国内发展

国内外高性能热发展情况编辑

国内镀锌板消费量的增加主要依靠进口拉动。近几年来，镀锌板进口量逐年增长，进口的品种主要是电镀锌板发展概况

1、概述

　　目前我国钢铁工业在品种、质量、成本、服务和劳动生产率方面与世界水平仍存在一定差距，面对日趋激烈的的国际国内市场竞争，必须加快结构调整步伐，这不仅是我国冶金工业生存与发展的需要，也是当今世界冶金工业的发展趋势。热镀锌（hot dip galavnizing）发明于18世纪中叶，它是由热镀锌工艺发展而来。钢带连续热镀锌工艺历经五十年的发展，已经成为一种工艺成熟的、技术的工业技术，至今为止，热镀锌仍是钢材防蚀方法中应用普遍的、有效的工艺措施。在建筑工业中,用于各类工业及民用建筑的轻钢龙骨、建筑层面板、瓦楞板、卷帘门等；在家电和轻工业方面，用于各类家用电器的外壳和底板；镀锌钢板广泛用于轻工、家电、汽车和建筑工业。在汽车工业中，用于汽车车体的、外壳、内板、底板等。我国大力发展电力、交通、通讯、能源和城市基础建设，随着建筑、家电、汽车工业的强劲发展，我国镀锌行业面临的机遇和巨大的市场。

　　近二十年来钢带连续热镀锌技术、装备以及相应的控制手段均有巨大的发展，使镀锌板得以满足汽车面板和家电用板的苛刻要求，并从而以其比电镀锌合金钢带廉价、耐蚀性优异而大有取代之势。本课题拟借鉴国外的 高性能汽车用热镀锌生产技术与装备开发技术及经验，通过技术创新、优化设计、精密制造以及国外技术合作，突破制约我国高性能汽车用热镀锌钢板生产技术与装备发展瓶颈。同时探讨热镀锌技术发展在国民经济可持续发展、节约能源、矿产方面的重要意义和前景。

　　2、汽车用高档热镀锌板国内外的发展形势

　　汽车工业产品具有高效、高可靠、高集成的要求，汽车用热镀锌钢板是镀锌钢板中的和优秀。自1975年美国把热镀锌板应用于汽车工业的20多年间，世界各汽车生产大国都在努力开发和研制以防腐蚀为目标，并综合考虑焊接性、涂敷性和成型性的高质量热镀锌板，并取得了一系列的 技术进步，其中包括钢基体的化学成分，钢板表面的轧制质量，热镀锌镀层厚度的均匀性，合金化的优秀结构及工艺控制等一系列技术问题。经过20年的研究，上述的技术问题及完成此项技术要求的工艺装备已基本得到解决而开始大量应用于汽车上，这些技术的成功应用可极大地改善汽车工作状态、延长寿命并节省能源。

　　高表面质量、高强度和高深冲性是汽车面板所必需具备的基础条件,镀层表面质量与薄板表面质量粗糙度、清洁度、带钢 化学成分及其冲压成型性有直接的关系，同时热镀工艺、锌液成分、热镀设备也是影响镀层表面质量的重要因素。高强度和高冲压性与热镀锌基板化学成分、物理性能、热处理工艺以及热镀性能都有密切关系，下面将重点论述国外与国内汽车用高挡热镀锌板镀层品种、基板、工艺及设备等方面的发展现状及趋势。

国外发展

2.1国外的热镀锌板的发展趋势

　　2.1.1热镀锌镀层品种的发展现状

　　1）无铅热镀锌镀层

　　美丽的锌花是传统的热镀锌板的典型特征，由此获得用户的青睐，具有一定的商业价值。但是研究表明锌花表面的不平整性，镀层中的铅含量会影响镀层板在后序加工中的加工性能、涂装性能和使用中的耐蚀性，因此自60年代起国外一直在研究无锌花和小锌花的生产技术。通过水雾冷却，heurfey喷等工艺，可以增加晶体结晶成核数量和控制晶体生长，达到生产小锌花板的目的。80年代起国外开始研究无铅热浸锌技术，目前欧洲、南美新建镀锌生产线均采用无铅镀锌工艺，无铅镀锌已成为当前热镀锌发展的趋势。

　　2） 热镀锌板合金化镀层

　　在热镀锌品种中，通过镀后热扩散处理，开发了合金化镀锌板，耐蚀性较普通热镀锌板提高了一倍以上，通过这种合金化处理可以消除镀层表面锌花；同时减少了点焊时锌的蒸发量，降低了点焊机铜电极受锌蒸汽污染的程度，从而提高了电极的寿命。为确保合金化镀锌板镀层的良好附着性，对于汽车用外板的较厚的合金化镀锌板采用了高效的加热和冷却措施（高效烧咀、或感应加热器），并配备各种类型的合金化传感器，通过仪器分析和电脑指令及时调整镀层中相应的结构，以生产适于高冲压变形的要求。

　　由于汽车用在冲压成型时的条件，除要求钢板基体具有必要的优异的机械性能外，对镀层（合金化层）附着性的要求也十分苛刻。

　　近20年，对合金化镀锌板冲压成型性与镀层微观结构之间的关系进行大量的研究，结果表明，取得了良好的镀层附着性的关键是镀层相结构及铁含量。为获得优秀的镀层相结构和合适的铁含量，而开发出镀层的均匀化技术和合金化控制技术。为了严格控制镀层的相结构，必须对合金化过程中的加热和其后的冷却过程进行精确的控制。其措施如下：

　　（1） 在合金化的加热区和保温区之间设置镀层反射因素测定素，以测定镀层表面的合金化，控制钢带温度保持在δ1相稳定形成的温度区间内（激光束法）；

　　（2） 在保温和喷雾冷却区之间设置高温度计和发射率测定器，以便同时测量钢带温度和发射率；

　　（3） 经冷却后的钢带在适当的位置合金化相结构传感器以测量镀层中铁含量及层中δ1、γ和ζ各相层的厚度（荧光法或x-射线衍射法）；

　　（4） 钢带经过气刀后进合金化炉前以及在相结构传感器之后均设置镀层厚度（重量）测定仪（荧光x-光法）

　　3）二层合金化热镀锌钢板

　　合金化镀锌板在涂漆时易发生气泡等涂膜缺陷，新日铁研制出二层合金化热镀锌钢板。该二层合金化热镀锌钢板镀锌层的构成，在钢板底层进行热镀10%fezn合金层，其锌附着量5年防锈蚀用30g/m2，10年防锈蚀用60g/m2，其上层则采用电镀锌富铁80%fezn层，其附着量为3g/m*2。实验结果表明，新研制二层合金化热镀锌钢板，底层10%fezn，附着量30~60g/m2，完全可以满足汽车耐蚀性要求。其上层富铁80%fezn层附着量3g/m2，上层硬度得到提高，既解决了弧坑状缺陷,也降低了冲压力。例如，80%fezn层附着量为1g/m2时，其硬度为300hv，冲压力为1960mpa,此时仍有弧坑状缺陷；当附着量3g/m2时，其硬度为350hv，冲压力为1770mpa，此时无弧坑状缺陷，它说明了新研制的二层合金化热镀锌钢板具有良好的加工成型性能。

　　4） 差厚锌层

　　用控制气刀压力的方法，常常使两面镀锌层厚度差比为1：3。这样锌层厚的一面耐蚀性好，薄的一面焊接性好，这个品种常用于汽车制造。

　　5）单面镀层

　　单面锌层即一面镀一定的锌层厚度，而另一面不镀锌的热镀锌板。单面热镀锌板的生产方法有疏锌法、直接法、间接法和双层分离法。单面热镀锌板主要用于汽车制造，有锌层的面防腐，无锌层的面有利于点焊。由于合金化板（锌-铁合金）具备良好的焊接性，所以单面镀锌板已逐步被淘汰。

热镀锌基板发展

2.1.2 热镀锌基板的发展现状

　　汽车板热镀锌机组以生产外板为重点，生产规格板厚多在0.6~1.2mm之间，板宽多为800~1850mm，宽可达到2000mm。产品级别相当复杂，从cq、dq、ddq、eddq（if），到bh、dp、trip等汽车用高强度钢板。通过采用多种技术，使镀层形貌、厚度精度等得到精确控制，如镀层厚度误差小于2~3g/m2。通过采用无铅镀锌可生产无锌花钢板，这种镀层不易产生晶间腐蚀，使用寿命长，适用于汽车和电器行业。日本几乎每套热镀锌机组都设置了锌铁合金化炉，锌铁合金化镀层板（galavneal）标准镀锌层厚度为双面160~180g/m2，合金镀层含fe8%~12% [2]。

　　国外在20世纪70年代开发了微合金钢和磷合金钢，80年代中期开发了双向dp钢和烘烤硬化钢，90年代开发了相变、诱导塑性trip钢 [3]。 目前，国际合作项目“超轻型钢制车体（ulsab）开发”正在顺利进行，其目标是要达到行车油耗34km/3l（美国），车体减重25%。在车体结构上大量采用高强和超高强钢板是其基本出发点。超轻型钢制车体通过大ulsab的大特点是：并不以牺牲性能而达到减轻车重的目的[4]。超轻钢车以车体结构用高强度钢的比例超过90%作为设计依据，日本在1985~1995年的十年间，车身高强度刚的比例由10%增加到30%，随着表面处理性能的提高，汽车寿命从6。7年延长到9。3年，扣除高性能化钢板制造时的能源增加，一年可以节省357*104l重油，几4相当于节省国内钢铁业能源消耗量的百分之几。2000年在日本汽车制造中，高强度钢板的使用已达36.3%。

　　现将目前开发出的热镀锌基板的种类和性能分述于下。

2.1.4热镀锌装备的发展现状

　　气刀是控制镀层厚度和均匀度的关键部件，新型气刀采用可调节式整体框架式结构，可以可靠准确地调节气刀与钢带的间隙与角度，调节气刀与锌锅的距离，其刀唇间隙可以自动控制从而保证镀层的平整度和均匀性。

　　锌液中的锌渣是影响镀锌板表面质量的重要的因素，在现代化生产线中，已用陶瓷内衬锅取代铁锌锅，用可移动或提升更换的双锌锅来替代镀液转换，用在线测量的探头（al sensor）和相应的锌液成分控制系统可以严格地测定锌液中的铝和对应的铁含量，可以有效地减少锌渣对镀锌板表面质量的影响。

　　利用电磁移动场创造的磁流体动力学封闭（nhd）而设计的垂直型锌锅可取消原始锌锅中的部件，而取得高速、无锌渣、节能、提高锌层表面质量等优点[9]。本法的工作原理是：液态zn（或al、znal）合金从锅底流出后进入mhd通道达一定深度时（此深度取决于金属液比重、液面高度、电流大小等因素），由于交流感应器产生的外部电磁移动场在锌液中产生感应电流，此电流与外部电磁场的相互作用而产生电磁力，它作用于金属流体使之向上移动。因而使锌液不能从锅底的开口出流出。当钢带从其底部通道进入锌锅时锌液在通道处始终处于一个位置，而锌锅内不需设任何钢结构件。

　　为了提高机组运行速度和生产效率，减少面渣和底渣的形成，国外有关研究单位相继开发了“锌垫”技术和“垂直锌锅技术”。“锌垫”技术以液态金属垫的原理工作，钢带被液态金属压力压下通过锌垫，由于不采用沉没辊，从而带来产品表面质量提高、生产效率提高、成本降低，特别适用于高速机组。

　　由于激光拼焊技术的出现和应用，汽车厂可以将窄幅板焊在一起后使用，这使得用量较小的宽幅板（宽度1800mm以上）的生产已不再是必须的，只是冷轧厂的产品的宽度达到1550mm，即可生产汽车用镀锌钢板。

　　这些技术装备的不断开发应用，使热镀锌板在汽车制造所用钢材的比例不断上升。例如日本已高达81%、加拿大76%、意大利71、法国70%、德国60%、美国45%。由于合金化镀锌板成本和质量的优越性，日本汽车界决定到2005年汽车用板全部用合金化镀锌板，取代现有的电镀锌合金板。

国内趋势

2.2 国内的热镀锌板发展现状及趋势

　　随着汽车工业的快速发展，汽车用热镀锌板用量也急剧增加，虽然国内几个大型钢铁联合企业已经完成或接近于完成了从炼钢到冷轧的技术进步，引进了多条生产汽车用的高档镀锌板的生产机组，具备了生产汽车钢板的能力，发展自己的汽车用镀锌板的时机已经成熟。但是到目前为止，受生产规模和产品质量的限制国产热镀锌板还不能完全满足汽车工业对镀锌板的数量和质量的要求，由于机组产品的定位单一，相当一部分国外发展成熟，国外已大量应用于汽车的诸多高档镀锌板品种，当前引进的生产汽车用的镀锌板的机组仍然不能生产，汽车工业还在大量进口热镀锌。

　　总体而言我国产汽车用的镀锌板主要有如下特点：

　　1）起步较晚，高速发展

　　我国现代连续热镀锌技术自20世纪70年代才刚起步，不过发展很快，尤其进入90年代成为高速发展期，带来我国表面涂镀层技术新发展。

　　2）世界距离依然很大

　　（1） 产品不足，品种奇缺，质量不良

　　我国目前只有普遍能纯锌产品，表面只是普遍锌花，高速发展的汽车上用的单面镀锌，双面差厚镀锌、小锌花、无锌花镀锌、热镀锌合金化层、if钢高强度热镀锌等第都没有产品，有的还处于研究试制阶段。

　　国产钢板热镀锌产品无论是耐蚀性、加工性还是装饰性与国外相应产品都有距离，国产产品缺乏国际竞争力。

　　（2） 缺少自主知识产权技术

　　除一些小型机组以外，我国大型机组表面涂层技术几乎全是引进。在引进中常带来较大的盲目性，多数机组水平不高，一般水平、相似水平技术多，成熟性、重复性技术多。一般产品、相似产品多，高新尖产品少，自主研发技术更少。

　　（3） 小型机组能耗高，污染重

　　我国乡镇企业、企业兴建的百余条小型热镀锌机组，年产量数千吨至几万吨，机组技术落后，由于没有燃气设备改用电加热，造成能耗很高。为省投资，生产废液、废料、废气一般没有处理设备，往往直排造成环境污染。旺盛的市场需求，特有的经营方式，使其仍然占有一定的市场份额。

　　3） 我国科研成果转化率低

　　表面涂镀层技术科研成果丰富，国内钢铁研究总院等许多科研单位，早在20世纪60、70年代，就开始了带钢表面涂镀层技术的研究，尤其在“七五“期间以钢铁研究总院为组长单位联合高校、科研单位、生产企业对连续热浸镀技术进行联合攻关，取得了丰富的研究成果，例如：

连续热镀zn-5%al-re镀层技术；

连续热镀55%al-zn-si镀层技术；

连续热镀zn镀层技术；

连续热镀al-si镀层技术。

　　4）新产品得不到认同，推广应用缓慢

　　小机组生产的涂镀层实验新产品得不到用户认同，推广应用缓慢。

　　5） 关键单体设备自给率低，影响国产机组水平

　　钢板连续热镀锌技术是连续式生产技术，机组单体设备以百计，其中一些关键的单体设备没能集中力量研制，大部分依赖进口，影响国产机组水平和产品质量。

造成以上问题的主要原因：

　　（1） 集中度不够

　　表面涂镀层技术的研究和开发，成果转化与产业化研究开发的力量，人、才、物过于分散，缺乏集科研开发、成果转化、工程化、产业化于一体的集成式的队伍和组织形式。单个研究单位在取得初步研究成果以后，既缺乏进行更深入的研究的力量也无力把工作延伸到生产实践。由于这种分散性、低水平、重复工作的现象较为普遍，既难以取得高水平的成果，也难以出现具有自主知识产权的成套技术与工艺。

　　（2） 缺乏近生产和生产条件下中试手段

　　现代表面涂镀层产品都是在现代大型高速连续生产机组上完成，机组设备数百件，高度自动化控制，要将实验室研究成果移植到现代大型的高速连续生产机组中，就必须经过近生产和生产条件下的中试阶段。这个中试阶段要在专门的中试实验机组上来完成，过于简陋、原始的小型试验机组所得包括实验工艺参数在内的结果与现代大型生产机组的相关性相差甚远。