鍍鋅工藝培訓(第一章)

1、page1,首鋼熱鍍鋅機組培訓,工藝篇,主講人：陳 波,page2,思考：為什么帶鋼表面要鍍鋅？（1）金屬的腐蝕 問題1. 金屬的腐蝕機理 問題2. 金屬的大氣腐蝕 問題3. ”犧牲陽極“保護 問題4. 鍍鋅層對鋼鐵腐蝕的防護過程（2）外表美觀,第一章 帶鋼連續(xù)熱鍍鋅概述,page3,（1）金屬腐蝕的定義 當金屬和周圍介質接觸時，由于發(fā)生化學和電化學作用而引起的

2、破壞叫做金屬的腐蝕。（2）金屬腐蝕的危害 金屬腐蝕后失去了金屬的特性，在外形、色澤以及機械性能等方面都將發(fā)生變化，造成設備破壞、管道泄漏、產(chǎn)品污染，釀成燃燒或爆炸等惡性事故以及資源和能源的嚴重浪費，使國民經(jīng)濟受到巨大的損失。 鋼鐵產(chǎn)品的1/10消耗于腐蝕。被腐蝕報廢的金屬制品的制造價值往往要比金屬本身的價值高很多。,金屬的腐蝕及危害,page4,問題一：金屬的腐蝕機理,思考：鋼鐵為什么會被腐蝕？金屬的腐蝕按反應機

3、理的不同分為：（1）物理腐蝕：單純的物理溶解所引起的破壞（2）化學腐蝕（3）電化學腐蝕,page5,金屬材料與外界介質發(fā)生純化學反應而損壞的現(xiàn)象.反應特點是非電解質中的氧化劑直接與金屬表面的原子相互作用形成腐蝕產(chǎn)物，反應過程中無電流產(chǎn)生?；瘜W腐蝕的介質通常為干燥氣體和非電解質溶液。這種腐蝕往往在高溫條件下比在低溫條件下快得多 。實際中由于化學腐蝕造成的金屬腐蝕是很少的。,化學腐蝕,page6,金屬材料與外界介質（電解質溶液）

4、發(fā)生電化學作用而損壞的現(xiàn)象。 其特點是腐蝕反應包含一個陽極氧化反應和一個陰極還原反應。兩反應同時進行，反應過程中有電流產(chǎn)生。 金屬在大氣、海水、土壤及各種電解質溶液中的腐蝕均屬于此類腐蝕。金屬破壞大多數(shù)是電化學腐蝕所致。 電化學腐蝕在生產(chǎn)實踐中廣泛存在。,電化學腐蝕,page7,化學腐蝕與電化學腐蝕的區(qū)別,（1）化學腐蝕是一種單純的化學反應，反應過程無電流產(chǎn)生；電化學腐蝕反應過程有電流產(chǎn)生。（2）化學腐蝕在表面進行，對鋼鐵內部影

5、響不大；電化學腐蝕在鋼鐵表面和內部都能進行，是導致鋼鐵被透徹腐蝕的主要原因。（3）電化學腐蝕與化學腐蝕在機理上的主要區(qū)別在于電化學腐蝕時，金屬與介質的相互作用被分為兩個獨立的共軛反應：陽極（放出電子的電極）過程是金屬原子以離子形式進入溶液；陰極（得到電子的電極）過程是從陽極過來的電子，被電解質溶液中能夠吸收電子的氧化性物質接受而發(fā)生還原反應。,page8,,為什么鋼鐵會腐蝕？其根本原因還是鋼鐵自身的原因，任何金屬最穩(wěn)定的狀態(tài)就是它原

6、來在自然界中所處的狀況，所以一旦條件適合，它們便恢復到原先的礦物狀態(tài)，生成氧化物、硫化物、碳酸鹽等，這就是金屬的腐蝕現(xiàn)象。,page9,影響金屬腐蝕的外因（外界介質）,腐蝕除決定于金屬本身的化學性質和組織結構外，還與周圍的介質有很大關系。如潮濕環(huán)境比干燥環(huán)境容易銹蝕，雜質多的比雜質少的金屬容易銹蝕，高溫條件下比低溫條件下容易銹蝕，有害雜質多的、臟的環(huán)境比空氣流通、干凈的環(huán)境易銹蝕，金屬零件表面光潔度低的比表面光潔度高的易銹蝕等等。,p

7、age10,問題2：金屬的大氣腐蝕,一、鋼的大氣腐蝕 鋼鐵在大氣腐蝕中生成的銹層中含F(xiàn)eO、Fe2O3、Fe3O4，其中FeO、Fe2O3比較疏松，易溶解，而且Fe2+還會進一步氧化。因而鋼鐵表面生成的銹層并不能減緩鋼鐵表面繼續(xù)腐蝕的速度。當空氣中含有SO2氣體時，將在銹層的底部生成FeSO4·4H2O和Fe2(SO4)3等白色結晶。它們對鋼的腐蝕起促進作用，還能引起點蝕。,page11,二、鋅的大氣腐蝕 在干燥狀態(tài)時

8、，由于鋅的性能較活潑，也能生成ZnO，在潮濕的大氣中，鍍鋅層表面存在水膜，也會發(fā)生有氧參與的電化學腐蝕。于是鋅的表面會生成由ZnO、Zn(OH)2、ZnCO3組成的銹層（白銹）。由于ZnO的體積比金屬鋅的體積大0.44倍，所以銹層的初期比較致密，而且在潮濕情況下生成的Zn(OH)2、ZnCO3組成的銹層粘附性較好，所以鋅比鋼鐵的耐大氣腐蝕性能好，見下表。,問題2：金屬的大氣腐蝕,page12,鋅和鋼在不同大氣中的重量損失,在空氣受到污

9、染且鋅在露天的情況下，由于空氣中SO2、NO2以及Cl-的存在都會加劇鋅的腐蝕。所以鍍鋅板在不同環(huán)境中使用時，其使用壽命和耐蝕性有較大的差別。,問題2：金屬的大氣腐蝕,page13,三、鋁的大氣腐蝕 （先講犧牲陽極保護法） 鋁在大氣中也會發(fā)生腐蝕，表面會生成氧化層，而Al2O3是非常穩(wěn)定和難于溶解的物質，它使鋼板表面處于一種鈍態(tài)，極不活躍，即使刮傷后也能很快再生成Al2O3，保護了Al的進一步氧化，所以具有良好的耐氧化性，但因此

10、對鋼板的陰極保護作用不如鍍鋅層。思考： 為什么鍍鋁鋼板陰極保護作用不如鍍鋅板？鋅是一種既可以防止鋼鐵腐蝕又能受自身腐蝕產(chǎn)物保護使自身腐蝕速度減慢的金屬，用鋅作為表面包層來保護鋼材成本比較低，這就促成了熱鍍鋅工業(yè)的發(fā)展，使熱鍍鋅成為應用最廣泛的金屬防腐蝕方法。,問題2：金屬的大氣腐蝕,page14,四、溫度對腐蝕情況的影響 一般說來，溫度升高腐蝕加速。當然也有例外，如鋼鐵件在沸騰海水中因氧的溶解度隨溫度升高而下降，

11、其腐蝕速率反而比熱海水的腐蝕速率低。五、環(huán)境差異對腐蝕情況的影響海洋氣候： 潮濕，富含鹽類，給金屬電化學腐蝕提供充足的電解質。工業(yè)區(qū)： 大氣中富含SO2、NO2、CO2，造成酸性環(huán)境。,問題2：金屬的大氣腐蝕,page15,問題三：“犧牲陽極”保護,”犧牲陽極“保護是陰極保護兩種方法之一。陰極保護，是一個電化學專業(yè)術語，它是給需要保護的金屬補充大量的電子，使被保護金屬整體處于電子過剩的狀態(tài)，使金屬表面各點達到同一負電

12、位，金屬原子不容易失去電子而變成離子溶入溶液。實現(xiàn)對金屬的陰極保護有兩種辦法：外加電流陰極保護和犧牲陽極陰極保護。,page16,強制外加電流保護法,強制外加電流陰極保護是通過外加直流電源以及輔助陽極，迫使電流從土壤中流向被保護金屬，使被保護金屬結構電位低于周圍環(huán)境。被保護金屬、輔助陽極在腐蝕介質中形成的電解池中，分別是負極、正極。輔助陽極本身不消耗。強制外加電流保護方法需要一個持續(xù)不斷的電流，所以在這套保護方案中必須有恒電位儀

13、對電流進行控制。此保護方法一般用在大型的金屬結構設備中，如機場油庫的長達幾十公里的輸油管線保護等。,page17,犧牲陽極保護法,犧牲陽極陰極保護法是將電位更負或者說更為活潑的金屬與被保護金屬連接，并處于同一電解質中，使該金屬上的電子轉移到被保護金屬上去，使整個被保護金屬處于一個較負的、相同的電位下。也就是通過兩者形成原電池，保護金屬代替被保護金屬發(fā)生氧化反應，代替被保護金屬被腐蝕消耗。,犧牲陽極的陰極保護示意圖（摘自高中化學課本）,

14、page18,,金屬電極電位較低的金屬優(yōu)先發(fā)生氧化，失去電子，向金屬電極電位較高的金屬提供電子，防止其發(fā)生氧化。,page19,電極電位,標準電極電位： 金屬活動性是指金屬原子在水溶液中丟失電子的能力，金屬的位置越靠前，金屬在水溶液中就越容易丟失電子變成離子，它的活動性就越強。 早期的化學家把金屬跟酸、水等反應的劇烈程度作為衡量金屬活動性大小的標志，是不嚴格的。準確的方法是以金屬的標準電極電位來比較金屬的活動性大小，而

15、標準電極電位也是以氫電極定為零作為標準來測定的。（單個電極的絕對電極電位無法測得，只能測得相對電極電位）規(guī)定：將標準氫電極作為負極與待測電極組成電池，電位差即該電極的相對電極電位，比標準氫電極的電極電位高的為正，反之為負。 標準電極電位為負值的金屬比氫活潑；標準電極電位為正值的金屬活動性小于氫。,page20,電極電位,金屬中或多或少總會含有某些雜質，不同的金屬有不同的電位，同一種金屬內的不同組成物也有不同的電位。當金屬與某一種

16、能導電的溶液接觸時，就會出現(xiàn)電位差，使溶液中出現(xiàn)電子流，使電位低的金屬首先被腐蝕。 Zn與Fe的電極過程,page21,電極電位,金屬在25℃時的標準電極電位（對于Me→Me+ + ne的電極反應）,,,,,,,,page22,（1）金屬防腐的方法改善金屬的本質 如：鋼中加入鎳、鉻制成不銹鋼形成保護層（把被保護金屬與腐蝕介質隔開，或對金屬進行表面處理 ）

17、如：噴漆、搪瓷、電鍍、熱浸鍍（包括熱鍍鋅）等改善腐蝕環(huán)境 如：減少腐蝕介質的濃度，除去介質中的氧，控制環(huán)境溫度、濕度等。也可以采用在腐蝕介質中添加能降低腐蝕速率的物質（緩蝕劑）來減少和防止金屬腐蝕。電化學保護法 如：犧牲陽極保護法（常用于保護海輪外殼 ）,金屬的防腐,page23,（2）解決鋼材腐蝕問題通常采用以下兩種方法：合金防腐 就是將鋼制成含有Ni、Cr等化學成分的不銹鋼及耐蝕鋼 表面包

18、層防腐 就是在鋼材表面形成金屬鍍層（鋅、鋁、錫、鉛等）、非金屬涂層（漆、塑料）或非金屬膜。,金屬的防腐,page24,熱鍍鋅簡介,熱鍍鋅（Hot Dip Galvanizing)發(fā)明于十八世紀中葉1836年，鋼板熱鍍鋅最早工業(yè)生產(chǎn)，法國工程師索勒，原料：熱軋鋼板；質量不好、鍍層不均勻并且成本很高。1931年，第一次使用冷軋卷帶鋼連續(xù)生產(chǎn)，波蘭工程師森吉米爾，使熱鍍鋅板在此后的發(fā)展中進入了一個新的進程。20世紀下半葉最重

19、要的技術進展：合金鍍 50-----60年代 熱鍍鋁 70年代美國伯利恒發(fā)明Galvalume (43.4%Zn-55%Al-1.6%) 80年代國際鉛鋅組織（ILZRO)資助比利時列日冶金研究中心（CRM）發(fā)明了Galfan Zn-5%Al-RE,page25,第一節(jié) 鍍鋅層的保護原理,一、鍍鋅層的化學腐蝕 2Zn+O2=2ZnO

20、 Zn+H2O=ZnO+H2↑ Zn+CO2=ZnO+CO↑ 上述三式在高溫下反應劇烈，會生成致密的氧化鋅薄膜，而在室溫下進行的非常緩慢。ZnO膜每100小時增加厚度約1埃。膜厚在200埃以下時肉眼是察覺不到的。它的生長起始于鋅的結晶體，而且和它下面金屬結合很牢固。隨著ZnO薄膜的增加，達到300-400埃時，人們肉眼才看到。由

21、于ZnO比鋅的體積大44-59％。特別在膜厚度較大時，在內部或外部應力的作用下容易產(chǎn)生破裂，這時保護作用也即失去。,page26,二、鍍鋅層的電化學腐蝕 鍍鋅板表面有水存積的時候，由于水中溶解一定量的氧，二氧化碳及二氧化硫等腐蝕性介質，便形成了電解液。其化學反應不可避免的發(fā)生了。其反應式如下： 陽極反應：Zn-2e→Zn2+ 陰極反應：O2+2H2O+4e→4OH－

22、在陽極反應過程中，鋅被溶解。在陰極發(fā)生的反應稱為氧的去極化反應。因在電解液中溶解有一定量的氧，特別在電解液和空氣接觸的界面處，此反應進行得更為激烈，常稱為界面腐蝕，反應結果產(chǎn)生的銹蝕產(chǎn)物為： Zn2++OH－→Zn(OH)2→ZnO·H2O,page27,熱鍍鋅板的大氣腐蝕試驗,page28,,三、鋅層對鋼鐵腐蝕的保護過程,,,,,,,,,page29,鋅層對鋼鐵腐蝕的保護過程,⑴ 表面的鍍層完整，鋅

23、層對鋼材進行物理保護，鋅在大氣中被腐蝕；⑵ 鍍層中的合金層暴露于大氣中，鋅層對鋼材進行物理保護，由于電極電位的不同，純鋅層對合金層提供陽極保護而優(yōu)先腐蝕；⑶ 純鋅層腐蝕完畢，合金層完整，合金層對鋼材提供物理保護，發(fā)生的腐蝕是Zn-Fe合金層在大氣中的腐蝕；⑷ 鍍層部分破損使鋼板局部裸露于大氣中，由于Zn、Fe和Zn-Fe合金的電極電位分別為-0.762v、-0.439v和-0.59~-0.66v，所以發(fā)生的腐蝕是Zn的電化學腐蝕，

24、鋅對鋼基提供陽極保護；⑸ 純鋅層腐蝕完畢，鋼鐵部分裸露在大氣中，合金層對鋼鐵陽極保護；⑹ 全部鍍層消耗完畢，發(fā)生鋼鐵腐蝕。,page30,四、國產(chǎn)鍍鋅板的耐蝕性研究,研究內容包括鍍鋅板在自然環(huán)境中的大氣曝曬試驗的研究和鍍鋅板耐蝕性能機理的研究兩部分。 研究在我國幾個具有典型氣候環(huán)境特征下的鍍鋅板的腐蝕情況，揭示不同材料狀況與不同氣候類型的腐蝕性關聯(lián)；結合材料腐蝕機理研究對國產(chǎn)鍍鋅板的加工生產(chǎn)提出改進意見，同時，也為轎車用熱鍍鋅板材

25、在我國不同氣候類型環(huán)境的合理使用提供借鑒。,page31,試驗站環(huán)境參數(shù),page32,大氣曝曬試驗材料,page33,1．腐蝕速率的測量,根據(jù)ISO 9226中關于評定大氣腐蝕性的規(guī)定，采用的試樣尺寸為150mm×100mm ，試樣固定在曝曬架上，與水平呈45°角，面向南面。曝曬試驗從1996年10月開始在北京、廣州、青島、江津、武漢五城市曝曬場進行，分別在1、2、4年周期曝曬后取樣，每種材料取3個平行試樣進行測試

26、。所有試樣的腐蝕損失均采取失重的方法進行評價。腐蝕產(chǎn)物按ISO84079規(guī)定的方法用化學溶液反復清洗去除。,page34,2．試驗結果與討論,,冷軋帶鋼,電鍍鋅,熱鍍鋅,同種材料在不同試驗站的腐蝕速率,page35,2．試驗結果與討論,對于熱鍍鋅板，從同種材料的腐蝕情況看，不同試驗站的環(huán)境腐蝕程度是有差異的，其中青島腐蝕性最嚴重，江津次之，武漢的環(huán)境腐蝕性最輕。在對材料腐蝕性的影響的因素中，相對濕度的影響是主要的，江津的相對濕度最高，

27、青島、廣州次之，北京最低，同時高的相對濕度加上大氣污染的影響(如SO2，Cl-)會使腐蝕進一步加劇。與此相反，如果僅有大氣污染而相對濕度低，則腐蝕未必嚴重。北京就是一例，北京大氣中SO2含量高于江津、廣州，但材料的腐蝕最輕，原因就在于北京的相對濕度低。以上腐蝕數(shù)據(jù)的比較是相對的，若要準確推算鍍鋅板10年、20年的壽命，應以鍍鋅板8年或10年的大氣曝曬數(shù)據(jù)為根據(jù)，那時鍍鋅板的腐蝕速率會趨于穩(wěn)定。同理，與國外鍍鋅板耐腐蝕性能的對比也應延后

28、進行。,page36,按ISO9223各試驗站的環(huán)境腐蝕性分級,從結果可以看到，試樣曝曬腐蝕數(shù)據(jù)與按ISO9223中環(huán)境參數(shù)的分級有某種對應關系，這也被其它方面的試驗結果所證實。因此，通過本研究不僅可以說明在以上5個試驗站地區(qū)鍍鋅板的耐蝕性情況，而且可以推廣到其它類似地區(qū)在已知環(huán)境參數(shù)下鍍鋅板腐蝕的大致情況，對指導汽車用材和工程建設選材有重要意義。,page37,2．試驗結果與討論,,,,,,,北京,青島,江津,武漢,廣州,不同材料在同

29、一試驗站的腐蝕情況,page38,2．試驗結果與討論,從同一地區(qū)不同材料的腐蝕數(shù)據(jù)對比中，可明顯地看到鍍鋅板的壽命比碳鋼高30~100倍，熱鍍鋅與電鍍鋅板的耐蝕性是近似的，證實了鍍鋅板的耐蝕性主要取決于鍍鋅層的厚度，而與鍍層的組織結構關系不大。江津地區(qū)電鍍鋅呈現(xiàn)高的腐蝕速率，原因是電鍍鋅的厚度很薄(20/20相當于2.8μm)。一年的曝曬試驗使鍍鋅板表面鋅層腐蝕露出基體，腐蝕速率是鍍鋅層和基板腐蝕速率的迭加。熱鍍鋅板與電鍍鋅板的差別還

30、在于熱鍍鋅與基板之間存在合金層，合金層在鍍鋅層腐蝕后對基板仍有保護作用。,page39,2．試驗結果與討論,從本試驗看，鈍化與未鈍化的試樣在一年曝曬試驗中結果近似，原因是由于鋼廠鍍鋅板表面鈍化層是白色或透明的，鈍化層很薄，即鈍化膜中Cr6+含量很低，鈍化膜實質上只解決鍍鋅產(chǎn)品生產(chǎn)出來后的短期存放和儲運問題。壽命主要還是取決于鍍鋅層厚度。 關于鍍鋅板的表面狀態(tài)(大鋅花、小鋅花和無鋅花)的區(qū)別對鍍鋅板壽命也無重要影響，鍍鋅板的表面狀態(tài)只影

31、響鍍鋅板的后加工性能(如涂漆性)和用戶的喜好。對壽命若有影響也僅是對“孕育期”產(chǎn)生影響。真正對鍍鋅板壽命有影響的因素，除鍍鋅層厚度外，應是合金元素的影響，據(jù)國外報告熱鍍Zn -5Al -Re Galfan和Zn -55Al Galvalume的耐大氣腐蝕性能是鍍鋅板的3~5倍和6~8倍；電鍍鋅鐵和鋅鎳合金的耐大氣腐蝕性能是電鍍鋅的2~3倍和3~5倍。鍍層的出現(xiàn)，在相同耐蝕壽命條件下，合金鍍層厚度大大降低，重量減輕，節(jié)約材料，節(jié)省能耗，同

32、時也改善了鍍鋅板的后加工性能。,page40,試驗結論,① 潮濕時間長和大氣污染(SO2、Cl-等)是產(chǎn)生嚴重大氣腐蝕的必要條件。對所有材料來說，潮濕期、SO2污染及大氣中Cl-含量是產(chǎn)生腐蝕的決定性因素。② 大氣的腐蝕性可按主要環(huán)境參數(shù)或標準試樣一年曝曬的腐蝕數(shù)據(jù)來劃分等級，根據(jù)這兩種方法評定的大氣腐蝕具有一致性。③ 鍍鋅板的耐蝕性明顯優(yōu)于碳鋼，其壽命正比于鍍鋅層厚度，與鍍鋅層結晶結構、是否鈍化、鋅花形態(tài)等關系不大。④ 目前尚

33、沒有一種試驗室加速試驗方法可模擬實際的曝曬試驗，但實驗室研究有助于解釋曝曬試驗現(xiàn)象并從中總結出規(guī)律性的東西。,page41,第二節(jié) 鋼板熱鍍鋅工藝簡介,整體上說，帶鋼連續(xù)熱鍍鋅生產(chǎn)工序分為如下五大部分：原板準備 → 鍍前處理 → 熱鍍鋅 → 鍍后處理 → 成品檢驗簡單的說，帶鋼連續(xù)熱鍍鋅工藝如下：開卷→焊接→清洗→退火→鍍鋅→鍍后冷卻→光整拉矯→ 鈍化→涂油→卷取根據(jù)鍍前處理方法

34、的不同，鋼板熱鍍鋅工藝分為線外退火和線內退火兩大類。,page42,2.1 熱鍍鋅生產(chǎn)工藝發(fā)展,page43,森吉米爾法,森吉米爾法是線內退火最具代表性的例子。波蘭人森吉米爾發(fā)明，并于1931年在波蘭建設了第一套寬度為300mm的連續(xù)帶鋼鍍鋅線。 （1）森吉米爾法的線內退火爐主要包括氧化爐、還原爐。 （2）氧化爐中煤氣火焰直接加熱到450℃左右，燃燒軋制油。 （3）還原爐中保護氣體（H2、N2）還原氧化鐵皮為海綿狀鐵

35、 （4）還原爐加熱帶鋼到700～800℃，完成了再結晶退火。 （5）冷卻段控制適合的帶溫進入鋅鍋（大約480℃）鍍鋅。 （6）因為森吉米爾法產(chǎn)量高，鍍鋅質量較好，所以獲得廣泛的應用。,page44,美鋼聯(lián)法,美國鋼鐵公司于1948年設計并投產(chǎn)的一條熱鍍鋅線。森吉米爾法的一個變種，一個堿性電解脫脂槽取代了氧化爐的脫脂作用。原板：冷軋帶鋼。 電解脫脂 水洗 烘干 還原爐退火 鋅鍋

36、鍍鋅。 （1）可適當降低還原爐中保護氣體的氫含量。 （2）帶鋼經(jīng)清洗后直接進入還原爐加熱，增大了爐子的熱負荷。 （3）這一改進的工藝現(xiàn)已成為目前的主流工藝被廣泛應用。,,,,,,page45,2.2 森吉米爾法與美鋼聯(lián)法的發(fā)展,1965年美國阿姆柯公司發(fā)展了森吉米爾法，稱為改良森吉米爾法。它的主要特點： （1）氧化爐和還原爐用一個截面積較小的過道連接起來，這樣包括預熱爐、還原爐和冷卻段在內的整個退火爐便構成了一

37、個有機的整體。 （2）過道與前后爐子結合為氣體密封性焊接結構聯(lián)接，在預熱爐內采用的空燃比小于1，降低帶鋼的氧化。在接近還原氣氛加熱，故叫做無氧化預熱爐。 （3）帶鋼在無氧化爐加熱過程氧化量很少，經(jīng)過道進入還原爐，過道盡可能將兩段的氣氛環(huán)境分開，并在保護氣體的通入條件下保持前后的爐子壓差，最大限度的將氧化性氣氛被排除在還原爐外。,page46,2.2 森吉米爾法與美鋼聯(lián)法的發(fā)展,近些年，由于用戶對鍍鋅產(chǎn)品的質量要求越來越高，

38、尤其是在汽車制造領域，鍍鋅板被廣泛的應用。相應開發(fā)了烘烤硬化鋼、雙相鋼、相變誘導塑性鋼等新產(chǎn)品，這些產(chǎn)品的強度都很高，在退火時需要有特殊的處理過程來保證產(chǎn)品的性能。因而目前爐子中出現(xiàn)了同連續(xù)退火機組極為相似的過時效段、感應加熱段、控制冷卻段等新的退火工藝。下面為幾個連續(xù)熱鍍鋅機組的示意圖，基于改良森吉米爾法和美鋼聯(lián)法，現(xiàn)在生產(chǎn)高級汽車板和家電板通常有三種工藝：,page47,全輻射管退火爐＋過時效段＋感應再加熱段,,page48,全輻

39、射管退火爐,page49,DFF+輻射管退火爐,page50,3.1 國標－分類 國標GB2518對熱鍍鋅鋼帶和鋼板產(chǎn)品分類方法從不同的角度作出規(guī)定。,第三節(jié) 熱鍍鋅產(chǎn)品定義及分類,CQ級別,page51,鍍鋅板分類,按基板分：冷軋卷板 、熱軋酸洗卷板 按鋅層重量分 ：等厚鍍層、差厚鍍層 、單面鍍層 按表面結構分（國標中僅規(guī)定了四類） ： a、正常鋅花（鋅晶粒經(jīng)自由長大 ，直徑大于4mm ) b、小鋅花（鋅晶粒被

40、人為限制 ，直徑小于4mm ） c、無鋅花（調整鍍液化學成份 ，肉眼不可見鋅花形貌，鋅花直徑小于1mm ） d、鋅鐵合金（鍍鋅后的鋼帶進行熱處理 ，生成鋅與鐵的合金層 ） 注：此外，還有鋅鋁合金，鋁鋅合金產(chǎn)品。,page52,鍍鋅板分類,按表面質量：定量對產(chǎn)品表面進行檢驗分類，國標中分為普通表面、較高級表面、高級表面。,按表面處理：分為鈍化、涂油、磷化、漆封和不處理。,page53,3.2 基板,page54,鋁鎮(zhèn)靜

41、鋼,現(xiàn)在低碳鋼板多用鎮(zhèn)靜鋼。鎮(zhèn)靜鋼就是鋼水在澆注前加入Mn鐵、Si鐵和Al等脫氧劑進行充分脫氧，然后凝固時碳和氧不再發(fā)生化學反應，沒有CO氣泡產(chǎn)生。當鋼中的硅含量較高時，鍍層變厚并形成灰色鍍層，鍍層的粘附性極差，另外硅對鋼材的沖壓性能極為不利；而鋁鎮(zhèn)靜鋼在生產(chǎn)過程中可通過控制氮化鋁的固溶和析出，使鋁鎮(zhèn)靜鋼具有抗時效性和良好的沖壓成型性能，因此一般采用鋁鎮(zhèn)靜鋼作為熱鍍鋅基板。,page55,IF鋼,IF（Interstitial-Fre

42、e）鋼即真空脫C的且添加微細的鈦鈮Al鎮(zhèn)靜鋼，化學成分為碳≤0.003％，錳0.15％～0.30％，氮≤0.003％，并在其中加入Ti或Nb，使鋼中碳、氮原子完全被固定成碳氮化合物(TiCN、NbCN)，則鋼中就無間隙固溶原子存在，這些碳氮化合物在冷軋卷的再結晶退火中不溶解，因此無時效性。,page56,高強鋼,高強度微合金鋼是以Si、Mn固溶強化，并添加少量Ti或Nb通過細化晶粒和析出強化而提高基板的強度。c含量一般都在0.1%左右，

43、Nb含量為0.015-0.05%之間，V的含量在0.08-0.12%之間，Ti的添加量一般在0.10-0.20%之間，其他元素的控制范圍基本上與普通的低合金鋼和軟鋼相同。,page57,高強鋼,固溶強化高強鋼通過添加C、N、P、Si、Mn等元素形成間隙固溶體或置換固溶體起到固溶強化的作用。對于加P高強鋼，P含量<0.1%，其他元素與低碳Al鎮(zhèn)靜鋼和超低碳鋼基本相同。P的固溶強化鋼在高強度下有高的延展性，但是P過高有害于產(chǎn)品性能，如

44、點焊性，而且隨著P含量增加，r值下降，伸長率降低，所以一般加P鋼板的抗拉強度一般不超過440MPa。,page58,高強鋼,高強度IF鋼板是以IF鋼為基板加P強化的熱鍍鋅鋼板，可以作沖壓用的熱鍍鋅鋼板。為了降低二次加工脆性，基板中加入少量的B。高強IF鋼不僅具有IF鋼的優(yōu)異的沖壓性能，而且具有較高的強度級別。,page59,高強鋼,BH鋼板是通過煉鋼和軋制熱處理工藝控制基板中保留10～20ppm的C，鋼板在沖壓加工過程中產(chǎn)生很多可動位錯

45、，加工后烘烤時鋼中的C移動到位錯，形成苛氏氣團和一些極細小的沉淀把位錯釘扎使它不能運動，從而提高了強度。如果采用低碳Al鎮(zhèn)靜鋼生產(chǎn)BH鋼，游離C含量主要是通過調整冷卻條件和進行過時效處理來控制的。其強度級別通常是通過C含量和Mn、P以及Si的含量來控制的。對于最小屈服強度在180MPa至300MPa之間時，C含量大約為0.017～0.4%。超低碳烘烤硬化鋼板是以超低碳鋼為基礎，通過添加微量元素Nb或Ti而制成的烘烤硬化冷軋鋼板，也是

46、兼有優(yōu)良深沖性能和高的烘烤硬化性能的新型優(yōu)質汽車用薄板。 現(xiàn)在熱鍍鋅烘烤硬化鋼板多用超低碳鋼。,page60,超高強鋼,雙相鋼是通過向低碳Al鎮(zhèn)靜鋼中添加Si、Mn、Cr等合金元素， 通過控制鋼的淬透性和退火后快冷速度而獲得的鐵素體和馬氏體共存的雙相組織。其特點是在相當柔軟的鐵素體基體上形成島狀或網(wǎng)狀的馬氏體，還可能有一些貝氏體，產(chǎn)生相變強化。屈服強度在200MPa～600 MPa之間，屈強比為45～70%，即抗拉強度范圍為

47、420MPa～1000MPa。其應變硬化程度表現(xiàn)為n值，對于高強度級別，n值一般在0.18左右，對于低強度級別，n值一般在0.3左右。因此，雙相鋼不僅具有高的應變強化效果，而且還具有優(yōu)異的烘烤硬化效果，并具有高均勻應變量和斷裂應變量。,page61,超高強鋼,TRIP(transformation inducted plastic)鋼即相變誘導塑性高強鋼，通過相變誘發(fā)塑性使鋼板中殘余奧氏體在塑性變形效應下誘發(fā)馬氏體生核，并產(chǎn)生局部硬化

48、，繼而變形不再集中在局部，使相變均勻擴散到整個材料以提高鋼板的強度和塑性。成分以C-Mn-Si合金系統(tǒng)為主，有時可以根據(jù)具體情況添加少量的Cr、V、Ni等合金元素，典型的TRIP鋼C含量為0.1～0.2％，Mn、Si含量一般均為1~2%。組織由50～60％鐵素體、25～40％貝氏體或少量馬氏體和5～15％殘余奧氏體組成。,page62,3.3 鍍層成分,一、有鋅花鍍鋅板目前市場上流通的商用有鋅花熱鍍鋅板均為鋅-鋁-鉛鍍層板。熱鍍鋅作業(yè)

49、時，鋅鍋中含鋁量為0.10～0.24％，可獲得良好的鋅層粘附性；鋅鍋中含鉛量0.05～0.22％可獲得鋅花。目前多用于工業(yè)、民用建筑，趨勢是逐漸被無鋅花產(chǎn)品代替。二、無鋅花鍍鋅板當鋅鍋中鋅液的化學成分控制為含鋁量0.16～0.20％，含鉛量0.005％時，此時生產(chǎn)出的熱鍍鋅板無鋅花，在市場上稱為無鉛熱鍍鋅板。目前多用于汽車工業(yè)、家電行業(yè)。在汽車上的應用主要是歐美汽車業(yè)。,page63,3.3 鍍層成分,三、合金化鍍鋅板鋅鍋中鋅

50、液化學成分為鋁含量0.10～0.13％；鉛含量為0.005～0.22％。其生產(chǎn)過程是通過對熱浸鍍鋅后的鋼板進行退火加熱，使表面的鍍層在510～560℃繼續(xù)進行Zn-Fe擴散反應，直至鍍層表面的純鋅層消失，完全轉化為δ1相的Zn-Fe合金層。鍍層的結構發(fā)生了變化使其性能得到了改善。焊接性能：鍍鋅產(chǎn)品表面的純鋅層在焊接時易揮發(fā)，鋅蒸氣將對電極產(chǎn)生污染，嚴重影響焊接質量，鋅鐵合金層含鐵量在8-12％范圍內，使焊接性能得到較大的改善。涂漆性

51、：鍍鋅產(chǎn)品表面布滿鋅花，使涂漆性變得很差。鋅鐵合金產(chǎn)品在顯微鏡下可以看到表面凹凸不平，有細微疏松和空洞，粗糙度較高，這種麻面可使涂層獲得良好的粘附性。成型性：鍍層的韌性與處理前發(fā)生明顯的變化，進行較復雜的成型加工容易產(chǎn)生粉化。目前多用于汽車工業(yè)和輕工業(yè)。,page64,3.3 鍍層成分,四、鋅鋁合金鋼板鋅鋁合金鋼板國外稱為Galfan是80年代初期，由ILDERD（國際鍍鋅協(xié)會）聯(lián)合8個生產(chǎn)廠家共同研制開發(fā)的新品種。Glfan鋅液

52、化學成分為Zn+Al5％+混合稀土元素0.1％，合金熔點為385℃，浸鍍溫度比鍍鋅板低20℃以上。該產(chǎn)品耐腐蝕性為熱鍍鋅板的2～3倍，可焊性、涂漆性均與鍍鋅板相當。目前多用于工業(yè)、民用建筑。五、鋁鋅合金鋼板該產(chǎn)品也稱為Galvalum是70年代初期由美國伯利恒鋼鐵公司研制開發(fā)的新品種，合金成分55％Al +43.5％Zn+1.5％S。由于鋁含量較高，熱鍍鋅的溫度一般為590～600℃。該產(chǎn)品特點具有較好的耐熱性，可以在500℃環(huán)境

53、下長期工作。在工業(yè)耐腐蝕性為鍍鋅產(chǎn)品的5倍，在鍍層厚度相同的條件下，鹽霧試驗耐蝕性為鍍鋅板的5-10倍?？赏科嵝院秃附有酝冧\板相等，但成型性較差。目前多用于工業(yè)、民用建筑、輕工業(yè)、食品業(yè)等。,page65,第四節(jié) 汽車用熱鍍鋅鋼板生產(chǎn)技術,當前汽車工業(yè)在汽車鋼板用材方面有兩個顯著特點： （1）越來越多地采用高強度的鋼板，使汽車鋼板在保證使用性能的前提下適當減薄，以達到減重節(jié)能、減少廢氣排放保護環(huán)境的目的； （2）大量采用鍍鋅鋼板

54、，增加汽車的耐腐蝕性能，以應對冬季道路撒鹽、環(huán)境對汽車的腐蝕加劇的狀況，提高汽車的使用壽命。,page66,,鍍鋅鋼板有熱鍍鋅鋼板和電鍍鋅鋼板。近年來汽車用的熱鍍鋅鋼板比電鍍鋅鋼板的發(fā)展要快得多，并正逐步取代電鍍鋅鋼板，成為汽車鋼板的主流。熱鍍鋅生產(chǎn)線實質是連續(xù)退火生產(chǎn)線和鍍鋅系統(tǒng)的組合。鋼板通過加熱、保溫和冷卻等一系列熱處理使鋼板具有一定的力學性能，并且使表面有一個鍍鋅所必須的清潔的表面；然后鋼板經(jīng)鋅鍋鍍鋅、氣刀控制鋅層厚度、合金化

55、處理（生產(chǎn)合金化熱鍍鋅鋼板時用）、光整、表面后處理（鈍化或磷化）和涂油等工序完成生產(chǎn)過程。,page67,4.1 汽車用熱鍍鋅鋼板生產(chǎn)技術的重點,①清洗段鋼板清洗技術②退火段高精度鋼板溫度控制技術：―高精度測溫計―高精度控制系統(tǒng)爐內穩(wěn)定操作技術―防止金屬粘輥―防止熱瓢曲③鋅鍋段鋅鍋沉沒輥的長壽技術鍍層厚度均勻技術鋅液成分穩(wěn)定技術鋅渣缺陷防止技術,④合金化爐段高精度合金化控制技術－高精度測溫技術－Zn-Fe

56、相探測器－Zn-Fe相探測系統(tǒng)⑤出口段在線精整在線性能檢測和粗糙度檢測在線缺陷檢測,page68,4.2 汽車用熱鍍鋅鋼板的性能和要求,汽車用熱鍍鋅鋼板有什么與其它應用領域用的熱鍍鋅鋼板不同的特點？,汽車用熱鍍鋅鋼板的加工和對性能的要求,page69,,汽車用熱鍍鋅鋼板的性能和要求:1．成形性能2．焊接性能3．良好的耐腐蝕性4．良好的涂漆性5．良好的表面狀態(tài)、形貌，嚴格的尺寸精度6．足夠的強度和剛度,,page70

57、,成形性能,（1）鍍鋅鋼板在汽車工業(yè)中主要作為沖壓件，成形性是其基本要求，在不同的使用部位要求具有不同的成形級別。（2）更高的成形性要求。（3）熱鍍鋅鋼板的成形性包括整體鋼板的成形性和鍍層的成形性（4）整體板的成形性主要取決于基板的冶金化學成分和生產(chǎn)工藝，但同時熱鍍鋅在線退火過程對其也有相當大的影響，其基本指標為r值（塑性應變比）和n值（加工硬化指數(shù)）。（5）鍍層的成形性主要是指板在承受變形時鍍層抗粉化、開裂、結堆和剝落的能力，

58、它與鍍層本身的延展塑性和鍍層與基體板間的附著力相關，取決于熱鍍鋅工藝本身所決定的鍍鋅層的組成、合金相結構和形態(tài)等因素。,,page71,焊接性能,（1）汽車工業(yè)常需要焊接（點焊）沖壓零件。 （2）熱鍍鋅鋼板在焊接時，受熱易揮發(fā)，焊接電極污染，縮短電極壽命，影響連續(xù)生產(chǎn)。 （3）嚴重影響焊接質量，同時也影響焊接強度。因此要求鍍鋅鋼板具有點焊的連續(xù)打點性，以保證零件的牢固連接和焊接自動工藝加工過程的暢通。一般鍍層厚度越厚，表面

59、硬度越低，其點焊性能越差。,,page72,良好的耐腐蝕性,汽車工業(yè)中采用鍍鋅板主要就是解決腐蝕問題。 （1）汽車的大氣腐蝕。 （2）汽車的縫隙腐蝕和電偶腐蝕等局部腐蝕，最終成為穿孔。 （3）一般而言，熱鍍鋅鋼板的耐蝕性取決于鍍層厚度，厚的鍍鋅層能相應地延長耐蝕壽命，然而過厚的鍍鋅層將不可避免地損害其它的幾項性能指標。,,page73,良好的涂漆性,鍍鋅鋼板與涂漆聯(lián)合使用，一方面可以更進一步地提高其耐蝕性，另一方面可以獲得

60、色彩豐富、光潔漂亮的裝飾性外觀。因而在汽車工業(yè)中要求汽車鋼板具有良好的涂漆粘附性，同時要具有涂漆后的美觀性。這具體表現(xiàn)在易于選擇合適的磷化、鈍化工藝以獲得多孔狀的易于與涂漆實現(xiàn)耦合的預處理轉化膜，以及對電泳底漆和電泳工藝的適應性等。,,page74,良好的表面狀態(tài)、形貌，嚴格的尺寸精度,熱鍍鋅鋼板嚴格的尺寸工差，良好的板形、平坦度和表面一定的粗糙度，一方面可以保證汽車工業(yè)中暢通自動加工過程，滿足沖壓成形工藝、焊接工藝和自動化生產(chǎn)線上機器

61、手的精確操作需要；另一方面好的表面有利于沖壓過程的工藝潤滑和零件表面光潔進而獲得涂漆后的漂亮外觀。,,page75,足夠的強度和剛度,（1）節(jié)能是當今世界工業(yè)的共同問題，汽車節(jié)能最有效的措施即是輕量化對策。（2）汽車工業(yè)的輕量化一方面是通過汽車結構的優(yōu)化設計來實現(xiàn)，但更重要的是大量采用高強度鋼板來減薄其厚度。據(jù)統(tǒng)計，當汽車鋼板厚度減少0.05mm、0.10mm、0.15mm時，車身重量分別減少6%、12%、18%，而車身重量每減少1

62、%，燃料消耗可降低0.6—1%。此外高強度鋼板的使用，還可極大地提高汽車防撞擊的安全性。,,page76,4.3 鋼板熱鍍鋅技術的新發(fā)展,1．機組成高速大型化 出于規(guī)?；a(chǎn)經(jīng)營降低成本的目的和汽車工業(yè)對車身外蓋板寬度達近2000mm的市場需要，90年代以來新建的機組，特別是針對汽車板的機組,其年生產(chǎn)能力大都在30-70萬噸，產(chǎn)品寬度為1600-2000mm，工藝段最高速度達200m/min。機組的高速大型化不僅有利于提升市場競爭力，

63、在一定程度上還可以提高熱鍍鋅鋼板的表面質量。,page77,4.3 鋼板熱鍍鋅技術的新發(fā)展,2．生產(chǎn)系統(tǒng)柔化或專業(yè)化生產(chǎn)系統(tǒng)的柔化和專業(yè)化是一對矛盾，體現(xiàn)出經(jīng)營的兩個極端。 （1）熱鍍鋅生產(chǎn)線的柔化系統(tǒng)往往一線多用，設備系統(tǒng)復雜又齊全，可以生產(chǎn)不同鍍層，不同表面狀態(tài)的產(chǎn)品。 （2）熱鍍鋅生產(chǎn)線的專業(yè)化系統(tǒng)產(chǎn)品專一，可以以高質量的產(chǎn)品贏得大客戶的青睞。我國現(xiàn)有的熱鍍鋅生產(chǎn)線有的盡管產(chǎn)品品種單一，但不是專業(yè)化生產(chǎn)系統(tǒng)。專業(yè)

64、化生產(chǎn)系統(tǒng)的典型代表如NKK福山鋼廠的3號熱鍍鋅線，其產(chǎn)品全部為Zn-Fe合金板。,page78,4.3 鋼板熱鍍鋅技術的新發(fā)展,3．美鋼聯(lián)法熱鍍鋅工藝盛行隨著汽車、家電工業(yè)對熱鍍鋅板質量，特別是表面質量的要求提高，新建熱鍍鋅線中美鋼聯(lián)法逐漸取代了改良森吉米爾法。（1）改良森吉米爾法其退火爐的前段均采用明火加熱，不可避免地會在鋼帶表面殘留一些燃燒積碳灰塵，同時無氧化氣氛在爐內很難達到，兩方面的原因會影響鍍鋅層的附著力和最后的表面質量

65、。（2）美鋼聯(lián)法爐前的電解脫脂可以將表面的殘留油脂和鐵粉屑在爐外完全清理干凈，保證不把臟物帶到退火爐中；同時退火爐全部為輻射管加熱，爐中的還原氣氛能始終保持鋼帶表面的純鐵狀態(tài)直到進入鋅鍋為止，這樣生產(chǎn)出的鍍鋅鋼板其鍍層附著力極佳，保證成形過程中鍍層不會剝落。,page79,4.3 鋼板熱鍍鋅技術的新發(fā)展,4．機組采用塔式爐（立式爐）機組采用塔式退火爐，不僅爐長縮短，適應高速化生產(chǎn)，而且爐輥少，減少了爐輥對鋼帶表面的擦傷和輥壓印，使帶

66、鋼表面等級提高，獲得理想表面質量，同時可以設立爐內外張力的分段控制，促進板形的改善。,page80,4.3 鋼板熱鍍鋅技術的新發(fā)展,5．精確控制鍍層厚度和均勻性 （1）精確地控制鍍層的厚度、均勻性和鍍層表面光潔度是鍍鋅技術中的關鍵問題，其過程的實現(xiàn)是以計算機閉環(huán)控制的先進氣刀和輔以其它的手段。 （2） 氣刀是控制鍍層厚度和均勻性的核心，它是通過調節(jié)氣刀吹氣的壓力、距離、高度、角度等參數(shù)來實現(xiàn)的。 （3）控制

67、鍍層厚度和均勻性的輔助手段：a.鋅鍋中的穩(wěn)定輥和糾正輥。b.噴流式陶瓷感應鍋。,page81,4.3 鋼板熱鍍鋅技術的新發(fā)展,6．有效控制鍍鋅表面狀態(tài)和鍍層組成結構通過鋅液Al、Pb元素的微調和鍍鋅后冷卻方式的改變，可分別獲得大鋅花、小鋅花和無鋅花的不同表面狀態(tài)，以適應不同行業(yè)的需要。比如小鋅花的控制采用法國噴鋅粉的專利技術較以前的噴霧法更為先進可靠。鍍層組成成分和結構的控制在合金化熱鍍鋅板和一些新型深沖鋼板的生產(chǎn)中顯得特別有意義，

68、它可以有效地提高鍍層的深沖成形性。,page82,4.3 鋼板熱鍍鋅技術的新發(fā)展,7．加強后處理在機械處理方面主要是加強光整處理，目前較為流行的做法是采用二輥和四輥兩次光整處理，在光整小鋅花板的生產(chǎn)中尤為重要，這樣不僅可以獲得好的板形，還可以獲得一定的表面粗糙度，滿足汽車工業(yè)的需要?；瘜W處理方法主要是開發(fā)環(huán)保型的無鉻鈍化工藝和改輥式涂油為靜電涂油。另一個引人注目的趨勢是在生產(chǎn)合金化鍍鋅板時，為了改善板在沖壓過程中的潤滑特性，成形時的