1 涂鍍產(chǎn)品現(xiàn)狀

    1.1 我國(guó)涂層產(chǎn)品現(xiàn)狀

    國(guó)內(nèi)涂層產(chǎn)品主要是鍍鋅或者鍍鋅合金基板涂以底漆，然后進(jìn)一步涂覆具有不同功能的面漆形成不同用途的涂層板。除了普通的建筑、家電用涂層板外，還有部分功能性涂層板。譬如自潔板、抗靜電板、家電環(huán)保彩涂板、抗菌板、電磁噪聲屏蔽板、熱輻射板等。彩涂板類型及用途見圖1。

    1.2 我國(guó)鍍層產(chǎn)品現(xiàn)狀

    我國(guó)鍍層產(chǎn)品經(jīng)過20多年的發(fā)展，形成了比較齊全的產(chǎn)品系列。國(guó)內(nèi)鍍鋅和鋅合金鍍層產(chǎn)品包括熱鍍鋅GI、GL、GF、AlSi和電鍍鋅EG產(chǎn)品，以及代表熱鍍鋅技術(shù)水平的熱鍍鋅合金外板、熱鍍鋅先進(jìn)高強(qiáng)鋼產(chǎn)品、汽車家電用自潤(rùn)滑和磷化板等已經(jīng)形成批量供貨能力，熱鍍鋅產(chǎn)品最高抗拉強(qiáng)度已達(dá)到1180MPa。但是合金鍍層產(chǎn)品比例仍然很低，主要是GI和GA為主。

    我國(guó)鍍層高強(qiáng)鋼產(chǎn)品等級(jí)及強(qiáng)度見表1。

    2 涂鍍技術(shù)現(xiàn)狀

    2.1 我國(guó)涂層技術(shù)現(xiàn)狀

    涂鍍技術(shù)是指采用熱涂鍍、電鍍、有機(jī)、無(wú)機(jī)涂層和多種后處理工藝生產(chǎn)高附加值鋼鐵產(chǎn)品的生產(chǎn)技術(shù)。涂鍍技術(shù)在節(jié)省資源和能源、減少排放和保護(hù)環(huán)境、促進(jìn)人類和自然和諧發(fā)展等方面起到了重要的作用。目前我國(guó)彩涂主要采用輥涂+烘干的形式，主要有三種工藝類型，具體情況見圖2和表2。

    2.2 我國(guó)鍍層技術(shù)現(xiàn)狀

    1）熱鍍鋅技術(shù)現(xiàn)狀

    熱鍍鋅工藝技術(shù)主要分為：森吉米爾法、改良的森吉米爾法和美鋼聯(lián)法3種。森吉米爾法和改良的森吉米爾法工藝簡(jiǎn)單，產(chǎn)品成品低，但是由于采用火焰直接加熱，雖然能燒掉鋼板表面的軋制油，但影響帶鋼表面質(zhì)量，也不利于生產(chǎn)薄規(guī)格產(chǎn)品。美鋼聯(lián)法在退火爐前設(shè)置清洗段，采用電解脫脂，可將鋼帶表面油污全部除掉，另外該工藝采用全輻射管退火爐，鍍鋅層表面質(zhì)量較好。該工藝雖然復(fù)雜，熱效率低，但是可以生產(chǎn)表面質(zhì)量更好、厚度更薄的熱鍍鋅鋼板。

    目前國(guó)內(nèi)熱鍍鋅技術(shù)主要集中在汽車高強(qiáng)鋼和合金化鍍層技術(shù)，如先進(jìn)高強(qiáng)鋼DP和Q&P退火技術(shù)、GA合金鍍層技術(shù)、AlSi熱成型鋼技術(shù)等。

    2）電鍍鋅技術(shù)現(xiàn)狀

    目前國(guó)內(nèi)有近20條EGL生產(chǎn)線，其中大部分采用重力法生產(chǎn)工藝，主要技術(shù)為Zn-Ni合金電鍍、鋅基復(fù)合電鍍、 Zn-Ni合金基復(fù)合電鍍、 Zn-Fe合金基復(fù)合電鍍、 Zn-Co合金基復(fù)合電鍍等。從陽(yáng)極板的選擇來分，又分為可溶性陽(yáng)極和不溶性陽(yáng)極。電鍍鋅工藝類型見表3和圖3。

    3）涂鍍技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

    隨著社會(huì)的進(jìn)步和發(fā)展以及人們對(duì)于環(huán)境、資源等可持續(xù)發(fā)展的要求越來越高，開發(fā)新型節(jié)能、環(huán)保、功能化的高性能涂鍍產(chǎn)品已經(jīng)成為未來鋼鐵行業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)。

    3.1 連續(xù)涂層技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

    1）功能化涂層

    涂層產(chǎn)品通常會(huì)根據(jù)客戶的要求具有特殊的質(zhì)量、性能，如可成形性、可焊接性、可涂覆性、耐腐蝕性或者裝飾性等。這些特殊的性能是通過對(duì)鍍層鋼板再進(jìn)行有機(jī)或者無(wú)機(jī)的處理后實(shí)現(xiàn)或者得以加強(qiáng)的。

    韓國(guó)鋼鐵企業(yè)在家電和建筑領(lǐng)域，開發(fā)了如黑色樹脂涂層、紫外光固化材料（UV）、彩色鍍層鋼板等各種具有高級(jí)功能的涂鍍層鋼板，正在陸續(xù)推向市場(chǎng)，很好地應(yīng)對(duì)了來自鋁、鎂、塑料、復(fù)合材料的競(jìng)爭(zhēng)。國(guó)外許多的公司和研究機(jī)構(gòu)正在致力于擴(kuò)大涂層板應(yīng)用領(lǐng)域，如將彩涂板應(yīng)用到太陽(yáng)能電池領(lǐng)域。

    2）連續(xù)粉末涂層技術(shù)

    粉末涂層技術(shù)主要是為了去除傳統(tǒng)涂料的有機(jī)溶劑，降低VOC。粉末涂層工藝分為靜電法、云霧室法和電磁刷法，其中電磁刷法還未用于商業(yè)生產(chǎn)，見表4。粉末涂層技術(shù)生產(chǎn)的產(chǎn)品涂膜厚度、色調(diào)、光澤均勻，耐劃傷、抗腐蝕、抗粉化、抗褪色性好，涂料中沒有溶劑，也沒有熱固黏結(jié)劑，無(wú)爆炸及火災(zāi)隱患，是環(huán)保安全的彩涂工藝。

    3.2 連續(xù)熱鍍鋅技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

    3.2.1減量化高耐蝕合金鍍層

    為了減少鋅的消耗，提高產(chǎn)品耐腐蝕性以延長(zhǎng)涂鍍產(chǎn)品的使用壽命，開發(fā)新的鋅鋁合金鍍層已成為新的研究熱點(diǎn)。采用其他鍍層產(chǎn)品，譬如熱鍍鋁硅產(chǎn)品、熱鍍鋅鋁鎂合金鍍層板是繼熱鍍鋅板、熱鍍鋁鋅板之后全新的一代鋅基合金鍍層鋼板。國(guó)際上熱鍍Al-Si、Zn-Al-Mg-Si、Zn-Al-Mg-Mn等鍍層產(chǎn)品研發(fā)與工業(yè)應(yīng)用已取得較大進(jìn)展。如歐洲、北美熱沖壓用鋼使用迅速增加，熱鍍Al-Si產(chǎn)品以其較好的熱沖壓匹配性能已經(jīng)用于汽車零件熱沖壓制造，未來這種汽車板在汽車上的應(yīng)用比例將大幅提高。我國(guó)華菱安賽樂米塔爾汽車板有限公司（VAMA）、馬鋼和唐鋼等已生產(chǎn)出熱鍍鋁硅產(chǎn)品。

    鋅鋁鎂鋼板在日本和歐洲已經(jīng)商用多年，這種鍍鋅板具有較高的耐蝕性能，除了適合建筑裝飾用外，在汽車車身構(gòu)件制造中也能發(fā)揮鍍層優(yōu)異的沖壓和耐蝕性能，市場(chǎng)應(yīng)用前景較好。我國(guó)鋅鋁鎂產(chǎn)品剛剛起步，僅酒鋼和鞍鋼新軋-蒂森克虜伯鍍鋅鋼板有限公司等少量企業(yè)生產(chǎn)。世界主要鋼鐵公司開發(fā)的鋅鋁鎂產(chǎn)品見表5。鋅鋁鎂產(chǎn)品主要用于家電、建筑以及汽車行業(yè)，見圖4。

    3.2.2先進(jìn)高強(qiáng)鋼可鍍性技術(shù)

    先進(jìn)高強(qiáng)鋼鍍鋅產(chǎn)品中合金元素含量相比普通高強(qiáng)鋼高很多，尤其是Mn、Si等。在連續(xù)熱鍍鋅生產(chǎn)線再結(jié)晶退火過程中，這些合金元素優(yōu)先發(fā)生氧化，鋅液與氧化部分的浸潤(rùn)性變差，在鍍鋅時(shí)容易出現(xiàn)漏鍍，降低涂層質(zhì)量。為了解決這一問題，一般采用預(yù)氧化、閃鍍鎳、內(nèi)部氧化等生產(chǎn)工藝（圖5）。

    預(yù)氧化：在退火爐的預(yù)熱段（或加熱段）設(shè)置預(yù)氧化段，讓鋼板在氧化性氣氛中加熱，表面形成200-300nm厚的氧化層，抑制易氧化的合金元素過度氧化。然后在還原性氣氛中利用氫將氧化物還原，保證帶鋼表面沒有氧化物。

    閃鍍鎳：在清洗段和退火爐之間設(shè)置鍍鎳段，防止在退火爐中合金元素析出和氧化，提高基體和鋅液的浸潤(rùn)性。

    3.2.3鍍層精確控制技術(shù)

    為了實(shí)現(xiàn)鍍層精確控制，國(guó)內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)在氣刀技術(shù)上進(jìn)行了很多實(shí)驗(yàn)室嘗試并取得了一定的研究成果。在鍍鋅生產(chǎn)線氣刀上方安裝電磁穩(wěn)定系統(tǒng)，除了能有效減少鍍層過厚和改善鍍層均勻性外，還可以獲得更薄的鍍層，例如35-40g/m2（單面）的GA鍍層，或者更高的生產(chǎn)速度。對(duì)于連續(xù)熱鍍鋅生產(chǎn)線，通過安裝電磁穩(wěn)定系統(tǒng)，一年可以節(jié)省15%的鋅。

    另外，為了提高熱鍍鋅機(jī)組生產(chǎn)效率，在高速生產(chǎn)時(shí)獲得更低的鍍層重量，國(guó)外開發(fā)了多縫氣刀。這種氣刀有一個(gè)主噴嘴和兩個(gè)傾斜的輔助噴嘴，在帶鋼和氣刀間距比較大時(shí)，輔助噴嘴可以幫助主噴嘴在帶鋼上保持穩(wěn)定的流量。

    3.2.4環(huán)保型鈍化技術(shù)

    為滿足環(huán)保要求，采用無(wú)鉻鈍化的環(huán)保型鈍化技術(shù)已經(jīng)越來越多地被國(guó)內(nèi)鋼廠所采用。無(wú)鉻鈍化主要包括無(wú)機(jī)物鈍化（采用過渡元素和稀土、硅酸鹽等來代替鉻酸鹽鈍化）和有機(jī)物鈍化（采用腐植酸、單寧酸、環(huán)氧樹脂、丙烯酸樹脂、二氨基三氮雜茂及其衍生物等來代替鉻酸鹽鈍化）。其中有2種目前效果比較好：多種具有優(yōu)良單一功能的有機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合鈍化和有機(jī)鈍化。

    3.2.5氣相沉積技術(shù)

    氣相沉積工藝相比熱鍍鋅工藝鍍層更薄，表面質(zhì)量更好；相比電鍍鋅工藝，能耗低，沒有廢水廢氣排放。氣相沉積技術(shù)分為物理氣相沉積（PVD）和化學(xué)氣相沉積（CVD），見圖6。韓國(guó)POSCO于2005年已經(jīng)通過電磁懸浮PVD技術(shù)開發(fā)出Zn-Mg鍍層產(chǎn)品。并于2012建成一條寬度1550mm、采用EML-PVD（電磁懸浮物理氣相沉積）工藝的生產(chǎn)線，產(chǎn)品能滿足80%以上汽車、家電及建材板需求。

    歐洲安賽樂米塔爾公司在比利時(shí)也新建一條新型鍍鋅生產(chǎn)線，該生產(chǎn)線采用了安賽樂米塔爾經(jīng)過近八年研發(fā)并首次應(yīng)用于商業(yè)化鍍鋅生產(chǎn)的噴射氣相沉積技術(shù)（JVD）。

    在不同PVD、CVD工藝的基礎(chǔ)上，通過發(fā)展和復(fù)合很多新的工藝和設(shè)備，如IBAD、PCVD與空心陰極多弧復(fù)合離子鍍膜裝置、離子注入與油濺射鍍或蒸鍍的復(fù)合裝置、等離子體浸沒式離子注入裝置等不斷將該類技術(shù)推向新的高度。

    3.2.6熱軋帶鋼免酸洗鍍鋅技術(shù)

    免酸洗鍍鋅技術(shù)可以避免酸洗所帶來的環(huán)境污染和成本投入等諸多問題。韓國(guó)浦項(xiàng)鋼鐵公司已開發(fā)出無(wú)酸洗還原熱鍍鋅技術(shù)。這種新型技術(shù)要求精確控制熱軋后的層流冷卻工藝，使帶鋼的最終室溫表面氧化鐵皮含有20% 以上的FeO。在退火過程中，還原段中升溫至550-700℃，在20%-100% 的H2 條件下還原30-300s，將帶鋼表面氧化鐵皮層部分還原為純鐵層。還原后的帶鋼浸入Al 含量0.2%-5.0% 的鋅鍋中，從而得到高表面質(zhì)量的鍍鋅產(chǎn)品。

    對(duì)于高強(qiáng)鋼、合金鋼中含有的合金元素，采用免酸洗鍍鋅技術(shù)，在氧化過程中，Al、Si、Mn 會(huì)在內(nèi)層形成內(nèi)氧化，外層為鐵的氧化物，經(jīng)H2 還原后，鋼板表面只有純Fe，再經(jīng)過鋅鍋熱涂鍍時(shí)即可消除熱浸鍍時(shí)常出現(xiàn)的缺陷。

    3.3 連續(xù)電鍍鋅技術(shù)趨勢(shì)

    連續(xù)電鍍工藝由于污染嚴(yán)重，近年來發(fā)展受到限制。將來發(fā)展的主要趨勢(shì)是開發(fā)清潔電鍍工藝和提高產(chǎn)品耐腐蝕性。具體包括三個(gè)方向：

    1）提高作業(yè)效率：通過改進(jìn)電鍍液配方，開發(fā)新型電鍍槽結(jié)構(gòu)和陽(yáng)極系統(tǒng)來提高電流密度，提高電鍍效率。

    2）清潔電鍍工藝：開發(fā)無(wú)毒或者低毒型鍍液配方和新的廢液處理技術(shù)。

    3）合金鍍層工藝技術(shù)：通過開發(fā)合金鍍層沉積技術(shù)，開發(fā)多品種鍍層，以增加產(chǎn)品的耐腐蝕性、耐磨性或者其他性能。

    總的來說，我國(guó)涂鍍技術(shù)除了上面所提到的朝著“高強(qiáng)化”、“高耐腐蝕性”等趨勢(shì)發(fā)展外，還會(huì)逐步朝綠色智能化方向發(fā)展。

    本文摘選自《世界金屬導(dǎo)報(bào)》2018年第14期B04部分內(nèi)容，若要詳細(xì)了解更多相關(guān)行業(yè)和技術(shù)信息，請(qǐng)關(guān)注本報(bào)紙質(zhì)報(bào)紙每期A版和B版內(nèi)容，或者登陸本報(bào)手機(jī)APP客戶端，或者本報(bào)網(wǎng)站新址：http://www.worldmetals.com.cn/電子報(bào)閱讀全文。