热镀铝锌合金镀层板生产及其应用?

　　1、前言


    随着地球环境的日趋恶劣，为节约能源，延长材料的使用寿命，建筑、汽车等行业用户对材料的耐蚀性及耐候性等提出了更高的要求，为满足用户的这一需求，研发了热镀Zn-Al系列合金镀层板，其中具有代表性及获得广泛应用的品种是美国伯利恒钢铁公司于20世纪60年代开发的55%Al-Zn-1.6%Si(Galvalume)和国际铅锌协会于20世纪80年代组织研发的Zn-5%Al-0.1%Ce、La(Galfan)。Galvalume从1972年伯利恒钢铁公司开始商业性生产到现在，国外已有42个公司先后取得了该产品的生产许可证，目前其年生产能力已达到1200万吨左右，产品广泛应用于建筑、汽车等行业。我国对热镀铝锌合金镀层板的研究、生产及应用可以说仍是一片空白，目前仅建成无锡新大中、宝钢及攀钢3条线，且攀钢和宝钢热镀铝锌合金镀层板生产线刚开始进入试生产阶段。因此，探讨热镀铝锌合金镀层板的生产工艺技术及产品质量特性，对我国热镀铝锌合金镀层板的生产，以及用户的合理使用该产品具有十分重要的现实意义。


    2、生产工艺特性


    2.1清洗：较普通热镀锌板生产而言，铝锌合金镀层钢板的生产对基板清洁度有更加严格的要求。这是由于热镀铝锌合金时，镀液铝含量较高、镀液温度较高、铝易氧化、易产生锌蒸汽，从而易恶化镀层附着性。因此，为确保镀层粘附性，热镀铝锌合金镀层板生产一般需采用炉外清洗，即在退火炉前设置电解脱脂清洗段。


    2.2退火：热镀铝锌合金镀层板的退火与普通热镀锌板相比有两个问题需考虑：一是对LCAK钢如何实现在线过时效处理，因其过时效的最佳温度为300～350℃，而带钢入锌锅温度要求大于550℃；二是由于其镀液温度比锌的熔点高出200℃左右，易引起炉鼻处锌的蒸发，这种锌蒸汽附着在带钢上，就会使产品产生漏镀缺陷，因而需确保炉内强的还原性气氛和严格控制炉鼻处的零点温度。鉴于此，国外一些生产厂家将炉内H2含量提高到了40%～60%，炉鼻处的零点温度控制在-50℃以下。


　　2.3热镀：由于Al-Zn合金熔点较高，故其镀液温度比普通热镀锌温度高，最佳温度范围为620～650℃。为获得较好的镀层附着性，带钢入锌锅温度要比镀液温度低约50℃。为了细化富铝的枝晶组织，减少枝晶间富锌的晶粒的体积分数，以提高镀层耐蚀性(富铝枝状晶细小、晶间的间隙小，枝晶间富锌的晶粒要少、且细密地分散在镀层中)，镀后需要快速冷却，冷却速度一般要求10～30℃/s。


    2.4镀后处理：与普通热镀锌相同，热镀铝锌合金镀层板一般也进行铬酸钝化后处理。但近年来，为提高热镀铝锌合金镀层板的成形性及环保性，将辊涂丙稀酸工艺开始逐渐取代传统的铬酸钝化，且无铬有机钝化逐渐受到广泛关注。此外，就热镀铝锌合金镀层板用作彩涂基板而言，因其表面较普通热镀锌板干净，且对预处理较敏感，预清洗过度，会导致镀层表面变黑，降低涂层粘附性，所以其预处理要求要温和些。


    3、产品质量特性及应用


    热镀锌铝合金镀层板表面平整，呈银灰色，有金属光泽，其表面为均匀分布的Al-Zn合金晶花。其镀层表层为实心树枝状晶体，其枝晶部分为富铝的α相固溶体，枝晶间是富锌的伪共晶β相，内层为Al-Fe-Si-Zn金属间化合物层(如图2及表1所示)。


    铝锌合金镀层板镀层的组织结构决定了其具有如下质量特性： 

    1)由于铝的非动态化保护作用和锌的牺牲阳极保护作用的复合，因而热镀锌铝合金镀层板(简称GL)的显著性能特点是具有优异的耐蚀性，热镀铝锌合金镀层钢板镀层耐蚀性是普通热镀锌板的2～6倍。此外，GL板在使用的中、后期还表现出具有优异的耐切口腐蚀性。


    2)由于铝的熔点较高、且具有较强的耐氧化和热反射性，因而GL板具有优良的耐高温腐蚀性能。GL板允许在300℃的工作环境下长期使用，可在500～600℃高温环境下短期使用。GI的工作环境温度一般仅允许为室温，极限工作温度为230℃。


    3)GL板表面平整，呈银灰色，有金属光泽，表面为均匀分布的Al-Zn合金晶花，因而具有良好的外观装饰性。


    4)由于铝锌合金镀层的含孔率至少为2%，因而GL板在库存、运输过程中容易发生腐蚀而产生白锈、黑斑等缺陷。此外，GL板还具有良好的涂装性、加工成型性及焊接性能，能满足建筑、家电及汽车行业用户的要求。


　　GL板的质量特性决定了其在建筑、汽车等行业的广泛应用：

    1)建筑工业：代替热镀锌板使用，如屋顶、墙壁、防水板等


    2)汽车工业：代替镀铝板和铝板使用，如底层板、模压内层板、油滤管、排气系统部件和消声系统部件等


    3)家用电器工业：面包烤箱、电冰箱、空调、炉灶、烘箱、热交换器部件等


    4)工业仪表：加热器、自动售货机、燃烧部件和工业冷冻柜等


    4、攀钢热镀铝锌合金机组及产品


    为满足国内高档建筑及家电行业用户对热镀锌及热镀铝锌合金镀层板的需求，攀钢投资6亿元人民币兴建了2号连续热镀锌机组(2#CGL)，并已于2004年5月建成投产。2#CGL机组采用了目前世界上一流的设备及工艺技术，具有如下特点：


    1)设专用脱脂清洗段，采用碱液清洗、刷辊刷洗和电解脱脂等多级复合强化清洗手段，从而使得镀层附着力及产品表面质量得到大幅度改善。


    2)采用法国STEIN立式退火炉，全辐射管式间接加热，因而不仅可改善产品镀层附着性及板形，而且可使产品力学性能更加稳定，可根据用户的需求而提供超深冲级至全硬级不同强度级别的热镀锌产品。退火炉出口段设热张紧辊，可实现炉内与炉后锌锅段张力的分段控制，有利于改善镀层厚度的均匀性和镀层表面质量。


    3)采用双锌锅系统，一套锌锅生产热镀铝锌合金镀层产品，另一套锌锅生产普通热镀纯锌镀层产品。锌锅为美国AJAX电感应加热陶瓷锌锅，其较铁制锌锅而言，有利于减少锌渣的生成量，从而有利于镀层表面质量的改善。


    4)采用无铅热镀锌及无铬钝化工艺，镀层不含铅、铬等有毒物，有利于环保。


    5)采用墨西哥IMSA制造的DAK气刀，带有动态自动控制系统，可确保镀层厚度的均匀性和镀层表面质量。


    6)采用法国CLECIM四辊式光整机及其六辊式拉伸弯曲矫直机，以确保带钢板形和表面质量，且有利于产品冲压成型性能的提高。


    7)采用法国STEIN立式辊涂机，以涂敷薄有机涂层，生产如耐指纹、自润滑板等环保型产品。因此，攀钢2号连续热镀锌机组以世界一流的装备水平为生产优质、环保型热镀铝锌合金镀层产品(如表2所示)奠定了坚实的基础。


    5、结束语


    热镀铝锌合金镀层板质量性能综合了热镀锌板和热镀铝板各自的优点，备受高档建筑业、家电及汽车行业用户的欢迎。但其在国内尚属于新技术、新型材料，用户对其认识和认知还有一个过程，因而各生产厂家要在开展热镀铝锌合金镀层板生产工艺技术及应用技术研究的基础上，加大宣传力度，加强相互之间的交流，共同推进热镀铝锌合金镀层板生产工艺技术的进步及其产品在国内的应用。攀钢连续热镀铝锌机组装备达到了世界一流水平，其主导产品是铝锌合金、无铅小锌花、耐指纹、自润滑、无铬钝化等环保型产品，以满足高档建筑及汽车、家电行业用户的需求。