樣。 加工性能 合金鍍層的加工性能表現(xiàn)為兩各方面，即鍍層對(duì)整個(gè)鍍層鋼板的加工性能的影響和鍍層本身在加工過(guò)程中的粉化性能。 合金化鍍層的使用性能 合金化熱鍍鋅鋼板由鋼廠交付用戶以后，還要進(jìn)行機(jī)械加工（沖壓或彎曲等）、焊接、磷化和涂漆等后續(xù)處理。 圖 22 影響鍍層表面輪廓的因素 (13) 鍍層的抗粉化用鍍層在加工中鍍層粉化脫落的量來(lái)表示，標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試方法 簡(jiǎn)單的有： U 型彎曲試驗(yàn)、 60?彎曲試驗(yàn)和單向拉伸試驗(yàn)。 另外還有一個(gè)普遍的規(guī)律，即合金化速度慢，合金化鍍層的表面粗糙度大，圖 19 粉化與鍍層厚度的關(guān)系 圖 20 粉化與鍍層表面含 Fe 量和合金化溫度的關(guān)系 Best adhesion = lowest reactivity PIF AK~TiNbIF TiIF Worst adhesion = highest reactivity 圖 21 鍍層粉化與基板的關(guān)系 （ 10） 粉 化 量 mg/. 粉 化 量 mg/. 20 合金化速度快，合 金化鍍層表面平坦。同樣 Al 含量高時(shí)，合金化熱鍍鋅鋼板的抗粉化性能好。而合金化溫度高，說(shuō)明合金化速度快。研究發(fā)現(xiàn)，含 Si 和 P 的 IF 鋼為基板的熱鍍鋅鋼板的合金化的速度較慢，鍍層界面 Γ 1相 /Γ相的比例高。該圖同時(shí)還表明了合金化溫度對(duì)鍍層粉化的影響，合金化溫度高，鍍層的抗粉化性能變壞。圖 17 合金化鍍層的粉化形態(tài) (8) 圖 18 鍍層粉化與鍍層 Fe 含量的關(guān)系 (8) Zn Coating Weight 177。圖 19 表示鍍層厚度與鍍層粉化的關(guān)系，鍍層越厚，粉化越嚴(yán)重。雖然Γ相不是粉化的原因，但是它仍然是合金化度的一個(gè)標(biāo)志，Γ相厚說(shuō)明鍍層過(guò)合金化了，鍍層的抗粉化性能變差。 據(jù)研究表明，對(duì)于過(guò)合金化的鍍層，鍍層的 Fe 含量高，也由一定厚度的 Γ相 。 與鍍層的剝落一樣，很長(zhǎng)一段時(shí)間認(rèn)為鍍層的粉化是由于鍍層生成了脆性的Γ相的緣故，但是觀察粉化試樣的橫截面發(fā)現(xiàn)，鍍層并不是在Γ相中破壞的，而是在Γ相與δ 1 相的界面斷開(kāi)的， 說(shuō)明鍍層的薄弱環(huán)節(jié)不在Γ相，而在δ 1 相靠近鋼板的部分。鍍層粉化是合金化熱鍍鋅鋼板的一個(gè)固有特性，是它的一個(gè)弱點(diǎn)。 合金化鍍層的粉化（ powdering） 合金化鍍層的粉化是鍍層在變形時(shí)，特別在壓縮變形時(shí)在鍍層內(nèi)部破壞的一種形式。生長(zhǎng)快的地方向鋼板里邊生長(zhǎng)深一點(diǎn)，生長(zhǎng)慢的地方向里生長(zhǎng)淺一點(diǎn)，這樣就形成了晶粒尺度的鋸齒狀交叉如圖 16 所示。前面已經(jīng)介紹，鋼板表面晶粒的取向不同，在它上面生成的 Fe2Al5 阻擋層的取向和對(duì) Zn 擴(kuò)散的抑制作用是不同的，而且隨阻擋層厚度的增加，這種晶粒之間的差別加大。正是由于鍍層和鋼板表面之間的這種鋸齒狀的交叉，增加了鍍層的附著力。用掃描電鏡觀察斷裂的界面，或先將鍍層用含緩蝕劑的鹽酸溶液將鍍層腐蝕掉，然后觀察鋼板的表面形貌。事實(shí)上，當(dāng)鍍層的 Fe 含量在 10％左右時(shí) ，在鍍層和鋼基的界面就有Γ相的生成，這時(shí)的Γ相可能很薄，用掃描電鏡不易看到。 合金化熱鍍鋅鋼板的鍍層的附著力與鍍層的 Fe含量的關(guān)系如圖 14所示。 過(guò)去很長(zhǎng)一段時(shí)間認(rèn)為鍍層的剝落是因?yàn)殄儗优c鋼板界面的脆性的 Γ相，而且發(fā)現(xiàn)鋅液中的 Al 含量增加可以提高鍍層的附著力，這被解釋為鋅液中的 Al抑制了Γ相的生長(zhǎng)的緣故。合金化熱鍍鋅鋼板鍍層破壞的方式有剝落和粉化兩中形式。鍍層厚度改變工藝窗口曲線的位置，厚度增加，合金化速度只能降低，或提高溫度，說(shuō)明在合金化熱鍍鋅鋼板生產(chǎn)中，鍍層厚度控制的重要性。 IF 鋼的合金化速度很快，即使鋅液的 Al 含量在 %，它仍以 60m/min 的速度生產(chǎn)，得到正常合金化度的合金化熱鍍鋅鋼板，而在這種條件下，低碳鋁鋼的合金化速度只能為 ，這在生產(chǎn)上是不可能的。比較鋅液 Al 含量為%和 %兩種情況，低 Al 時(shí)，合金化速度對(duì)溫度的敏感性增加，同時(shí)工藝窗口變窄， Al 含量為 %時(shí)，溫度的變化范圍大約是 5℃，而 %時(shí)為 10℃。 圖 13(10) 影響工藝窗口的因素： a)鋅液 Al 含量； b)基板成分； c)鍍層厚度； d)合金化爐 從圖 13a)可以看到，當(dāng)鋅液的 Al 含量從 %增加到 %時(shí)，合金化的工藝窗口發(fā)生了明顯的左移，合金化速度變慢 。對(duì)促進(jìn)合金化反應(yīng)的因素，可以提高生產(chǎn)速度。合金 15 化反應(yīng)速度快，達(dá)到一定合金化度的時(shí)間就短。 從上面關(guān)于阻擋層和 ZnFe合金層的生長(zhǎng)的討論，我們知道影響合金化反應(yīng)的因素有合金化溫度、鋅液 Al 含量，和基板的化學(xué)成分。把這些組合畫(huà)成曲線（溫度對(duì)速度），就是所謂工藝窗口。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)操作的工人 ，要做的工作是：對(duì)于以一特定的鋼種為基板和一定鍍層厚度的熱鍍鋅鋼板，用什么樣的工藝（溫度和生產(chǎn)速度）才能達(dá)到規(guī)定的合金化度，即鍍層的 Fe含量為 1011wt%。鍍層的合金化速度是決定了在生產(chǎn)線設(shè)計(jì)時(shí)考慮合金化爐的長(zhǎng)度的一個(gè)因素，在合金化爐一定的情況下，決定了可以達(dá)到的生產(chǎn)速度。在生產(chǎn)中，人們很關(guān)心合金化的速度，即熱鍍鋅鋼板從進(jìn)入合金化爐到合金層達(dá)到一定的 Fe 含量（合金化度）所用的時(shí)間。 實(shí)踐證明，合金化溫度對(duì)合金層的生長(zhǎng)速度有很大影響，合金化溫度高，合金 層的生長(zhǎng)速度快。已經(jīng)知道含 Si和 P 的鋼板，合金化的速度較 IF慢，鍍層組織也有差別。鍍層的結(jié)構(gòu)決定了鍍層的性能，我們?cè)谙旅嬲労辖鸹儗拥男阅艿臅r(shí)候還要討論，這就是為什么在生產(chǎn)的時(shí)候，不能只考慮鍍層的 Fe 含量而不考慮合金化條件的道理。在 550℃合金化時(shí)，只有δ 1相，沒(méi)有ζ相。在合金化溫度為 500℃時(shí)，δ 1在合金化的初期就 圖 12 合金化過(guò)程曲線圖 (8， 9) δ 1ηδ 1δ 1ηηζ5 10 15鍍層 Fe 含量550 ℃500 ℃450 ℃X 射線衍射強(qiáng)度δηδδηηζ鍍層 含量℃℃℃X 射線衍射強(qiáng)度ζ 鍍層 Fe 含量 14 緊接著ζ相生成，并且和ζ相共存一段時(shí)間，而ζ相先生長(zhǎng)，然后被δ 1消耗而減少。 從圖 12 看到，不同的合金化溫度， FeZn 合金層的生長(zhǎng)過(guò)程是不同的。Γ 1 在Fe 含量 10％之前是抑制的，但到了 10％就快速生長(zhǎng)。 FeZn合金層的生長(zhǎng) 合金化過(guò)程中，首先η相轉(zhuǎn)變成ζ，然后δ 1相在基板和鍍層界面成核，并消耗ζ生長(zhǎng)。這樣就在合金化熱鍍鋅鋼板的鍍層表面形成因合金層生長(zhǎng)速度不均造成的條紋。沉沒(méi)輥上面有一定規(guī)則的槽溝，鋼帶與輥面接觸過(guò)程中，鋼板與鋅接觸的時(shí)間在槽溝部分和沒(méi)有槽溝的部分是不同的，槽溝部分接觸鋅液的時(shí)間較其它區(qū)域要長(zhǎng)一些。 合金化熱鍍鋅鋼板的沉沒(méi)輥條紋是阻擋層破壞過(guò)程的不均勻，最終造成合金層生長(zhǎng)的快慢不均的一個(gè)例子。鋼板不同取向晶 粒上的 Fe2Al5的取向不同，對(duì) Zn 的阻擋作用也不同，（ 111）面的阻擋層較其它取向的晶粒上阻擋層更難于破壞?；宓木Я５拇笮『推渌恍┍砻娴奈锢砗突瘜W(xué)性能的不均勻性會(huì)造成阻擋層破壞過(guò)程的均勻性。因此，生產(chǎn)合金化熱鍍鋅鋼板時(shí)鋅液的 Al 含量既不能太高而影響合金化速度，也不能太低而影響鍍層的抗粉化性能。但是我們稍后將要看到，鋅液 中的 Al 含量對(duì)合金化鍍層的抗剝落和抗粉化性能有影響。合金化的孕育期還基板成分與合金化溫度有關(guān)，合金化溫度高，合金化的孕育期短，基板中的 P 可能偏析在阻擋層的晶界中，會(huì)妨礙 Zn 在阻擋層中的擴(kuò)散，從而延長(zhǎng)合金化的孕育期。純鋅熱鍍鋅鋼板的阻擋層大約為 250nm，而生產(chǎn)合金化熱鍍鋅鋼板的熱鍍鋅過(guò)程中生成的合金層在 50nm 左右。 從熱鍍鋅鋼板進(jìn)入合金化爐加熱，到阻擋層被破壞，合金層開(kāi)始生長(zhǎng)這段時(shí)間稱為孕育期。 阻擋層的破壞過(guò)程對(duì)合金化熱鍍鋅鋼板的表面質(zhì)量（如合金化條紋、火山口凹坑）、合金化熱鍍鋅鋼板鍍層粉化、高強(qiáng)度熱鍍鋅鋼板的可鍍性，產(chǎn)生重大影響，了解阻擋層的組織和變化行為對(duì)理解熱鍍鋅鋼板有重要的意義。在阻擋層的晶粒之間有鋅的存在（圖 11），這說(shuō)明鋅可以通過(guò)阻擋層的晶界擴(kuò)散。從阻擋層的形態(tài)上看，第二種機(jī)理的可能性較大。曾有研究者報(bào)導(dǎo)含 P 為基板的阻擋層主要有 FeAl3，但是在該作者后來(lái)的工作中又報(bào)導(dǎo)說(shuō)主要是 Fe2Al5。生產(chǎn)合金化熱鍍鋅鋼板時(shí)，熱鍍鋅鋼板的阻擋層首先要破壞，然后 ZnFe 合金層才能生長(zhǎng)，完成合金化過(guò)程。合金化過(guò)程可以分為阻擋層的破壞和合金層的生長(zhǎng)兩個(gè)階段。 圖 9 鍍層的厚度對(duì)穿孔腐蝕的影響 （ 6） 11 熱鍍鋅鋼板合金化處理的初始材料是純鋅熱鍍鋅鋼板，鋼板經(jīng)鋅鍋鍍鋅并由氣刀控制鋅層的厚度，然后到鋅鍋上面的合金化爐經(jīng) 460－ 530℃的合金化處理，通過(guò) Fe和 Zn的互擴(kuò)散，使鋅層轉(zhuǎn)變成 FeZn 合金層。 三、合金化熱鍍鋅鋼板 GA 合金化熱鍍鋅鋼板有比純鋅熱鍍鋅鋼板高的焊接性和涂漆性，被廣泛用于汽車鋼板。但是，當(dāng)汽車廠檢驗(yàn)漆膜的附著力而進(jìn)行杯突試驗(yàn)時(shí)，熱鍍鋅鋼板的厚度對(duì)試驗(yàn)結(jié)果有較大的影響，應(yīng)該加以考慮，否則會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤的結(jié)論。同時(shí)也證明 ，鋅鍍層的開(kāi)裂程度與基板的厚度有關(guān)，基板越厚，鍍層越容易開(kāi)裂。 但是，當(dāng) GI 鋼板涂上漆膜以后，鋅鍍層的裂紋會(huì)對(duì)漆膜產(chǎn)生影響。 由于 GI 鋼板的鍍層是鋅的冷凝組織，所以在加工過(guò)程中鍍層會(huì)產(chǎn)生裂紋，但是正如我們?cè)谇懊嬉呀?jīng)講了，鋅鍍層對(duì)鋼板有犧牲陽(yáng)極保護(hù)作用，因此這樣的裂紋是允許的。顯然當(dāng)鍍層的厚度超過(guò) 50g/m2 時(shí)，汽車鋼板的穿孔的幾率就很小。一般來(lái)說(shuō)，汽車用的熱鍍鋅鋼板的鍍層在 50g/m2 以上時(shí)才能有效防止汽車零件的穿孔腐蝕和外觀腐蝕。鋅晶體的（ 0001）面是滑移面，它平行與鋼板表面有利于鋅的滑移變形。小鋅花的晶粒尺寸一般小于 2mm。 汽車用的熱鍍鋅鋼板的表面應(yīng)該是平整小鋅花或無(wú)鋅花結(jié)構(gòu)，這種表面可以增加漆膜的附著力和漆膜的鮮映性。平整不能完全消除這種表面的不平度。雜質(zhì)元素在鍍層表面富集，降低了鍍層的耐腐蝕性，也會(huì)影響鈍化和磷化處理。也有一些晶體生長(zhǎng)方向與鋼板表面呈一定的傾斜度，則最后凝固點(diǎn)在表面，雜質(zhì)元素也在表面富集。通常的熱鍍鋅鋼板有樹(shù)枝樹(shù)枝狀結(jié)構(gòu)的鋅的晶粒，稱為鋅花。 表面結(jié)構(gòu)和其它性能 鋅的晶體為密堆六方結(jié)構(gòu)（圖 8），當(dāng)鋅液冷卻凝固的時(shí)候，鋅的晶體相對(duì)于鋼板的表面呈一定的取向，即（ 0001）面與鋼板表面平行。 現(xiàn)在生產(chǎn)汽車用的熱鍍鋅鋼板的鋅鍋 Al 含量在 ％。經(jīng)過(guò)分析表明，熱鍍鋅鋼板的鍍層處于臨界狀態(tài)，即雖然能通過(guò)出廠試驗(yàn)，但是它的附著力并不很高，有機(jī)涂層隨時(shí)間的延長(zhǎng)，力學(xué)性能會(huì)發(fā)生某些改變，對(duì)鍍鋅層產(chǎn)生一種作用力，球沖擊試驗(yàn)時(shí)，鍍層在這一作用力和沖擊力的共同作用下而發(fā)生剝離。 圖 7 不同 Al 含量不同的合金層厚度 實(shí)際上，當(dāng)鋅液的 Al 含量處于臨界狀態(tài)時(shí)也是不好的。當(dāng)鍍層的 Al 含量很高時(shí)，阻擋層厚，在短時(shí)間里不容易破壞，所以也不容易生長(zhǎng)爆發(fā)組織。上面的現(xiàn)象可以用阻擋層的阻擋作用來(lái)解釋。這是阻擋層局部?jī)?yōu)選破壞， ZnFe合金層快速生長(zhǎng)的結(jié)果。 有些汽車廠要求熱鍍鋅鋼板的鍍層中不能有爆發(fā)組織。我們?cè)龅竭^(guò)鍍層的 Fe 含量超標(biāo)的情況（有些汽車廠規(guī)定鍍層的 Fe 含量不大于 %），用這批 熱鍍鋅鋼板沖壓汽車零件時(shí)鍍層大量剝落。圖 7 示表示鋅液的 Al 含量與鍍層合金層厚度之間的關(guān)系。鍍層有了足夠的附著力，才能在沖壓零件時(shí)不脫落。上面關(guān)于生成阻擋層的第一種原理也可以解釋阻擋層外面存在 FeZn 化合物的道理， ①阻擋層沒(méi)有顯著