【大連思同】熱鍍鋅——鋅鋁鎂加工過程

一、市場鋅鋁鎂法（ZAM）中各元素作用

與高強鋼一樣，鋅鋁鎂良好的耐腐蝕性能是由于其組織決定的，而組織又是由化學成分和冷卻速度決定的，下面我們就探討鋅鋁鎂鍍層化學成分的選擇，以及各元素的作用。

1、鎂的作用和影響

鎂的作用首先是提高耐腐蝕性能，這一點前面已經充分分析過了；其次，在鍍浴內略加0.1%的鎂，可以提高帶鋼在鍍液中的浸潤性，降低鍍浴表面的張力，減少漏鍍缺陷的產生，這是因為鎂的氧化物很不致密，基本是以非常疏松狀存在的。這一點與鋁的特點似乎有些互補，對采用鋁含量較高的鍍層生產合金含量較高的高強鋼有著很重要的意義。不過，在鋅鋁鎂鍍液內，鎂的含量較高，鎂的氧化物不致密的問題就會帶來一系列的副作用，成為熱鍍鋅鋁鎂產品生產的一大困難。

2、鋁的作用和影響

首先，在鍍鋅的基礎上加鋁可以顯著提高耐腐蝕性能和耐熱性能，這一點在鋅鋁鎂鍍層中也同樣如此；其次，在鍍鋅時加少量鋁，可以抑制鋅液與鐵的反應，減薄Fe-Zn的化合物層；第三，鋁可以抑制鎂氧化的局限性，鋁的氧化物很致密，可以減輕鎂疏松氧化物帶來的影響，如果恰到好處的話，使得鋁鎂的氧化物可以成膜，造成產品的缺陷。
在這三個特性中第一條只有好處，沒有壞處，但第二、第三條都是雙刃劍。與鎂一樣，鋁在鋅鋁鎂鍍液內的含量很高。一方面鋁抑制了鋅與鐵的反應，但鋁與鐵的反應更加激烈，成為主要矛盾；另一方面，鋁極易氧化的問題也會帶來一系列的問題，同樣成為鋅鋁鎂產品生產的一大難題。

3、硅的作用和影響

硅的加入，主要是為了抑制鋁和鐵的反應，減薄鍍層與鋼基之間的化合物層，提高加工性能，這一點與所有的高鋁鍍層的原理一樣。
只要是在鋁高于共晶成分的鍍層，都要加硅，鋁含量越高，加的硅越多。最高的鋁硅鍍層，加約10%的硅；其次是鋁鋅硅鍍層，加1.5%左右的硅；SD加0.2%的硅，ZAM可以加0.1%的硅。另外，硅還可以細化晶粒，提高組織的均勻性，抑制晶間氧化。

4、其它元素的作用

由于鋅鋁鎂的成分很復雜，工藝性能也變得非常復雜，為了采用以鋅、鋁、鎂為主的成分生產出合格的產品，可以通過增加少量的其它元素，改善熱鍍工藝性能和使用性能，號稱是鋅鋁鎂鍍層成分的第四元。
比如：防止鎂的氧化黑變，是鋅鋁鎂合金產品的一個難題，有的公司采用了在合金內添加合金元素的辦法抑制鎂的氧化，例如POSCO專利采用的方法，是在合金中加入0.01%～0.1%的鎵和0.005%～0.1%的銦；首鋼專利是采用在合金中加入0.01%～0.1%的鈣、鋇或0.01%～0.4%的鋰來解決這一問題；可以通過加入鈦和硼來細化晶粒，并起到抑制Mg2Zn11組織的產生；通過加入稀土，可以增加組織的均勻性從而抑制晶間腐蝕，進一步提高耐腐蝕性能。

綜上所述，鋅鋁鎂鍍層成分=a%Zn+b%Al+c%Mg+（d%Si）+e%X。常規(guī)值推薦：a=95-97.9、b=1-3、c=1-1.5、d=0.1、e=0.01-0.4。

氮氣吹掃工藝鋅鋁鎂鍍層成分為11%Al、3%Mg、0.2%Si，余為Zn。

二、市場鋼材熱鍍鋅的不同工藝及方法

鋼材熱鍍鋅按預處理方式的區(qū)別可分為熔劑法熱鍍鋅和氫氣還原法熱鍍鋅，熔劑法熱鍍鋅主要是鋼構件、鋼管、鋼型材等熱浸鍍鋅；氫氣還原法熱鍍鋅主要應用于帶鋼、鋼絲等連續(xù)熱鍍鋅，鍍鋅后的產品一般還要進行彎曲成型深加工，使用場合在室內與戶外都有。

氫氣還原法帶鋼連續(xù)熱鍍鋅一般采用純鋅、5％鋁-鋅（Galfan）、55％鋁-鋅-硅（Galvalume）產品工藝方法?，F實中部分企業(yè)在鋅鍋中將含鋁量控制在15～25%，而且把鍍層控制在15～20克／米2 ，這樣就大大降低了生產成本，達到了本企業(yè)效益最大化。這種產品雖然降低了本企業(yè)生產成本，其產品表面形貌也有一點鋁鋅硅鍍層產品的影子，但因耐蝕性差、品質差，終將被淘汰。

鋁鋅硅鍍層產品的耐腐蝕性非常優(yōu)越，為熱鍍鋅板耐腐蝕性的6倍，也就是說鋁鋅硅鍍層產品20克／米2，就相當熱鍍鋅產品120克／米2的防腐蝕性能。鋅-5%鋁產品耐腐蝕性為熱鍍鋅板的3倍，目前鋼絲熱鍍鋅大都選擇了Galfan工藝。近來板材熱鍍鋅選擇Galfan工藝、鋁鋅硅鍍層工藝的作業(yè)線越來越多，鋁鋅硅鍍層中鋁占55%，鋅只占43.5%，Galfan工藝鋁含量也占5%，這樣一來將對帶鋼連續(xù)熱鍍鋅節(jié)約鋅資源開辟了新的途徑。

鋅鋁鎂法（ZAM）為近十幾年發(fā)展起來，各種配方的鋅鋁鎂合金產品，都已先后投放市場，目前已經滲透到建材、家電、汽車三大應用領域?？偟膩砜矗X6%～11%，含鎂3.0%其余為鋅的配方，控制鍍層厚度的氣刀需要噴吹氮氣，由于民營企業(yè)不具備龐大的氮氣來源，所有只有在大型聯合國有企業(yè)，有廉價氮氣供應的廠家才有條件組織生產；采用含鋁1%～3%，含鎂小于1.5%，其余為鋅的配方，控制鍍層厚度的氣刀噴吹常規(guī)空氣，就可以維持正常生產，故這種鋅鋁鎂鍍層產品可以進入民營企業(yè)，但是產品的耐腐蝕性不如前者。前者產品的耐腐蝕性為普通熱鍍鋅板的6～10倍，而后者產品的耐腐蝕性只為普通熱鍍鋅板的3～5倍。特別是當鋁為1.0%～3.0%，鎂為1.0%～1.5%其余為鋅時，其合金熔點只有380℃左右，可以基本采用熱鍍鋅工藝組織生產，甚至比熱鍍鋅時鋅液工作溫度還要低30℃,三輥六臂工作溫度低，其使用壽命也會更長。由此看來，鋅鋁鎂合金產品的發(fā)展趨勢非常強勁，將來有可能與熱鍍鋅產品平分秋色，甚至有可能全面取代傳統(tǒng)熱鍍鋅板。

三、鋅鋁鎂法（ZAM）的優(yōu)勢

㈠、鋅鋁鎂耐腐蝕及劃傷切口自修復原理

首先，進行理論分析。ZAM板具有獨到的耐腐蝕性能，特別是切口保護性能。分為未發(fā)生劃傷的平面情況和有切口、劃傷的兩種情況來分析。

1、當ZAM表面沒有劃傷時

鍍層中所含的鎂和鋁的共同作用，會在長期的使用中在鍍層的表面產生附著性極高的致密的氧化保護膜，將鍍層與外部的腐蝕環(huán)境隔離開來，發(fā)揮隔離防腐的作用，防止鍍層產生腐蝕。鎂是比鋁更活潑的金屬，在空氣中極其容易被氧化，固態(tài)鎂形成的氧化膜也較致密，能有效地保護內部的組織，防止進一步被氧化。由于鎂與鋁不一樣，在鍍層中均勻而微細的分布，就使得氧化膜布滿了整個鍍層表面，使鍍層中所有的組織都得到保護。

2、當鍍層被劃傷或有切口時

從鍍層中溶化出來的鎂能在切口斷面生成細致的含鎂的致密的氧化膜，將劃傷或切口部位裸露出的鋼基覆蓋起來，從而提高其耐蝕性。在這種情況下，鋅的犧牲防腐和鋁、鎂的隔離防腐作用同樣能發(fā)揮出來。在此基礎上，由于鎂十分活潑，能將鋼板表面疏松的氧化物還原，置換成鎂致密的氧化物，從而使裸露的鋼基得到保護。