7) 固溶强化型钢板的热镀锌
为了提高钢的强度,通常添加Si、Mn和P等元素进行固溶强化,并利用马氏体和贝氏体的组织强化,对于DP双相钢,通过控制合金元素含量和采用临界冷却速度可获得马氏体组织。
作为汽车面板的要求是低的屈服强度ós〈240Mpa〉)和高的¥值。在IF钢中加P、Mn、Si等固溶强化元素,由于此钢无固溶C和N存在,基本上是非时效性钢板。但无固溶C存在时易引起二次加工脆化,故可加入微量B以防止。以P为主要强化元素时ób可达340~370Mpa,而以Mn、P为主加入时。其ób可达390~440Mpa[5]。
8) 烘烤硬化型(BH钢)及热处理强化型钢板
BH钢是指烘烤硬化钢。IF钢属于**低碳钢,BH钢的含C量为0.016~0.020%,利用应变时效而强化的方法,在**低C钢中使残余的微量(5ppm)的固溶C,在冲压成型时产生位错,而在以后进行涂装烘烤(170℃,20min)时会析出Fe-C化合物而将位错固定,从而使其强度增高。采取调整化学成分生产的BH冷轧钢板也具有较好的深冲性能,添加Nb、Ti等微量元素,在轧制状态下使其形成碳氮化合物。其R值为1.92~2.06。这种BH冷轧钢板在涂漆烘烤温度170`C下可使汽车零部件抗拉强度提高40~70MPA。目前已研制出340Mpa级BH冷轧钢板[6]。
9)组织强化型高强度钢板
通过改变钢的微观组织可在大范围内提高其强度(440~1470Mpa),目前开发出三种高强度级别的钢板,其代表性的钢有双相(DP)钢板和贝氏体钢板。此钢的屈服强度低,加工硬化指数高,成型性好。此外,TRIP(变态诱发**塑型钢)及**高强度钢板等均有希望大规模应用于汽车。目前这些钢板的热镀锌及合金化合处理,除DP钢板有少量热镀锌的研究以外,其他高强度钢板尚未开展研究[7]。这些钢板的热镀锌和合金化处理技术上会有一定的难度,需要我们去探索[8]。
热镀锌基板的研究必须与热镀锌工艺相结合起来,否则即使基板达到要求的性能,镀锌工艺不能满足要求也达不到目的。
镀锌工艺技术发展
2.1.3镀锌工艺技术的发展
为了获得优质的表面,90年代国外新建的镀锌生产线大量采用美钢联法,美钢联法采用高密度电解脱酯技术(HCD)可以快速有效地清除表面的油污,同时在还原退火炉中美钢联法用全辐射管替代改良森吉米尔法中的明火加热,因此可以严格的控制温度和气氛,确保火炉的无氧化气氛,从而保证镀层的优良附着性和表面质量。
传统热镀锌线的工艺布局均是设置一台光整机。现代化生产汽车板的宽带钢热轧镀锌机组,一般在工艺布局中设置两台光整机,**次光整是采用一台四辊式光整机把带钢表面轧平,消除表面凸凹不平的外貌;*二次光整是选用一台二辊式光整机给带钢一定的粗糙度。
传统热镀锌作业线均为双活套,布置在工艺段的出口和入口。由于汽车板对板面要求较高,所以光整汽车板时,有时5~10卷就要更换光整辊,为了实现工艺段不停机换辊,提高作业率,所以有些机组在光整机前增加一个活套,即组成*三活套的工艺布局,新增活套的储料时间一般为120s。
国外新近投产的热镀锌或改造旧的热镀锌机组的生产能力和产品质量都有进一步提高,发达国家新建的生产线可生产宽度达2100mm的热镀锌钢板,机组速度较高可达200m/min,合金化速度达136m/min,年生产能力达60万吨。
热镀锌装备发展
2.1.4热镀锌装备的发展现状
气刀是控制镀层厚度和均匀度的关键部件,新型气刀采用可调节式整体框架式结构,可以可靠准确地调节气刀与钢带的间隙与角度,调节气刀与锌锅的距离,其刀唇间隙可以自动控制从而保证镀层的平整度和均匀性。
锌液中的锌渣是影响镀锌板表面质量的较重要的因素,在现代化生产线中,已用陶瓷内衬锅取代铁锌锅,用可移动或提升更换的双锌锅来替代镀液转换,用在线测量的探头(Al sensor)和相应的锌液成分控制系统可以严格地测定锌液中的铝和对应的铁含量,可以有效地减少锌渣对镀锌板表面质量的影响。
利用电磁移动场创造的磁流体动力学封闭(NHD)而设计的垂直型锌锅可取消原始锌锅中的部件,而取得高速、无锌渣、节能、提高锌层表面质量等优点[9]。本法的工作原理是:液态Zn(或Al、ZnAl)合金从锅底流出后进入MHD通道达一定深度时(此深度取决于金属液比重、液面高度、电流大小等因素),由于交流感应器产生的外部电磁移动场在锌液中产生感应电流,此电流与外部电磁场的相互作用而产生电磁力,它作用于金属流体使之向上移动。因而使锌液不能从锅底的开口出流出。当钢带从其底部通道进入锌锅时锌液在通道处始终处于一个位置,而锌锅内不需设任何钢结构件。
为了提高机组运行速度和生产效率,减少面渣和底渣的形成,国外有关研究单位相继开发了“锌垫”技术和“垂直锌锅技术”。“锌垫”技术以液态金属垫的原理工作,钢带被液态金属压力压下通过锌垫,由于不采用沉没辊,从而带来产品表面质量提高、生产效率提高、成本降低,特别适用于高速机组。
由于激光拼焊技术的出现和应用,汽车厂可以将窄幅板焊在一起后使用,这使得用量较小的宽幅板(宽度1800mm以上)的生产已不再是必须的,只是冷轧厂的产品的宽度达到1550mm,即可生产汽车用镀锌钢板。
(1) 集中度不够
表面涂镀层技术的研究和开发,成果转化与产业化研究开发的力量,人、才、物过于分散,缺乏集科研开发、成果转化、工程化、产业化于一体的集成式的队伍和组织形式。单个研究单位在取得初步研究成果以后,既缺乏进行更深入的研究的力量也无力把工作延伸到生产实践。由于这种分散性、低水平、重复工作的现象较为普遍,既难以取得高水平的成果,也难以出现具有自主知识产权的成套技术与工艺。
(2) 缺乏近生产和生产条件下中试手段
现代表面涂镀层产品都是在现代大型高速连续生产机组上完成,机组设备数百件,高度自动化控制,要将实验室研究成果移植到现代大型的高速连续生产机组中,就必须经过近生产和生产条件下的中试阶段。这个中试阶段要在专门的中试实验机组上来完成,过于简陋、原始的小型试验机组所得包括实验工艺参数在内的结果与现代大型生产机组的相关性相差甚远。
总之,国内关于汽车用热镀锌板的新产品、新工艺、新设备的研发工作都远远落后于国际水平。
3.我国开展高性能汽车用热镀锌板研发目的和意义
二十一世纪,钢铁产品仍将是人类社会较主要的**的结构材料和产量较大、覆盖面较广的功能材料。世界冶金工业结构调整步伐加快,生产的重心将有发达国家向发展中国家转移。目前我国正处于工业化进程中,国民经济各部门的持续、快速发展和产业升级对钢铁产品的品种、质量提出了更高的要求。加快了我国冶金工业的结构调整,将具有重要意义。
我国带钢热镀锌的发展与世界水平相比还存在一定的差距。我国现有热镀锌生产线多数存在技术落后、锌耗高、产品产量低、产品质量差、生产成本高、能量耗费大、环保措施不力,常造成严重环境污染等缺点,此类生产线难以满足我国国民经济腾飞的需要。少量国有大型钢铁企业能够生产高质量的家电、汽车用热镀锌板,我国大型钢板连续热镀锌技术多为花费巨资引进自美、日、欧,一般水平,相似水平较多,重复性、成熟性技术多。一般产品、相似产品多,高、新、尖技术少,高技术含量产品少,*的技术更少。核心技术无法完全掌握,没有进行新的品种开发和生产的能力。另一方面我国自行研究的热镀锌工艺及技术转化率低,难以形成产业。成果集成低,系统成套技术不成熟、不完善是实现工程化、产业化的症结,这些问题的产生主要基于我国高性能汽车用热镀锌钢板生产技术和装备开发能力落后于世界先进水平所致。因此开发高性能汽车用热镀锌钢板生产技术与装备非常必要。加强成果的系统集成,促进成果的转化和应用,逐渐增加我国高性能热镀锌汽车板产品的自给率,推动我国这一领域技术的进步和发展。我国钢板连续热镀锌大型现代化机组基本是从美国、日、欧等不同国家引进,虽然其产品较为雷同,但生产技术却都有其特色,花力气消化各机组的特色高技术,并为己用,再行创新是表面涂镀层技术领域中一项意义重大的工作,此举将加速缩短我国与外国的差距,减少重复引进,实现高性能热镀锌钢板技术及装备科研成果的系统集成,实现成果转化和应用,把我们的技术推向世界。