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汽车用高强度表面处理钢板

一般来说，钢的屈服强度增加，伸长率降低。但铁素体和马氏体双相钢（DP钢）和由于残余奥氏体加工诱发马氏体相变发生硬化而使变形量增加的TRIP钢（相变诱导塑性钢），比传统高强度钢具有更大的延性。此外，还开发出在200℃左右涂漆烘烤加热时硬度增加的烘烤硬化钢（BH钢）和添加Ti、Nb的超低碳BH钢。

在对高强度钢进行热镀Zn或合金化热镀Zn时，由于钢中的Mn、Si等强化元素和氧的亲和力较大，在镀Zn前的连续退火过程中优先被氧化，在钢板表面生成SiO2、Mn2SiO4等氧化物。这些氧化物降低了Zn液与钢的浸润性，是镀Zn钢板产生“露钢”缺陷的一个原因。

表面处理钢板的发展方向

由于Zn的良好耐蚀性以及对基板的替代腐蚀保护功能，用Zn和Zn合金进行表面处理的钢板得到广泛的应用。可以认为很难用简单方法来取代Zn的这些优良特性。但是，在Zn的替代腐蚀保护功能方面，由于对Zn阳极反应的非极化特性（阳极过电压很难增加），替代腐蚀电位很低，基本上是-1.0V，所以，在替代腐蚀反应过程中氢会渗入钢材，使钢材发生脆化。研究表明，用Al-Mg-Si合金替代Zn进行钢板热镀，可以抑制替代腐蚀电位的降低和氢渗入钢中。因此这是一个通过选择适当的合金组合减小氢脆的表面处理方法。

总之，由于Zn的物理、力学以及化学特性，很难改变Zn在钢板表面处理中的优势地位。因此，重要的不是单纯地用其他金属或合金替代Zn，而是通过钢的热处理、加工、化成处理、涂装等工艺的适当组合，开发出适用于不同用途和不同特性要求的表面处理工艺。



在海洋环境、油田污水及含氯离子的化工介质中，氯离子含量高，一般不锈钢产品在此环境中的耐腐蚀能力尚好，但易发生点蚀、缝隙腐蚀等局部腐蚀，影响使用寿命。高强度钢板是一种在含氯离子腐蚀环境中具有优良耐蚀性的材料。多年来的现场使用经验表明，高强度钢板产品具有腐蚀率低、使用寿命长、且耐点蚀、耐缝隙腐蚀能力强的优点。、

上海材料研究所的研究者们利用电化学方法，按照  标准对高强度钢板试样进行点蚀电位和缝隙腐蚀测试，进一步研究其耐局部腐蚀的机理。

试验用高强度钢板及对比材料316L、1Cr18Ni9Ti不锈钢均进行固溶处理，尺寸为10mm×10mm×10mm。对不锈钢而言，化学成分特别是Cr、Mo、Ni等耐蚀元素的综合作用，不仅决定了不锈钢组织形态，还决定了不锈钢表面钝化膜成分与性质。高强度钢板组织较均匀，晶界只有少量沿晶碳化物，减少了因晶界腐蚀而发生点腐蚀和缝隙腐蚀的诱因。

对不锈钢表面钝化膜形成有影响的成分主要是Cr、Mo、Ni等元素。钝化膜是一层很薄的致密氧化物膜。根据电化学理论，在NaCl溶液中，Cl-主要是通过与钝化膜中的O2-发生交换吸附破坏钝化膜进而于与Fe、Cr、Mo、Ni等金属离子发生反应，促进金属基体阳极溶解而腐蚀。

增加不锈钢抗点蚀能力有效的合金元素是Cr、Mo。根据化学成分分析，三种钢的Cr含量相差不多，属于18Cr型不锈钢，都能形成钝化区。Mo是提高不锈钢耐蚀性的有效元素，在不锈钢中同时加入Cr、Mo元素，材料的化学稳定性、钝化膜耐蚀性尤其是耐点腐蚀性能，都能明显提高。Ni是形成奥氏体和稳定奥氏体的  元素，可以避免氧化膜的还原，也能提高钢的耐点蚀性能。高强度钢板的点蚀电位比316L、1Cr18Ni9Ti不锈钢的高，这可能是高强度钢板的Mo、Ni含量高、耐点蚀当量大的缘故。比较试验结果发现：

（1）高强度钢板与对比材料316L、1Cr18Ni9Ti锈钢的Ni含量大致按2%左右递减，Mo含量按2%～3%递减。根据PREN结果，高强度钢板的耐点蚀能力强。

（2）固溶后的高强度钢板的金相组织是奥氏体组织，含有弥散分布的第二相和少量沿晶碳化物。

（3）在30℃的3.5%NaCl溶液中，高强度钢板的自腐蚀电位和点蚀电位比对比材料316L和1Cr18Ni9Ti不锈钢的高，这表明高强度钢板耐均匀腐蚀和耐点腐蚀的能力高于对比材料。

（4）缝隙腐蚀试验结果表明，高强度钢板施加0.800V恒电位后的瞬间电流急剧降低；随时间的延长，电流也逐渐缓慢降低；试验面无明显腐蚀、环氧树脂密封完好。诱发缝隙腐蚀后能再钝化的正电位VRP＞0.800V。（余冶）



快速发展的汽车工业，给  的节能减排、环境保护和能源等方面带来了巨大的挑战。随着中国进入汽车社会，乘用车保有量大大提高。汽车轻量化成为节能减排的一条重要途径。在可选的轻量化材料中，高强度钢板除了轻量效果略低一些外，在使用性能、成本和节能减排等方面均具有一定的优势。高强度钢具有高的强度、高的碰撞吸能性，可以有效提高汽车的性。与传统软钢相比在满足相同汽车法规要求的前提下，可以大幅降低汽车的重量，是同时实现汽车轻量化与性要求的  轻量化材料方案。随着汽车法规的日趋严格，高强度钢板在乘用车上应用得到了快速的发展。同时，由于高强度钢板可在现有钢板的生产线上进行成分和工艺的优化，材料成本增幅也较小。

目前，乘用车常用的汽车钢板包括碳锰软钢、无间隙原子钢（IF）、高强度低合金钢(HSLA）、各向同性钢（IS）、双相钢（DP）、相变诱导塑性钢（TRIP）、孪晶诱发塑性钢（TWIP）、复相钢（CP）、马氏体钢（MS）、铁素体贝氏体钢（FB钢）、热成形钢等。高强度钢板具有性能、成本等方面的优势，决定了其仍是目前市场上    的轻量化材料，也是中低端乘用车轻量化材料的  。国外典型钢质车身的高强度钢板比例普遍达到50%～60%，部分车型甚至超过70%。其中一些  款车型的高强度钢板比例高达到73%。随着国内汽车法规和油耗法规的日趋严格，高强度钢板也受到越来越多的重视。自主品牌乘用车的高强度钢板用量与强度级别也在显著提高。一汽乘用车的车身高强度钢板比例达到50%以上。奇瑞公司车身高强度钢板应用比例也达50%以上，新开发的车型已达到60%。长城汽车大量采用高强度钢板，单车用量  的达到62.9%。此外，吉利、长安、东风、上汽和北汽等自主品牌新开发车型高强度钢板应用水平也基本都在50%。



随着陆地资源的日益枯竭，人类加快了走向海洋的步伐，跨海大桥、海底隧道、海洋石油平台等重大工程不断建设。然而，这些海洋工程材料所面临的  挑战便是海洋环境中的腐蚀。高强板作为常用的工程建筑材料之一，其耐海水腐蚀性能直接影响到混凝土结构在海洋环境中的耐久性。

目前，应用较为广泛的耐腐蚀高强板有涂层高强板、不锈高强板和合金耐蚀高强板。某钢铁公司研究人员开发了低合金耐蚀高强板20MnSiCrV，其室温组织为铁素体和珠光体，屈服强度达到450MPa，抗拉强度达到650MPa，腐蚀速率低于普通高强板的70%。在此基础上，进一步优化合金成分，研制出高耐蚀性合金高强板00Cr10MoV。本工作对研制的00Cr10MoV高强板的显微组织、力学性能和耐腐蚀性能进行系统分析，并与普通高强板20MnSiV进行对比和讨论。

试验材料化学成分如表1所示，在150kg真空感应炉中进行冶炼并模铸成80kg的钢锭，钢锭经锻造后焊接至140mm×140mm×12m方坯尾部，在生产车间终热轧成Φ25mm的高强板。分别从3根成品高强板上截取3段高强板加工成拉伸试样，在5585型电子  材料试验机上测定试样的屈服强度、抗拉强度和伸长率等。对试样横截面进行金相组织观察，并用Tukon 2100B型数字化闭环控制维氏硬度计对试样的不同组织进行硬度测试，用岛津1610型电子探针显微分析仪（EPMA）观察合金元素在其组织内的分布。采用盐雾、周浸腐蚀实验、电化学阻抗谱以及极化曲线等测试方法进一步评价其耐蚀性能。

表1 实验用钢的化学成分（质量分数，%）

钢种

C

Si

Mn

P

S

Cr

Mo

V

Fe

00Cr10MoV

≤0.03

0.40～0.60

1.40～1.60

≤0.01

≤0.01

9.5～10.5

0.9～1.2

0.03～0.10

余量

20MnSiV

0.21

0.49

1.44

0.019

0.007

—

—

0.028

余量

结果表明：

（1）耐海水腐蚀00Cr10MoV高强板的显微组织主要由铁素体和贝氏体组成，屈服强度达到450MPa以上，综合力学性能优良；

    （2）在加速腐蚀实验条件下，00Cr10MoV钢的腐蚀速率均不足普通高强板20MnSiV的5%；其腐蚀产物以α-FeOOH，β-FeOOH和γ-FeOOH为主，另外还含有少量Fe3O4和微量含氯产物Na3CrCl16，Fe+3O（OH，Cl）；

    （3）合金元素Cr和Mo的添加，提高了00Cr10MoV钢在3.5%NaCl中性水溶液中的自腐蚀电位和电荷转移电阻，降低了其腐蚀电流密度，使其耐海水腐蚀性能较20MnSiV钢有较大的。
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