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熱鍍純鋅(ＧＩ，ｇａｌｖａｎｉｚｅｄ)產(chǎn)品及其合金化(ＧＡ，ｇａｌｖａｎｎｅａｌｅｄ)產(chǎn)品具有優(yōu)良的耐蝕性能，成本也相對較低，而且隨著熱鍍鋅技術的進步，其產(chǎn)品表面質(zhì)量幾乎可以與電鍍鋅產(chǎn)品相媲美，因而在汽車上得到了廣泛地應用。目前，日系轎車基本上全部采用ＧＡ板做外板，歐美國家的汽車制造業(yè)也在不斷地提高熱鍍鋅鋼板的使用量。汽車板，特別是汽車外板在需求量不斷增加的同時，對熱鍍鋅產(chǎn)品的表面質(zhì)量和成型性等方面也提出了越來越高的要求，正是這種市場要求的不斷提高大大地促進了帶鋼連續(xù)熱鍍鋅工藝技術的進步。
帶鋼連續(xù)熱鍍鋅工藝及其改進
1 熱鍍鋅工藝
帶鋼連續(xù)熱鍍鋅工藝有森吉米爾法、改良森吉米爾法和美鋼聯(lián)法3種。森吉米爾法和改良森吉米爾法工藝簡單，產(chǎn)品成本低，但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)法在退火爐前設置清洗段，采用電解脫脂，可將鋼帶表面油污完全除掉，另外，該工藝采用全輻射管還原爐加熱帶鋼，因而鍍鋅層的表面質(zhì)量較好。該工藝雖然相對復雜，熱效率低，但它可以生產(chǎn)表面質(zhì)量更好、厚度更薄的熱鍍鋅鋼板，而且可以降低爐內(nèi)的Ｈ2含量，提高安全性，因而新建的熱鍍鋅機組大部分采用美鋼聯(lián)法。
現(xiàn)代冷軋鋼帶連續(xù)熱鍍鋅的典型工藝流程為：上料→開卷→夾送、矯直→焊接→清洗→入口活套→退火→鍍鋅→(合金化)→冷卻→中間活套→平整→拉矯→后處理→出口活套→檢查卷取。使用中間活套可以使平整機更換工作輥時機組工藝段能夠正常運行，這樣機組速度快，不僅能提高產(chǎn)量，而且工藝段恒定的機組速度有利于控制鍍層厚度的均勻性。另外，生產(chǎn)表面粗糙度要求嚴格的鍍鋅產(chǎn)品時，需要經(jīng)常更換平整機工作輥，也有必要使用中間活套。
近年來，熱軋鋼帶連續(xù)熱鍍鋅發(fā)展迅猛，日本已有多條熱軋鋼帶連續(xù)熱鍍鋅生產(chǎn)線，我國邯鋼也建成一條類似生產(chǎn)線。熱軋鋼帶連續(xù)熱鍍鋅的典型工藝流程為：熱軋酸洗來料→焊接→清洗→入口活套→退火→鍍鋅→平整→拉矯→鈍化→出口活套→卷取。可以看出，針對熱軋基板的特點和熱軋帶鋼鍍鋅產(chǎn)品的用途，這種工藝在冷軋帶鋼熱鍍鋅工藝基礎上作了簡化，這不僅節(jié)約了投資，而且大大降低了運營成本。其發(fā)展趨勢是朝短流程、低能耗、高效益方向發(fā)展，另外在線酸洗也是1個發(fā)展的方向。德國ＳｔａｈｌｗｅｒｋｅＢｒｅｍｅｎ廠在其熱軋酸洗板熱鍍鋅線上分別在熱軋帶鋼焊接后和鍍鋅帶鋼平整后各設1個拉伸矯直系統(tǒng)，在焊機后設拉伸矯直系統(tǒng)是為了疏松氧化鐵皮，提高酸洗效率；平整后的拉伸矯直系統(tǒng)能進一步改善最終產(chǎn)品的平坦度，而且通過調(diào)整拉矯延伸率可以在一定范圍內(nèi)調(diào)整熱鍍鋅板的力學性能。
為了解決熱軋帶鋼連續(xù)熱鍍鋅過程中因原板中含Ｓｉ而導致的漏鍍點多、鍍層附著性差和表面光滑度欠佳等問題，韓國浦項鋼鐵公司開發(fā)了一種稱為無酸洗熱軋鋼帶連續(xù)熱鍍鋅的工藝，即熱軋鋼帶不經(jīng)過酸洗直接進入還原爐，并將還原爐溫度提高到650～750℃，保溫時間增長至120～400ｓ，保護氣體氫氣含量提高至10%以上。在此條件下，熱軋鋼帶由于氧化鐵皮的膨脹而產(chǎn)生裂紋和孔隙，氫氣可通過這些裂紋和孔隙進入，使氧化皮變成由純Ｆｅ和ＦｅＯ構成的多孔質(zhì)層，在熱浸鍍鋅時，這種多孔質(zhì)層可促進鋅和鋁的擴散而形成質(zhì)地較軟的Ｆｅ-Ａｌ-Ｚｎ合金層，從而提高鍍層的附著性，并消除漏鍍點。
2 清洗工藝
清洗通常包括堿液刷洗和電解脫脂，它可清除冷軋鋼板表面上的鐵屑和油污等雜質(zhì)，對生產(chǎn)高表面質(zhì)量和鍍層結(jié)合力要求高的鍍鋅產(chǎn)品至關重要。某廠新建熱鍍鋅機組清洗段包括堿液浸洗、堿液刷洗、電解清洗、熱水刷洗、熱水漂洗、清洗擠干和清洗干燥，可以把帶鋼表面的殘油和殘?zhí)伎偭靠刂圃?0ｍｇ/ｍ2(單面)以下，達到熱鍍鋅汽車外板對清洗質(zhì)量的要求，另外采用帶ＳｉＯ2磨粒刷輥，清洗時對帶鋼表面進行研磨，可提高ＧＡ產(chǎn)品鍍層的附著力。也有人提出將來清洗段的發(fā)展方向應該是開發(fā)利用其它領域廣泛使用的超聲波清洗或高壓清洗。為了進一步保證帶鋼表面清潔，韓國浦項鋼鐵公司4號熱鍍鋅機組采用了雙清洗系統(tǒng)，除了正常的入口活套前預清洗以外，鋼帶出入口活套后，再進行電解清洗。清洗段通常布置在入口活套前，也可以放在入口活套后，以實現(xiàn)恒速清洗。
3 退火工藝
帶鋼連續(xù)熱鍍鋅采用在線連續(xù)退火。退火工藝是雙相鋼等高強鋼熱鍍鋅產(chǎn)品生產(chǎn)的關鍵，對Ｍｎ、Ｓｉ等元素在鋼板表面的富集有很大影響，進而會影響到高強鋼的可鍍性及其表面質(zhì)量。鍍鋅鋼板的退火過程通常包括預熱、加熱、均熱和冷卻過程。利用加熱廢氣預熱帶鋼不僅能夠節(jié)約燃料，而且可以避免因帶鋼升溫速度太快而引起帶鋼變形，對薄規(guī)格產(chǎn)品的板形非常有利。一些機組的冷卻過程采用先緩冷后快冷的分段冷卻方式，既可以避免冷卻速度過快造成板形不良，又可以滿足雙相鋼等高強鋼的冷卻速度要求。有些廠家在冷卻段之后還設置了均衡段，目的是在鍍鋅與冷卻段之間提供一個緩沖區(qū)域，從而使帶鋼具有更佳的板形和更均勻的溫度進入鋅鍋鍍鋅，提高鍍鋅質(zhì)量。
另外，退火爐爐輥輥型設計、爐內(nèi)退火氣氛和露點控制、爐內(nèi)張力控制和退火爐爐輥表面噴涂也是熱鍍鋅退火工藝研究的重點，薄帶鋼的板形和高強鋼的通板穩(wěn)定性也需要深入研究。
4 合金化工藝
合金化是指把熱浸鍍得到的純鋅鍍層立即在450～550℃下進行鍍層擴散退火，獲得鐵含量在7%～15%之間的鋅鐵合金鍍層的過程。影響合金化的因素主要有鋅液有效鋁含量、鋅鍋溫度、帶鋼入鋅鍋溫度、合金化溫度、帶鋼速度、基板化學成分及鍍層厚度等。高品質(zhì)合金化產(chǎn)品的鍍層往往希望鋼板和鍍層之間不含齒狀Г相(Ｆ3Ｚｎ10)，鍍層表面不含大量柱狀ζ相(ＦｅＺｎ13)。這需要選擇合適的合金化鍍層退火工藝，對加熱速率、均熱時間和冷卻速率進行嚴格控制。
我國合金化技術相對較弱，鍍層在沖壓時易出現(xiàn)粉化或剝落缺陷，迫切需要對合金化技術進行系統(tǒng)地研究，尤其是對鍍層的相結(jié)構及其影響進行研究。
5 平整工藝
為消除帶鋼的屈服平臺，獲得良好的帶鋼平直度和合適的帶鋼表面粗糙度，要對熱鍍鋅板進行平整。平整工藝參數(shù)主要包括軋制力、彎輥力、平整入口張力和平整出口張力。在改善板形和提高帶鋼表面質(zhì)量方面四輥平整機明顯優(yōu)于二輥平整機。目前，日本已開發(fā)出工作輥可換成不同輥徑的四輥平整機，可更好地控制不同規(guī)格和鋼種熱鍍鋅產(chǎn)品的板形和表面粗糙度。
鍍鋅板表面粗糙度控制是高品質(zhì)鍍鋅產(chǎn)品生產(chǎn)的關鍵技術之一，目前主要是對平整輥輥面毛化方式及其參數(shù)和平整工藝參數(shù)等進行研究，另外平整機工作輥輥徑大小以及輥面粗糙度等也對產(chǎn)品表面粗糙度有影響。其中，在輥面毛化方面，噴丸毛化和電火花毛化應用最廣，激光毛化由于周期長、成本高，很少用，而鍍鉻毛化和電子束毛化近年來研究較多，發(fā)展較快，但還未普及。另外，平整輥粘鋅問題一直是困擾高表面質(zhì)量鍍鋅產(chǎn)品生產(chǎn)的難題，需要對平整機設備進行必要的改進，也可在平整脫鹽水中添加清洗劑。
6 后處理工藝
后處理包括鈍化、預磷化和涂油。通過鈍化處理，可以改善鍍鋅層的表面結(jié)構和光澤，提高鍍鋅層的耐蝕性能及使用壽命，并能改善涂層與基體金屬的結(jié)合力。目前鈍化處理主要采用鉻酸鹽鈍化。在鈍化液中添加一些活化劑，如氟化物、磷酸或硫酸等，使得鈍化后得到較厚的鉻酸鹽膜。當鈍化液中有氟化物時可降低鋼帶表面張力，加速成膜反應，并能增加化學拋光作用，使鈍化膜細致光亮。對建筑用熱鍍鋅鋼板，日本ＮＫＫ公司開發(fā)了具有極佳耐蝕性和耐黑銹性的特殊鉻酸鹽鈍化涂層。多年來，學者們對無毒或低毒的無機緩蝕劑作為鈍化劑進行了大量的研究。鉬酸鹽是其中的一種，其毒性低于鉻酸鹽，但鈍化后的耐蝕性只與低Ｃｒ鈍化相當。在無毒的水溶性丙烯酸樹脂(簡稱ＡＣ)中加入少量的鉬酸鹽、磷酸鹽(簡稱Ｍ)得到一種鈍化液(簡稱ＡＣＭ)，代替有毒的鉻酸鹽進行鈍化處理，結(jié)果表明，熱浸鍍鋅層采用該無毒鈍化液進行鈍化，可以推遲鍍鋅層出現(xiàn)白銹的時間，其抗蝕性已接近鉻酸鹽鈍化水平。盡管文獻報道了各種不同的無鉻鈍化工藝，但目前還沒有一種無鉻鈍化工藝能夠完全代替鉻酸鹽鈍化工藝。有的無鉻鈍化工藝在某些方面已經(jīng)與鉻酸鹽鈍化法相當，但其市場前景、應用范圍及用戶環(huán)保效果還需進一步研究。但無鉻鈍化取代鉻酸鹽鈍化已是大勢所趨。
目前，具有預磷化處理能力的熱鍍鋅機組較少。而家電外板采用經(jīng)過磷化處理的熱鍍鋅鋼板代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電鍍鋅鋼板既可以延長產(chǎn)品壽命，又降低材料成本，因此可以預見，機組在線預磷化還是非常具有發(fā)展?jié)摿Φ摹Ｎ覈诰€預磷化熱鍍鋅產(chǎn)品處理技術尚需深入研究。另外，為提高熱鍍鋅產(chǎn)品沖壓零件的成型性能，除對防銹油，包括固態(tài)、半固態(tài)防銹油進行研究外，熱鍍鋅產(chǎn)品無機潤滑膜和有機潤滑膜也是研究熱點之一。
鋅鍋技術
1 鋅渣研究
鋅渣是鐵鋅鋁的金屬間化合物，粘附到鍍層表面就形成鋅渣缺陷，它是熱鍍鋅產(chǎn)品的主要缺陷之一。
鋅鍋中鋅渣分為面渣、底渣和懸浮渣，可通過鋅鍋鋁含量、鐵含量控制，鋅鍋溫度穩(wěn)定控制以及鋅鍋溫度場、濃度場的穩(wěn)定控制來減少鋅渣缺陷。同時生產(chǎn)高表面質(zhì)量純鋅和合金化熱鍍鋅產(chǎn)品的新建熱鍍鋅機組通常采用雙鋅鍋系統(tǒng)，分別生產(chǎn)純鋅產(chǎn)品和合金化熱鍍鋅產(chǎn)品，以減少采用單個鋅鍋系統(tǒng)在進行產(chǎn)品切換時產(chǎn)生的大量鋅渣缺陷，提高產(chǎn)品表面質(zhì)量，同時也有利于鋅鍋溫度和鋁含量的穩(wěn)定控制。我國在鋅渣的生成量控制方面較為薄弱，應對鋅渣的生成機理及其控制進行深入研究。
2 鋅鍋流場的研究
鋅鍋內(nèi)鋅液的流動規(guī)律會直接影響鋅渣、鋅灰嵌入鍍層的行為，從而影響最終產(chǎn)品的表面質(zhì)量。一般采用實體或數(shù)值模擬方法來模擬鋅鍋內(nèi)鋅液的流動，實體模擬主要是用水進行模擬。ＳＪＬｅｅ等利用帶有感應加熱器、刮刀和折流板的1：5透明水模擬器模擬鋅鍋流場，研究了鋅液的流動特性和沉沒輥對流場的影響。但水模擬只能觀察到模擬器內(nèi)水流動的二維流場，有其不足之處，而采用數(shù)值模擬的方法，可得到任何截面的速度場，有助于理解不同區(qū)域的鋅液流動。國內(nèi)應加強對鋅鍋流場的研究，改進鋅鍋的加熱方式和鋅錠的加入位置。
3 鋅液成分及其對鍍層的影響
鋅液成分對鍍層的影響主要指鋁含量和鐵含量的影響，其直接影響鍍層的附著力和鋅渣的生成量，需精確控制。熱鍍純鋅時，在鋅液中加入0.005%～0.020%的Ａｌ，可顯著提高熱鍍鋅層的光亮性，減少鋅液表面氧化。而當鋅液中加入超過0.15%的Ａｌ時，可抑制Ｆｅ-Ｚｎ合金相的形成并獲得厚度適宜、粘附性良好的鍍層。在帶鋼連續(xù)熱鍍鋅時，鋅鍋中鋁含量通常控制在0.10%～0.20%。生產(chǎn)合金化熱鍍鋅產(chǎn)品時可以適當降低鋁含量，以減少鍍鋅和合金化時間，提高機組速度，降低成本。但鋅鍋鋁含量的穩(wěn)定控制一直是生產(chǎn)中的難點，需對鋅鍋內(nèi)有效鋁含量的在線檢測及控制、鋅鍋物流平衡進行深入的研究。
4 鋅鍋設備研究
鋅鍋設備主要包括沉沒輥、穩(wěn)定輥及其附屬設備。現(xiàn)有的先進熱鍍鋅生產(chǎn)線多采用熔溝式陶瓷鋅鍋，內(nèi)置1個沉沒輥和2個穩(wěn)定輥(或稱矯正輥)。為了保證帶鋼穩(wěn)定運行和提高鍍鋅產(chǎn)品表面質(zhì)量，有必要對沉沒輥輥面流鋅槽的形狀和間距等進行研究。另外，沉沒輥及其軸承壽命短一直是熱鍍鋅生產(chǎn)的難題，應從沉沒輥輥面噴涂和封孔劑等方面進行研究。針對沉沒輥和穩(wěn)定輥輥印缺陷，鋅鍋刮刀技術也發(fā)展得較為成熟。另外，無芯鋅鍋和預熔鋅鍋也已發(fā)展得較為成熟。
無沉沒輥鋅鍋也是目前研究的熱點。根據(jù)電磁移動場形成磁流體動力學封閉(ＭＨＤ)的原理而設計出垂直型鋅鍋，可使鋼帶直接從鋅鍋內(nèi)的鋅液中穿過，不會造成磨損，鋅鍋內(nèi)也無任何易腐蝕部件，而且可以實現(xiàn)高速鍍鋅，節(jié)約能源。但要實現(xiàn)商業(yè)應用，還需要對封流穩(wěn)定和走帶穩(wěn)定等問題進行深入研究。
高強鋼熱鍍鋅技術
高強鋼的可鍍性一直是研究的重點。高強鋼往往含有較多的Ｓｉ、Ｍｎ等元素，這些元素易在基板表面富集，使得熱鍍鋅時出現(xiàn)多種表面缺陷。日本通過化學成分的調(diào)整，特別是Ｍｏ元素的添加，實現(xiàn)了雙相鋼合金化熱鍍鋅的商業(yè)生產(chǎn)。低Ｓｉ含量雙相鋼已在傳統(tǒng)熱鍍鋅生產(chǎn)線上進行商業(yè)生產(chǎn)，例如：ＤＰ600：0.07%～0.10%Ｃ，1.0%～1.8%Ｍｎ，0.4%Ｓｉ，0.6%～1.2%(Ｃｒ+Ｍｏ)，<0.01%Ｓ，<0.06%Ｐ，0.02%～0.06%Ａｌ，<0.03%(Ｔｉ+Ｎｂ)，其屈服強度和抗拉強度分別達到了320ＭＰａ和630ＭＰａ，總延伸率為26%，ｎ值為0.18。高Ｓｉ含量的高強鋼依然是目前研究的主要方向之一，這需要對退火爐爐內(nèi)氣氛和爐內(nèi)露點控制進行研究，對基板進行預處理也可解決Ｓｉ等元素的表面富集問題。在合金化熱鍍鋅雙相鋼的基礎上，日本川崎鋼鐵公司開發(fā)了點焊性良好的590～980ＭＰａ級低碳當量型合金化熱鍍鋅鋼板。最近日本ＪＦＥ鋼鐵公司又成功開發(fā)出了更高強度級別合金化熱鍍鋅雙相鋼。
ＴＲＩＰ鋼(即相變誘發(fā)塑性鋼)具有優(yōu)良的成型性、強度和耐沖擊性，是汽車減重、節(jié)能的理想用鋼。但傳統(tǒng)的高Ｓｉ含量ＴＲＩＰ鋼不適合在現(xiàn)有的熱鍍鋅生產(chǎn)線上生產(chǎn)，這同樣是由于Ｓｉ的富集易導致鍍層出現(xiàn)漏鍍?nèi)毕荨ｋm然通過控制退火爐內(nèi)的露點能夠改變帶鋼表面化學成分，從而改善鍍層質(zhì)量，但是并不能完全消除漏鍍區(qū)域。另外，其等溫轉(zhuǎn)變溫度由于受到鋅鍋溫度的限制而太高，從而無法得到足量的殘余奧氏體。研究發(fā)現(xiàn)用Ａｌ替代Ｓｉ所得到的ＴＲＩＰ鋼可以和傳統(tǒng)ＣＭｎＳｉ型ＴＲＩＰ鋼性能相當，而且它適合于現(xiàn)有的熱鍍工藝，具有很好的可鍍性。但由于Ａｌ元素的添加，給煉鋼和熱軋工藝帶來了許多問題，如何解決這些問題是ＴＲＩＰ鋼熱鍍鋅研究的重點之一。ＸＶａｎｄｅｎＥｙｎｄｅ等人提出了將含Ｓｉ型ＴＲＩＰ鋼先預加熱形成均勻的氧化層，然后進行自還原的新工藝，在實驗室研究中發(fā)現(xiàn)這種工藝生產(chǎn)的熱鍍鋅ＴＲＩＰ鋼具有很好的可鍍性。
鍍層耐蝕性和表面質(zhì)量研究
耐蝕性能好是熱鍍鋅產(chǎn)品的最大優(yōu)點，但人們對熱鍍鋅產(chǎn)品的耐蝕性能要求越來越高。目前提高熱鍍鋅鍍層耐蝕性能的常用方法有：(1)增加鍍層厚度。(2)合金化，以獲得鋅鐵合金鍍層，這種鍍層的耐蝕性明顯比純鋅鍍層強，7μｍ厚的合金化鍍層相當于10μｍ厚的純鋅鍍層。(3)改善鋅液成分，除了20世紀70～80年代開發(fā)并已商業(yè)化的Ｚｎ-5%Ａｌ合金鍍層(Ｇａｌｆａｎ)外，人們還開發(fā)出了耐蝕性高的鋅合金鍍層和特殊性能的鍍鋅層，如55%Ａｌ-43.5%Ｚｎ-1.5%Ｓｉ合金鍍層(Ｇａｌｖａｌｕｍｅ)、Ｚｎ-6%Ａｌ-3%Ｍｇ合金鍍層、Ｚｎ-Ｎｉ合金鍍層和鋅鎂合金鍍層等。通過改善鋅液配方，已開發(fā)出耐蝕性比傳統(tǒng)鍍層高18倍的高耐蝕鍍層，并已投入工業(yè)化生產(chǎn)。(4)采用兩步熱鍍法，第1次鍍純鋅，第2次鍍Ｚｎ-6Ａｌ-0.5Ｍｇ-0.1Ｓｉ合金，可進一步提高耐蝕性。其中合金化，也叫鍍層擴散退火處理，發(fā)展較早。經(jīng)過合金化處理的鍍層，不僅耐蝕性能增加，而且焊接性能和涂裝性能也得到了很大的提高，因而大量應用于汽車、家電等領域。而Ｇａｌｖａｌｕｍｅ產(chǎn)品近年發(fā)展很快，其鍍層耐蝕性能更高，表面美觀，主要應用于建筑方面。另外，對鋅液成分的改善，及對稀土等微量元素的添加所產(chǎn)生的影響依然是目前研究的一個重要方向。
鋼板表面質(zhì)量應包含表面缺陷狀態(tài)、清潔度及表面形貌3個部分，是衡量板帶質(zhì)量水平的重要方面，它的優(yōu)劣直接影響到汽車外板的涂裝質(zhì)量和鮮映性。近年來，熱鍍鋅汽車外板對鋼板表面質(zhì)量的要求不斷提高，同時對鍍層的涂裝性和涂裝后的鮮映性等也提出了更高的要求，從而對熱鍍產(chǎn)品表面粗糙度的要求也越來越苛刻。鍍層表面質(zhì)量除與鍍層表面各種缺陷相關外，也與氣刀及其噴吹的介質(zhì)密切相關。在氣刀技術方面，我國基本上全靠引進，目前應在氣刀刀口形狀、噴吹介質(zhì)對表面質(zhì)量的影響和鍍層邊部增厚問題的解決以及克服帶鋼振動的影響等方面進行研究，形成自己的技術。
近年來，帶鋼連續(xù)熱鍍鋅工藝技術取得了很大的進步，特別是鋅鍋技術、合金化技術、平整技術和在線測量及控制技術發(fā)展得較快，但同時也有許多地方有待進一步深入研究。我國帶鋼連續(xù)熱鍍鋅技術整體上還比較落后，需要加強研究，特別要重點研究合金化工藝、鋅渣控制、高強鋼的可鍍性和鍍層表面質(zhì)量的提高，從而逐步提高國內(nèi)熱鍍鋅板的市場競爭力。
帶鋼連續(xù)熱鍍鋅工藝及其改進
1 熱鍍鋅工藝
帶鋼連續(xù)熱鍍鋅工藝有森吉米爾法、改良森吉米爾法和美鋼聯(lián)法3種。森吉米爾法和改良森吉米爾法工藝簡單，產(chǎn)品成本低，但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)法在退火爐前設置清洗段，采用電解脫脂，可將鋼帶表面油污完全除掉，另外，該工藝采用全輻射管還原爐加熱帶鋼，因而鍍鋅層的表面質(zhì)量較好。該工藝雖然相對復雜，熱效率低，但它可以生產(chǎn)表面質(zhì)量更好、厚度更薄的熱鍍鋅鋼板，而且可以降低爐內(nèi)的Ｈ2含量，提高安全性，因而新建的熱鍍鋅機組大部分采用美鋼聯(lián)法。
現(xiàn)代冷軋鋼帶連續(xù)熱鍍鋅的典型工藝流程為：上料→開卷→夾送、矯直→焊接→清洗→入口活套→退火→鍍鋅→(合金化)→冷卻→中間活套→平整→拉矯→后處理→出口活套→檢查卷取。使用中間活套可以使平整機更換工作輥時機組工藝段能夠正常運行，這樣機組速度快，不僅能提高產(chǎn)量，而且工藝段恒定的機組速度有利于控制鍍層厚度的均勻性。另外，生產(chǎn)表面粗糙度要求嚴格的鍍鋅產(chǎn)品時，需要經(jīng)常更換平整機工作輥，也有必要使用中間活套。
近年來，熱軋鋼帶連續(xù)熱鍍鋅發(fā)展迅猛，日本已有多條熱軋鋼帶連續(xù)熱鍍鋅生產(chǎn)線，我國邯鋼也建成一條類似生產(chǎn)線。熱軋鋼帶連續(xù)熱鍍鋅的典型工藝流程為：熱軋酸洗來料→焊接→清洗→入口活套→退火→鍍鋅→平整→拉矯→鈍化→出口活套→卷取。可以看出，針對熱軋基板的特點和熱軋帶鋼鍍鋅產(chǎn)品的用途，這種工藝在冷軋帶鋼熱鍍鋅工藝基礎上作了簡化，這不僅節(jié)約了投資，而且大大降低了運營成本。其發(fā)展趨勢是朝短流程、低能耗、高效益方向發(fā)展，另外在線酸洗也是1個發(fā)展的方向。德國ＳｔａｈｌｗｅｒｋｅＢｒｅｍｅｎ廠在其熱軋酸洗板熱鍍鋅線上分別在熱軋帶鋼焊接后和鍍鋅帶鋼平整后各設1個拉伸矯直系統(tǒng)，在焊機后設拉伸矯直系統(tǒng)是為了疏松氧化鐵皮，提高酸洗效率；平整后的拉伸矯直系統(tǒng)能進一步改善最終產(chǎn)品的平坦度，而且通過調(diào)整拉矯延伸率可以在一定范圍內(nèi)調(diào)整熱鍍鋅板的力學性能。
為了解決熱軋帶鋼連續(xù)熱鍍鋅過程中因原板中含Ｓｉ而導致的漏鍍點多、鍍層附著性差和表面光滑度欠佳等問題，韓國浦項鋼鐵公司開發(fā)了一種稱為無酸洗熱軋鋼帶連續(xù)熱鍍鋅的工藝，即熱軋鋼帶不經(jīng)過酸洗直接進入還原爐，并將還原爐溫度提高到650～750℃，保溫時間增長至120～400ｓ，保護氣體氫氣含量提高至10%以上。在此條件下，熱軋鋼帶由于氧化鐵皮的膨脹而產(chǎn)生裂紋和孔隙，氫氣可通過這些裂紋和孔隙進入，使氧化皮變成由純Ｆｅ和ＦｅＯ構成的多孔質(zhì)層，在熱浸鍍鋅時，這種多孔質(zhì)層可促進鋅和鋁的擴散而形成質(zhì)地較軟的Ｆｅ-Ａｌ-Ｚｎ合金層，從而提高鍍層的附著性，并消除漏鍍點。
2 清洗工藝
清洗通常包括堿液刷洗和電解脫脂，它可清除冷軋鋼板表面上的鐵屑和油污等雜質(zhì)，對生產(chǎn)高表面質(zhì)量和鍍層結(jié)合力要求高的鍍鋅產(chǎn)品至關重要。某廠新建熱鍍鋅機組清洗段包括堿液浸洗、堿液刷洗、電解清洗、熱水刷洗、熱水漂洗、清洗擠干和清洗干燥，可以把帶鋼表面的殘油和殘?zhí)伎偭靠刂圃?0ｍｇ/ｍ2(單面)以下，達到熱鍍鋅汽車外板對清洗質(zhì)量的要求，另外采用帶ＳｉＯ2磨粒刷輥，清洗時對帶鋼表面進行研磨，可提高ＧＡ產(chǎn)品鍍層的附著力。也有人提出將來清洗段的發(fā)展方向應該是開發(fā)利用其它領域廣泛使用的超聲波清洗或高壓清洗。為了進一步保證帶鋼表面清潔，韓國浦項鋼鐵公司4號熱鍍鋅機組采用了雙清洗系統(tǒng)，除了正常的入口活套前預清洗以外，鋼帶出入口活套后，再進行電解清洗。清洗段通常布置在入口活套前，也可以放在入口活套后，以實現(xiàn)恒速清洗。
3 退火工藝
帶鋼連續(xù)熱鍍鋅采用在線連續(xù)退火。退火工藝是雙相鋼等高強鋼熱鍍鋅產(chǎn)品生產(chǎn)的關鍵，對Ｍｎ、Ｓｉ等元素在鋼板表面的富集有很大影響，進而會影響到高強鋼的可鍍性及其表面質(zhì)量。鍍鋅鋼板的退火過程通常包括預熱、加熱、均熱和冷卻過程。利用加熱廢氣預熱帶鋼不僅能夠節(jié)約燃料，而且可以避免因帶鋼升溫速度太快而引起帶鋼變形，對薄規(guī)格產(chǎn)品的板形非常有利。一些機組的冷卻過程采用先緩冷后快冷的分段冷卻方式，既可以避免冷卻速度過快造成板形不良，又可以滿足雙相鋼等高強鋼的冷卻速度要求。有些廠家在冷卻段之后還設置了均衡段，目的是在鍍鋅與冷卻段之間提供一個緩沖區(qū)域，從而使帶鋼具有更佳的板形和更均勻的溫度進入鋅鍋鍍鋅，提高鍍鋅質(zhì)量。
另外，退火爐爐輥輥型設計、爐內(nèi)退火氣氛和露點控制、爐內(nèi)張力控制和退火爐爐輥表面噴涂也是熱鍍鋅退火工藝研究的重點，薄帶鋼的板形和高強鋼的通板穩(wěn)定性也需要深入研究。
4 合金化工藝
合金化是指把熱浸鍍得到的純鋅鍍層立即在450～550℃下進行鍍層擴散退火，獲得鐵含量在7%～15%之間的鋅鐵合金鍍層的過程。影響合金化的因素主要有鋅液有效鋁含量、鋅鍋溫度、帶鋼入鋅鍋溫度、合金化溫度、帶鋼速度、基板化學成分及鍍層厚度等。高品質(zhì)合金化產(chǎn)品的鍍層往往希望鋼板和鍍層之間不含齒狀Г相(Ｆ3Ｚｎ10)，鍍層表面不含大量柱狀ζ相(ＦｅＺｎ13)。這需要選擇合適的合金化鍍層退火工藝，對加熱速率、均熱時間和冷卻速率進行嚴格控制。
我國合金化技術相對較弱，鍍層在沖壓時易出現(xiàn)粉化或剝落缺陷，迫切需要對合金化技術進行系統(tǒng)地研究，尤其是對鍍層的相結(jié)構及其影響進行研究。
5 平整工藝
為消除帶鋼的屈服平臺，獲得良好的帶鋼平直度和合適的帶鋼表面粗糙度，要對熱鍍鋅板進行平整。平整工藝參數(shù)主要包括軋制力、彎輥力、平整入口張力和平整出口張力。在改善板形和提高帶鋼表面質(zhì)量方面四輥平整機明顯優(yōu)于二輥平整機。目前，日本已開發(fā)出工作輥可換成不同輥徑的四輥平整機，可更好地控制不同規(guī)格和鋼種熱鍍鋅產(chǎn)品的板形和表面粗糙度。
鍍鋅板表面粗糙度控制是高品質(zhì)鍍鋅產(chǎn)品生產(chǎn)的關鍵技術之一，目前主要是對平整輥輥面毛化方式及其參數(shù)和平整工藝參數(shù)等進行研究，另外平整機工作輥輥徑大小以及輥面粗糙度等也對產(chǎn)品表面粗糙度有影響。其中，在輥面毛化方面，噴丸毛化和電火花毛化應用最廣，激光毛化由于周期長、成本高，很少用，而鍍鉻毛化和電子束毛化近年來研究較多，發(fā)展較快，但還未普及。另外，平整輥粘鋅問題一直是困擾高表面質(zhì)量鍍鋅產(chǎn)品生產(chǎn)的難題，需要對平整機設備進行必要的改進，也可在平整脫鹽水中添加清洗劑。
6 后處理工藝
后處理包括鈍化、預磷化和涂油。通過鈍化處理，可以改善鍍鋅層的表面結(jié)構和光澤，提高鍍鋅層的耐蝕性能及使用壽命，并能改善涂層與基體金屬的結(jié)合力。目前鈍化處理主要采用鉻酸鹽鈍化。在鈍化液中添加一些活化劑，如氟化物、磷酸或硫酸等，使得鈍化后得到較厚的鉻酸鹽膜。當鈍化液中有氟化物時可降低鋼帶表面張力，加速成膜反應，并能增加化學拋光作用，使鈍化膜細致光亮。對建筑用熱鍍鋅鋼板，日本ＮＫＫ公司開發(fā)了具有極佳耐蝕性和耐黑銹性的特殊鉻酸鹽鈍化涂層。多年來，學者們對無毒或低毒的無機緩蝕劑作為鈍化劑進行了大量的研究。鉬酸鹽是其中的一種，其毒性低于鉻酸鹽，但鈍化后的耐蝕性只與低Ｃｒ鈍化相當。在無毒的水溶性丙烯酸樹脂(簡稱ＡＣ)中加入少量的鉬酸鹽、磷酸鹽(簡稱Ｍ)得到一種鈍化液(簡稱ＡＣＭ)，代替有毒的鉻酸鹽進行鈍化處理，結(jié)果表明，熱浸鍍鋅層采用該無毒鈍化液進行鈍化，可以推遲鍍鋅層出現(xiàn)白銹的時間，其抗蝕性已接近鉻酸鹽鈍化水平。盡管文獻報道了各種不同的無鉻鈍化工藝，但目前還沒有一種無鉻鈍化工藝能夠完全代替鉻酸鹽鈍化工藝。有的無鉻鈍化工藝在某些方面已經(jīng)與鉻酸鹽鈍化法相當，但其市場前景、應用范圍及用戶環(huán)保效果還需進一步研究。但無鉻鈍化取代鉻酸鹽鈍化已是大勢所趨。
目前，具有預磷化處理能力的熱鍍鋅機組較少。而家電外板采用經(jīng)過磷化處理的熱鍍鋅鋼板代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電鍍鋅鋼板既可以延長產(chǎn)品壽命，又降低材料成本，因此可以預見，機組在線預磷化還是非常具有發(fā)展?jié)摿Φ摹Ｎ覈诰€預磷化熱鍍鋅產(chǎn)品處理技術尚需深入研究。另外，為提高熱鍍鋅產(chǎn)品沖壓零件的成型性能，除對防銹油，包括固態(tài)、半固態(tài)防銹油進行研究外，熱鍍鋅產(chǎn)品無機潤滑膜和有機潤滑膜也是研究熱點之一。
鋅鍋技術
1 鋅渣研究
鋅渣是鐵鋅鋁的金屬間化合物，粘附到鍍層表面就形成鋅渣缺陷，它是熱鍍鋅產(chǎn)品的主要缺陷之一。
鋅鍋中鋅渣分為面渣、底渣和懸浮渣，可通過鋅鍋鋁含量、鐵含量控制，鋅鍋溫度穩(wěn)定控制以及鋅鍋溫度場、濃度場的穩(wěn)定控制來減少鋅渣缺陷。同時生產(chǎn)高表面質(zhì)量純鋅和合金化熱鍍鋅產(chǎn)品的新建熱鍍鋅機組通常采用雙鋅鍋系統(tǒng)，分別生產(chǎn)純鋅產(chǎn)品和合金化熱鍍鋅產(chǎn)品，以減少采用單個鋅鍋系統(tǒng)在進行產(chǎn)品切換時產(chǎn)生的大量鋅渣缺陷，提高產(chǎn)品表面質(zhì)量，同時也有利于鋅鍋溫度和鋁含量的穩(wěn)定控制。我國在鋅渣的生成量控制方面較為薄弱，應對鋅渣的生成機理及其控制進行深入研究。
2 鋅鍋流場的研究
鋅鍋內(nèi)鋅液的流動規(guī)律會直接影響鋅渣、鋅灰嵌入鍍層的行為，從而影響最終產(chǎn)品的表面質(zhì)量。一般采用實體或數(shù)值模擬方法來模擬鋅鍋內(nèi)鋅液的流動，實體模擬主要是用水進行模擬。ＳＪＬｅｅ等利用帶有感應加熱器、刮刀和折流板的1：5透明水模擬器模擬鋅鍋流場，研究了鋅液的流動特性和沉沒輥對流場的影響。但水模擬只能觀察到模擬器內(nèi)水流動的二維流場，有其不足之處，而采用數(shù)值模擬的方法，可得到任何截面的速度場，有助于理解不同區(qū)域的鋅液流動。國內(nèi)應加強對鋅鍋流場的研究，改進鋅鍋的加熱方式和鋅錠的加入位置。
3 鋅液成分及其對鍍層的影響
鋅液成分對鍍層的影響主要指鋁含量和鐵含量的影響，其直接影響鍍層的附著力和鋅渣的生成量，需精確控制。熱鍍純鋅時，在鋅液中加入0.005%～0.020%的Ａｌ，可顯著提高熱鍍鋅層的光亮性，減少鋅液表面氧化。而當鋅液中加入超過0.15%的Ａｌ時，可抑制Ｆｅ-Ｚｎ合金相的形成并獲得厚度適宜、粘附性良好的鍍層。在帶鋼連續(xù)熱鍍鋅時，鋅鍋中鋁含量通常控制在0.10%～0.20%。生產(chǎn)合金化熱鍍鋅產(chǎn)品時可以適當降低鋁含量，以減少鍍鋅和合金化時間，提高機組速度，降低成本。但鋅鍋鋁含量的穩(wěn)定控制一直是生產(chǎn)中的難點，需對鋅鍋內(nèi)有效鋁含量的在線檢測及控制、鋅鍋物流平衡進行深入的研究。
4 鋅鍋設備研究
鋅鍋設備主要包括沉沒輥、穩(wěn)定輥及其附屬設備。現(xiàn)有的先進熱鍍鋅生產(chǎn)線多采用熔溝式陶瓷鋅鍋，內(nèi)置1個沉沒輥和2個穩(wěn)定輥(或稱矯正輥)。為了保證帶鋼穩(wěn)定運行和提高鍍鋅產(chǎn)品表面質(zhì)量，有必要對沉沒輥輥面流鋅槽的形狀和間距等進行研究。另外，沉沒輥及其軸承壽命短一直是熱鍍鋅生產(chǎn)的難題，應從沉沒輥輥面噴涂和封孔劑等方面進行研究。針對沉沒輥和穩(wěn)定輥輥印缺陷，鋅鍋刮刀技術也發(fā)展得較為成熟。另外，無芯鋅鍋和預熔鋅鍋也已發(fā)展得較為成熟。
無沉沒輥鋅鍋也是目前研究的熱點。根據(jù)電磁移動場形成磁流體動力學封閉(ＭＨＤ)的原理而設計出垂直型鋅鍋，可使鋼帶直接從鋅鍋內(nèi)的鋅液中穿過，不會造成磨損，鋅鍋內(nèi)也無任何易腐蝕部件，而且可以實現(xiàn)高速鍍鋅，節(jié)約能源。但要實現(xiàn)商業(yè)應用，還需要對封流穩(wěn)定和走帶穩(wěn)定等問題進行深入研究。
高強鋼熱鍍鋅技術
高強鋼的可鍍性一直是研究的重點。高強鋼往往含有較多的Ｓｉ、Ｍｎ等元素，這些元素易在基板表面富集，使得熱鍍鋅時出現(xiàn)多種表面缺陷。日本通過化學成分的調(diào)整，特別是Ｍｏ元素的添加，實現(xiàn)了雙相鋼合金化熱鍍鋅的商業(yè)生產(chǎn)。低Ｓｉ含量雙相鋼已在傳統(tǒng)熱鍍鋅生產(chǎn)線上進行商業(yè)生產(chǎn)，例如：ＤＰ600：0.07%～0.10%Ｃ，1.0%～1.8%Ｍｎ，0.4%Ｓｉ，0.6%～1.2%(Ｃｒ+Ｍｏ)，<0.01%Ｓ，<0.06%Ｐ，0.02%～0.06%Ａｌ，<0.03%(Ｔｉ+Ｎｂ)，其屈服強度和抗拉強度分別達到了320ＭＰａ和630ＭＰａ，總延伸率為26%，ｎ值為0.18。高Ｓｉ含量的高強鋼依然是目前研究的主要方向之一，這需要對退火爐爐內(nèi)氣氛和爐內(nèi)露點控制進行研究，對基板進行預處理也可解決Ｓｉ等元素的表面富集問題。在合金化熱鍍鋅雙相鋼的基礎上，日本川崎鋼鐵公司開發(fā)了點焊性良好的590～980ＭＰａ級低碳當量型合金化熱鍍鋅鋼板。最近日本ＪＦＥ鋼鐵公司又成功開發(fā)出了更高強度級別合金化熱鍍鋅雙相鋼。
ＴＲＩＰ鋼(即相變誘發(fā)塑性鋼)具有優(yōu)良的成型性、強度和耐沖擊性，是汽車減重、節(jié)能的理想用鋼。但傳統(tǒng)的高Ｓｉ含量ＴＲＩＰ鋼不適合在現(xiàn)有的熱鍍鋅生產(chǎn)線上生產(chǎn)，這同樣是由于Ｓｉ的富集易導致鍍層出現(xiàn)漏鍍?nèi)毕荨ｋm然通過控制退火爐內(nèi)的露點能夠改變帶鋼表面化學成分，從而改善鍍層質(zhì)量，但是并不能完全消除漏鍍區(qū)域。另外，其等溫轉(zhuǎn)變溫度由于受到鋅鍋溫度的限制而太高，從而無法得到足量的殘余奧氏體。研究發(fā)現(xiàn)用Ａｌ替代Ｓｉ所得到的ＴＲＩＰ鋼可以和傳統(tǒng)ＣＭｎＳｉ型ＴＲＩＰ鋼性能相當，而且它適合于現(xiàn)有的熱鍍工藝，具有很好的可鍍性。但由于Ａｌ元素的添加，給煉鋼和熱軋工藝帶來了許多問題，如何解決這些問題是ＴＲＩＰ鋼熱鍍鋅研究的重點之一。ＸＶａｎｄｅｎＥｙｎｄｅ等人提出了將含Ｓｉ型ＴＲＩＰ鋼先預加熱形成均勻的氧化層，然后進行自還原的新工藝，在實驗室研究中發(fā)現(xiàn)這種工藝生產(chǎn)的熱鍍鋅ＴＲＩＰ鋼具有很好的可鍍性。
鍍層耐蝕性和表面質(zhì)量研究
耐蝕性能好是熱鍍鋅產(chǎn)品的最大優(yōu)點，但人們對熱鍍鋅產(chǎn)品的耐蝕性能要求越來越高。目前提高熱鍍鋅鍍層耐蝕性能的常用方法有：(1)增加鍍層厚度。(2)合金化，以獲得鋅鐵合金鍍層，這種鍍層的耐蝕性明顯比純鋅鍍層強，7μｍ厚的合金化鍍層相當于10μｍ厚的純鋅鍍層。(3)改善鋅液成分，除了20世紀70～80年代開發(fā)并已商業(yè)化的Ｚｎ-5%Ａｌ合金鍍層(Ｇａｌｆａｎ)外，人們還開發(fā)出了耐蝕性高的鋅合金鍍層和特殊性能的鍍鋅層，如55%Ａｌ-43.5%Ｚｎ-1.5%Ｓｉ合金鍍層(Ｇａｌｖａｌｕｍｅ)、Ｚｎ-6%Ａｌ-3%Ｍｇ合金鍍層、Ｚｎ-Ｎｉ合金鍍層和鋅鎂合金鍍層等。通過改善鋅液配方，已開發(fā)出耐蝕性比傳統(tǒng)鍍層高18倍的高耐蝕鍍層，并已投入工業(yè)化生產(chǎn)。(4)采用兩步熱鍍法，第1次鍍純鋅，第2次鍍Ｚｎ-6Ａｌ-0.5Ｍｇ-0.1Ｓｉ合金，可進一步提高耐蝕性。其中合金化，也叫鍍層擴散退火處理，發(fā)展較早。經(jīng)過合金化處理的鍍層，不僅耐蝕性能增加，而且焊接性能和涂裝性能也得到了很大的提高，因而大量應用于汽車、家電等領域。而Ｇａｌｖａｌｕｍｅ產(chǎn)品近年發(fā)展很快，其鍍層耐蝕性能更高，表面美觀，主要應用于建筑方面。另外，對鋅液成分的改善，及對稀土等微量元素的添加所產(chǎn)生的影響依然是目前研究的一個重要方向。
鋼板表面質(zhì)量應包含表面缺陷狀態(tài)、清潔度及表面形貌3個部分，是衡量板帶質(zhì)量水平的重要方面，它的優(yōu)劣直接影響到汽車外板的涂裝質(zhì)量和鮮映性。近年來，熱鍍鋅汽車外板對鋼板表面質(zhì)量的要求不斷提高，同時對鍍層的涂裝性和涂裝后的鮮映性等也提出了更高的要求，從而對熱鍍產(chǎn)品表面粗糙度的要求也越來越苛刻。鍍層表面質(zhì)量除與鍍層表面各種缺陷相關外，也與氣刀及其噴吹的介質(zhì)密切相關。在氣刀技術方面，我國基本上全靠引進，目前應在氣刀刀口形狀、噴吹介質(zhì)對表面質(zhì)量的影響和鍍層邊部增厚問題的解決以及克服帶鋼振動的影響等方面進行研究，形成自己的技術。
近年來，帶鋼連續(xù)熱鍍鋅工藝技術取得了很大的進步，特別是鋅鍋技術、合金化技術、平整技術和在線測量及控制技術發(fā)展得較快，但同時也有許多地方有待進一步深入研究。我國帶鋼連續(xù)熱鍍鋅技術整體上還比較落后，需要加強研究，特別要重點研究合金化工藝、鋅渣控制、高強鋼的可鍍性和鍍層表面質(zhì)量的提高，從而逐步提高國內(nèi)熱鍍鋅板的市場競爭力。
