新日铁家电板表面处理技术

２００８年４月第４６卷第２期 武钢技术

ＷＩＳＣＯ　ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ Ａｐｒ．　２００８Ｖｏｌ．　４６ Ｎｏ．　２４３

新日铁家电板表面处理技术朱久发（武钢研究院，湖北武汉４３００８０）

摘要：主要介绍新日铁公司家电板处理的目的、方法与性能、替代铬酸盐处理钢板的开发、铬酸盐钝化处理的机理、使用与铬酸盐钝化处理同样功能的特殊膜以实现铬酸盐替代、预涂层钢板、采用独特的涂敷方式生产高性能产品、家电用表面处理钢板的开发动向等。关键词：家电板；表面处理技术；新日铁中图分类号：Ｍ１７４．４文献标识４９：　Ｂ文章编号：１００８－４３７１（２００８）０２－００４３－０３

Ｒｅｖｉｅｗ　ｏｎ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｔｒｅａｔｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆｓｔｅｅｌ　ｓｈｅｅｔ　ｆｏｒ　ｈｏｕｓｅｈｏｌｄ　ａｐｐｌｉａｎｃｅｓ　ｉｎ　Ｎｉｐｐｏｎ　Ｓｔｅｅｌ　Ｃｏｒｐ ＺＨＵ　Ｊｉｕ－ｆａ（Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ａｎｄ　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　Ｃｅｎｔｅｒ　ｏｆ　ＷＬＳＣＯ，　Ｗｕｈａｎ　４３００８０，　Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｈ－ａｃｔ：　Ｔｈｅ　ｐｒｅｓｅｎｔ　ｐａｐｅｒ　ｍａｉｎｌｙ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｔｈｅ　ｐｕｒｐｏｓｅ，　ｍｅｔｈｏｄ　ａｎｄ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｔｅｅｌｓｈｅｅｔ　ｆｏｒ　ｈｏｕｓｅｈｏｌｄ　ａｐｐｌｉａｎｃｅ　ｉｎ　Ｎｉｐｐｏｎ　Ｓｔｅｅｌ　Ｃｏｒｐ．　，　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｔｅｅｌ　ｓｈｅｅｔｓ　ｉｎ　ｓｕｂｓｔｉｔｕｔｉｏｎｏｆ　ｔｈｅ　ｃｈｒｏｍａｔｅ　ｔｒｅａｔｅｄ　ｓｔｅｅｌ　ｓｈｅｅｔ，　ｔｈｅ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ｏｆ　ｃｈｒｏｍａｔｅ　ｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ，　ｕｓｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｐｅ－ｃｉａｌ　ｆｉｌｍ　ｈａｖｉｎｇ　ｓｉｍｉｌａｒ　ｆｕｎｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｃｈｒｏｍａｔｅ　ｐａｓｓｉｖｔｉｏｎ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｓｕｂｓｔｉｔｕｔｅ　ｃｈｒｏｍａｔｅ，　ｓｔｅｅｌｓｈｅｅｔ　ｐｒｅ一ｃｏａｔｉｎｇ，　ａｄｏｐｔｉｏｎ　ｏｆ　ｕｎｉｑｕｅ　ｃｏａｔｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄ　ｔｏ　ｐｒｏｄｕｃｅ　ｔｈｅ　ｓｔｅｅｌ　ｓｈｅｅｔ　ｗｉｔｈ　ｈｉｇｈ　ｐｒｏｐｅｒｔｙａｎｄ　ｔｒｅｎｄ　ｏｆ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｔｒｅａｔｅｄ　ｓｔｅｅｌ　ｓｈｅｅｔ　ｆｏｒ　ｈｏｕｓｅｈｏｌｄ　ａｐｐｌｉａｎｃｅ　ｅｔｃ．Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｈｏｕｓｅｈｏｌｄ　ａｐｐｌｉａｎｃｅｓ；　ｓｕｒｆａｃｅ　ｔｒｅａｔｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；　Ｎｉｐｐｏｎ　Ｓｔｅｅｌ　Ｃｏｒｐ

随着家电制造行业的快速发展，对家电产品的使用寿命和环保节能的要求越来越高，如何使家电产品既延长使用寿命又环保节能已成为家电行业乃至钢铁行业的一个重大课题。 钢板表面处理技术主要有两个目的：一是增强钢板的耐蚀性、耐久性、耐热性、润滑性（易冲压）、导电性、绝缘性、基底处理等。二是赋予钢板如耐指纹性、抗菌性、防污性等新功能。表面处理的方法多种多样，典型处理方法有“电镀”、“热浸镀”、“气相涂敷”（干法镀敷）、“化学转化处理”、“涂层”以及组合方法等。 日本全部钢铁产品中，表面处理钢板的产品占巧％以上，在钢铁产品中占有很大比例。日本表面处理钢板主要用于汽车行业，其次用于建材、家电、容器等行业。建材及家电产品为防锈而使用的镀锌钢板，在镀锌后采用“铬酸盐钝化处理”或“磷酸盐处理”等化学转化处理或涂层。与汽车制造用的表面处理钢板相比，家电产品所使用的表面处理钢板品种繁多。即使汽车车型不同，车身、底盘、发动机等构造也是相同的；因此，汽车用镀锌板的通用性高。相反，冰箱、洗衣机、功放摄录机等家用电器产品由于零部件不同，对表面处理钢板性能的要求亦各异。 新日铁之所以在预涂层钢板领域处于世界先进水平，是因为数年来新日铁坚持不懈地研发高档家电板，并获得丰硕成果。本文着重介绍新日铁家电板表面处理新技术和新产品的开发情况。

，替代铬酸盐处理钢板的开发背景 在介绍替代铬酸盐的钢板技术开发前，有必要首先介绍铬酸盐膜的作用和机理。铬酸盐膜是一种薄膜，具有“壁垒作用”。其最大的特点就是当膜表面出现破损露出金属锌时，具有“自修复功能”。由Ｃｒ３十、氧、氢构成的铬酸盐膜骨架中，含

作者简介：朱久发（１９５１一），男，湖北襄樊市人，高级工程师．

万方数据・４４．武钢技术第４６卷有微量的Ｃｒｂ十。Ｃｒｂ＋易溶于水，而Ｃ尸十难溶于水，因此，以Ｃｒ，‘为主体的膜起到了“壁垒作用”。当膜发生破损露出金属锌时，如果不对破损部位进行处理，锌会氧化，生成白锈；而经铬酸盐钝化处理生成的薄膜就会渗出水溶性的０十与破损处的锌发生反应，转化成口，破损处得到修复，抑制了白锈的生成。由于铬酸盐膜中含有微量Ｃｒｂ＋，能及时修复破损膜。这就是防锈效果的自修复功能【’〕。 室内家用电器使用镀锌层为２０留甘（厚约３ＩＵＭ）的“电镀锌钢板（ＥＧ）＂；而诸如空调机外壳等室外家用电器由于需要更高的耐蚀性，一般都使用镀锌层厚的热镀锌钢板。然而，镀锌钢板长时间地被氧化，钢板表面会出现白锈，影响美观，因此采取了旨在防锈的“铬酸盐钝化处理”技术。众所周知，“铬酸盐钝化处理”所用的“铬酸盐”化学剂是优质防腐剂，到目前为止，各种金属制品的防腐处理及涂敷的防锈颜料都使用铬酸盐川。 这种“铬酸盐钝化处理”方法主要用于以镀锌钢板为主的各种表面处理钢板“一次性防锈处理”，所起的作用是在钢板加工且组装成最终产品期间防止镀锌表面生锈以及“基板涂敷处理”。这种处理方法由于价廉、高效而被广泛使用。 铬酸盐钝化处理生成的膜（铬酸盐膜）的功能有３种：①阻断腐蚀因子功能；②在膜上产生缺陷的部位具有自修复功能；③涂料的附着性较强。这种单一的铬酸盐膜同时具备以上３种功能，因此是一种极为实用的技术。经过“铬酸盐钝化处理”的钢板本身没有毒性，不存在污染问题，但是铬酸盐钝化处理液及处理产品所含的ＣｒＯ十对周围环境有影响，因此，目前替代铬酸盐（替代Ｃｒｂ＋）已成为产品开发时必需解决的问题。

新日铁将开发的重点放在用Ｃ沪＋以外的物质替换铬酸盐“壁垒效应”、“自修复功能”“涂膜附着性”等方面。但是，既采用环境友好的单一物质，而又能保留铬酸盐膜具有的所有特性是极其困难的。 新日铁分别选定“壁垒效应”、“自修复功能”、“涂膜附着性”较高的物质，制成特定功能的膜，成功地替代了铬酸盐。如：铬酸盐替代膜上出现破损，特殊膜中的腐蚀抑制剂溶出且被破损处吸收，便起到防腐效果。这样就发挥了与Ｃｒｂ＋相同的自修复功能川。 因此，新日铁开发出的替代铬酸盐膜的＂ＺＩＮＫＯＡＴ一２１”电镀锌钢板和“ＳＩＷＥＲＺＩＮＣ一２１＂热浸镀锌钢板不仅具有与此前用铬酸盐处理钢板同等的耐蚀效果，而且还具有导电性、润滑性、耐缺陷性、耐指纹性、涂敷附着性等均优良的性能。 将涂敷这种特殊膜的钢板通过盐雾试验和在冲绳岛经３年大气暴晒试验的结果表明，其耐蚀性与铬酸盐膜相同，有些试样的耐蚀性甚至更好。

２使用与铬酸盐钝化处理功能相同的特 殊膜实现铬酸盐替代

新日铁开发了具有强耐蚀性的铬酸盐膜，能满足加工性能和外观等各种要求，并能在连续生产线上稳定生产。另外，新日铁还掌握了添加Ｓｉ仇粉末等各种添加物的最优技术。 如上所述，由于含有Ｃｒｂ＋的铬酸盐膜具有优良性能，对环境有影响。因此，新日铁最先开发出替代ＣｒＯ‘的物质，并开发出“铬酸盐替代钢板”，这种产品具有与铬酸盐膜同等的耐蚀性及其它的性能。

３新日铁预涂层钢板 所谓预涂层钢板（彩涂板）就是在钢铁厂内预先进行涂敷的钢板，用户在使用时能省去脱脂、涂敷工艺，非常方便。近年来，严格限制“挥发性有机化合物”（ＶＯＣ），大幅度降低ＶＯＣ生成的涂敷工艺，对用户来说极为有利。因此，预涂层钢板用量越来越大，尤其近几年来家电产业迅速采用预涂层钢板。与厂家加工后再涂层相比，预涂层钢板具有良好耐蚀性。这就是预涂层钢板被广泛使用的主要原因。 在钢铁厂生产线上集中在线彩涂，ＶＯＣ溶剂（乙醇、稀释剂等）全部焚烧，转化为Ｃ仇和践０，大幅度减少了ＶＯＣ排出量。 新日铁在不断向家电板市场提供多性能、多功能的优质预涂层钢板的同时，也迅速提高预涂层钢板的耐蚀性和涂膜自身的加工性，进一步开拓了市场。因此，新日铁已成为推动家电领域使用涂装钢板制造家电产品的先锋。 预涂层钢板是在涂敷后进行加工、切割的，这就要求加工处的徐膜具有优异的附着性，切断部位具有良好的耐蚀性。预涂层钢板主要用于建筑材料、家电产品的制造，由于要进行不同的加工成型，因此，所要求的特性也不尽相同。 例如，为了提高涂层钢板的加工性和成型性，

万方数据第２期朱久发：新日铁家电板表面处理技术

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以前所采取的措施是“增强涂膜的延伸性”—使涂膜具有易延伸性。但在深冲加工时，因钢板压缩变形，涂膜会起皱，有时还会从钢板上剥落。这就像橡皮拉紧时变得平直漂亮，压缩时就起皱。 新日铁以加工时涂膜变形状态（弹应变能）的详细解析结果为基础，开发了随钢板压缩变形而相应变形的涂膜，在理论和实验的基础上，进行了精确树脂设计，成功地开发出在涂层钢板深加工时其附着性与耐蚀性均不降低的优质涂膜。

确控制凹凸，形成适当波长。由于表面有细微凹凸，即使与“后涂层”一起使用也能形成同样外观，不会出现肉眼可见的缺陷。 日本家电生产厂家使用这种“抽子皮”的涂层钢板提高了生产率和成品合格率，降低了总生产成本。因此，这是一项能够拓宽涂敷钢板市场需求的技术［［２１０

４采用独特的涂敷方式生产高性能产品 新日铁预涂层钢板的最大特点在于其独特的涂敷方式。此前涂敷钢板生产线通常采用“辊涂机”。 辊涂机是涂布辊同钢板直接接触，这样易出现竹节状缺陷和由于颤振引起的涂敷不均匀。此外，与涂料成分不同的金属颜料和树脂等固体物质难于渗人，也是辊涂机所存在的问题。 此外，一部分生产线上采用“帘式涂料器”，由于钢板与涂辊不直接接触，易得到光滑美观的表面，但也存在膜厚不易控制的问题〔２１０ １９９３年，新日铁结合这两种涂敷方式的优点，开发了独特的“辊帘式流动涂料器”，并已实用化。涂料流人２个涂辊之间，由涂辊之间的间隙决定涂膜厚度，在精确控制涂膜厚度的基础上，实现了涂料均匀涂敷于钢板上的新方式。该方式由于能极其精确地控制涂膜厚度，涂辊与钢板又不直接接触，所以不仅不会出现涂敷不均匀的问题，而且在涂料中还能加人金属或树脂等固体添加剂飞这样便会形成均匀、金属感强、具有独特光泽外表的涂膜。 ２００４年４月，新日铁在由新型帘式涂料器与高频感应加热炉组合的高效预涂层钢板生产线上采用了这项技术，开发出已投放市场的”袖子皮”涂层钢板，并因此获得了日本化工协会技术奖。 “抽子皮”顾名思义，是指具备抽子皮那样的细微凹凸。以前，涂层钢板的特点是只有光泽度，没有凹凸。家电生产厂家适当地进行“后涂层”处理后，才有凹凸。将钢板涂层和“后涂层”组合使用时，由于凹凸不同，即使颜色相同，外观也会产生色差。另外，光泽度良好且凹凸小的涂层钢板在成型加工时，会造成肉眼可见的缺陷，也是亚待解决的问题。而新日铁开发的精确控制“袖子皮”涂层钢板生产技术，能使涂膜形成适度光泽。控制“抽子皮”的关键不在于无序凹凸，而在于要精