【大連思同】熱鍍鋅——鋅鋁鎂加工過程

一、市場鋅鋁鎂法（ZAM）中各元素作用

與高強鋼一樣，鋅鋁鎂良好的耐腐蝕性能是由于其組織決定的，而組織又是由化學(xué)成分和冷卻速度決定的，下面我們就探討鋅鋁鎂鍍層化學(xué)成分的選擇，以及各元素的作用。

1、鎂的作用和影響

鎂的作用首先是提高耐腐蝕性能，這一點前面已經(jīng)充分分析過了；其次，在鍍浴內(nèi)略加0.1%的鎂，可以提高帶鋼在鍍液中的浸潤性，降低鍍浴表面的張力，減少漏鍍?nèi)毕莸漠a(chǎn)生，這是因為鎂的氧化物很不致密，基本是以非常疏松狀存在的。這一點與鋁的特點似乎有些互補，對采用鋁含量較高的鍍層生產(chǎn)合金含量較高的高強鋼有著很重要的意義。不過，在鋅鋁鎂鍍液內(nèi)，鎂的含量較高，鎂的氧化物不致密的問題就會帶來一系列的副作用，成為熱鍍鋅鋁鎂產(chǎn)品生產(chǎn)的一大困難。

2、鋁的作用和影響

首先，在鍍鋅的基礎(chǔ)上加鋁可以顯著提高耐腐蝕性能和耐熱性能，這一點在鋅鋁鎂鍍層中也同樣如此；其次，在鍍鋅時加少量鋁，可以抑制鋅液與鐵的反應(yīng)，減薄Fe-Zn的化合物層；第三，鋁可以抑制鎂氧化的局限性，鋁的氧化物很致密，可以減輕鎂疏松氧化物帶來的影響，如果恰到好處的話，使得鋁鎂的氧化物可以成膜，造成產(chǎn)品的缺陷。
在這三個特性中第一條只有好處，沒有壞處，但第二、第三條都是雙刃劍。與鎂一樣，鋁在鋅鋁鎂鍍液內(nèi)的含量很高。一方面鋁抑制了鋅與鐵的反應(yīng)，但鋁與鐵的反應(yīng)更加激烈，成為主要矛盾；另一方面，鋁極易氧化的問題也會帶來一系列的問題，同樣成為鋅鋁鎂產(chǎn)品生產(chǎn)的一大難題。

3、硅的作用和影響

硅的加入，主要是為了抑制鋁和鐵的反應(yīng)，減薄鍍層與鋼基之間的化合物層，提高加工性能，這一點與所有的高鋁鍍層的原理一樣。
只要是在鋁高于共晶成分的鍍層，都要加硅，鋁含量越高，加的硅越多。最高的鋁硅鍍層，加約10%的硅；其次是鋁鋅硅鍍層，加1.5%左右的硅；SD加0.2%的硅，ZAM可以加0.1%的硅。另外，硅還可以細(xì)化晶粒，提高組織的均勻性，抑制晶間氧化。

4、其它元素的作用

由于鋅鋁鎂的成分很復(fù)雜，工藝性能也變得非常復(fù)雜，為了采用以鋅、鋁、鎂為主的成分生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品，可以通過增加少量的其它元素，改善熱鍍工藝性能和使用性能，號稱是鋅鋁鎂鍍層成分的第四元。
比如：防止鎂的氧化黑變，是鋅鋁鎂合金產(chǎn)品的一個難題，有的公司采用了在合金內(nèi)添加合金元素的辦法抑制鎂的氧化，例如POSCO專利采用的方法，是在合金中加入0.01%～0.1%的鎵和0.005%～0.1%的銦；首鋼專利是采用在合金中加入0.01%～0.1%的鈣、鋇或0.01%～0.4%的鋰來解決這一問題；可以通過加入鈦和硼來細(xì)化晶粒，并起到抑制Mg2Zn11組織的產(chǎn)生；通過加入稀土，可以增加組織的均勻性從而抑制晶間腐蝕，進(jìn)一步提高耐腐蝕性能。

綜上所述，鋅鋁鎂鍍層成分=a%Zn+b%Al+c%Mg+（d%Si）+e%X。常規(guī)值推薦：a=95-97.9、b=1-3、c=1-1.5、d=0.1、e=0.01-0.4。

氮氣吹掃工藝鋅鋁鎂鍍層成分為11%Al、3%Mg、0.2%Si，余為Zn。

二、市場鋼材熱鍍鋅的不同工藝及方法

鋼材熱鍍鋅按預(yù)處理方式的區(qū)別可分為熔劑法熱鍍鋅和氫氣還原法熱鍍鋅，熔劑法熱鍍鋅主要是鋼構(gòu)件、鋼管、鋼型材等熱浸鍍鋅；氫氣還原法熱鍍鋅主要應(yīng)用于帶鋼、鋼絲等連續(xù)熱鍍鋅，鍍鋅后的產(chǎn)品一般還要進(jìn)行彎曲成型深加工，使用場合在室內(nèi)與戶外都有。

氫氣還原法帶鋼連續(xù)熱鍍鋅一般采用純鋅、5％鋁-鋅（Galfan）、55％鋁-鋅-硅（Galvalume）產(chǎn)品工藝方法。現(xiàn)實中部分企業(yè)在鋅鍋中將含鋁量控制在15～25%，而且把鍍層控制在15～20克／米2 ，這樣就大大降低了生產(chǎn)成本，達(dá)到了本企業(yè)效益最大化。這種產(chǎn)品雖然降低了本企業(yè)生產(chǎn)成本，其產(chǎn)品表面形貌也有一點鋁鋅硅鍍層產(chǎn)品的影子，但因耐蝕性差、品質(zhì)差，終將被淘汰。

鋁鋅硅鍍層產(chǎn)品的耐腐蝕性非常優(yōu)越，為熱鍍鋅板耐腐蝕性的6倍，也就是說鋁鋅硅鍍層產(chǎn)品20克／米2，就相當(dāng)熱鍍鋅產(chǎn)品120克／米2的防腐蝕性能。鋅-5%鋁產(chǎn)品耐腐蝕性為熱鍍鋅板的3倍，目前鋼絲熱鍍鋅大都選擇了Galfan工藝。近來板材熱鍍鋅選擇Galfan工藝、鋁鋅硅鍍層工藝的作業(yè)線越來越多，鋁鋅硅鍍層中鋁占55%，鋅只占43.5%，Galfan工藝鋁含量也占5%，這樣一來將對帶鋼連續(xù)熱鍍鋅節(jié)約鋅資源開辟了新的途徑。

鋅鋁鎂法（ZAM）為近十幾年發(fā)展起來，各種配方的鋅鋁鎂合金產(chǎn)品，都已先后投放市場，目前已經(jīng)滲透到建材、家電、汽車三大應(yīng)用領(lǐng)域?？偟膩砜?，含鋁6%～11%，含鎂3.0%其余為鋅的配方，控制鍍層厚度的氣刀需要噴吹氮氣，由于民營企業(yè)不具備龐大的氮氣來源，所有只有在大型聯(lián)合國有企業(yè)，有廉價氮氣供應(yīng)的廠家才有條件組織生產(chǎn)；采用含鋁1%～3%，含鎂小于1.5%，其余為鋅的配方，控制鍍層厚度的氣刀噴吹常規(guī)空氣，就可以維持正常生產(chǎn)，故這種鋅鋁鎂鍍層產(chǎn)品可以進(jìn)入民營企業(yè)，但是產(chǎn)品的耐腐蝕性不如前者。前者產(chǎn)品的耐腐蝕性為普通熱鍍鋅板的6～10倍，而后者產(chǎn)品的耐腐蝕性只為普通熱鍍鋅板的3～5倍。特別是當(dāng)鋁為1.0%～3.0%，鎂為1.0%～1.5%其余為鋅時，其合金熔點只有380℃左右，可以基本采用熱鍍鋅工藝組織生產(chǎn)，甚至比熱鍍鋅時鋅液工作溫度還要低30℃,三輥六臂工作溫度低，其使用壽命也會更長。由此看來，鋅鋁鎂合金產(chǎn)品的發(fā)展趨勢非常強勁，將來有可能與熱鍍鋅產(chǎn)品平分秋色，甚至有可能全面取代傳統(tǒng)熱鍍鋅板。

三、鋅鋁鎂法（ZAM）的優(yōu)勢

㈠、鋅鋁鎂耐腐蝕及劃傷切口自修復(fù)原理

首先，進(jìn)行理論分析。ZAM板具有獨到的耐腐蝕性能，特別是切口保護(hù)性能。分為未發(fā)生劃傷的平面情況和有切口、劃傷的兩種情況來分析。

1、當(dāng)ZAM表面沒有劃傷時

鍍層中所含的鎂和鋁的共同作用，會在長期的使用中在鍍層的表面產(chǎn)生附著性極高的致密的氧化保護(hù)膜，將鍍層與外部的腐蝕環(huán)境隔離開來，發(fā)揮隔離防腐的作用，防止鍍層產(chǎn)生腐蝕。鎂是比鋁更活潑的金屬，在空氣中極其容易被氧化，固態(tài)鎂形成的氧化膜也較致密，能有效地保護(hù)內(nèi)部的組織，防止進(jìn)一步被氧化。由于鎂與鋁不一樣，在鍍層中均勻而微細(xì)的分布，就使得氧化膜布滿了整個鍍層表面，使鍍層中所有的組織都得到保護(hù)。

2、當(dāng)鍍層被劃傷或有切口時

從鍍層中溶化出來的鎂能在切口斷面生成細(xì)致的含鎂的致密的氧化膜，將劃傷或切口部位裸露出的鋼基覆蓋起來，從而提高其耐蝕性。在這種情況下，鋅的犧牲防腐和鋁、鎂的隔離防腐作用同樣能發(fā)揮出來。在此基礎(chǔ)上，由于鎂十分活潑，能將鋼板表面疏松的氧化物還原，置換成鎂致密的氧化物，從而使裸露的鋼基得到保護(hù)。