钢带连续镀锌技术的发展
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钢带连续镀锌技术的发展. 刘灿楼. 先进金属材料涂镀国家工程实验室 中国钢研集团 · 新冶高科技集团有限公司. 镀锌工艺与装备的发展 镀层新品种 带钢连续 PVD 技术 结语. 1. 工艺和设备. 现代大型连续热镀锌生产线. 镀锌工艺:. 热镀锌机组大型化、专业化:. 上世纪 90 年代以来,新建镀锌机组都具有高产、高速等特点。机组年产设计能力大都在 35 ~ 60 万 t/a ,最高达 70 万 t/a ,产品宽度为 1600mm ~ 2000mm ,工艺段最高运行速度达 200m/min 。

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钢带连续镀锌技术的发展

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钢带连续镀锌技术的发展

  • 刘灿楼

先进金属材料涂镀国家工程实验室

中国钢研集团·新冶高科技集团有限公司


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镀锌工艺与装备的发展

镀层新品种

带钢连续PVD技术

结语


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1.工艺和设备

现代大型连续热镀锌生产线


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镀锌工艺:

热镀锌机组大型化、专业化:

上世纪90年代以来,新建镀锌机组都具有高产、高速等特点。机组年产设计能力大都在35~60万t/a,最高达70万t/a,产品宽度为1600mm~2000mm,工艺段最高运行速度达200m/min。

大型热镀锌机组有多用和专用两类,所谓多用即在一条热镀生产线上设备系统复杂齐全。近年来,钢带连续热镀锌机组和彩涂机组联合生产高效彩涂钢板,钢带连续热镀锌机组和酸洗机组联合生产热轧钢板镀锌产品,机组联合形成一种新现象。


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美钢联法工艺成为主流:

随着热镀锌板被汽车和家电行业广泛采用,对热镀锌板的质量要求也就越来越高,美钢联工艺镀锌受到空前重视。美钢联工艺特点是在钢带进入退火还原炉前,采用碱液电解脱脂清洗系统,可彻底地去除钢带表面油垢和污物,再经炉内全辐射管加热,钢带在浸入锌液之前可获得非常洁净的表面,从而获得基体与锌间的极为优良的粘附性能;与此同时,还可避免了钢带表面燃烧残留物带入锌锅,造成污染锌液,使钢带表面质量恶化。从90年代开始,新建的生产汽车用镀锌板的大型镀锌机组几乎无一例外地都采用了美钢联法镀锌工艺。


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热轧带钢镀锌工艺:

近年来,由于薄板坯连铸和热轧技术的进步,热轧板的最小厚度可以到0.50mm以下,这就促进了热轧板热镀锌的快速发展,产生了酸洗与热镀为一体的生产工艺。传统冷轧板热镀锌工艺为:热轧→酸洗→冷轧退火镀锌→精整。而热轧板热镀锌工艺为:热轧→在线酸洗镀锌→精整。比较两者工艺流程可以看出,热轧板热镀锌工艺简单,成本较低,具有很强的竞争力和很广的发展前景。热轧钢带镀锌主要用于生产建筑用材和钢结构件。与冷轧钢带连续热镀锌生产线相比,热轧钢带连续热镀锌生产线的可镀钢带厚度范围大,最厚可达4mm以上,应用领域广阔。


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热轧带钢镀锌工艺:

采用热轧基板和在线酸洗相结合的方式,可以在节约投资、降低成本的前提下,实现短流程、高产能和低能耗。

无酸洗热轧钢带镀锌工艺,即热轧基板直接进入退火炉,省略酸洗工艺段,将还原炉温度提高到650-750℃,保温时间延长至120-240s,气氛中氢气含量提高到10%以上。在此条件下,由于氧化铁皮的膨胀而产生裂纹和孔隙,氢气有效还原氧化皮,形成Fe和FeO多孔复合层,在浸镀过程中,可有效促进抑制层的生产和Zn层的凝固,从而提高附着力,形成良好的镀层。


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两用生产工艺:

紧凑型热轧/冷轧两用镀锌机组

日新制钢投产的热轧/冷轧钢带连续热镀锌生产线可生产热轧与冷轧镀锌板具有较高的生产效率和更宽广的产品种类。

日新制钢公司2000年投产镀锌生产线流程

1-开卷机;2-焊机;3-入口活套;4-脱脂机;5-退火炉;6-锌锅;7-镀层重量测量;8-合金层出不穷测量;9-光整机;10-拉矫机;11-水挤干器;12-辊涂器;13-出口活套;14-产品检验;15-张力卷取机


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连续热镀锌和退火两用生产线

两用生产工艺:

退火、镀锌两用机组

为提高产线利用率,扩大企业产品范围,部分企业投资建造了退火、镀锌两用机组。


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热镀锌

彩涂

镀彩联合生产工艺:

为了降低较低的成本、减少流动资金、提高生产效率、优化表面质量、增强产品灵活性,国际学者开发建造了镀锌和彩涂联合机组。

镀彩联合生产线


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技术与装备


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技术与装备


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带钢清洗

热浸镀基板用冷轧钢带清洗主要有化学清洗、电解清洗、物理清洗和超声波清洗等,为了适应现代化热镀锌生产线高速生产的需要,往往将上述几种方式进行最佳组合。在组合的各个单元中,清洗污物的重点对象各有差别,各单元完成清洗污物总量的一部分。

最优化清洗制度设计与控制;

低能耗、高功率密度电解清洗装置;

在线精确表面质量检测和闭环控制装置;

节能、环保清洗技术开发;

高效回收装置研究和应用。

趋势:


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带钢清洗:

磁过滤与超滤系统:

为了更好的节约用水、降低碱耗和绿色环保,在各段的循环回流系统上设置了链式磁过滤器,整个清洗段设置超滤系统,可以做到了废液的零排放。

清洗段举例


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带钢清洗:

低能耗、高电流密度电解清洗装置

快速有效的电解清洗的核心条件之一是高电流密度。采用电流密度在100~210A/dm2以上的高电流密度可以保证析出足够量的气泡,既能使油珠机械撕离,又能充分搅拌电解液。新型的高电流密度电解清洗装置主要有:卧式极板液垫型;喷嘴/极板兼容型;辊子缠绕型等。

卧式极板液垫型

喷嘴/极板兼容型

辊子缠绕型


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退火炉:

1.满足机组布置空间结构优化设计;

2.满足各种基板退火工艺的高效退火技术;

3.高效节能环保技术(低NOX排放技术、新型辐射管…)

4.新型加热技术(感应加热…)

趋势:

例如:

1)冷却技术尤其是宽板高速均匀冷却技术;

2)炉体设计和炉温控制优化;

3)余热回收技术;

4)炉鼻中的锌灰处理技术。


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退火炉:

蓄热式辐射管加热技术

与常规式辐射管烧嘴不同,在辐射管蓄热式燃烧系统中,共设两只烧嘴,分别装于辐射管的两端。两只烧嘴轮流工作,当一只烧嘴点燃并正常燃烧时,另一支则处于熄火状态。同时在辐射管的两端分别安装一个陶瓷蜂窝材料制成的蓄热体。

优点:

(1)大幅度降低能耗,节能20%-30%。

(2)烟气中NOx及CO2的排放大幅下降20%-30%,减少环境污染。

(3)辐射管表面温差减少,温度分布均匀,最高温度值降低,提高了炉温的均匀性,延长了辐射管的使用寿命。

辐射管蓄热式燃烧系统原理图


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感应加热技术

感应加热可产生很高的加热速度,从而减少炉长;在来料钢带参数如厚度、宽度等单独或综合变化时,很容易实现炉温控制,保证快速过渡,最大限度地减少产品的头、尾不合格损失;感应加热有利于环保,此工艺不产生氮氧化物或颗粒排放物;感应加热维修费用也低,无易损件,清洁操作,坚固耐用,且结构简单。所以感应加热在热镀锌生产线应用前景广阔。

感应加热的应用可以成为控制连续退火线钢带过渡段加热的有力工具。在热镀锌生产线应用感应圈的部位有:镀锌线前部钢带预热;进入锌锅前给过冷钢带升温;在离开锌锅后,将钢置升温至550℃进行锌层合金化退火等。

热镀锌连续退火炉引入了感应加热过渡段,增加了炉子对镀锌品种变化的适应能力,并对提高炉子的生产能力和成材率十分有利,感应加热过渡段所处位置可根据用户需求放在N.O.F炉之后,还原炉之后或者放在冷却段之后均可。为了缩短退火炉长度,甚至可由感应加热段取代N.O.F炉。为了提高炉子能力或满足用户特殊需要,热镀锌连续退火炉还可全部采用感应加热工艺。


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锌锅装备:

锌锅系统对于高品质、无表面缺陷热镀锌钢板的生产具有重要意义。合理地控制锌池内锌渣数量和尺寸,从而实现无缺陷镀锌钢板的生产。

1)锌渣析出和溶解动力学研究;

2)锌腐蚀机理研究;

3)锌池内Al元素影响研究;

4)锌池内Fe元素影响研究;

5)锌池的温度场和流动场;

6)降低锌渣量的优化措施。

  • 研究的目标:

  • 控制锌池中锌渣量;

  • 减少锌渣黏附;

  • 控制锌渣直径。

机理和工艺:

  • 设计和优化的目标:

  • 优化现有系统;

  • 提高生产效率;

  • 减低成本。

1)在线铝测量装置;

2)三辊系统优化和新型材料开发;

3)流场模拟研究;

4)新型锌锅装置开发。

设备:


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SEM

EDS

XRD

锌锅装备:

三辊系统控制优化和新型辊材应用研究

沉没辊作为一个无传动的转向辊,始终浸没在锌液中,完全靠带钢与辊子表面的摩擦力驱动。锌锅中的沉没辊不断受到锌液侵蚀,其表面平洁度难以保证,导致带钢表面划伤。而且,沉没辊(包括稳定辊)及其支架受锌液的侵蚀后,大量铁元素的溶入影响了锌液纯净度,造成锌渣增多,锌耗增大,对带钢热镀锌的产品质量有较大影响。因此,开发新型辊材具有重要实际意义。

沉没辊新型合金材料浸锌后基体与腐蚀层交界处试验研究


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三辊系统控制优化和新型辊材应用研究

(1)金属材料

1)316L不锈钢;

2)钴基超耐热合金,包括镍铬合金4号、6号和Tribaloy T-800;

3)铁基超耐热合金,包括MSA 2020和MSA 2001。

材料包括:

(2)金属陶瓷涂层

1)热喷涂 WC-Co涂层;

2)激光熔覆碳化物涂层。

(3)陶瓷材料

1)SiAlON,硅铝氧氮聚合材料;

2)MgO-ZrO2,Y2O3-ZrO2;

3)SiC,石墨复合材料。


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新型锌锅系统研发

采用新技术和新设备代替三辊系统。

电磁封流锌锅系统:采用电磁封流方式,没有任何部件浸于锌锅内,钢带垂直由工作锌锅下方进入锌锅完成热浸镀,工作锌锅锌液由磁悬浮装置保持不泄露,由伺服锌锅向工作锌锅循环供锌液。

浮子锌锅系统:利用一对缝状喷嘴,将喷出来的流体以某一角度喷射到带钢上,流体遇带钢后改变方向,此时流体动量发生变化,在浮子和带钢之间的空间产生动压,该动压足够大时带钢即被托起,形成非接触传送。

锌锅锌池流场模拟研究

采用水模和Fluent等工艺模拟方式对锌锅锌池流场进行研究,对于提高镀层表面质量、制定现场加锭方式、完善GA和GI的转换生产控制等方面具有重要意义,尤其是对于消除镀层表面锌渣缺陷、提高高品质钢带质量具有重要作用。


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镀层控制系统:

近年来,钢带连续热镀锌镀层控制装置又有了较大发展,一方面对传统气刀在结构上进行改进,可在线自动调节刀唇间隙,从而改善了沿钢带宽度方向镀层重量分布的均匀性,并降低了锌的消耗。另一方面开发了非气体喷射擦拭法,而采用电磁技术对镀层进行擦拭的方法,取得了良好效果,不仅大大提高了钢带线速度消除空气刀的飞溅现象而且降低了钢带的振动,镀层厚度可降到最低限度。

在线自动调节刀唇间隙示意图

电磁擦拭原理图

电磁力和频率的关系


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镀层控制系统:

  • 采用计算机控制,可以自动跟踪钢带,使气刀喷嘴始终与钢带保持恒定距离,特别是当钢带出锌锅后有摆动现象时,仍能保持钢带两口有很少的厚度偏差。

  • 采用整体框架组装气刀。两把气刀装在一个框架里形成一个整体,生产时只要调好其中一把气刀,即可达到双调整目的,气刀组装调好后放到锌锅处,有准确定位系统,不必再调整,气刀调整精度达1μm。

  • 沉没辊采用陶瓷轴承,使其稳定性、精度及寿命均大大提高,并使气刀与镀锌钢带之间的距离仅为3mm~6mm,气刀距锌液面的距离可调范围大,可获得更加均匀或更薄的镀锌层。钢带运行速度在180m/min以下时,其镀层厚度最薄可达25g/m2(单面),钢带速度在90m/min以下时,其镀层厚度可达12g/m2(单面),可替代某些电镀锌产品,增加了产品竞争力。


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镀层控制系统:

  • 在气刀一端设置专门的刀唇清刷机构,该机构采用0.9MPa~1.0MPa压缩空气射向气刀刀唇,将沾附在刀唇上的锌颗粒除掉而无需停机,仅在镀锌钢带表面留下两道斜痕。该机构有效消除锌液经常堵塞气刀刀缝的麻烦,提高了机组的作业率。

  • 为解决飞溅锌液堵塞气刀刀缝造成停机换刀问题,有厂商将单嘴回转式改为双嘴回转式气刀,当一气刀刀缝被锌液堵塞,马上回转更换另一面气刀,有效提高机组效率。

  • 采用刚性调整刀缝机构以替代液压调整,刀缝一次调好后,生产中不会由于液压压力发生变化或受冲击而使气刀刀缝变化,能确保镀层质量及降低锌耗量。

  • 改进边缘档板设计,机组低速和高速运行采用不同的“档板”,档板更换方便迅速,这种改进边缘档板对防止边部镀层增厚效果更好,气刀系统噪声更低。

  • 全自动的气刀位置调整系统,最新式气刀的位置调整装置设有两套控制系统,慢速打开时为电气控制,快速打开时为液压控制。生产时若钢带有问题,则可快速打开,过后能准确回到原始位置。

  • 在气刀上方设置电磁稳定器,减少带钢在气刀处的抖动,从而改善镀层均匀性


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合金化炉:

合金化炉作为合金化镀层钢板生产的核心、关键设备,其合金化温度和合金化时间决定了镀层中Fe含量及Γ、δ1及ζ相的比例和合金层厚度,进而决定了镀层的抗粉化和耐腐蚀性能,并间接影响了成形性。

热镀锌钢带的合金化处理通过合金化炉完成。合金化炉已由过去用煤气加热改为感应加热,其加热速度快且易调节温度,温度均匀、钢带振动小。合金化炉分为三个部分,即感应加热段、电阻保温段及喷雾冷却段。为控制合金化后镀层的相结构,在其加热段与保温段之间设镀层发射率测定仪,使钢带的合金化层保证在δ1相稳定形成的温度区域之内。在保温段和喷雾段之间设高精度的测温计及发射率测定仪;在钢带冷却后的部位设合金化层相结构传感器,以测定镀层的厚度。


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合金化炉:

在合金化处理装备上,为获取具有良好镀层附着性的相结构和铁含量而开发出镀层均匀化技术和合金化控制技术。

  • 在合金化炉的加热区和保温区之间设置镀层反射因素测定器,以测定镀层表面的合金化程度,并控制钢带温度保持在δ1相稳定形成的温度区间内;

  • 在保温区和喷雾冷却区之间设置高温计和发射率测量器以便同时测量钢带温度和发射率;

  • 经冷却后的钢带在适当的位置设置合金化镀层相结构传感器,以测量镀层中Γ、δ1和ζ等相层厚度及镀层中铁含量;

  • 在气刀和合金化炉入口前以及在镀层相结构测定器之后均设置镀层厚度测定仪。

]。


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后处理:

立式辊涂+快速加热烘干技术(感应加热、近红外加热等)

全自动化的辊涂机可以精确控制涂层精度,与快速干燥技术配合,不仅可以完成常规钝化,还可实现无铬钝化、耐指纹以及自润滑涂层等。

后处理新工艺

磷化处理:进一步改善镀锌钢带表面活性,为其后的深加工创造条件

锌铁合金镀层后处理:合金化的热镀锌钢带,在其表面再电镀上一层铁或铁-锌层,其铁含量达到90%。最后涂以清漆,树脂等有机涂层。

典型的卧式后处理系统

典型的立式后处理系统


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在线质量控制系统

  • 在线缺陷自动检测系统

  • 镀层在线测量及闭环控制系统

  • 在线粗糙度连续检测系统

  • 在线板型检测系统

  • 在线机械性能预测模型

  • 在线机械性能检测系统


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实验室用工艺模拟装置:

卧式:

CRM的Rhesca模拟热镀锌试验线

1-开卷机;2-焊接机;3-入口活套;4-密封机构;5-直接火加热炉;6-辐射管炉;7-急冷段;

8-过时效炉;9-锌锅;10-风冷;11-表面处理;12-出口活套;13-平整机;14-打印机;15-卷取机

(钢带厚度范围:0.1~0.5mm;宽度范围:100~300mm;速度范围:0~70m/min;钢卷直径:内径508mm,外径1500mm;卷重:最大3t)


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实验室用工艺模拟装置:

卧式:

镀层闭环控制技术 镀层重量均匀化技术

擦拭气刀新技术 锌铝锌池管理技术

有效铝控制技术 锌渣控制技术

沉没辊长寿技术 立式锌锅技术

不同镀层品种开发 不同基板的镀锌技术

高效合金化热处理炉

高精度合金化控制技术

Fe-Zn合金相控制技术

高效冷却技术

不同热源(电、气、感应、微波)加热技术

不同炉型还原退火技术 不同镀锌工艺还原退火技术

不同基板还原退火技术 高精密钢带温度控制技术

还原退火炉稳定操作技术 还原退火炉冷却技术

钢带还原退火质量稳定技术

在线检查技术

后部工序技术

在线钝化技术

在线磷化技术

带钢清洗技术

电解清洗

超声波清洗

钢铁研究总院连续卧式热浸镀锌模拟试验机组工艺试验流程图


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实验室用工艺模拟装置:

立式:

浸镀工艺模拟装置


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实验室用工艺模拟装置:

先进金属材料涂镀国家工程实验室自主设计并制造了立式热镀锌工艺模拟试验装置(CAG-2000)。该装置在实验室中可以有效地模拟钢带退火与热浸镀工艺,并为后续热浸镀品种的开发,热浸镀工艺的改善、新钢种可镀性的评估和镀层性能检测及实际近工业化试验研究提供实用、可靠的实验数据。

先进金属材料涂镀国家工程实验室自主开发的工艺模拟试验装置


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2.新品种开发

2.1 汽车用镀层钢板

我国汽车工业发展迅速,在2009年度成为世界汽车产销量第一大国,达到1364万辆,2010年达到1600万辆,这极大促进了我国汽车用涂镀钢板需求。

我国近年汽车量及其镀锌板用量

  • 优异的耐腐蚀性

  • 优异的涂装性

  • 较好的加工特性

  • 良好的成形性

  • 较好的焊接性

车身减重25%,

大幅提高碰撞安全性


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控制露点、退火温度和气氛、适当改变锌液铝含量、调整钢板和锌液温度等

改变氧化方式,降低元素富集,增强浸润性

为满足汽车减重、节能、耐蚀等要求,钢铁工业不断改进和完善生产技术,逐步形成了高强度汽车薄板系列化研发和生产。

采取以炼钢,热轧、冷轧、镀锌主工序工艺系统全流程的解决方案,以获得合格的镀锌产品。

全流程、一贯制


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高强度、超高强度汽车镀层钢板

当前,先进高强度镀层钢板是我国涂镀领域研发的重点和关键点。

Advanced High Strength Steels (AHSS)


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高强度、超高强度汽车镀层钢板

高强度汽车板作为钢铁行业的高端和高附加值产品,是目前国内外钢铁企业竞争的焦点。目前,70%钢板强度一般在300~500Mpa,同时强度等级为600~1500MPa的高强度和超高强度汽车板正在获得更加广泛的应用。GI、GA、AS等热浸镀层钢材在钢铁产品中占有重要份额,是目前产量最大、品种最多、应用最广的一类高效、节能、绿色环保的耐腐蚀材料,在汽车工业中得到广阔的应用。

高品质、高强度汽车镀层板兼具高耐蚀和高强度的特点,将在未来中高档次汽车中得到大量的应用,成为未来汽车用钢铁产品的主要种类。


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经过近20年的持续研发,目前我国钢铁企业已形成品种齐全的汽车镀锌板品种。


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TSK 高强度复相钢产品

×:已连续供货;(×):已具备连续供货能力;D:开发中

部分摘自:Steel Research int.80(2009)No.1及相关资料


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添加CO、NH3避免选择性氧化研究

研究内容:

氧化物种类、形貌、分布及成分研究

基板成分控制

退火

合金元素与炉内气氛关系研究

预氧化机理研究和工艺控制

GA GI AlSi ZAM

……

高强度钢板板形控制优化

氧化物形貌和种类对于浸润性的影响研究

合金元素对于抑制层的影响研究

镀锌

镀层表面处理和涂装性能研究

镀层焊接性能优化研究

HSSIF BH DP TRIP MART

Hot-Stamping

……

表面质量控制

附着性、成型性、耐腐蚀等方面的研究

相结构控制研究

粗糙度与合金化工艺的关系研究

合金化工艺对于力学性能的影响研究

合金化

O5板表面质量控制优化

合金元素与合金化工艺的关系研究

……


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高强度、超高强度汽车镀层钢板

趋势:

  • 进行第三代多相复合钢板热浸镀机理研究;

  • 进行热压成形钢Al-Si镀层、耐高温涂层等研究,并进行应用推广;

  • 高强度、超高强度汽车板用户技术研究,包括激光拼焊,液压成形,热压成形等;

  • 开发商业化1180MPa镀锌钢板,降低成本;

  • 进行TWIP钢工业试验,实现商业化生产;

  • 超高强度汽车板镀层浸润机理研究;

  • 消除高锰汽车板表面元素富集对于表面质量影响。


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GA

GI

ZAM

Al-Si

纯Al

Galvalume

Galfan

2.2 高耐蚀镀层钢板

高耐蚀镀层技术通过延长钢材使用寿命达到降碳、环保的目的,是一种重要的高效节能技术!

我国已可生产的品种

性能对比


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2.2 高耐蚀镀层钢板

Galvalume 高耐蚀镀层

Galvalume是我国发展最快的高耐蚀合金镀层产品。国内自主研发首条NOF炉生产Galvalume家电板生产线的调试成功,标志着我国该类镀层产品的生产技术完全成熟。同时,我国NOF炉Galvalume生产线也出口国外。


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Galfan 高耐蚀镀层

Galfan合金系低熔点Zn-5%Al-混合稀土(<0.01 ),合金在ASTM 标准中采用Zn-5AI-MM 表示。其镀层产品在国际上的通用商品名称叫作Galfan。Galfan镀层的一种突出特征就是没有中间脆性合金层,所以具有良好的成形性。

国际市场中,Galfan产品的有钢卷、镀层扳、镀层钢丝和钢管。裸面的Galfan的典型用途是汽车“内罩 部件,例如:滤油罩、前照灯支架、电气传动装置的罩子和v型皮带轮等。预涂漆的Galfan已成功地用于窗框部件、洗碗碟机的外壳、车库门、房间隔板、废物箱盖和预制的建筑面板等。

Galfan钢板与其它镀层钢板盐雾腐蚀的对比试验可知,GaIIan在相同镀层厚度情况下,其寿命比普通镀锌板高2~3倍 。Galfan的耐腐蚀性介于普通镀锌板和Galvalume之间,有极好的对钢基切边和划伤保护性能。

GI与GALFAN的耐腐蚀性对比


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Zn-Al-Mg 高耐蚀镀层

锌铝镁合金镀层开发历史

  • 上世纪六七十年代美国内陆钢铁公司最早开始锌铝镁合金镀层的实验开发.

  • 上世纪九十年代,日本在锌铝镁合金镀层钢板的研发上做了大量的工作并首先开始了商品化生产。先后开发了商品名为SuperZinc, Super Dyma, Dymazinc 和ZAM等锌铝镁合金镀层钢板,合金成份Al:0.2-11%,Mg:0.1-3%.

  • 近年来欧洲各大钢铁公司也开始了锌铝镁合金镀层钢板的开发.并陆续推出了他们的商品板.


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热镀锌铝镁钢板的特性及应用

与传统的热镀锌钢板相比:

  • 具有更优异的耐腐蚀性能

    • 同等大气环境,相同镀层厚度,使用寿命更长

    • 对切口和缺陷处保护性能更好

    • 耐特殊环境腐蚀性更佳, 如:含Cl离子环境(海洋大气),含氨气等碱性环境(温室大棚).

    • 具有更佳的抗膜下腐蚀性能

  • 具有更好的加工成型性能

    • 镀层硬度比GI高,具有较好的耐擦伤和磨损性,

    • 与GA相比,冲压成型时不易发生粉化和剥落现象

    • 变形弯曲面的耐蚀性由于GI和GF


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几种典型Zn-Al-Mg高耐蚀镀层

ZAM高耐蚀镀层

ZAM高耐蚀镀层是日新制钢于上世纪90年代末开发的,主要成分为Zn-5%Al-3%Mg,耐蚀性为传统锌层(Zn-0.2%Al)的16倍。镀层组织结构:Zn-Al-Zn2Mg三元共晶体为主结构,少数初生Al晶。具有良好成形性和耐蚀性。

DYMAZINC 高耐蚀镀层

新日铁公司于1999年开发成功,主要成分Zn-0.2%Al-0.5%Mg。 DYMAZINC具有优良的耐蚀性,特别适用于盐分危害严重的地区。

镀层结构:Mg2Zn11或MgZn2分布于结晶边界和树枝状结晶间隙。耐切边腐蚀好,加工性较好,适用于建筑材料。由于其外表面硬度大,还可以抵抗成形过程中出现的表面磨损,有利于作为环保及节约资源的涂镀层钢铁制品。


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Super Dyma高耐蚀镀层

Super Dyma 高耐蚀镀层是新日铁于本世纪初开发成功的,主要成分Zn-11%Al-3%Mg-0.2%Si。盐雾试验2000h后,无红锈,超强耐蚀性(super)。优异的耐黑变性和涂装性,成形性良好,适用于家电领域。

使用性能:

★SuperDyma钢板表面耐锈性好于一般的不锈钢板,其弯曲成形、圆筒拉深等部分同样具有卓越耐腐蚀性。

★SuperDyma钢板适用于各种焊接方式,而且具有较强的耐碱性。

★ “SuperDyma”具有出色的漆前处理性,涂漆后的“SuperDyma”的切割面及横切部分少有因腐蚀引起的漆膜脱离,耐腐蚀性能极佳。


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Arcelor Mittal Zn-3.5%Al-3%Mg

Arcelor Mittal 2010年开发,主要针对含Cl离子和氨气环境,具有良好耐穿孔和耐膜下腐蚀性,优异的切边保护性.

Thyssen Krupp Zn-1%Al-1%Mg

Thyssen Krupp2008年开发的,具有良好抗划痕及切边腐蚀性,用于建筑领域彩基板,130g/m2可替代GI 275g/m2

Tata steel Europe Zn-1-2%Al-1-2%Mg

针对汽车板用开发的,替代GA板,具有良好耐蚀性,耐檫伤,不易粉化.焊接性能不如GA板


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其他新型高耐蚀镀层钢板

国外对Zn-15%Al-0.5%Mg、Sn-Zn-Al-Pb、Zn-0.1%Bi 等合金镀层也进行了研究和开发。总之,节约型延寿锌铝镀层研究一直是国内外涂镀领域研究的重点和热点。但是,由于现有镀层产品已经具有较好耐腐蚀性,较低的生产成本和较广的应用空间。所以,新型镀层的开发呈现以下趋势:

1)长寿、节约型锌-铝及其它元素的复合合金镀层仍是研发的主要内容;

2)降低生产成本,减少设备(尤其是三辊系统)的损耗;

3)新型产品必须具有较大的应用空间,并对现有高耐蚀品种提供应用补充;

4)工艺相对简单,可适应现有生产线的工艺和性能。


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3.带钢连续PVD技术

随着我国工业化阶段性转换和产业结构升级的推进,经济发展对科技需求正在迅速扩大。不同领域的多学科交叉融合正在逐步成为技术发展的关键点之一。

在钢铁工业深度结构调整、汽车工业快速发展、节能减排与新兴能源产业战略地位愈加突出的大背景下,金属带材连续真空镀膜技术作为可以同时满足多领域新材料需求的制造技术,具有绿色、环保、节能、灵活等优点,日益成为钢铁、汽车、新能源等产业的技术创新重点。


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3.带钢连续PVD技术

带钢连续真空物理气相沉积(PVD,PhysicalVaporDeposition),是指在真空条件下,通过高温加热金属或化合物靶材使之蒸发成气相,或通过电子、离子、光子等荷能粒子的能量从金属或化合物靶材溅出相应的原子、离子或分子(气态),或通过等离子体弧的高温和电场效应使靶材气化并电离,使气态的靶材或其反应产物在以一定速度运行的带钢表面上连续沉积成固相膜。

物理气相沉积能量转换

PVD镀膜设备

PVD沉积演示


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Image: Sharp

1%

Image: Schüco

Image: Grammer

1-10 kWp

10-100 kWp

> 100 kWp

13%

地面系统 屋顶系统

27%

49%

Image: Solarwatt

Image: BP

10%

Image: Geosol

Image: Geosol

Image: Geosol

应用:光伏发电

应用例:

德国光伏市场

——建筑光伏是主体

带材连续真空镀膜带材是作为建筑光伏背板的最佳材料。


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中国光伏产业链集中在中游制造环节,缺乏高效率原料供应技术

60%

3500

月)

3000

50%

6

2500

40%

2000

30%

MW

2009

1500

20%

1000

10%

毛利率(

500

0

0%

硅材料

硅片

电池

组件

系统

  • 中国是传统资源匮乏的国家,但太阳能资源全球第2

  • 制约中国市场发展的是发电成本和国内产业链的成长情况

中国已经成为世界太阳能电池的第一大生产国,作为光伏产业的核心设备,包括单晶硅、多晶硅在内晶体硅电池占90%以上的市场份额。带材连续真空镀膜工艺是光伏产业高效率原料供应技术。


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应用:光热发电

光热发电(Concentrating Solar Power,CSP )系统造价远低于光伏发电,是二十年来被实践证实可行的应用方案。聚光热发电(CSP)——基板为铜板或铝板,上面采用连续真空镀膜技术根据不同的基板镀覆不同的膜系材料,镀陶瓷-金属镀层,用于反射或收集太阳热能。


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应用例:

美国-内华达一号

美国内华达太阳一号太阳能聚光热发电厂于2007年投产,位于内华达州莫哈韦沙漠。该发电厂占地250英亩,拥有18.2万块凹面镜。凹面镜组成的太阳能槽式设备将太阳的能量聚焦在位于镜子焦点上的不锈钢接收器管,而钢管内装有可流动的油等传热液体,在高温作用下油的温度升高至750华氏度,巨型的散热器吸收其中的热量给水加热产生蒸汽,蒸汽带动高压驱动涡轮机和发电机运转,从而产生电能。这座发电厂每年可产生6400万瓦特,足够供1.4万户家庭使用。即使在没有太阳的夜晚,采用熔融盐储存热量的方法,也能解决全天候的供电问题。


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应用例:

中国--北京延庆聚光热太阳能发电站

北京延庆聚光热太阳能发电站有100多面定日镜,电塔高度100余米,预计2011年建成投产。投产后,年发电量195万度,可供3250户居民用电,将并入华北电网。在我国太阳能资源每年每平方米超过1900千瓦时的地区,建立30兆瓦—100兆瓦的槽式聚光热发电站,前景将十分广阔。从成本和效果来看,该系统最适合大规模的集成式应用。金属带材连续真空镀膜工艺是生产低成本的光热聚焦设备的最适宜工艺方法。


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3.带钢连续PVD技术

关键工艺和技术

所涉及的相关

领域和学科

化学清洗

电解脱脂

化学分析、固体表面与界面、薄膜的晶体结构、清洁表面结构、表面张力与表面自由能、表面扩散、薄膜中的电迁移现象、金属的钝化、腐蚀与防护等等

入口段

张力调节

速度控制

速度控制

张力控制

带材光整

界面钝化

出口段

镀层检测

连续真空

镀膜生产线

质量控制


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稳定真空

真空除气

所涉及的相关

领域和学科

沉积镀膜

张力控制

关键工艺

和技术

厚度控制

压力调节

金属学、金属物理化学、化学分析、溅射原理、蒸镀机理、固体表面与界面、薄膜的晶体结构、金属表面结构、液态表面张力与表面自由能、金属与非金属表面扩散、金属凝固、机械原理、自动化控制等等

宽度控制

逐级升压

表面活化

张力调节

温度控制

界面清洁

生产能力

带材预热

气氛调节

镀层质量

界面控制

张力调节

系统控温

连续真空

镀膜生产线

3.带钢连续PVD技术


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3.带钢连续PVD技术

总之,带材连续真空镀膜技术既是应用广泛的工程技术,又是一门各学科交叉的边缘学科,内容涉及金属学、真空技术、薄膜物理、机械设计与制造、电磁学、自动控制技术等多学科技术。因此,进行本项目工作,不仅可以引领真空镀膜技术与工艺、薄膜制备技术、薄膜设备及工艺等技术的发展,还可以促进汽车、钢铁、新能源等行业的技术发展,为产业结构调整和减排目标的实现,奠定良好的理论与实践基础。


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结 语

我国涂镀层钢板产品结构调整将不断深入,新产品开发和产品品种质量将不断加强。我国涂镀钢板技术主要体现为涂镀产品性能的功能化、多样化,工艺流程技术的不断创新,涂镀装备的日益专业化和日益深入的用户技术的研究。


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谢 谢


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