熱鍍鋁鋅合金鍍層板生產及其應用?

　　1、前言


    隨著地球環境的日趨惡劣，為節約能源，延長材料的使用壽命，建筑、汽車等行業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年代開發的55%Al-Zn-1.6%Si(Galvalume)和國際鉛鋅協會于20世紀80年代組織研發的Zn-5%Al-0.1%Ce、La(Galfan)。Galvalume從1972年伯利恒鋼鐵公司開始商業性生產到現在，國外已有42個公司先后取得了該產品的生產許可證，目前其年生產能力已達到1200萬噸左右，產品廣泛應用于建筑、汽車等行業。我國對熱鍍鋁鋅合金鍍層板的研究、生產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線剛開始進入試生產階段。因此，探討熱鍍鋁鋅合金鍍層板的生產工藝技術及產品質量特性，對我國熱鍍鋁鋅合金鍍層板的生產，以及用戶的合理使用該產品具有十分重要的現實意義。


    2、生產工藝特性


    2.1清洗：較普通熱鍍鋅板生產而言，鋁鋅合金鍍層鋼板的生產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，這種鋅蒸汽附著在帶鋼上，就會使產品產生漏鍍缺陷，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，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保性，將輥涂丙稀酸工藝開始逐漸取代傳統的鉻酸鈍化，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、后期還表現出具有優異的耐切口腐蝕性。


    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板具有優良的耐高溫腐蝕性能。GL板允許在300℃的工作環境下長期使用，可在500～600℃高溫環境下短期使用。GI的工作環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、運輸過程中容易發生腐蝕而產生白銹、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、家電及汽車行業用戶的要求。


　　GL板的質量特性決定了其在建筑、汽車等行業的廣泛應用：

    1)建筑工業：代替熱鍍鋅板使用，如屋頂、墻壁、防水板等


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


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


    4)工業儀表：加熱器、自動售貨機、燃燒部件和工業冷凍柜等


    4、攀鋼熱鍍鋁鋅合金機組及產品


    為滿足國內高檔建筑及家電行業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號連續熱鍍鋅機組(2#CGL)，并已于2004年5月建成投產。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，因而不僅可改善產品鍍層附著性及板形，而且可使產品力學性能更加穩定，可根據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品。退火爐出口段設熱張緊輥，可實現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，一套鋅鍋生產熱鍍鋁鋅合金鍍層產品，另一套鋅鍋生產普通熱鍍純鋅鍍層產品。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，有利于環保。


    5)采用墨西哥IMSA制造的DAK氣刀，帶有動態自動控制系統，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，生產如耐指紋、自潤滑板等環保型產品。因此，攀鋼2號連續熱鍍鋅機組以世界一流的裝備水平為生產優質、環保型熱鍍鋁鋅合金鍍層產品(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點，備受高檔建筑業、家電及汽車行業用戶的歡迎。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，因而各生產廠家要在開展熱鍍鋁鋅合金鍍層板生產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工藝技術的進步及其產品在國內的應用。攀鋼連續熱鍍鋁鋅機組裝備達到了世界一流水平，其主導產品是鋁鋅合金、無鉛小鋅花、耐指紋、自潤滑、無鉻鈍化等環保型產品，以滿足高檔建筑及汽車、家電行業用戶的需求。