高强度彩色涂层板性能的检测与分析文嘉煊

高强度彩色涂层板性能的检测与分析

0 引言

彩色涂层钢板(简称彩板)即有机涂层钢板，又称之为预涂层钢板。它是以金属带钢为基材(如冷轧钢板、热镀锌板、电镀锌板等)通过严格的工艺控制，在其表面涂覆各种高分子涂料(如聚酯、硅改聚酯、偏聚氟乙烯树脂等)或粘贴上各种塑料薄膜(如聚乙烯薄膜等)制成的产品。它具有优异的耐蚀性、耐久性、冷弯加工成型性、装饰性以及良好的经济性及环保作用，可供用户直接使用，广泛用于建筑、家电、交通等行业[1]中国涂料在线coatingol.com。目前，我国彩涂板主要应用于建筑领域，如住宅钢结构、高层钢结构、轻型钢结构等，用量占国内彩板总产量的85%以上[2]。为提高建筑结构件的强度，减轻重量，降低成本，越来越多的彩板用户已采用高强度(如屈服强度为350 MPa)、薄规格(板厚小于0.8 mm)的彩板[3]。目前部分汽车外板也开始尝试使用高强度的彩涂板，例如中集集团一款出口北美的厢式货车外板就采用了厚度在0.4~0.5 mm 之间，屈服强度350 MPa 的彩涂钢板。本文研究了武钢研制的高强度TS350 GD+Z 彩板的各项性能，包括基板金相组织、基板夹杂物成分、力学性能、涂层物理性能、耐盐雾腐蚀性能等，并对检测结果进行了分析。

1 试验材料及方法1.1 试验材料

试验材料为武钢研制的TS350 GD+Z 彩板用钢板，采用250 t 转炉冶炼，化学成份见表1，彩涂使用的涂料见表2。

TS350 GD+Z 彩板用钢板化学成分

彩涂使用的涂料

TS350 GD+Z 彩板各项性能检测用试样均在武钢二冷轧彩板生产机组现场随机抽取，产品规格尺寸为0.45 mm×1 253 mm×L mm，镀锌层质量为275 g/m2(双面)。

1.2 试验方法

TS350 GD+Z 彩板主要制造过程如下：首先经铁水脱硫、转炉冶炼，将钢水进行连续铸造成钢坯，然后将连铸坯热轧成钢带，接着将热轧钢带进行酸洗、冷轧，再将冷轧钢带进行热镀锌、彩涂。

本试验采用的各项性能检测均按照相关国家标准或工艺要求进行。

采用OLYMPUS G×71 的金相显微镜测试彩板基材的金相组织、晶粒度等；采用Quanta400 扫描电子显微镜(SEM)分析彩板基材的夹杂物及镀锌层成分；采用GD PROFILERHR 辉光光谱仪(GDS)分析彩板的涂层成分；采用ST-ISO-3盐雾箱检测彩板的耐盐雾腐蚀性能，盐雾试验温度为(35±2) ℃，氯化钠溶液的浓度为5%，试验前在试样表面划十字交叉线，试样放置角度与垂直方向成15°，划线处按GB/T 13448—2006 的规定进行评定，未划线区域气泡和锈蚀等级按GB/T 1766—1995 的规定进行评定。涂层物理性能(如膜厚、铅笔硬度、光泽、杯突值、T 弯曲值、冲击值等)检测方法按GB/T 13448—2006 规定执行。

2 试验板各项性能检测结果及分析2.1 金相分析

对试制的TS350 GD+Z 基板进行了组织、晶粒度、游离渗碳体级别、夹杂级别分析，其结果见表3、图1。

从表3、图1 可得出：TS350 GD+Z 组织为铁素体+珠光体+少量游离渗碳体，晶粒度为12 级，说明TS350 GD+Z钢晶粒较细，为保证TS350 GD+Z 彩板的高强度打下了良好的基础。夹杂级别为D1，说明钢质较为纯净，这对提高TS350 GD+Z 彩板的加工成型性能有利。

2.2 扫描电镜分析

对试制的TS350 GD+Z 彩板的基材夹杂物、镀层成分进行了电镜(电子操针、能谱)分析，其检测结果见表4、表5，图2。

基板夹杂物的电子探针分析结果、彩板镀锌层成分能谱分析结果、SEM 分析彩板镀锌层微观形貌

从表4 可看出：TS350 GD+Z 的基材夹杂物以粒状的Al2O3 为主，而柱状的Al2O3 较少，这有利提高TS350 GD+Z的加工成型性能。从图2 可看出：镀锌层连续均匀，为保证镀锌层的附着力及耐腐蚀性能打下了良好的基础。

2.3 辉光光谱分析

对试制的二种TS350 GD+Z 彩板镀锌层、涂层成分进行了辉光光谱分析，其结果见图3、图4。

石墨灰彩板涂镀层结构及成分分析、墨黑色彩板涂镀层结构及成分分析

从图3、图4 可看出：试制的TS350 GD+Z 产品的锌层厚度为20～35 μm；涂层中含有钛白粉、滑石粉等成分。

2.4 力学性能及锌层附着力

根据TS350 GD+Z 钢的化学成分及成品规格，设计的热镀锌主要工艺参数如下：机组速度≥120 m/min，退火温度≥750 ℃，锌液温度为(450～470) ℃，光整延伸率≥0.4%，拉矫延伸率≥0.5%。力学性能及锌层附着力检测统计结果见表6。

TS350 GD+Z 热镀锌板力学性能及锌层附着力统计结果

从表6 可看出：试制的TS350 GD+Z 的力学性能均达到GB/T 12754—2006 规定的“R P0.2(或R eH)≥350 MPa；R m≥420 MPa；A 80mm≥14%”的要求。屈服强度范围控制在(350～425) MPa，抗拉强度范围控制在(445～515) MPa，力学性能波动较小，说明TS350 GD+Z 生产的各工序控制较稳定。锌层附着力均为1 级，说明镀锌层附着力良好。

决定高强度彩板力学性能的两个关键影响因素是基板的化学成分和热镀锌退火工艺[4]。一般来说，为提高彩板的强度，在高强度彩板钢中添加了较多合金元素，如Mn、Si、A1、Cr、P、Ti、Nb、Mo。这些元素中，有些元素易在表面富集，如Mn、Si、A1、Ti、Nb 等元素，它们与氧的亲和力比Fe 强，可能是氧化态的[5]。在连续热镀锌生产过程中，钢板退火时合金元素不断从钢板里面向表面扩散，不断发生氧化，使钢板表面的合金元素越来越多，由此造成合金元素以氧化物形式存在的表面富集，生成一层薄的氧化膜，这层薄的氧化膜将对镀层的附着力及彩板的耐蚀性产生不利影响。因此，选择合金元素既要有利于作为彩板基板的力学性能，又要考虑对钢板可镀性的影响；既要考虑单个元素的作用，又要考虑元素间相互作用的效应。

总之，对于高强度彩板产品而言，应在保证强度的同时，尽量在钢中少加入合金元素，多采用改变热轧、冷轧及热镀锌生产工艺参数的方法，以提高高强度彩板镀层的附着力及耐腐蚀性，降低生产成本。

2.5 涂层物理性能

彩涂生产机组速度≥80 m/min，碱液浓度≥1.5%，碱液温度为50～80 ℃，涂料固化温度(PMT)为220～245 ℃，面漆固化时间≤1 min，涂层表面种类为2/2，彩板正面涂层物理性能检测结果见表7。从表7 可看出，试制的TS350 GD+Z 彩板产品物理性能均达到了GB/T 12754—2006 的质量要求。

TS350 GD+Z 热镀锌板力学性能及锌层附着力统计结果

2.6 耐盐雾腐蚀试验

试验时间为500 h，降雾量为1.3 mL/(80 cm2·h)，盐雾试验评定结果见表8。

3 种TS350 GD+Z 彩板盐雾试验评定结果

从表8 可看出，试制的3 种TS350 GD+Z 彩板产品耐盐雾腐蚀性能均达到了GB/T 12754—2006 的质量要求。

3 结语

(1) 对于高强度彩板，选择钢中的合金元素既要有利于作为彩板基板的力学性能，又要考虑对钢板可镀性的影响，应在保证强度的同时，尽量少在钢中加入合金元素，多采用改变生产工艺参数的方法来提高彩板的强度和耐腐蚀性，降低生产成本。

(2) 试制的TS350 GD+Z 彩板产品各项性能均达到GB/T12754—2006 规定的指标。

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