低鋁型熱鍍鋅鋁鎂鍍層鋼板生產(chǎn)技術(shù)探索

金永清，尹紅國

(攀鋼集團攀枝花鋼釩有限公司冷軋廠，四川 攀枝花 617000)

0 前 言

鋼材在大氣環(huán)境中極易發(fā)生腐蝕，從而降低其強度和硬度等力學性能，縮短使用壽命。而經(jīng)過熱浸鍍處理的鋼材會在表面產(chǎn)生致密的鍍層，大幅提高鋼材的耐蝕性能，延長其使用年限。根據(jù)鍍層類型，熱鍍鋼板主要分為GI/鍍鋅、Galfan/鍍鋅鋁、Galvalume/鍍鋁鋅硅以及鍍鋅鋁鎂等[1-3]。

鋅鋁鎂鍍層鋼板具有優(yōu)良的耐蝕性[4]，有利于降低鍍層重量，減少鋅的消耗，具有較高的社會效益和推廣應用價值。日本及歐洲的鋼鐵公司相繼開發(fā)了多種鋅鋁鎂鍍層產(chǎn)品，并已經(jīng)實現(xiàn)了商業(yè)化生產(chǎn)[1,5,6]。近年來，國內(nèi)寶武集團、酒鋼、唐鋼、首鋼均開始了鋅鋁鎂鍍層鋼板商業(yè)化生產(chǎn)，并在汽車、家電、光伏建筑、畜牧業(yè)等領域進行大力推廣。隨著人們對鋅鋁鎂鍍層的優(yōu)異綜合性能認識的深入，鋅鋁鎂鍍層產(chǎn)品已被業(yè)界認為是最具發(fā)展?jié)摿Φ母吣臀g鍍層鋼板[7]。根據(jù)鋁含量高低，現(xiàn)有商業(yè)化鋅鋁鎂鍍層鋼板被分為3類：低鋁型(1%≤wAl≤5%)、中鋁型(6%≤wAl≤13%)和高鋁型(47%≤wAl≤57%)。其中低鋁型鋅鋁鎂鍍層鋼板具有良好的耐蝕性、成形性和焊接性，滿足家電及汽車加工需求。

攀鋼熱鍍鋼板主要定位于家電板。為拓展家電板新品種，攀鋼進行了低鋁型鋅鋁鎂鍍層鋼板的研究和開發(fā)，通過了知名家電企業(yè)認證，實現(xiàn)了商品化生產(chǎn)。

1 機組簡介

1.1 工藝流程

攀鋼2號熱鍍鋅機組生產(chǎn)熱鍍鋅鋼板的工藝流程：上料→開卷→焊接→入口活套→電解脫脂清洗→退火爐→鍍鋅→氣刀→鍍后冷卻→光整→拉伸彎曲矯直→無鉻鈍化→出口活套→涂油→卷取→下線。

1.2 產(chǎn)品參數(shù)

攀鋼熱鍍鋅鋁機組產(chǎn)品參數(shù)如表1所示。

表1 攀鋼熱鍍鋅機組產(chǎn)品參數(shù)

1.3 機組裝備特點

1.3.1 清 洗

采用包括堿浸泡、堿刷洗、電解清洗、熱水刷洗和熱水漂洗等多級清洗，循環(huán)系統(tǒng)采用多級過濾和恒溫加熱裝置，清洗效率高，保證帶鋼以清潔的表面狀態(tài)進行退火和鍍鋅。

1.3.2 退 火

采用美鋼聯(lián)法生產(chǎn)工藝的全輻射管立式退火爐，由輻射式預熱段(PHF)、輻射管加熱及均熱段、冷卻段、均衡段、轉(zhuǎn)向輥段和爐鼻子組成。燃燒系統(tǒng)采用“W”型輻射管、高效換熱器、分區(qū)加熱和推拉式燃燒系統(tǒng)等先進裝備和技術(shù)，保證高效均勻加熱。爐內(nèi)通過凸度輥、帶鋼對中裝置(CPC)以及爐內(nèi)攝像監(jiān)控(ITV)綜合控制，防止帶鋼跑偏，確保帶鋼穩(wěn)定運行。爐尾采用可控濕度的排渣爐鼻子，減少爐鼻子內(nèi)鋅灰，并保證爐鼻子內(nèi)鋅液面清潔，減少條鋅等缺陷，提高產(chǎn)品表面質(zhì)量。

1.3.3 熱鍍鋅

鍍鋅設備由雙鋅鍋及移行系統(tǒng)構(gòu)成，以便于產(chǎn)品鍍層類型的快速切換。普通鍍鋅鍋和鋅鋁鎂鍋均采用陶瓷感應鋅鍋，各配備有2個500 kW射流感應器。

氣刀由德國杜馬公司制造，采用徑向旋轉(zhuǎn)器、電磁穩(wěn)定系統(tǒng)、感應邊緣擋板、角度調(diào)節(jié)裝置、刀鋒自動清潔和多腔均壓等系統(tǒng)及技術(shù)，通過高精度鍍層測厚儀配合，保證鍍層的精確度和均勻性。氣刀配備壓縮空氣風機和氮氣氣源，根據(jù)產(chǎn)品需求快速切換氣源，保證產(chǎn)品質(zhì)量。

1.3.4 鍍后處理

光整機為四輥式液壓壓上式，最大軋制力800 t，最大延伸率2%，采用600 mm和450 mm雙工作輥輥徑系統(tǒng)，配備濕光整和高壓水洗輥系統(tǒng)，有利于改善帶鋼的表面質(zhì)量、均勻性和和力學性能；拉矯機采用兩彎一矯，最大延伸率2%，提高帶鋼板形。鈍化段配備2套輥涂機，可實現(xiàn)不同鈍化產(chǎn)品快速切換，固化系統(tǒng)采用感應+熱風烘干裝置，實現(xiàn)帶鋼表面涂層快速加熱和固化，保證膜厚性能。涂油機采用愛爾靜電涂油機，靜電高壓70 kV，可實現(xiàn)帶鋼表面300～2 000 mg/m2均勻涂油。

2 攀鋼低鋁型鋅鋁鎂產(chǎn)品的開發(fā)歷程

2.1 產(chǎn)品表面質(zhì)量

攀鋼熱鍍鋅鋁機組于2019年開始低鋁型鋅鋁鎂鍍層產(chǎn)品試制。通過對關鍵工藝技術(shù)的優(yōu)化，消除了鋅流紋、條鋅、胡須紋等頑固質(zhì)量缺陷，產(chǎn)品實物質(zhì)量不斷改善。產(chǎn)品現(xiàn)已通過知名家電企業(yè)空調(diào)整機測試并正式供貨。開發(fā)期間共生產(chǎn)1.8萬余t鋅鋁鎂鍍層產(chǎn)品，I組品率[高表面質(zhì)量(一組品表面)產(chǎn)品占總產(chǎn)量的比例]達到88%，成材率96.1%，基本達到成熟產(chǎn)品的技術(shù)水平。

2.2 產(chǎn)品力學性能

攀鋼低鋁型鋅鋁鎂鍍層產(chǎn)品目前主要開發(fā)了DX52D、DX53D鋼鐘，其力學性能見表2、表3。從表2、表3可知，攀鋼鋅鋁鎂鍍層產(chǎn)品的力學性能達到標準范圍，具有較好的沖壓成型性能，滿足家電用戶制造加工需求。

表2 攀鋼(DX52D)鋅鋁鎂鍍層產(chǎn)品的力學性能

表3 攀鋼(DX53D)鋅鋁鎂鍍層產(chǎn)品的力學性能

2.3 中性鹽霧耐蝕性能

圖1為普通鍍鋅產(chǎn)品和鍍鋅鋁鎂產(chǎn)品中性鹽霧對比試驗結(jié)果。由圖1可見，100 g/m2鍍層的熱鍍鋅鋼板在144 h出現(xiàn)紅銹，116 g/m2鍍層的鋅鋁鎂鋼板經(jīng)過1 656 h出現(xiàn)紅銹。經(jīng)加權(quán)計算，鋅鋁鎂鍍層鋼板中性鹽霧耐腐蝕性是鍍鋅板的8～10倍，表明攀鋼開發(fā)的鋅鋁鎂鍍層板具有優(yōu)良的耐腐蝕性能。

圖1 熱鍍鋅板和鋅鋁鎂板中性鹽霧試驗對比

2.4 涂裝性能

攀鋼開發(fā)的鋅鋁鎂鍍層產(chǎn)品在海爾、長虹、美的、格力等家電廠進行了涂裝測試，經(jīng)外觀、百格試驗和色差等檢測，攀鋼鋅鋁鎂鍍層產(chǎn)品的涂裝性能良好。同時，攀鋼鋅鋁鎂鍍層產(chǎn)品還在多條彩涂線上進行了工業(yè)試驗，彩涂產(chǎn)品的T彎、沖擊、色差等性能均達到標準要求，質(zhì)量和性能穩(wěn)定。

3 關鍵工藝及控制探討

攀鋼低鋁型鋅鋁鎂鍍層產(chǎn)品開發(fā)初期，產(chǎn)品表面頻繁出現(xiàn)條鋅、鋅流紋、馬蹄印等缺陷，影響產(chǎn)品質(zhì)量。上述缺陷主要與鍍液中鎂元素易氧化特性相關，帶鋼表面鍍液氧化后流動性下降，導致產(chǎn)生上述鍍層缺陷。為解決上述鍍層缺陷，攀鋼對清洗、帶鋼入鋅鍋溫度、鍍液成分、鍍液溫度和氣刀參數(shù)等關鍵工藝進行了研究和優(yōu)化。

3.1 清洗工藝

對于合金鍍層鋼板而言，鋼板入鋅鍋前的表面清潔度問題不僅影響著鍍層附著性，還可能產(chǎn)生表面質(zhì)量問題，如漏鍍、鋅粒、鋅疤等。鋅鋁鎂鍍層鋼板的生產(chǎn)更因鍍液中含鎂對板面清潔度有更嚴格的要求。攀鋼2號熱鍍鋅機組采用“浸泡+刷洗+電解脫脂等”多級復合式清洗工藝，在鋅鋁鎂鍍層鋼板的生產(chǎn)中對清洗劑濃度和清洗溫度進行了優(yōu)化，提高了清洗效率，使清洗后表面殘余物小于15 mg/m2。保證帶鋼以清潔的狀態(tài)進入退火爐和鋅鍋，防止出現(xiàn)鋅層附著力和條鋅等表面質(zhì)量不佳等問題。

3.2 鍍液成分、鋅鍋溫度及帶鋼入鍋溫度

攀鋼熱鍍產(chǎn)品主要定位于家電產(chǎn)品，低鋁型鋅鋁鎂鍍層產(chǎn)品不僅具有優(yōu)良的耐蝕性、涂裝性和焊接性，同時鎂元素還起到細化晶粒并減薄合金層厚度的作用，有利于提高鍍層加工成型性能，是家電板最佳的升級換代產(chǎn)品。因此，攀鋼鋅鋁鎂鍍層采用鋁含量1%～3%，鎂含量1%～2%為主要元素的鍍液配方。

鋅鍋工作溫度通常比合金熔點溫度高50 ℃左右，鋅鍋溫度過高，容易造成爐鼻子內(nèi)鋅灰量增加，產(chǎn)生漏鍍、條鋅等缺陷，同時還會使合金鍍層變厚導致其加工性能下降；鋅鍋溫度過低，會影響鍍液流動性，導致鍍鋅不良而產(chǎn)生鋅流紋、馬蹄印等缺陷。鋅鋁鎂鍍層實際生產(chǎn)中為解決鎂氧化后鍍液流動性不足問題，宜將鋅鍋溫度控制在430～440 ℃。

適當提高帶鋼的入鋅鍋溫度有利于Al - Fe中間層形成，抑制脆性合金層厚度[8]，提高鍍層加工性能；同時還可維持鍍液溫度和流動性，提高產(chǎn)品產(chǎn)量，降低鋅鍋感應器功率，節(jié)約成本等。因此，根據(jù)帶鋼厚度不同選擇入鋅鍋溫度高于鍍液溫度10～30 ℃。

3.3 氣刀控制

氣刀是鍍層重量和表面質(zhì)量的重要控制環(huán)節(jié)。氣刀噴吹的氣體起著刮鋅和均勻鍍層的作用，但同時不可避免地對鍍液起著氧化和冷卻作用，從而使鍍液黏度增大，流動性降低，導致鋅流紋、馬蹄印等鍍層缺陷。鋅鋁鎂鍍層生產(chǎn)中采取減小氣刀唇隙和距離、降低氣刀高度、提高機組速度、采用氮氣氣源等措施，都有利于減小氣刀吹氣量和鍍液氧化，提升產(chǎn)品質(zhì)量。

4 結(jié) 論

(1)通過合理控制清洗工藝、帶鋼入鋅鍋溫度、鋅鍋溫度、鍍液成分、氣刀等工藝，攀鋼成功開發(fā)出表面質(zhì)量良好的鋅鋁鎂鍍層產(chǎn)品，并在家電制造和彩涂中得到成功應用。

(2)中性鹽霧對比試驗結(jié)果表明，攀鋼生產(chǎn)的低鋁鋅鋁鎂鍍層產(chǎn)品耐腐蝕性能遠高于普通熱鍍鋅產(chǎn)品。鋅鋁鎂產(chǎn)品的開發(fā)對于提高鋼板耐腐蝕性能具有重要意義。

(3)鋅鋁鎂鍍層鋼板生產(chǎn)的難點在于表面易產(chǎn)生條鋅、鋅流紋、馬蹄印等缺陷，通過提高清洗效率、優(yōu)化帶鋼入鋅鍋溫度、鋅鍋溫度和減少氣刀對鍍液的氧化和冷卻，有利于提升產(chǎn)品表面質(zhì)量。