帶鋼熱鍍鋅-鋁合金鍍層以其良好的耐腐蝕性、漂亮的外觀、優(yōu)異的成型性等特點(diǎn),近30年來取得了廣泛的發(fā)展。本文主要敘述熱鍍鋅合金系列的發(fā)展及發(fā)展中遇到的新問題,并推出一種新型的鋅-12%鋁-鎂硅合金鍍層產(chǎn)品來解決這一難題。
文/公茂進(jìn) 北京勝冶科技有限公司 劉海鵬 霸州市勝冶金屬材料有限公司 李九嶺 武鋼冷軋總廠
鋼鐵在使用過程中易被腐蝕,熱鍍鋅可以有效地對其進(jìn)行防護(hù),延長其使用年限。為了提高鍍鋅層的耐腐蝕性,鋼鐵熱鍍材料已經(jīng)由純鋅向鋅合金方向發(fā)展,例如,鋅鋁合金鍍層、鋁鋅硅合金鍍層等。中國帶鋼熱浸鍍層業(yè)比歐美發(fā)達(dá)國家晚起步半個世紀(jì),直到最近10年來才得到突飛猛進(jìn)的大發(fā)展,見表1。
表1 中國帶鋼熱鍍鋅線增長現(xiàn)狀

由表1可以看出,目前帶鋼熱浸鍍層產(chǎn)品在我國已經(jīng)產(chǎn)生了嚴(yán)重的產(chǎn)能過剩局面,其總產(chǎn)量已經(jīng)大于市場需求量的2~3倍,市場競爭十分激烈,而競爭的焦點(diǎn)是質(zhì)量與成本。故每個企業(yè)都希望選擇一種耐蝕性好、生產(chǎn)成本低、受市場歡迎的優(yōu)良品牌,以便在市場競爭中立于不敗之地。
品牌
熱鍍鋅板
熱鍍鋅自1742年在法國出現(xiàn),到1836年工業(yè)化生產(chǎn),至今已近300年歷史了。帶鋼熱鍍鋅產(chǎn)品是指鋅中鋁含量在0.16%~0.25% 的鋅鋁合金鍍層板,當(dāng)鋅鍋中鋁含量大于0.10%時,進(jìn)入鋅鍋中的帶鋼就會在表面優(yōu)先形成Fe2Al5極薄合金層,對Zn-Fe擴(kuò)散反應(yīng)起一定的阻止作用,這樣就降低了Zn-Fe合金層的厚度,從而提高了鍍層的粘附力和韌性。這主要是使產(chǎn)品適應(yīng)進(jìn)一步彎曲、沖壓成型加工等苛刻的應(yīng)用場合,例如制造家電、汽車等高級用途。
55%鋁-鋅硅合金鍍層板(Galvalume)
20世紀(jì)70年代美國伯利恒鋼鐵公司開發(fā)了一種耐大氣腐蝕性接近于鍍鋁層的鍍層產(chǎn)品[1],商品名稱為Galvalume。此合金成分為55%Al、43.4%Zn、1.6%Si。此合金鍍層具有良好的抗腐蝕性[2],在大氣腐蝕環(huán)境中耐腐蝕性比鍍純鋅層高2~6倍,與鍍鋁層想當(dāng)。但由于該鍍層針狀富硅相的存在,且鍍層主要為粗大樹枝晶粒, 易于在樹枝晶的間隙形成裂紋,所以該鍍層粘附性和焊接性不如熱鍍鋅板、成型性也較差,故只能適合建材行業(yè)應(yīng)用。
鋅-5%鋁稀土合金鍍層板(Galfan)
1979年比利時國際鉛鋅組織購買了美國熱鍍鋅專家李禾研制的Galfan合金鍍層專利,在全球推廣了工業(yè)化生產(chǎn)。其配方成分為5%Al、0.1%Re,其余為鋅。 Galfan鍍層的顯著特點(diǎn)是不含脆性的中間合金層,因此其加工成型性優(yōu)于普通鍍鋅板。但由于Galfan鍍層表面的龜裂紋影響美觀,故此品種目前在我國主要是應(yīng)用于鋼絲鍍層、建筑行業(yè)熱鍍構(gòu)件等[3]。
目前帶鋼熱浸鍍層產(chǎn)品大約10%應(yīng)用于汽車制造,20%應(yīng)用于家電制造,這兩個行業(yè)主要采用熱鍍鋅板。剩余70%的產(chǎn)品是進(jìn)入建材行業(yè),因為55%鋁-鋅硅合金鍍層(Galvalume)具有優(yōu)良的耐蝕性故最受建筑行業(yè)的青睞。但是55%鋁-鋅硅鍍層工藝其鍍液溫度較高、出渣率也高,不利于控制生產(chǎn)成本。目前國內(nèi)大部分企業(yè)把配方中的鋁含量從55%下降到20%~10%,這樣做的結(jié)果雖然降低了本企業(yè)生產(chǎn)成本,但是確大大降低了產(chǎn)品的耐蝕性,并使產(chǎn)品成為得不到市場認(rèn)可的無標(biāo)產(chǎn)品,阻礙了生產(chǎn)的進(jìn)一步發(fā)展。經(jīng)研究,解決這一難題的最好辦法,是大力推廣 鋅-12%鋁-鎂硅合金鍍層(Super Dyma)這一新型品牌。
鋅-12%鋁-鎂硅合金鍍層(Super Dyma)
鋅-12%鋁-鎂硅合金鍍層(Super Dyma),是2000年由日本新日鐵公司開發(fā)應(yīng)用的高耐腐蝕型產(chǎn)品。此合金的化學(xué)成分為: 鋁12%、鎂3%、硅0.2%,其余為鋅,商品名為Super Dyma。
鍍層特性
在5%NaCl水溶液中對該鍍層的極化曲線測定發(fā)現(xiàn),鍍層合金中提高Al和Mg含量可同時降低陽極電流密度和陰極電流密度,加Si之后可使降低幅度進(jìn)一步加大,這表明作為陽極反應(yīng)的鍍層溶
解反應(yīng)和陰極反應(yīng)的溶解氧還原反應(yīng)均受到抑制,從而就提高了該合金鍍層的耐腐蝕性。
鍍層中各元素的影響
Al的影響:A1是帶鋼熱鍍鋅系列最常用的合金元素,它的加入可以提高鍍層的粘附力。還可以降低鐵含量,從而提高鋅液的流動性,減小鍍層厚度,降低鋅耗節(jié)約了生產(chǎn)成本;Al的加入還可以起到提高鍍層光亮度的作用;但是Al含量提高會增加表渣, 給鍍鋅操作帶來困難。
Mg的影響:加入Mg可以提高鍍層的耐腐蝕性、降低鋅耗,還可以使鍍層組織結(jié)構(gòu)均勻,起到強(qiáng)化晶界的作用。有些文獻(xiàn)中還表明:在鹽霧試驗中,鍍層內(nèi)加Mg能促進(jìn)ZnCl2-4Zn(OH)2的生成,此生成物能控制液體中溶解氧的擴(kuò)散,還可抑制晶間腐蝕,使顆粒細(xì)化,鍍層光亮。但當(dāng)加入的Mg含量較高時鍍層便會出現(xiàn)裂紋或出現(xiàn)脫層現(xiàn)象,并易引起鍍層發(fā)黑,因此要適當(dāng)控制Mg的添加量。
Si的影響:Si主要聚集在鍍層內(nèi)部,尤其在鋼基體與鍍層的界面上濃度最高。Si占據(jù)著Fe2A15結(jié)構(gòu)中Al原子快速擴(kuò)散的空位, 阻礙Al的擴(kuò)散,從而導(dǎo)致合金層生長緩慢,故對合金層生長有強(qiáng)烈的抑制作用,由此可降低鍍層的厚度;Si的加入還可以降低鍍液的黏度,提高鍍液的流動性。
國內(nèi)產(chǎn)品防腐性測試案例
在加工工序中防腐性測試
在板坯加工工序,一般鍍層材料會在折彎處生銹,而鋁鎂硅板在折彎處鍍層不被破壞,因此折彎處的防腐性不會下降。同時在板坯加工的沖孔、剪切等工序,一般的材料在切口處易生銹,而Super Dyma在切口處仍具有防腐性能。原理如下:切割端面部分基底(基材)外露,初期會產(chǎn)生紅銹,但隨后切割端口周圍的鍍膜開始溶解,形成以氫氧化鋅(Zn(OH)2)堿性氯化鋅(ZnCl2?4Zn(OH)2)以及氫氧化鎂(Mg(OH)2)等為主要成分的致密的保護(hù)膜這一過程持續(xù)數(shù)月后切割端口部分將被完全覆蓋,恢復(fù)了保護(hù)性能。該保護(hù)膜導(dǎo)電性能較弱,可以抑制端口部分的腐蝕反應(yīng),并且鍍膜中所含的硅還有促進(jìn)上述保護(hù)膜形成的作用。
鹽霧腐蝕對比實驗
經(jīng)對Super Dyma 板與熱鍍鋅板耐鹽霧腐蝕性對比實驗,證明比傳統(tǒng)熱鍍鋅板有更優(yōu)越良的耐蝕性。
實驗依據(jù):GB/T 20854-2007 《金屬和合金腐蝕循環(huán)暴漏在鹽霧“干”和“濕”條件下的加速實驗》
實驗條件:鹽霧兩小時,35℃±2℃,50g/L±5g/L氯化鈉溶液,干燥4小時,60℃±2℃,<30%RH;潮濕2小時, 50℃±2℃,>95%RH,以上過程為一次循環(huán)。
試片尺寸:75×150mm。
實驗分五組進(jìn)行,耐蝕性看試片表面出現(xiàn)5%紅銹面積時經(jīng)過的循環(huán)次數(shù)取均值。實驗結(jié)果,見右上表2。
上述測試數(shù)據(jù)表明,Super Dyma 板的耐腐蝕性能是傳統(tǒng)熱鍍鋅層的3~5倍。


結(jié)論
熱鍍鋅板生產(chǎn)歷史悠久,可廣泛應(yīng)用與汽車、家電、建材各個領(lǐng)域;鋅-5%鋁鍍層板(galfan)的耐腐蝕性比熱鍍鋅板好, 目前在中國內(nèi)主要是應(yīng)用于鋼絲熱鍍行業(yè);55%鋁-鋅硅合金鍍層板(Galvalume)的耐腐蝕性比熱鍍鋅板、鋅-5%鋁鍍層板(galfan)都好,但生產(chǎn)成本較高;把正宗的55%鋁-鋅硅合金鍍層板(Galvalume)的鋁含量由55%下降到 10~20%,耐腐蝕性還不如熱鍍鋅版,此產(chǎn)品無標(biāo)、無牌不被市場認(rèn)可;鋅-12%鋁-鎂硅合金鍍層(Super Dyma),是國際品牌產(chǎn)品。此合金熔點(diǎn)低,其生產(chǎn)工藝與熱鍍鋅相當(dāng),鍍液工作溫度為450~460℃;此合金出渣率低,與目前各企業(yè)追求的無標(biāo)無牌產(chǎn)品鋅-10~20%鋁-硅鍍層相當(dāng),出渣率僅為10~12%;此合金耐腐蝕性能好,與國際名牌產(chǎn)品55%鋁-鋅硅合金鍍層板(Galvalume)相當(dāng)。
總之,生產(chǎn)建材板時,選擇國際名牌產(chǎn)品鋅-12%鋁-鎂硅合金鍍層(Super Dyma)可以降低生產(chǎn)成本,提高市場競爭力。
參考文獻(xiàn)
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[2] 陳斌錯,郝曉東,張啟富。熱浸鍍鋅鋁硅鍍層鋅花不均缺陷形成原因分析[J], 中國腐蝕與防護(hù)學(xué)報,2011,21(2)101~104
[3] 陳冬,張曉東,劉廷香。鋼絲熱鍍Galfan合金的關(guān)鍵技術(shù)和有關(guān)理論問題[J],河北冶金,1993,(1):45~53.
[4] 李九嶺。 熱鍍鋅實用數(shù)據(jù)手冊[M],冶金工業(yè)出版社,2012
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