熱浸鍍鋅板生產(chǎn)過程中的腐蝕問題

1、熱浸鍍鋅板生產(chǎn)過程中的腐蝕問題熱浸鍍鋅板生產(chǎn)過程中的腐蝕問題張召恩，楊瑞楓，滕華湘（北京市石景山區(qū)石景山路68號，首鋼技術(shù)研究院，100041）摘要：在鋼板表面進(jìn)行熱浸鍍鋅是提高其使用壽命的重要途徑。文章綜述了鍍鋅板生產(chǎn)和儲運(yùn)過程中的腐蝕問題，并提出了改進(jìn)鍍鋅板耐腐蝕性能的對策。關(guān)鍵詞：腐蝕、鍍鋅、氧化、鈍化ThecrosionprobleminhotdipgalvanizingprocessZhangZhaoenYangRuifeng

2、LiuGuangming（ShougangResearchInstituteofTechnologyShijingshanRoad68ShijingshanDistrictBeijing100041）Abstract:Hotdipgalvanizingonsteelstripisanimptantmethodtoincreaseitscrosionresistance.Thecrosionphenomenaduringproductin

3、gprocessapplicationwerediscussedinthisarticlesomecountermeasuresweresummarizedtoo.Keywds:crosionhotdipgalvanizingoxidationpassivation1前言在鋼板表面進(jìn)行鍍鋅是提高其使用壽命的一種重要途徑。目前，獲得鍍鋅涂層的方法主要有：熱浸鍍鋅、電鍍鋅、滲鍍鋅、機(jī)械鍍鋅等不同的方法[1，2]。近年來，熱浸鍍鋅由于生產(chǎn)成本

4、低、污染輕，再加上表面質(zhì)量的提高和易于連續(xù)生產(chǎn)，在國內(nèi)各大鋼廠獲得了迅猛發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計，截止到2006年底，國內(nèi)已建和在建的熱浸鍍鋅生產(chǎn)線的產(chǎn)能已經(jīng)達(dá)到3000萬噸，其應(yīng)用范圍涉及到建筑、家電、汽車等行業(yè)，部分還用作彩涂板的基板。隨著汽車輕量化的要求日益受到各國的重視，高強(qiáng)汽車用鋼的生產(chǎn)在各大鋼廠也越來越受到重視。鍍鋅所用的是冷軋板，在鍍鋅過程中要進(jìn)行高溫退火，這不僅能改善材料的加工性能，還能把表面的氧化鐵還原成鐵，改善鋼板表面對鋅液的浸

5、潤性，提高基體與鋅層的附著力。但由于高強(qiáng)鋼的生產(chǎn)過程中要加入Cr、Mn、Nb、Ti、Mo、Si、P等強(qiáng)化元素，這些元素與氧的結(jié)合能比較低，形成更為穩(wěn)定的氧化物，在退火過程中不能完全被還原，會在鍍鋅過程中造成漏鍍點，既影響了表面質(zhì)量，又降低了其耐腐蝕性[34]。因此，退火過程中的表面氧化物的形成及演變過程對鍍鋅生產(chǎn)極為重要。此外，為了保證鍍鋅板在儲運(yùn)過程中不發(fā)生腐蝕，經(jīng)常要進(jìn)行表面鈍化處理，其中Cr6鈍化處理的防腐蝕效果較好，但由于Cr6

6、具有毒性，鈍化后對環(huán)境和人體健康有害，正逐步被環(huán)境友好鈍化方法所取代，但新方法的耐蝕性與Cr6鈍化相比效果較差，因此研究耐蝕性較好的鍍鋅板鈍化方法也是鍍鋅板生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵技術(shù)之一。2鍍鋅線主要工藝圖1為典型美鋼聯(lián)法帶鋼連續(xù)熱鍍鋅生產(chǎn)工藝示意圖。下面介紹一下主要的工藝：2.1清洗工藝清洗的主要目地是洗掉冷軋板表面的殘油、殘鐵，提高冷軋板表面質(zhì)量，減輕退火過程中對退火爐氣氛及爐輥的污染，同時在鍍鋅時減少鋅渣的生產(chǎn)量，降低鋅耗，改善基體和鋅

7、層的附著力，從而提高耐蝕性。2.2退火工藝?yán)滠埌宓纳a(chǎn)過程中由于加工硬化，其加工性能較差，因此需要經(jīng)過高溫退火，使晶粒發(fā)生回復(fù)和再結(jié)晶，從而提高加工性能。同時，由于退火爐內(nèi)含有一定量的氫，在高溫下可以把帶鋼表面鐵的氧化物還原，生成海綿狀的鐵，利于改善鋅液對鋼板的浸潤性，提高附著力。退火的目的主要有兩個：一是進(jìn)行晶粒回復(fù)和再結(jié)晶，以獲得良好的加工性能；另一個目的是利用退火氣氛中的少量的氫氣（一般控制在5%左右），在高溫下還原帶鋼表面鐵的氧

8、化物，避免漏鍍現(xiàn)象的發(fā)生，提高鍍層的完整性，達(dá)到提高耐蝕性的目的。但對于高強(qiáng)鋼來說，一般要在冶煉時加入少量合金元素，如Cr、Mn、Nb、Ti、Mo、Si、P等，這些元素與氧的結(jié)合能都比鐵與氧的結(jié)合能低，在退火爐內(nèi)不能被充分還原，易在表面形成小的氧化物，而氧化物與鋅液的浸潤性很差，會產(chǎn)生漏鍍?nèi)毕?，影響鍍層的完整性，降低耐蝕性能。因此，對于鍍鋅用的帶鋼，要從退火工藝及成分設(shè)計兩個方面綜合考慮。3.2.13.2.1爐內(nèi)氣氛的控制爐內(nèi)氣氛的控制

9、對于普通強(qiáng)度級別的帶鋼來說，如CQ鋼及部分沖壓鋼來說，由于材料中不加入合金元素或加入量很少，帶鋼表面的氧化物主要是鐵的氧化物，常用的退火氣氛（5%左右的氫氣）即可把氧化物還原，得到附著力良好的鍍層。但對于高強(qiáng)鋼來說，由于含有強(qiáng)化合金元素，這些元素的氧化物在5%氫氣的氣氛內(nèi)難以還原，會在鍍鋅過程中造成漏鍍，從而影響了材料的腐蝕壽命。連續(xù)退火爐內(nèi)分為預(yù)熱段、加熱段、保溫段、冷卻段、均衡段等不同的工藝段，據(jù)文獻(xiàn)報道，可以在預(yù)熱段的氣氛中適當(dāng)增

10、加微量的氧，這樣就提高了氧與合金元素反應(yīng)的擴(kuò)散能力，使合金元素由外氧化轉(zhuǎn)為內(nèi)氧化[6]。這就避免在表面形成存在氧化區(qū)，這樣就可以獲得高表面質(zhì)量的鍍層，但這要保證爐內(nèi)不同的區(qū)域之間有良好的密封隔離性。另一個可能的方法是提高爐內(nèi)氣氛中氫氣的含量，同時提高還原反應(yīng)溫度，但這會提高生產(chǎn)成本，同時氫含量的提高也會帶來安全隱患。3.2.23.2.2材料成分的控制材料成分的控制對于高強(qiáng)鋼來說，加入的合金元素會影響到鋅層的可鍍性。由于Si的強(qiáng)化效果比較

11、好且價格便宜，是常用的合金元素。但在鍍鋅用的材料中應(yīng)嚴(yán)格控制Si的含量，一般控制在0.3%以下，這樣才不致在鍍鋅過程中惡化鋅層的附著性能。在強(qiáng)化元素中，Mo與氧的結(jié)合能與鐵相當(dāng)，可以較容易的被還原，國外的有鋼廠加入Mo作為合金元素。但由于Mo的價格比較高，提高了成本，要綜合考慮加入量。由于不同的鋼廠采用不同的成分體系及不同的工藝路線，因此對于特定的生產(chǎn)線來說要結(jié)合自己的實際情況開發(fā)產(chǎn)品，而不是照搬其它鋼廠。3.3鍍鋅工藝對鍍鋅板腐蝕性能

12、的影響鍍鋅工藝對鍍鋅板的表面質(zhì)量和耐蝕性能具有直接的影響。這些影響主要表現(xiàn)在鍍層種類、溫度的控制等方面。3.3.13.3.1鍍層種類的影響鍍層種類的影響除了鍍純鋅（GI）涂層，還針對不同的使用環(huán)境開發(fā)出了合金化涂層（GA）、鍍鋅鋁涂層（Galfan）、鍍鋁鋅涂層（GL）。GI的用途最廣，用于建筑、家電、汽車等行業(yè)，為進(jìn)一步提高耐蝕性部分用作彩涂板的基板；GA主要用于汽車行業(yè)；Galfan和GL主要用于建筑行業(yè)，特別是在污染較重的環(huán)境及海

13、洋性氣候耐腐蝕性能更好。據(jù)文獻(xiàn)報導(dǎo)，日本開發(fā)出了具有高耐蝕性的ZnAlMg體系的涂層，其耐腐蝕壽命是GI的18倍[7]。3.3.23.3.2溫度的影響溫度的影響鋅鍋中的溫度主要包括帶鋼溫度和鋅液溫度。對于GI和GA鍍層來說，鋅液溫度基本在460℃左右，帶鋼溫度稍高于鋅液溫度，通常情況下以不超過10℃為宜。這一方面可以避免Zn與Fe反應(yīng)過快，避免生成脆性的鋅鐵合金層，另一方面可以充分利用帶鋼的余熱，降低鋅鍋的熱負(fù)荷。除此以外，鋅鍋中還有一

14、個極為嚴(yán)重的腐蝕現(xiàn)象，即沉沒輥的腐蝕問題。沉沒輥是鋅鍋中的重要設(shè)備，浸沒在鋅液中，帶鋼進(jìn)入鋅鍋后繞過沉沒輥，轉(zhuǎn)向后出鋅鍋。由于長期浸泡在鋅液中，在460℃的高溫下輥的表面會受到嚴(yán)重的腐蝕，進(jìn)而影響到鍍鋅板的表面質(zhì)量。常用316L不銹鋼作為沉沒輥的基材，但在服役僅一個星期內(nèi)就必須停車更換，進(jìn)行打磨修復(fù)。每次停車都會造成大量的廢品和次品，因此如何提高沉沒輥的使用壽命是目前各大鋼廠關(guān)注的熱點之一。國外已經(jīng)開發(fā)出了一些耐鋅液腐蝕表面涂層，如WC