合金元素對(duì)硅反應(yīng)性的抑制作用及相關(guān)相平衡研究.pdf

1、熱浸鍍鋅是一種有效防止鋼鐵材料被腐蝕的方法。盡管鍍鋅工藝歷史悠久,但含硅鋼在鍍鋅過(guò)程中導(dǎo)致鍍層質(zhì)量變差的硅反應(yīng)性仍長(zhǎng)期困擾著鍍鋅產(chǎn)業(yè)。向熱浸鍍鋅鋅池中添加合金元素則是一種有效抑制硅反應(yīng)性的方法。
　　本文首先通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)研究了鋅池中單個(gè)組元(V、Ti、Ni、Zr、Mo)、兩個(gè)組元(Ni+V、Co+Ni、Ti+V、Co+Zr、Ni+Ti、Mn+Ti)協(xié)同作用和三個(gè)組元(Ni+V+Mg、Co+Ti+V、Ni+Ti+V、Mn+Ti+

2、V)協(xié)同作用對(duì)Sandelin鋼、Q235鋼和Q345鋼三種含硅結(jié)構(gòu)鋼硅反應(yīng)性的影響,開(kāi)發(fā)出了兩種成本不高且能有效抑制常用結(jié)構(gòu)鋼硅反應(yīng)性的鋅合金Zn-0.2wt.％Ni-0.03wt.%Ti-0.02wt.%V和Zn-0.5wt.%Mn-0.03wt.%Ti-0.02wt.%V。文中重點(diǎn)分析了V對(duì)硅反應(yīng)性的影響,發(fā)現(xiàn)鋅池中添加V能有抑制硅反應(yīng)性,且其抑制能力隨著V含量的增加而增強(qiáng)。在熱浸鍍Zn-V合金的鍍層中,發(fā)現(xiàn)在ζ層外側(cè)存在有一層三

3、元化合物層。
　　鋼鐵熱浸鍍鋅鍍層生長(zhǎng)涉及多元體系的界面反應(yīng)。為分析鋅池中合金元素的影響機(jī)理,豐富鋅基合金相圖數(shù)據(jù)庫(kù),本文通過(guò)平衡合金法、擴(kuò)散偶法及差熱分析法,利用光學(xué)顯微鏡、掃描電鏡-能譜/波譜儀和 X射線衍射等分析方法,對(duì)Zn-V二元系,Zn-Si-V三元系450℃等溫截面,Zn-Fe-V、Zn-Sn-V和Zn-Ti-V三元系的450℃和600℃等溫截面以及Zn-Fe-Zr三元系450℃、600℃和800℃時(shí)富鋅角相關(guān)系進(jìn)行了

4、研究。
　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,在Zn-V二元系中,VZn16可以在427℃以下穩(wěn)定存在,但是該化合物很難形成。同時(shí),在該體系中還發(fā)現(xiàn)了兩個(gè)亞穩(wěn)化合物VZn9和V3Zn2。實(shí)驗(yàn)還證實(shí)了α-V中約可以溶解2～4at.%Zn。基于相關(guān)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,本文對(duì)Zn-V二元系進(jìn)行了熱力學(xué)評(píng)估,獲得了描述該體系的熱力學(xué)模型參數(shù)。
　　在Zn-Fe-V三元系450℃等溫截面中發(fā)現(xiàn)了一個(gè)具有較大的成分范圍的三元化合物T,但是T不能在600℃下穩(wěn)定存在

5、。在Zn-Si-V三元系450℃等溫截面中不存在三元化合物,液相與所有V-Si二元金屬間化合物都能達(dá)到平衡。在Zn-Sn-V三元系的450℃等溫截面中,存在兩個(gè)三元化合物V7Sn12Zn40和τ,并證實(shí)了這兩個(gè)三元化合物分別在510℃和501℃時(shí)發(fā)生相變,不能在600℃下穩(wěn)定存在。研究發(fā)現(xiàn),V7Sn12Zn40為Mo7Sn12Zn40型結(jié)構(gòu)化合物,晶格常數(shù)為25.4919A。在Zn-Ti-V三元體系中,不存在三元化合物,但是TiZn3與

6、VZn3形成了連續(xù)固溶體(Ti,V)Zn3,其晶格常數(shù)隨Ti含量的增加而線性增加,且與體系中除TiZn和α-Ti外的所有相都能平衡。在Zn-Fe-Zr三元系中,不僅存在一個(gè)晶格常數(shù)為a=13.941A的CeCr2Al20型結(jié)構(gòu)的三元化合物ZrFe2Zn20,還存在三元化合物Zr2Fe3Zn5。ZrFe2Zn20在878.6℃處發(fā)生同成分熔化反應(yīng)轉(zhuǎn)變成液相,且在878.6℃以下可與該體系富鋅角的所有相存在平衡關(guān)系。此外,研究結(jié)果表明,Zn

7、-Fe金屬間化合物中不能溶解Zr,而能溶解少量V;Fe、Si、Sn都不能溶入VZn3和V4Zn5中,Ti也不能溶入V4Zn5中;而Zn在Fe-V、Si-V和Ti-V二元化合物都存在一定的溶解度。
　　基于鋅池中V對(duì)含硅鋼熱鍍鋅的鍍層組織和生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)的影響,結(jié)合實(shí)驗(yàn)測(cè)定的Zn-Fe-V三元系450℃等溫截面,利用擴(kuò)散通道理論提出了V對(duì)硅反應(yīng)性的抑制機(jī)理。由于V與Si的親和力較大,三元化合物T中又能溶解少量的Si,只要在鍍鋅反應(yīng)過(guò)程中