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。
这些先进技术装备的不断开发应用,使热镀锌板在汽车制造所用钢材的比例不断上升。例如日本已高达81%、加拿大76%、意大利71、法国70%、德国60%、美国45%。由于合金化镀锌板成本和质量的优越性,日本汽车界决定到2005年汽车用板全部用合金化镀锌板,取代现有的电镀锌合金板。
国内趋势
2.2 国内的热镀锌板发展现状及趋势
随着中国汽车工业的快速发展,汽车用热镀锌板用量也急剧增加,虽然国内几个大型钢铁联合企业已经完成或接近于完成了从炼钢到冷轧的技术进步,引进了多条生产汽车用的高档镀锌板的生产机组,具备了生产高级汽车钢板的能力,中国发展自己的汽车用镀锌板的时机已经成熟。但是到目前为止,受生产规模和产品质量的限制国产热镀锌板还不能完全满足中国汽车工业对镀锌板的数量和质量的要求,由于机组产品的定位单一,相当一部分国外发展成熟,国外已大量应用于汽车的诸多高档镀锌板品种,当前引进的生产汽车用的镀锌板的机组仍然不能生产,中国汽车工业还在大量进口热镀锌。
高表面质量、高强度和高深冲性是汽车面板所必需具备的基础条件,镀层表面质量与薄板表面质量粗糙度、清洁度、带钢 化学成分及其冲压成型性有直接的关系,同时热镀工艺、锌液成分、热镀设备也是影响镀层表面质量的重要因素。高强度和高冲压性与热镀锌基板化学成分、物理性能、热处理工艺以及热镀性能都有密切关系,下面将重点论述国外与国内汽车用高挡热镀锌板镀层品种、基板、工艺及设备等方面的发展现状及趋势。
国外发展
2.1国外的热镀锌板的发展趋势
2.1.1热镀锌镀层品种的发展现状
1)无铅热镀锌镀层
美丽的锌花是传统的热镀锌板的典型特征,由此获得用户的青睐,具有一定的商业价值。但是研究表明锌花表面的不平整性,镀层中的铅含量会影响镀层板在后序加工中的加工性能、涂装性能和使用中的耐蚀性,因此自60年代起国外一直在研究无锌花和小锌花的生产技术。通过水雾冷却,Heurfey喷锌粉等工艺,可以增加晶体结晶成核数量和控制晶体生长,达到生产小锌花板的目的。80年代起国外开始研究无铅热浸锌技术,目前欧洲、南美新建镀锌生产线均采用无铅镀锌工艺,无铅镀锌已成为当前热镀锌发展的趋势。
2) 热镀锌板合金化镀层
在热镀锌品种中,通过镀后热扩散处理,开发了合金化镀锌板,耐蚀性较普通热镀锌板提高了一倍以上,通过这种合金化处理可以消除镀层表面锌花;同时减少了点焊时锌的蒸发量,降低了点焊机铜电极受锌蒸汽污染的程度,从而提高了电极的寿命。为确保合金化镀锌板镀层的良好附着性,对于汽车用外板的较厚的合金化镀锌板采用了高效的加热和冷却措施(高效烧咀、或感应加热器),并配备各种类型的合金化传感器,通过仪器分析和电脑指令及时调整镀层中相应的结构,以生产适于高冲压变形的要求。
由于汽车用在冲压成型时的条件,除要求钢板基体具有必要的优异的机械性能外,对镀层(合金化层)附着性的要求也十分苛刻。
近20年,对合金化镀锌板冲压成型性与镀层微观结构之间的关系进行大量的研究,结果表明,取得了良好的镀层附着性的关键是镀层相结构及铁含量。为获得较佳的镀层相结构和合适的铁含量,而开发出镀层的均匀化技术和合金化控制技术。为了严格控制镀层的相结构,必须对合金化过程中的加热和其后的冷却过程进行精确的控制。其措施如下:
(1) 在合金化的加热区和保温区之间设置镀层反射因素测定素,以测定镀层表面的合金化,控制钢带温度保持在δ1相稳定形成的温度区间内(激光束法);
(2) 在保温和喷雾冷却区之间设置高温度计和发射率测定器,以便同时测量钢带温度和发射率;
(3) 经冷却后的钢带在适当的位置合金化相结构传感器以测量镀层中铁含量及层中δ1、Γ和ζ各相层的厚度(荧光法或X-射线衍射法);
(4) 钢带经过气刀后进合金化炉前以及在相结构传感器之后均设置镀层厚度(重量)测定仪(荧光X-光法)
3)二层合金化热镀锌钢板
合金化镀锌板在涂漆时易发生气泡等涂膜缺陷,新日铁研制出二层合金化热镀锌钢板。该二层合金化热镀锌钢板镀锌层的构成,在钢板底层进行热镀10%FeZn合金层,其锌附着量5年防锈蚀用30g/m2,10年防锈蚀用60g/m2,其上层则采用电镀锌富铁80%FeZn层,其附着量为3g/m*2。实验结果表明,新研制二层合金化热镀锌钢板,底层10%FeZn,附着量30~60g/m2,完全可以满足汽车耐蚀性要求。其上层富铁80%FeZn层附着量3g/m2,上层硬度得到提高,既解决了弧坑状缺陷,也降低了冲压力。例如,80%FeZn层附着量为1g/m2时,其硬度为300HV,冲压力为1960Mpa,此时仍有弧坑状缺陷;当附着量3g/m2时,其硬度为350HV,冲压力为1770MPA,此时无弧坑状缺陷,它说明了新研制的二层合金化热镀锌钢板具有良好的加工成型性能。
4) 差厚锌层
用控制气刀压力的方法,常常使两面镀锌层厚度差比为1:3。这样锌层厚的一面耐蚀性好,薄的一面焊接性好,这个品种常用于汽车制造。
5)单面镀层
单面锌层即一面镀一定的锌层厚度,而另一面不镀锌的热镀锌板。单面热镀锌板的生产方法有疏锌法、直接法、间接法和双层分离法。单面热镀锌板主要用于汽车制造,有锌层的面防腐,无锌层的面有利于点焊。由于合金化板(锌-铁合金)具备良好的焊接性,所以单面镀锌板已逐步被淘汰。
热镀锌基板发展