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热镀锌钢材品种、用途、生产技术发展历程、缺陷

放大字体  缩小字体 发布日期:2019-01-23  来源:上海有色金属网  浏览次数:6842   关注:加关注
核心提示:热镀锌钢材品种、用途、生产技术发展历程、缺陷 近年来,由于热镀锌钢板具有良好的耐腐蚀能力、美好的外观、有利于后续加工、可
热镀锌钢材品种、用途、生产技术发展历程、缺陷

       近年来,由于热镀锌钢板具有良好的耐腐蚀能力、美好的外观、有利于后续加工、可降低成本和减少环境污染等优点深受广大用户欢迎。本文将从热镀锌钢材品种、用途、生产技术发展历程以及缺陷等方面出发,带大家全面了解热镀锌钢材。
      由于锌的标准电极电位负于,因此在水和潮湿的空气中镀锌层具有牺牲阳极保护钢基的作用,从而可以大大的延长钢材的使用寿命。在工业上常用的镀锌层有热浸镀锌、电镀锌、机械镀锌和热喷涂(镀)锌等,其中热镀锌约占镀锌总量的95%热镀锌用锌量在世界范围内占锌产量的40%,在中国约占锌产量的30%左右。

热镀锌是将钢、不锈钢、铸铁等金属浸入熔融液态金属或合金中获得镀层的一种工艺技术。热镀锌是当今世界上应用最广泛、性能价格比最优的钢材表面处理方法。热镀锌产品对钢铁的减蚀延寿、节能节材起着不可估量和不可替代的作用,同时镀层钢材也是国家扶植和优先发展的高附加值短线产品。

目前我国热镀锌行业进入新的高速、持续发展阶段。

热镀锌钢材品种及用途

常见的热镀锌钢材品种有镀锌钢板和钢带,镀锌钢丝和钢丝网,镀锌钢管,镀锌型钢和结构件,镀锌管件(可锻铸铁管件),镀锌零部件、紧固件,镀锌器件制品等,常见镀层有纯锌镀层、锌铝合金镀层(锌铝稀土、锌铝镁、锌铝铅)、锌镍合金镀层、铝锌合金镀层(铝锌硅)等。

镀锌产品广泛地应用于建筑、通讯、电力、交通、能源、汽车、轻工(家电)、农业、畜牧渔业、石化等行业,其主要用途如下:

(1)轻工、家电工业:空调机、电视机、洗衣机、电冰箱、微波炉、热水器等家电外壳和底板,计算机底板和外壳,民用烟囱、厨具、水桶、货柜等。

(2)电力、通讯工业:电力输变电铁塔、通讯铁塔、电缆铠装带、通讯用镀锌低碳钢丝、钢芯铝铰线用镀锌钢丝、吊架、悬挂、紧固用镀锌钢绞线。电杆横担、拉线和紧固件、各种电缆桥架。

(3)建筑业:各种工业及民用建筑用轻钢龙骨,建筑层面板、瓦楞板、屋顶格栅,通风、给排水用镀锌管。

(4)汽车工业:汽车车体、车门、底板、内板等。

(5)交通业:高速公路护栏、公路隔离网、马路和公路用灯杆、各种指示标牌、桥梁用镀锌结构件。

(6)冶金、化学工业:各种低压流体输送镀锌管道、结构框架、各类容器。

(7)农业:喷灌管道、塑料大棚用轻钢龙骨、粮仓、储运容器、农具、捆绑用镀锌铁丝。

(8)渔牧业:渔业用钢丝绳、畜牧用网围栏。

我国连续热镀锌钢板的发展始于上个世纪70年代。1979年我国武钢从国外引进第一条现代连续热镀锌生产线和彩色涂层钢板生产线,标志着我国现代钢带镀锌技术的开始。

镀锌钢板生产流程图

由于国营企业经济实力雄厚,技术力量强大,设备大都从国外引进,机组产量高,产品定位高,销售市场主要面向汽车、高档家电,到2015年已发展到70余条。2000年后,民营企业的兴起,主要以钢材经销商为中坚力量,他们熟悉市场,经营有方,所采用的热镀锌机组设备完全国产化,机组单产低,投资低,生产成本低,效益高,主要面向低档次建材市场。

到了2008年,我国钢板热镀锌的生产能力已达到欧美发达国家水平。根据有关部门调研,我国的镀锌钢板生产线主要集中在我国的长江三角洲、珠江三角洲和环渤海经济区等发达地区。但是,受国家相关政策和市场形势的影响,一方面,原有生产线将出现一定程度的集中和整合,另一方面,新建生产线的重心将逐步向中西部地区转移。

随着我国经济的发展,建筑、汽车、家电等行业发展迅速,已成为国民经济的支柱行业。建筑、汽车、家电等行业对于镀锌钢板的大量需求,极大地促进了我国锌钢板的市场发展和技术进步。

热镀锌钢板的应用实例

热镀锌板带应用于建筑、家电、汽车、轻工业等行业,其中以建筑、汽车和家电为主,目前中国不仅存在世界最大的建筑市场,同时还是世界上最大的汽车、家电制造国。

近年来,尽管我国镀锌板在产量、产品质量、工艺技术、装备水平等方面有了巨大的提升,但仍存在以下四方面的问题:

1、装备水平差异较大,低产能机组较多;

2、生产能力过剩,下游需求减弱,镀锌板带企业整体开工率不足,高配置机组浪费严重;

3、民营企业不按标准生产,镀层厚度偏低,造成浪费资源。同时存在企业环保意识薄弱,企业环保管理不规范;

4、对于高品质汽车板、功能性家电板和高耐蚀建筑涂镀层钢板还依赖进口,国内高端品牌稀少。

镀锌产品应用领域及镀锌要求

钢铁行业锌消费主要作为钢材镀锌产品,包括镀锌板带、镀锌钢丝绳钢绞线、镀锌焊管及镀锌钢结构等。镀锌产品厚度以及锌层的厚度均会对吨钢耗锌产生较大的影响,不同种类和用途的镀锌产品吨钢耗锌水平差异较大。随着行业规范发展,热镀锌板以薄镀锌层降低成本的恶性竞争现象将会逐步减少。

对于镀锌产品锌需求来说,有关机构认为未来随着镀锌行业规范化,钢铁行业镀锌对锌的需求总量仍将小幅增加,如随着钢结构建筑普及加快,厚锌层建筑用镀锌板用量将加大;部分中高端领域镀锌钢材逐渐替代非镀层钢材,镀锌行业锌消费量仍将小幅上升。

镀锌产品主要下游消费行业

热镀锌板生产技术发展历程

热镀锌钢板生产技术发展历程如下 :

机组向高产能发展:20 世纪 90 年代以来建设的热镀锌机组向高产能发展, 全球产能在 30 万 t/ a 以上的热镀锌机组约有 60 余套, 总生产能力超过2800 万 t/ a 。

机组专业化生产:汽车镀锌板与建材镀锌板采用不同类型的机组生产, 机组工艺、 单体设备配置及炉子选型更为合理, 使投资效果明显 , 产品成本低。

强调基板表面清洁:近年来建成的汽车板镀锌机组基本选用碱液电解清洗及全辐射管加热炉的美钢联工艺, 甚至在活套装置前后皆设置清洗段 。为了降低投资,建材型镀锌机组多采用改良森吉米尔工艺, 但机组多设置了清洗段, 使基板表面更清洁 , 产品质量更好。

采用塔式炉:采用塔式炉比卧式炉投资约高 25%~ 30%,过去机组生产能力在 30 万 t/ a 以上时, 受炉长限制往往采用塔式炉 , 否则多选用卧式炉。

20 世纪 90 年代以后, 生产厂更注重塔式炉的优点 :炉子气密性好;炉辊数量少、 寿命长;维护费用低;有利于改善板形 ;缩短炉长等 。许多生产能力在 25 万 t/ a 或更小的镀锌机组也选用了塔式炉。如法国索拉克钢铁公司 1990 年 12月建成的产能 25 万 t/ a 的热镀锌机组;卢森堡迪德朗日钢厂 1991 年 9 月建成的产能 25 万 t/ a热镀锌机组;美国加州的 BHP 镀铝锌机组等。我国也有数套新投产的热镀锌机组采用了塔式炉。

不断提高加热炉的效能

利用加热废气预热带钢以节约能源 , 并可避免带钢变形;连续炉根据产品性能要求设置形式各异的冷却段 ;设置热张力调整辊 , 优化带钢的炉内张力 ;加热段设置高精度的防热翘曲辊 , 加热段增加感应加热器 ;采用鼓 -抽式脉冲控制烧嘴、 多级燃烧辐射管等加热技术, 提高了烧嘴的调节范围和辐射管寿命, 有利于加热的均匀性,并可降低 NOx 含量, 利于环保 ;改进炉辊辊型设计及炉辊表面喷涂技术 。

不断改进镀锌设备

镀锌设备包括气刀, 沉没辊、 稳定辊及附属设备 , 锌锅及加锌设备等 。多年来气刀制造商不断致力于改进气刀, 方登 、 奥钢联 、 杜玛、 柯勒等几家著名专业厂商生产的气刀各有特色, 总的方向是使气刀能自动跟踪带钢 , 并与带钢保持稳定距离;使气刀能整体组装调整, 有准确的定位机构;能实现对喷嘴区域压力稳定的动态控制;采用双唇回转气刀和更佳的刀唇间隙曲线, 设置快速刀唇清理装置;设置气刀水平方向快、 慢速打开及准确复位系统等, 使气刀有了很大改进。沉没辊辊面流锌槽的形状 、 间距及轴承也都有所改进 , 提高了稳定性及寿命。锌锅多采用熔沟式陶瓷锌锅 , 锌锅容积趋向加大 , 以利于锌液稳定 , 现代大型机组通常沉没辊的下缘距锅底至少 800mm , 而生产汽车板的热镀锌机组锌锅容积应更大些 。无芯锌锅的发展也较为成熟, SMS还开发了无沉没辊锌锅, 根据电磁移动场形成磁流体动力学封闭原理设计出垂直型锌锅 , 带钢垂直从锌锅内的锌液中穿过 , 锌锅内无任何易腐蚀件。这种技术已完成工业试验阶段 , 并已获得韩国东部制钢的订单, 引起业内人士的关注。

性能更佳的平整效果

采用四辊光整机, 设有干、 湿2种平整工艺、大、小2种直径工作辊;并且工作辊辊面采用喷丸或电子束毛化处理,以满足对延伸与表面光洁度的不同要求。对于不同品种的产品,采用光整机与拉矫机不同的配合方式, 可获得良好的效果 。

完善的后处理工艺

根据用户不同的需求 ,可采用钝化处理 、 磷化处理、合金化处理或涂敷有机涂层。目前正不断开发研制更好的钝化剂配方 。目前钝化处理主要采用铬酸盐 , 但添加了氟化物、 磷酸等活化剂, 从而可获得较厚的铬酸盐膜;当钝化液中有氟化物时,可加速钝化膜的形成, 并使钝化膜细致光亮;在无毒或低毒的无机缓蚀剂作为钝化剂的研究中,无毒的水溶性丙 烯酸树酯中加入了少量钼酸盐和磷酸盐得到了一 种钝化液(即ACM), 用来代替有毒的铬酸盐进行钝化处理,可推迟镀锌层产生白锈的时间 , 其抗蚀性已接近铬酸盐钝化水平,虽然目前该技术还未十分成熟, 但出于环保考虑,无铬钝化取代铬酸盐钝化已是大势所趋。采用经过磷化处理的热镀锌钢板可代替传统的电镀锌钢板用在家电外板上, 其既可延长产品寿命,又能降低材料成本。热镀锌机组在线磷化处理很具有发展潜力。耐指纹处理及无机润滑膜、 有机润滑膜的应用均为研究热点。

发展锌合金镀层

锌合金镀层钢板比镀锌钢板具有更优越的性能, 因此其生产比例逐年提高 , 其中发展较快的有铝锌合金镀层 (Galvalume)、 锌铝合金镀层(Galfan)及锌铁合金镀层 (Galvanneal)。最近日新制钢又开发了镀锌铝镁合金镀层 (ZAM ),其耐蚀性为传统镀锌板的 10 倍。

铝锌合金、 锌铝合金镀层钢板比一般热镀锌板具有更好的耐蚀性 、 涂装性、成型性等, 适用于建材、轻工等行业 。锌铁合金镀层钢板比锌铝合金 、 铝锌合金镀层钢板具有更好的涂装性、涂后耐蚀性及焊接性, 因而广泛用于汽车制造业。为适应锌合金镀层钢板生产, 镀锌机组多采用升降移动式双镀锅 , 以便能快速更换镀层种类。1998 年美国应达公司研制的无芯锌锅投产,这种锌锅能耗低、投资少,很适于合金镀层生产。锌铁合金扩散炉趋向于加热段采用高频感应加热 , 均热段采用电阻加热, 从而实现了按优化曲线退火 ,可更精确地控制镀锌层中的铁含量。

发展无锌花钢板

用无铅镀锌可生产无锌花钢板,这种镀层可减少晶间腐蚀 , 因而其使用寿命长, 有利于环保, 适用于汽车制造业并适于作为彩涂基板 。几年前欧洲就已停止生产普通锌花钢板, 所以无锌花钢板生产具有明显的发展趋势。

发展超深冲、 高强度钢镀锌板

生产汽车用重深冲、 超深冲级热镀锌板 , 皆采用 IF 钢 , 连续炉不设过时效段 , 简化了炉体结构及生产控制;生产企业着重开发高强度钢热镀锌板 , 通常高强度钢中 Si 、 M n 含量较高, 不利于锌层粘着 , 通过化学成分的调整, 特别是添加 Mo 元素实现了低 Si 含量双相钢镀锌板及双相钢镀锌合金化板的成功生产 ;用 Al 替代 Si 得到的 TRIP 热镀锌钢板 , 与传统的 CM nSi 型TRIP 钢相当, 但Al 元素的添加给炼钢与热轧工序带来一些问题, 而该问题正在解决。

生产超薄镀层板

近年来气刀等设备经不断改进 , 可生产出镀层为 25 ~ 30g/m²双面热镀锌板, 该板多用于电器行业, 可取代部分电镀锌或部分电镀锡钢板。

单面热镀锌板日趋减少

单面热镀锌工艺较烦琐, 且生产成本高, 因而趋向以单面电镀锌板或双面差厚热镀锌板取代。

重视发展热轧热镀锌板

随着人们对节能经济材的重视及薄板坯连铸连轧生产的发展, 可生产出更多薄规格的热轧带卷, 热轧热镀锌板生产得到重视和发展 , 其产品主要应用于建筑领域 , 作为钢结构件、 电缆架、通风管道 、 粮仓等。目前全世界热轧热镀锌板约占镀锌板总产量的 8 %~ 9 %, 我国邯钢、 唐钢等企业均已建成热轧热镀锌机组。

自动化控制水平愈来愈高

全线采用计算机控制 , 可实现对机组全线速度、 张力 、 轧件对中, 炉子各段温度、 炉内气氛, 锌锅温度最佳化及镀层厚度闭环控制等 。

热镀锌钢板存在的表面外观缺陷

综合考虑热镀锌钢板的生产工艺过程及成品包装等因素,热镀锌钢板可能会存在如下的一些表面外观缺陷:

(1)原板缺陷

镀锌原板表面缺陷,如折痕、凹坑、波浪边等均延续影响到镀锌板,成为其表面缺陷。因此,生产前,生产者都须对原板进行检验。

(2)黑斑

a。 镀锌层纯度不够,金属杂质在锌表面构成原电池,对析氢有利时,容易使锌层表面产生黑色的斑点。

b. 镀锌层中铜、铁、砷等杂质含量较高时,经钝化处理后,这些杂质呈现黑色。

c。 原板表面污蚀物处理不充分,形成残渣,使某些部位镀不上锌,导致镀锌层出现毛病而容易脱落,从而造成黑斑。

d。 镀锌时出现漏镀,在后处理时容易形成黑斑。

e. 镀锌液中夹杂残渣或小黑灰(碳或碳化合物),粘附于锌层表面或居于锌层内,与锌层结合得很牢固。在成品镀锌板上可见到黑斑。

f。 磨蚀黑斑。由运输、堆放过程中粗野作业所致。

(3)白锈

镀锌钢板表面受潮或雨水浸入,在一定温度下,锌被氧化,产生白色粉末。产生白锈的表面其防腐能力大为降低,影响其使用。

(4)镀锌层不均匀

镀锌板表面锌层高低不平,厚薄不均,甚至出现表面小颗粒。从镀锌锅中出来的带钢表面上有多余的锌液,这些多余的锌液用气刀(喷射高压气体)吹掉,从而控制锌层厚度。气刀的气体压力、气刀与带钢的间距、带钢的速度等都会直接影响锌层的厚度。如果气刀供气不稳定或气刀压力不足会造成镀锌层堆积,即锌疤。

(5)夹渣

镀锌液中存在残渣或浮渣(金属或非金属夹杂物),有时这些夹渣夹杂在镀锌层中,上海模型 船舶模型 机械模型 工业模型使其表面出现小圆斑点,甚至使原板沾不上锌,很容易引起露铁点。

(6)划伤和擦伤等

镀锌卷板经过张力矫直机时,矫直机有异物引起表面划伤、擦伤等。

(7)铬酸污垢

为了提高镀锌钢板的防腐蚀能力,使带钢表面形成一层极薄的钝化层,可由铬酸处理完成,即铬化处理。但如果铬酸处理不良,有残留液,镀锌板表面会出现淡黄色带或污斑,甚至黑斑。

 

参考资料:冶金工业规划研究院《中国镀锌行业变化和锌需求分析》

张启富《我国镀锌行业的现状及技术进展》

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