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    熱鍍鋅鋼材品種、用途、生產技術發展歷程、缺陷

    放大字體??縮小字體 發布日期:2019-01-23??來源:上海有色金屬網??瀏覽次數:21848 ??關注:加關注
    核心提示:熱鍍鋅鋼材品種、用途、生產技術發展歷程、缺陷 近年來,由于熱鍍鋅鋼板具有良好的耐腐蝕能力、美好的外觀、有利于后續加工、可
    熱鍍鋅鋼材品種、用途、生產技術發展歷程、缺陷

           近年來,由于熱鍍鋅鋼板具有良好的耐腐蝕能力、美好的外觀、有利于后續加工、可降低成本和減少環境污染等優點深受廣大用戶歡迎。本文將從熱鍍鋅鋼材品種、用途、生產技術發展歷程以及缺陷等方面出發,帶大家全面了解熱鍍鋅鋼材。
          由于鋅的標準電極電位負于,因此在水和潮濕的空氣中鍍鋅層具有犧牲陽極保護鋼基的作用,從而可以大大的延長鋼材的使用壽命。在工業上常用的鍍鋅層有熱浸鍍鋅、電鍍鋅、機械鍍鋅和熱噴涂(鍍)鋅等,其中熱鍍鋅約占鍍鋅總量的95%熱鍍鋅用鋅量在世界范圍內占鋅產量的40%,在中國約占鋅產量的30%左右。

    熱鍍鋅是將鋼、不銹鋼、鑄鐵等金屬浸入熔融液態金屬或合金中獲得鍍層的一種工藝技術。熱鍍鋅是當今世界上應用最廣泛、性能價格比最優的鋼材表面處理方法。熱鍍鋅產品對鋼鐵的減蝕延壽、節能節材起著不可估量和不可替代的作用,同時鍍層鋼材也是國家扶植和優先發展的高附加值短線產品。

    目前我國熱鍍鋅行業進入新的高速、持續發展階段。

    熱鍍鋅鋼材品種及用途

    常見的熱鍍鋅鋼材品種有鍍鋅鋼板和鋼帶,鍍鋅鋼絲和鋼絲網,鍍鋅鋼管,鍍鋅型鋼和結構件,鍍鋅管件(可鍛鑄鐵管件),鍍鋅零部件、緊固件,鍍鋅器件制品等,常見鍍層有純鋅鍍層、鋅鋁合金鍍層(鋅鋁稀土、鋅鋁鎂、鋅鋁鉛)、鋅鎳合金鍍層、鋁鋅合金鍍層(鋁鋅硅)等。

    鍍鋅產品廣泛地應用于建筑、通訊、電力、交通、能源、汽車、輕工(家電)、農業、畜牧漁業、石化等行業,其主要用途如下:

    (1)輕工、家電工業:空調機、電視機、洗衣機、電冰箱、微波爐、熱水器等家電外殼和底板,計算機底板和外殼,民用煙囪、廚具、水桶、貨柜等。

    (2)電力、通訊工業:電力輸變電鐵塔、通訊鐵塔、電纜鎧裝帶、通訊用鍍鋅低碳鋼絲、鋼芯鋁鉸線用鍍鋅鋼絲、吊架、懸掛、緊固用鍍鋅鋼絞線。電桿橫擔、拉線和緊固件、各種電纜橋架。

    (3)建筑業:各種工業及民用建筑用輕鋼龍骨,建筑層面板、瓦楞板、屋頂格柵,通風、給排水用鍍鋅管。

    (4)汽車工業:汽車車體、車門、底板、內板等。

    (5)交通業:高速公路護欄、公路隔離網、馬路和公路用燈桿、各種指示標牌、橋梁用鍍鋅結構件。

    (6)冶金、化學工業:各種低壓流體輸送鍍鋅管道、結構框架、各類容器。

    (7)農業:噴灌管道、塑料大棚用輕鋼龍骨、糧倉、儲運容器、農具、捆綁用鍍鋅鐵絲。

    (8)漁牧業:漁業用鋼絲繩、畜牧用網圍欄。

    我國連續熱鍍鋅鋼板的發展始于上個世紀70年代。1979年我國武鋼從國外引進第一條現代連續熱鍍鋅生產線和彩色涂層鋼板生產線,標志著我國現代鋼帶鍍鋅技術的開始。

    鍍鋅鋼板生產流程圖

    由于國營企業經濟實力雄厚,技術力量強大,設備大都從國外引進,機組產量高,產品定位高,銷售市場主要面向汽車、高檔家電,到2015年已發展到70余條。2000年后,民營企業的興起,主要以鋼材經銷商為中堅力量,他們熟悉市場,經營有方,所采用的熱鍍鋅機組設備完全國產化,機組單產低,投資低,生產成本低,效益高,主要面向低檔次建材市場。

    到了2008年,我國鋼板熱鍍鋅的生產能力已達到歐美發達國家水平。根據有關部門調研,我國的鍍鋅鋼板生產線主要集中在我國的長江三角洲、珠江三角洲和環渤海經濟區等發達地區。但是,受國家相關政策和市場形勢的影響,一方面,原有生產線將出現一定程度的集中和整合,另一方面,新建生產線的重心將逐步向中西部地區轉移。

    隨著我國經濟的發展,建筑、汽車、家電等行業發展迅速,已成為國民經濟的支柱行業。建筑、汽車、家電等行業對于鍍鋅鋼板的大量需求,極大地促進了我國連續鍍鋅鋼板的市場發展和技術進步。

    熱鍍鋅鋼板的應用實例

    熱鍍鋅板帶應用于建筑、家電、汽車、輕工業等行業,其中以建筑、汽車和家電為主,目前中國不僅存在世界最大的建筑市場,同時還是世界上最大的汽車、家電制造國。

    近年來,盡管我國鍍鋅板在產量、產品質量、工藝技術、裝備水平等方面有了巨大的提升,但仍存在以下四方面的問題:

    1、裝備水平差異較大,低產能機組較多;

    2、生產能力過剩,下游需求減弱,鍍鋅板帶企業整體開工率不足,高配置機組浪費嚴重;

    3、民營企業不按標準生產,鍍層厚度偏低,造成浪費資源。同時存在企業環保意識薄弱,企業環保管理不規范;

    4、對于高品質汽車板、功能性家電板和高耐蝕建筑涂鍍層鋼板還依賴進口,國內高端品牌稀少。

    鍍鋅產品應用領域及鍍鋅要求

    鋼鐵行業鋅消費主要作為鋼材鍍鋅產品,包括鍍鋅板帶、鍍鋅鋼絲繩鋼絞線、鍍鋅焊管及鍍鋅鋼結構等。鍍鋅產品厚度以及鋅層的厚度均會對噸鋼耗鋅產生較大的影響,不同種類和用途的鍍鋅產品噸鋼耗鋅水平差異較大。隨著行業規范發展,熱鍍鋅板以薄鍍鋅層降低成本的惡性競爭現象將會逐步減少。

    對于鍍鋅產品鋅需求來說,有關機構認為未來隨著鍍鋅行業規范化,鋼鐵行業鍍鋅對鋅的需求總量仍將小幅增加,如隨著鋼結構建筑普及加快,厚鋅層建筑用鍍鋅板用量將加大;部分中高端領域鍍鋅鋼材逐漸替代非鍍層鋼材,鍍鋅行業鋅消費量仍將小幅上升。

    鍍鋅產品主要下游消費行業

    熱鍍鋅板生產技術發展歷程

    熱鍍鋅鋼板生產技術發展歷程如下 :

    機組向高產能發展:20 世紀 90 年代以來建設的熱鍍鋅機組向高產能發展, 全球產能在 30 萬 t/ a 以上的熱鍍鋅機組約有 60 余套, 總生產能力超過2800 萬 t/ a 。

    機組專業化生產:汽車鍍鋅板與建材鍍鋅板采用不同類型的機組生產, 機組工藝、 單體設備配置及爐子選型更為合理, 使投資效果明顯 , 產品成本低。

    強調基板表面清潔:近年來建成的汽車板鍍鋅機組基本選用堿液電解清洗及全輻射管加熱爐的美鋼聯工藝, 甚至在活套裝置前后皆設置清洗段 。為了降低投資,建材型鍍鋅機組多采用改良森吉米爾工藝, 但機組多設置了清洗段, 使基板表面更清潔 , 產品質量更好。

    采用塔式爐:采用塔式爐比臥式爐投資約高 25%~ 30%,過去機組生產能力在 30 萬 t/ a 以上時, 受爐長限制往往采用塔式爐 , 否則多選用臥式爐。

    20 世紀 90 年代以后, 生產廠更注重塔式爐的優點 :爐子氣密性好;爐輥數量少、 壽命長;維護費用低;有利于改善板形 ;縮短爐長等 。許多生產能力在 25 萬 t/ a 或更小的鍍鋅機組也選用了塔式爐。如法國索拉克鋼鐵公司 1990 年 12月建成的產能 25 萬 t/ a 的熱鍍鋅機組;盧森堡迪德朗日鋼廠 1991 年 9 月建成的產能 25 萬 t/ a熱鍍鋅機組;美國加州的 BHP 鍍鋁鋅機組等。我國也有數套新投產的熱鍍鋅機組采用了塔式爐。

    不斷提高加熱爐的效能

    利用加熱廢氣預熱帶鋼以節約能源 , 并可避免帶鋼變形;連續爐根據產品性能要求設置形式各異的冷卻段 ;設置熱張力調整輥 , 優化帶鋼的爐內張力 ;加熱段設置高精度的防熱翹曲輥 , 加熱段增加感應加熱器 ;采用鼓 -抽式脈沖控制燒嘴、 多級燃燒輻射管等加熱技術, 提高了燒嘴的調節范圍和輻射管壽命, 有利于加熱的均勻性,并可降低 NOx 含量, 利于環保 ;改進爐輥輥型設計及爐輥表面噴涂技術 。

    不斷改進鍍鋅設備

    鍍鋅設備包括氣刀, 沉沒輥、 穩定輥及附屬設備 , 鋅鍋及加鋅設備等 。多年來氣刀制造商不斷致力于改進氣刀, 方登 、 奧鋼聯 、 杜瑪、 柯勒等幾家著名專業廠商生產的氣刀各有特色, 總的方向是使氣刀能自動跟蹤帶鋼 , 并與帶鋼保持穩定距離;使氣刀能整體組裝調整, 有準確的定位機構;能實現對噴嘴區域壓力穩定的動態控制;采用雙唇回轉氣刀和更佳的刀唇間隙曲線, 設置快速刀唇清理裝置;設置氣刀水平方向快、 慢速打開及準確復位系統等, 使氣刀有了很大改進。沉沒輥輥面流鋅槽的形狀 、 間距及軸承也都有所改進 , 提高了穩定性及壽命。鋅鍋多采用熔溝式陶瓷鋅鍋 , 鋅鍋容積趨向加大 , 以利于鋅液穩定 , 現代大型機組通常沉沒輥的下緣距鍋底至少 800mm , 而生產汽車板的熱鍍鋅機組鋅鍋容積應更大些 。無芯鋅鍋的發展也較為成熟, SMS還開發了無沉沒輥鋅鍋, 根據電磁移動場形成磁流體動力學封閉原理設計出垂直型鋅鍋 , 帶鋼垂直從鋅鍋內的鋅液中穿過 , 鋅鍋內無任何易腐蝕件。這種技術已完成工業試驗階段 , 并已獲得韓國東部制鋼的訂單, 引起業內人士的關注。

    性能更佳的平整效果

    采用四輥光整機, 設有干、 濕2種平整工藝、大、小2種直徑工作輥;并且工作輥輥面采用噴丸或電子束毛化處理,以滿足對延伸與表面光潔度的不同要求。對于不同品種的產品,采用光整機與拉矯機不同的配合方式, 可獲得良好的效果 。

    完善的后處理工藝

    根據用戶不同的需求 ,可采用鈍化處理 、 磷化處理、合金化處理或涂敷有機涂層。目前正不斷開發研制更好的鈍化劑配方 。目前鈍化處理主要采用鉻酸鹽 , 但添加了氟化物、 磷酸等活化劑, 從而可獲得較厚的鉻酸鹽膜;當鈍化液中有氟化物時,可加速鈍化膜的形成, 并使鈍化膜細致光亮;在無毒或低毒的無機緩蝕劑作為鈍化劑的研究中,無毒的水溶性丙 烯酸樹酯中加入了少量鉬酸鹽和磷酸鹽得到了一 種鈍化液(即ACM), 用來代替有毒的鉻酸鹽進行鈍化處理,可推遲鍍鋅層產生白銹的時間 , 其抗蝕性已接近鉻酸鹽鈍化水平,雖然目前該技術還未十分成熟, 但出于環??紤],無鉻鈍化取代鉻酸鹽鈍化已是大勢所趨。采用經過磷化處理的熱鍍鋅鋼板可代替傳統的電鍍鋅鋼板用在家電外板上, 其既可延長產品壽命,又能降低材料成本。熱鍍鋅機組在線磷化處理很具有發展潛力。耐指紋處理及無機潤滑膜、 有機潤滑膜的應用均為研究熱點。

    發展鋅合金鍍層

    鋅合金鍍層鋼板比鍍鋅鋼板具有更優越的性能, 因此其生產比例逐年提高 , 其中發展較快的有鋁鋅合金鍍層 (Galvalume)、 鋅鋁合金鍍層(Galfan)及鋅鐵合金鍍層 (Galvanneal)。最近日新制鋼又開發了鍍鋅鋁鎂合金鍍層 (ZAM ),其耐蝕性為傳統鍍鋅板的 10 倍。

    鋁鋅合金、 鋅鋁合金鍍層鋼板比一般熱鍍鋅板具有更好的耐蝕性 、 涂裝性、成型性等, 適用于建材、輕工等行業 。鋅鐵合金鍍層鋼板比鋅鋁合金 、 鋁鋅合金鍍層鋼板具有更好的涂裝性、涂后耐蝕性及焊接性, 因而廣泛用于汽車制造業。為適應鋅合金鍍層鋼板生產, 鍍鋅機組多采用升降移動式雙鍍鍋 , 以便能快速更換鍍層種類。1998 年美國應達公司研制的無芯鋅鍋投產,這種鋅鍋能耗低、投資少,很適于合金鍍層生產。鋅鐵合金擴散爐趨向于加熱段采用高頻感應加熱 , 均熱段采用電阻加熱, 從而實現了按優化曲線退火 ,可更精確地控制鍍鋅層中的鐵含量。

    發展無鋅花鋼板

    用無鉛鍍鋅可生產無鋅花鋼板,這種鍍層可減少晶間腐蝕 , 因而其使用壽命長, 有利于環保, 適用于汽車制造業并適于作為彩涂基板 。幾年前歐洲就已停止生產普通鋅花鋼板, 所以無鋅花鋼板生產具有明顯的發展趨勢。

    發展超深沖、 高強度鋼鍍鋅板

    生產汽車用重深沖、 超深沖級熱鍍鋅板 , 皆采用 IF 鋼 , 連續爐不設過時效段 , 簡化了爐體結構及生產控制;生產企業著重開發高強度鋼熱鍍鋅板 , 通常高強度鋼中 Si 、 M n 含量較高, 不利于鋅層粘著 , 通過化學成分的調整, 特別是添加 Mo 元素實現了低 Si 含量雙相鋼鍍鋅板及雙相鋼鍍鋅合金化板的成功生產 ;用 Al 替代 Si 得到的 TRIP 熱鍍鋅鋼板 , 與傳統的 CM nSi 型TRIP 鋼相當, 但Al 元素的添加給煉鋼與熱軋工序帶來一些問題, 而該問題正在解決。

    生產超薄鍍層板

    近年來氣刀等設備經不斷改進 , 可生產出鍍層為 25 ~ 30g/m²雙面熱鍍鋅板, 該板多用于電器行業, 可取代部分電鍍鋅或部分電鍍錫鋼板。

    單面熱鍍鋅板日趨減少

    單面熱鍍鋅工藝較煩瑣, 且生產成本高, 因而趨向以單面電鍍鋅板或雙面差厚熱鍍鋅板取代。

    重視發展熱軋熱鍍鋅板

    隨著人們對節能經濟材的重視及薄板坯連鑄連軋生產的發展, 可生產出更多薄規格的熱軋帶卷, 熱軋熱鍍鋅板生產得到重視和發展 , 其產品主要應用于建筑領域 , 作為鋼結構件、 電纜架、通風管道 、 糧倉等。目前全世界熱軋熱鍍鋅板約占鍍鋅板總產量的 8 %~ 9 %, 我國邯鋼、 唐鋼等企業均已建成熱軋熱鍍鋅機組。

    自動化控制水平愈來愈高

    全線采用計算機控制 , 可實現對機組全線速度、 張力 、 軋件對中, 爐子各段溫度、 爐內氣氛, 鋅鍋溫度最佳化及鍍層厚度閉環控制等 。

    熱鍍鋅鋼板存在的表面外觀缺陷

    綜合考慮熱鍍鋅鋼板的生產工藝過程及成品包裝等因素,熱鍍鋅鋼板可能會存在如下的一些表面外觀缺陷:

    (1)原板缺陷

    鍍鋅原板表面缺陷,如折痕、凹坑、波浪邊等均延續影響到鍍鋅板,成為其表面缺陷。因此,生產前,生產者都須對原板進行檢驗。

    (2)黑斑

    a. 鍍鋅層純度不夠,金屬雜質在鋅表面構成原電池,對析氫有利時,容易使鋅層表面產生黑色的斑點。

    b. 鍍鋅層中銅、鐵、砷等雜質含量較高時,經鈍化處理后,這些雜質呈現黑色。

    c. 原板表面污蝕物處理不充分,形成殘渣,使某些部位鍍不上鋅,導致鍍鋅層出現毛病而容易脫落,從而造成黑斑。

    d. 鍍鋅時出現漏鍍,在后處理時容易形成黑斑。

    e. 鍍鋅液中夾雜殘渣或小黑灰(碳或碳化合物),粘附于鋅層表面或居于鋅層內,與鋅層結合得很牢固。在成品鍍鋅板上可見到黑斑。

    f. 磨蝕黑斑。由運輸、堆放過程中粗野作業所致。

    (3)白銹

    鍍鋅鋼板表面受潮或雨水浸入,在一定溫度下,鋅被氧化,產生白色粉末。產生白銹的表面其防腐能力大為降低,影響其使用。

    (4)鍍鋅層不均勻

    鍍鋅板表面鋅層高低不平,厚薄不均,甚至出現表面小顆粒。從鍍鋅鍋中出來的帶鋼表面上有多余的鋅液,這些多余的鋅液用氣刀(噴射高壓氣體)吹掉,從而控制鋅層厚度。氣刀的氣體壓力、氣刀與帶鋼的間距、帶鋼的速度等都會直接影響鋅層的厚度。如果氣刀供氣不穩定或氣刀壓力不足會造成鍍鋅層堆積,即鋅疤。

    (5)夾渣

    鍍鋅液中存在殘渣或浮渣(金屬或非金屬夾雜物),有時這些夾渣夾雜在鍍鋅層中,上海模型 船舶模型 機械模型 工業模型使其表面出現小圓斑點,甚至使原板沾不上鋅,很容易引起露鐵點。

    (6)劃傷和擦傷等

    鍍鋅卷板經過張力矯直機時,矯直機有異物引起表面劃傷、擦傷等。

    (7)鉻酸污垢

    為了提高鍍鋅鋼板的防腐蝕能力,使帶鋼表面形成一層極薄的鈍化層,可由鉻酸處理完成,即鉻化處理。但如果鉻酸處理不良,有殘留液,鍍鋅板表面會出現淡黃色帶或污斑,甚至黑斑。

     

    參考資料:冶金工業規劃研究院《中國鍍鋅行業變化和鋅需求分析》

    張啟富《我國鍍鋅行業的現狀及技術進展》

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