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带钢热镀锌工艺及其发展趋势

发布时间:2017-09-07点击量:183


摘要:文章结合目前最为流行的美钢联法带钢热镀锌生产线,介绍了带钢热镀锌技术的最新进展情况,主要介绍了汽车用IF钢镀锌钢板及其合金化工艺、高耐蚀涂镀层的开发、退火炉的发展、锌锅及锌锅设备(气刀、 沉没辊等)的发展等。另外,根据汽车用钢的发展,还介绍了汽车用高强钢的热镀锌技术,总结了其优缺 点,并对未来带钢热镀锌技术的发展做了展望。 


工业上应用最广泛的钢铁材料,在大气、海水、土壤或其他各种介质中使用,会发生程度不同 的腐蚀。据统计,世界上每年因腐蚀而损失的钢铁材料占总产量的1/5,造成的间接损失更大。为 了保证产品的性能、延长产品的使用寿命,几乎所有的部门都要涉及到金属防护的问题。 避免和减少钢铁的腐蚀主要有合金防腐法和表面包层防腐法两种。合金防腐法主要是将钢铁材 料制成含有镍铬的不锈钢,但此法的工艺复杂,价格昂贵。表面包层法就是在钢材表面形成金属镀 层(锌、铝、锡、铅等)、非金属涂层(漆、塑料)或非金属膜,其制造容易、成本低,得到广泛 应用。 锌作为一种既可以防止钢铁腐蚀又能受自身腐蚀产物保护使自身腐蚀速度减慢的金属,而且用 锌层保护钢材成本较低,这就促进了镀锌工业的发展,使镀锌成为应用最为广泛的金属防腐蚀方法。 近些年来,随着镀锌板的应用范围不断扩大,由以用于建筑业为主扩展到了家电、汽车等行业, 对镀锌板的表面质量和力学性能提出了更高要求。经过多年发展,钢板热镀锌技术取得了很大发展, 其中包括钢板基体成分、镀锌基板质量、锌层厚度及均匀性控制、合金化工艺等诸多技术问题,目前这些问题已基本得到解决,并成功应用于汽车工业n1。 文章针对带钢热镀锌技术及其发展趋势作了概述。


带钢热镀锌工艺的发展

1948年美国钢铁公司设计并投产了一条有一定特色的热镀锌带钢生产线。这条生产线被称为美钢联法。有如下特点: 

(1)在线内退火的镀锌线上,先以电化学方法进行脱脂处理: 

(2)退火阶段只由还原炉和冷却部分组成,加热部分全部采用辐射加热。 与森吉米尔法相比,在提高产品表面质量、减少氧化铁粉的生成、降低锌耗、降低调控难度、 提高速度方面都有了进步。由于在预清理阶段除去了油脂和氧化物,在退火的还原炉的还原气氛中,带钢可以保持表面的洁净和活化状态,避免了在氧化去脂时产生氧化铁,进而消除了由氧化铁粉造成的节瘤现象,也减少了锌渣的生成量。


由于带钢没有氧化铁,在退火炉中不需要很强的还原气氛,可以降低炉内氢气的含量,减少了爆炸的可能性。另外,使用全辐射加热,其控制条件也比直接燃烧加热的控制容易的多。 目前美钢联法热镀锌方法已经成为应用最为广泛的方法,代替了改良森吉米尔法、莎伦法、惠 林法、塞拉斯法等传统热浸镀锌方法,可以获得质量优异的镀锌板。经过改进,用立式退火炉取代 卧式退火炉,不仅缩短了炉长,加快了机组速度,而且进一步提高了镀层的粘附性和表面质量,使 产品成本大大降低。上世纪90年代后新建的热镀锌线大部分采用此法.


带钢热镀锌装备的发展


镀锌板的质量主要取决于表面质量和力学性能。以从提高这两个方面为主要出发点,带钢连续 热镀锌装备取得了很大的进步与发展。

1.退火炉为提高炉子的加热强度,采用了立式高温退火炉(炉温由800-820°提高到850°),以提高带钢的线速度及改善退火质量。这种立式高温退火炉由加热段、均热段,冷却段和保温段构成。 此外,在均热段顶部安装了隔热板,以保护炉辊的温度不致过高:在各炉辊表面均涂有耐磨陶 瓷层;在各段安设了可测量钢带发射的单色温度计,以掌握各段钢带的温度,并设有TV摄像机观 察其运行状况。当变换生产线的操作条件时,为避免钢带发生翘曲和折皱,炉内设置了全新的张力 控制模式,入锌锅前钢带张力由一个设在炉内的热的辊式张紧装置调整,可改善镀层的均匀性。炉 鼻设计成可伸缩式的并在其底部设有观察孑L及照明灯,以清扫其中的锌灰及观察锌液面。 

2沉没辊 镀锌板表面质量及生产效率在很大程度上取决于沉没辊的表面质量和其耐磨性,以及轴套的耐 磨性和耐锌液腐蚀下。80年代以前均用SUS316钢制造,其耐磨性差,后来降低其中NI含最,使其 耐磨性提高2倍。最新开发的喷涂WC-CO合金镀层使沉没辊寿命大大延长,其表面光洁度可适用于 生产汽车用合金化镀锌板,但由于喷涂层有小孔隙易产生镀层颗粒间的边界腐蚀,为此有人开发了 一种封孔剂,使沉没辊使用寿命提高50倍以上。

气刀  

对锌层的控制采用新型气刀,它被设计成与锌液面的距离、与钢带的距离及角度均可调节的整 体框架式的结构,容易定位与自动跟踪钢带,其刀唇间隙能自动控制使镀锌层更加均匀,避免了边 部过厚的现象。 

锌层合金化 镀锌钢带的合金化处理通过合金化炉完成。合金化炉已由过去用煤气加热改为中频感应加热, 其加热速度快且易调节温度。然而,中频感应加热仍有一些不足,目前开始采用高频感应加热,并 取得温度均匀、钢带振动小、感应圈短和热效率高等一系列优点。 为控制合金化后镀层的相结构,在其加热段与保温段之间设镀层发射率测定仪,使钢带的合金化层保证在。

相稳定形成的温度区域之内。在保温段和喷雾段之间设高精度的测温计及发射率测定仪:在钢带冷却后的部位设合金化层相结构传感器,以测定镀层的fe含量及F、6,及‘相各层的辱度。另外,在出锅后进入合金化炉前及相结构传感器后均设镀层厚度测定仪。 


锌锅 

钢带连续热镀生产线目前已由感应加热陶瓷锅代替铁锅,取得了延长使用寿命的目的。近十余 年为取代铁锅不断研制内加热的陶瓷锅内加热器由初期采用强化石英加热管发展到用电阻加热或 煤气加热的陶瓷内加热管。 

活套 

大多数生产线为双活套系统,在入口段和出口段分别各设一个或套,以保证在入口焊接和出口 卷取时,带钢在工艺段保持稳定的运行速度,从而获得质量和性能均比较稳定的产品。但在光整机 换辊期间,总有一段带钢无法进行光整,导致表面质量下降,这在汽车工业上难以满足要求。为此, 国外有的生产线采用三活套系统,即在光整机前设第三个活套,可以保证在光整辊更换时,带钢的 表面质量维持稳定状态。

IF钢热镀锌

采用优质的沸腾钢和镇静钢难以生产适合汽车冲压成型要求苛刻的镀锌板。为此上世纪70年代出现了IF钢(无间隙原子钢),它具极好的冲压成型性,经热镀锌并合金化后具有良好的耐蚀性、 焊接性和涂装性,从而适应于汽车的内、外而板。其中影响其使用性能最大的是冲压成型时镀层的 附着性。 IF钢合金化镀锌板在冲压成型时易出现镀层的剥落,其剥落的形式有两种:镀层呈颗粒状剥落 称为粉化,呈片状剥落称为剥离。此外,由于镀层表面与冲压模之间的摩擦系数不合适而发生钢板 的折皱和撕裂等缺陷。镀层微观结构的大量研究表明,冲压成形时出现的上述缺陷均与镀层的fE含量及相结构的组成和分布有密切联系。 其中,TI~NB,IF钢镀层的抗粉化性能优于TIIF钢。在IF钢中添加P可以阻碍脆性大的形成而有利于较软的。相的形成。在TIIF钢中添加SI可改善钢/镀层界面强度而有利于其镀层的抗剥离性。 镀层的粉化采用V一弯曲试验法和粉化杯试验法评价。试验表明,tiif钢合金化镀锌层的粉化.

近年来由于薄板坯连铸技术和热轧技术的进步,热轧板的最小厚度可以达到1.0mm以 下,这一技术的进步促进了热轧热镀锌钢板的快速发展。其生产线工艺及设备改进,以适应热轧带 较厚的特点并出现了在线酸洗,感应加热等热轧板热镀锌生产技术。采用热轧板经过酸洗后,可以 不涂油直接进入热镀锌线进行热镀锌,少了冷轧工序,而且由于热轧板的组织结构为等轴晶粒,因 此无需再结晶退火,只需在还原退火炉中的氢气还原气氛中加热到550°左右,降低了能量的消耗, 这样就大大降低了热镀锌钢带的生产成本。提高了市场竞争力。