熱鍍鋁鋅合金鍍層板生產(chǎn)及其應用?

　　1、前言


    隨著地球環(huán)境的日趨惡劣，為節(jié)約能源，延長材料的使用壽命，建筑、汽車等行業(yè)用戶對材料的耐蝕性及耐候性等提出了更高的要求，為滿足用戶的這一需求，研發(fā)了熱鍍Zn-Al系列合金鍍層板，其中具有代表性及獲得廣泛應用的品種是美國伯利恒鋼鐵公司于20世紀60年代開發(fā)的55%Al-Zn-1.6%Si(Galvalume)和國際鉛鋅協(xié)會于20世紀80年代組織研發(fā)的Zn-5%Al-0.1%Ce、La(Galfan)。Galvalume從1972年伯利恒鋼鐵公司開始商業(yè)性生產(chǎn)到現(xiàn)在，國外已有42個公司先后取得了該產(chǎn)品的生產(chǎn)許可證，目前其年生產(chǎn)能力已達到1200萬噸左右，產(chǎn)品廣泛應用于建筑、汽車等行業(yè)。我國對熱鍍鋁鋅合金鍍層板的研究、生產(chǎn)及應用可以說仍是一片空白，目前僅建成無錫新大中、寶鋼及攀鋼3條線，且攀鋼和寶鋼熱鍍鋁鋅合金鍍層板生產(chǎn)線剛開始進入試生產(chǎn)階段。因此，探討熱鍍鋁鋅合金鍍層板的生產(chǎn)工藝技術及產(chǎn)品質量特性，對我國熱鍍鋁鋅合金鍍層板的生產(chǎn)，以及用戶的合理使用該產(chǎn)品具有十分重要的現(xiàn)實意義。


    2、生產(chǎn)工藝特性


    2.1清洗：較普通熱鍍鋅板生產(chǎn)而言，鋁鋅合金鍍層鋼板的生產(chǎn)對基板清潔度有更加嚴格的要求。這是由于熱鍍鋁鋅合金時，鍍液鋁含量較高、鍍液溫度較高、鋁易氧化、易產(chǎn)生鋅蒸汽，從而易惡化鍍層附著性。因此，為確保鍍層粘附性，熱鍍鋁鋅合金鍍層板生產(chǎn)一般需采用爐外清洗，即在退火爐前設置電解脫脂清洗段。


    2.2退火：熱鍍鋁鋅合金鍍層板的退火與普通熱鍍鋅板相比有兩個問題需考慮：一是對LCAK鋼如何實現(xiàn)在線過時效處理，因其過時效的最佳溫度為300～350℃，而帶鋼入鋅鍋溫度要求大于550℃；二是由于其鍍液溫度比鋅的熔點高出200℃左右，易引起爐鼻處鋅的蒸發(fā)，這種鋅蒸汽附著在帶鋼上，就會使產(chǎn)品產(chǎn)生漏鍍缺陷，因而需確保爐內強的還原性氣氛和嚴格控制爐鼻處的零點溫度。鑒于此，國外一些生產(chǎn)廠家將爐內H2含量提高到了40%～60%，爐鼻處的零點溫度控制在-50℃以下。


　　2.3熱鍍：由于Al-Zn合金熔點較高，故其鍍液溫度比普通熱鍍鋅溫度高，最佳溫度范圍為620～650℃。為獲得較好的鍍層附著性，帶鋼入鋅鍋溫度要比鍍液溫度低約50℃。為了細化富鋁的枝晶組織，減少枝晶間富鋅的晶粒的體積分數(shù)，以提高鍍層耐蝕性(富鋁枝狀晶細小、晶間的間隙小，枝晶間富鋅的晶粒要少、且細密地分散在鍍層中)，鍍后需要快速冷卻，冷卻速度一般要求10～30℃/s。


    2.4鍍后處理：與普通熱鍍鋅相同，熱鍍鋁鋅合金鍍層板一般也進行鉻酸鈍化后處理。但近年來，為提高熱鍍鋁鋅合金鍍層板的成形性及環(huán)保性，將輥涂丙稀酸工藝開始逐漸取代傳統(tǒng)的鉻酸鈍化，且無鉻有機鈍化逐漸受到廣泛關注。此外，就熱鍍鋁鋅合金鍍層板用作彩涂基板而言，因其表面較普通熱鍍鋅板干凈，且對預處理較敏感，預清洗過度，會導致鍍層表面變黑，降低涂層粘附性，所以其預處理要求要溫和些。


    3、產(chǎn)品質量特性及應用


    熱鍍鋅鋁合金鍍層板表面平整，呈銀灰色，有金屬光澤，其表面為均勻分布的Al-Zn合金晶花。其鍍層表層為實心樹枝狀晶體，其枝晶部分為富鋁的α相固溶體，枝晶間是富鋅的偽共晶β相，內層為Al-Fe-Si-Zn金屬間化合物層(如圖2及表1所示)。


    鋁鋅合金鍍層板鍍層的組織結構決定了其具有如下質量特性： 

    1)由于鋁的非動態(tài)化保護作用和鋅的犧牲陽極保護作用的復合，因而熱鍍鋅鋁合金鍍層板(簡稱GL)的顯著性能特點是具有優(yōu)異的耐蝕性，熱鍍鋁鋅合金鍍層鋼板鍍層耐蝕性是普通熱鍍鋅板的2～6倍。此外，GL板在使用的中、后期還表現(xiàn)出具有優(yōu)異的耐切口腐蝕性。


    2)由于鋁的熔點較高、且具有較強的耐氧化和熱反射性，因而GL板具有優(yōu)良的耐高溫腐蝕性能。GL板允許在300℃的工作環(huán)境下長期使用，可在500～600℃高溫環(huán)境下短期使用。GI的工作環(huán)境溫度一般僅允許為室溫，極限工作溫度為230℃。


    3)GL板表面平整，呈銀灰色，有金屬光澤，表面為均勻分布的Al-Zn合金晶花，因而具有良好的外觀裝飾性。


    4)由于鋁鋅合金鍍層的含孔率至少為2%，因而GL板在庫存、運輸過程中容易發(fā)生腐蝕而產(chǎn)生白銹、黑斑等缺陷。此外，GL板還具有良好的涂裝性、加工成型性及焊接性能，能滿足建筑、家電及汽車行業(yè)用戶的要求。


　　GL板的質量特性決定了其在建筑、汽車等行業(yè)的廣泛應用：

    1)建筑工業(yè)：代替熱鍍鋅板使用，如屋頂、墻壁、防水板等


    2)汽車工業(yè)：代替鍍鋁板和鋁板使用，如底層板、模壓內層板、油濾管、排氣系統(tǒng)部件和消聲系統(tǒng)部件等


    3)家用電器工業(yè)：面包烤箱、電冰箱、空調、爐灶、烘箱、熱交換器部件等


    4)工業(yè)儀表：加熱器、自動售貨機、燃燒部件和工業(yè)冷凍柜等


    4、攀鋼熱鍍鋁鋅合金機組及產(chǎn)品


    為滿足國內高檔建筑及家電行業(yè)用戶對熱鍍鋅及熱鍍鋁鋅合金鍍層板的需求，攀鋼投資6億元人民幣興建了2號連續(xù)熱鍍鋅機組(2#CGL)，并已于2004年5月建成投產(chǎn)。2#CGL機組采用了目前世界上一流的設備及工藝技術，具有如下特點：


    1)設專用脫脂清洗段，采用堿液清洗、刷輥刷洗和電解脫脂等多級復合強化清洗手段，從而使得鍍層附著力及產(chǎn)品表面質量得到大幅度改善。


    2)采用法國STEIN立式退火爐，全輻射管式間接加熱，因而不僅可改善產(chǎn)品鍍層附著性及板形，而且可使產(chǎn)品力學性能更加穩(wěn)定，可根據(jù)用戶的需求而提供超深沖級至全硬級不同強度級別的熱鍍鋅產(chǎn)品。退火爐出口段設熱張緊輥，可實現(xiàn)爐內與爐后鋅鍋段張力的分段控制，有利于改善鍍層厚度的均勻性和鍍層表面質量。


    3)采用雙鋅鍋系統(tǒng)，一套鋅鍋生產(chǎn)熱鍍鋁鋅合金鍍層產(chǎn)品，另一套鋅鍋生產(chǎn)普通熱鍍純鋅鍍層產(chǎn)品。鋅鍋為美國AJAX電感應加熱陶瓷鋅鍋，其較鐵制鋅鍋而言，有利于減少鋅渣的生成量，從而有利于鍍層表面質量的改善。


    4)采用無鉛熱鍍鋅及無鉻鈍化工藝，鍍層不含鉛、鉻等有毒物，有利于環(huán)保。


    5)采用墨西哥IMSA制造的DAK氣刀，帶有動態(tài)自動控制系統(tǒng)，可確保鍍層厚度的均勻性和鍍層表面質量。


    6)采用法國CLECIM四輥式光整機及其六輥式拉伸彎曲矯直機，以確保帶鋼板形和表面質量，且有利于產(chǎn)品沖壓成型性能的提高。


    7)采用法國STEIN立式輥涂機，以涂敷薄有機涂層，生產(chǎn)如耐指紋、自潤滑板等環(huán)保型產(chǎn)品。因此，攀鋼2號連續(xù)熱鍍鋅機組以世界一流的裝備水平為生產(chǎn)優(yōu)質、環(huán)保型熱鍍鋁鋅合金鍍層產(chǎn)品(如表2所示)奠定了堅實的基礎。


    5、結束語


    熱鍍鋁鋅合金鍍層板質量性能綜合了熱鍍鋅板和熱鍍鋁板各自的優(yōu)點，備受高檔建筑業(yè)、家電及汽車行業(yè)用戶的歡迎。但其在國內尚屬于新技術、新型材料，用戶對其認識和認知還有一個過程，因而各生產(chǎn)廠家要在開展熱鍍鋁鋅合金鍍層板生產(chǎn)工藝技術及應用技術研究的基礎上，加大宣傳力度，加強相互之間的交流，共同推進熱鍍鋁鋅合金鍍層板生產(chǎn)工藝技術的進步及其產(chǎn)品在國內的應用。攀鋼連續(xù)熱鍍鋁鋅機組裝備達到了世界一流水平，其主導產(chǎn)品是鋁鋅合金、無鉛小鋅花、耐指紋、自潤滑、無鉻鈍化等環(huán)保型產(chǎn)品，以滿足高檔建筑及汽車、家電行業(yè)用戶的需求。