含硅活性钢的热浸镀锌反应

一般认为，适合于热浸镀锌的钢是低硅含量的沸腾钢。美国《金属手册》中指明要求硅含量w_Si小于0.05%。这类钢热浸镀锌后可得到紧密、连续、均匀的金属间化合物组织。

在ISO14713-2：2009《锌涂层 钢铁结构件的防腐蚀指南和建议 第2部分：热浸镀》中，给出了在445～460℃的温度下进行热浸镀锌时，钢的化学成分与典型的镀层特征之间的关系，见表2-8。

表2-8 钢的化学成分与典型的镀层特征之间的关系

注：1.锌合金中的合金元素（如镍）的存在对表中所示的镀层特征有显著影响。本表不提供高温镀锌（即热浸镀锌温度为530～560℃）的相关指引。

2.表中所示的钢成分在其他因素的影响下会有所变化，各个类别的成分范围也会随之变化。(www.xing528.com)

连续铸钢技术的普及，给热浸镀锌带来了新的问题。与传统的铸锭技术不同，连续铸钢技术要求铸钢前进行充分脱氧，通常采用成本较低的硅作为脱氧剂。因此，该技术生产的钢都是硅含量较高的镇静钢或半镇静钢。热浸镀锌时，钢中的硅会显著增加铁与锌的反应活性，故称此类含硅钢为“活性钢”（reactive steel）。含硅活性钢热浸镀锌时往往出现灰暗、超厚及黏附性差的镀层，使产品质量明显降低。因此，含硅活性钢的热浸镀锌问题一直备受关注。

解决含硅活性钢热浸镀锌的“活性”问题的途径主要有两条：一是改变液态锌的温度；二是在液态锌中加入微量合金元素。为此，发展了热浸镀多元锌合金、锌镍合金、锌锰合金、锌镁合金、高温镀锌等热浸镀锌技术。这些技术可通过合金元素的作用或通过改变反应温度来控制铁锌反应，以获得具有紧密而连续的层状组织、适当的锌层厚度、较好的外观质量和耐蚀性及黏附性的镀层。

含硅活性钢中，含有来自连续铸钢时作为脱氧剂残留下来的以及为增加钢的强度而特地加入的硅。圣德林效应表明，钢中含有一定量的硅会显著增加铁与锌的反应，其影响程度随硅含量的不同而不同，在硅含量w_Si为0.07%～0.1%及0.3%以上时出现反应峰值，表现为热浸镀锌层活性及生长速率明显增加。

J.Foct等按圣德林效应反应峰值处的硅含量，将含硅钢分为亚圣德林钢、圣德林钢和过圣德林钢。对于亚圣德林钢，类似于纯铁，在正常热浸镀锌温度下，获得的镀层组织由钢基体起依次为Г相（Г+Г₁）、δ相、ζ相及由表面自由锌层凝固的η相，各相层紧密排列且连续，镀层生长呈抛物线规律。圣德林钢镀锌时，铁锌反应并不随浸锌时间增加而减缓，金属间化合物层中的ζ相一直具有较快的生长速率。当ζ相大部分长到镀层表面时，表面自由锌层不再连续，形成表面灰暗、厚度增大、黏附性差的镀层。该镀层的显微组织特点是形成了极厚而不连续的ζ相。对于w_Si接近0.3%的过圣德林钢，镀层组织由相当厚的ζ相层和有铁硅沉淀物的δ+ζ相层组成，其生长速率符合直线规律。