宝钢热镀锌技术发展的回顾和展望Word格式.docx
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镀锌段
锌锅沉没辊的长寿技术
镀层厚度均匀技术
锌液成分稳定技术
锌渣缺陷防止技术
合金化处理段
高精度合金化控制技术
－高精度测温技术
－Zn-Fe相探测器
－Zn-Fe相探测系统
电镀段
电镀技术
出口段
在线精整
在线缺陷检测
现代热镀锌生产技术生产的热镀锌钢板，从基板性能到表面质量，可以生产对产品质量要求非常高的家电和汽车工业用的优质热镀锌钢板。
热镀锌产品按镀层分有纯锌热镀锌钢板（Galvanizedsteel以下简称GI）和合金化热镀锌钢板（Galvannealedsteel以下简称GA）。
从基板的种类看，则热镀锌钢板的品种就更多，有软钢为基板的一般冲压级、深冲级和超深冲级热镀锌钢板，有各种强度级别钢为基板的结构和冲压用的高强度热镀锌钢板。
热镀锌钢板已经在农业、建筑、轻工、家电和汽车等行业被广泛应用。
我们国家在改革开放以来，镀锌工业也得到前所未有的高速发展。
在90年代以前，我国（不包括台湾）只有武钢一条热镀锌生产线，年产15万吨。
91年宝钢第一条热镀锌生产线投产，此后由于国民经济高速发展，国内出现了镀锌钢板热，到2000年国内已经有12条热镀锌生产线，生产能力180多万吨。
这两年又有一些新的热镀锌生产线投产。
宝钢现有两条热镀锌机组，生产能力分别为35万吨和37万吨。
综合考虑国外热镀锌产品的发展和国内市场，宝钢准备再建三条热镀锌机组，生产能力100万吨。
这三条热镀锌生产线投产以后，宝钢的热镀锌生产能力、产品的品种和质量将要上一个新的台阶。
从上面宝钢对热镀锌钢板的投资力度可以看出，宝钢在充分认识世界热镀锌钢板的发展趋势和市场前景的基础上，决心在热镀锌钢板的生产领域里，努力赶上世界先进水平，使宝钢成为高质量热镀锌钢板的生产基地，以满足我国经济快速发展的需要。
本文将从十年来研究开发热镀锌钢板的经验、宝钢热镀锌钢板生产能力发展分析和围绕热镀锌钢板研究热点努力发展宝钢热镀锌钢板生产技术三个方面探讨宝钢热镀锌钢板的发展思路。
2、10年热镀锌钢板研究回顾
宝钢是在90年代初在主要生产建筑用的热镀锌钢板的生产线着手汽车用热镀锌钢板研究的。
宝钢1#热镀锌生产线具有世界70年代末80年代初的水平，它主要生产产品的力学性能和表面质量要求较低的建筑用和一般用途的家电用的热镀锌钢板，生产的产品表2。
表2宝钢1＃热镀锌生产线设计产品
产品
名称
力学性能
用途
屈服强度
抗拉强度
延伸率
ST01Z
适用于制造形状简单的产品，如波纹板、钢盖板。
ST02Z
270－500
适用于制造厚度≤1.5mm的机械咬合产品以及厚度≤0.9mm的翻卷咬合产品。
ST03Z
270－420
≥24
适用于拉延、冲压成形产品及厚度0.9mm的翻卷咬合产品。
ST05Z
270－380
≥30
适用要求高变形性能的深拉延产品及制造较厚的形状复杂的产品。
STE280－2Z
≥280
370－510
≥18
适用于钢板及钢带供货状态下力学和工艺性能的结构件产品。
STE345－2Z
≥345
450
≥12
适用于涂漆厚的拱形建筑。
从表2中看出，所谓深冲的ST05Z延伸率也只能达到≥30％，显然和汽车工业的要求相距甚远。
这条生产线进口段没有清洗设备、退火炉的长度短、平整和拉矫不能精确控制、只有干平整没有湿平整、板形和表面质量控制能力差等都不利于汽车钢板的生产。
但是宝钢为了适应汽车工业发展的需要，就在这种条件较差的情况下开始了汽车用热镀锌钢板的研究。
下面是我们十年来做的主要的工作，
⑴开发了ST06Z和ST07Z深冲热镀锌钢板
汽车上用量最大的热镀锌钢板是深冲热镀锌钢板，因此我们首先开发了IF深冲热镀锌钢板，即以IF钢为基板的热镀锌钢板。
深冲热镀锌钢板的主要生产工序包括：
炼钢→热轧→冷轧→热镀锌→光整。
在研制过程种，我们采取了严格控制钢的C含量、热轧结束后快速冷却、高的冷轧压下率、高的热镀锌退火温度和尽可能控制平整拉矫等措施；
同时在IF钢深冲热镀锌钢板生产中，解决了钢水增碳、热镀时钢带宽度收缩量大、白锈等问题，最终研制成功的深冲热镀锌钢板ST06Z和ST07Z性能良好，使宝钢的深冲热镀锌钢板系列化。
ST06Z和ST07Z的实物性能如表3所示。
表3.宝钢两个级别的IF钢热镀锌板实物性能水平
钢级
基板
σs（MPa）
δ80（%）
n值
r值
180-230MPa
Ti-IF
196
42
0.210
2.40*
≤200MPa
NbTi-IF
164
44
0.217
2.05
*90°
方向r值
宝钢生产的这些深冲热镀锌IF钢板，主要在北京吉普的切诺基、一汽大众的奥迪和神龙汽车有限公司的富康等轿车上使用。
冲压的零件有机盖内板、轮室外板、中柱内外板、行李箱内板、风窗支柱、前梁后件、后地板、前座椅横梁、顶盖侧弧内板、前翼子板内板、后盖板下流水槽、地板梁前部等。
总的来说，宝钢的深冲热镀锌钢板的深冲性能能够满足上述零件的冲压要求。
图4是用宝钢IF钢深冲热镀锌钢板冲成的零件。
⑵高强度热镀锌钢板的开发
采用高强度钢板作为汽车的车体钢板是汽车工业发展的趋势之一。
钢板强度提高了，车体可以用较薄的钢板生产，从而可以降低汽车的自重，减少燃油的消耗，也减少废气的排放和对空气的污染。
宝钢在90年代着手进行高强度热镀锌钢板的开发，已经开发的品种有抗拉强度为410MPa低合金高强度热镀锌钢板和抗拉强度为340MPa的高强度深冲IF热镀锌钢板，如表4。
高强度低合金钢是以Si、Mn固溶强化，并添加少量Ti或Nb合金元素的低合金高强度钢为基板的热镀锌钢板。
Ti或Nb通过细化晶粒和析出强化而提高基板的强度。
高强度IF钢板是以IF钢为基板加P强化的热镀锌钢板，可以作冲压用的热镀锌钢板。
为了降低二次加工脆性，基板中加入少量的B。
高强度低合金热镀锌钢板已经用于北京吉普切诺基的地板纵梁。
表4宝钢开发的高强度热镀锌钢板
产品名称
σb（MPa）
延伸率（%）
高强度低合金钢
340
420
24
汽车结构件
高强度IF钢
170
36
1.6
0.20
汽车深冲件
⑶取消ST05Z罩式炉退火的工艺研究
宝钢1＃热镀锌生产线生产的ST05Z是以铝镇静钢为基板的热镀锌钢板，热镀锌以后还要进行罩式炉退火和平整，不但工序复杂，而且表面质量难以保证。
在平整的时候，平整其它产品时采用湿平整残留的平整液常滴在热镀锌钢板的表面，平整后形成椭圆形的斑迹，造成废品。
为了简化工艺和提高表面质量，我们以IF钢为基板，采用铁素体轧制和平整控制屈服强度的综合技术生产ST05Z，不但达到了简化工艺和提高表面质量的目标，而且其深冲性能也得到改善，典型性能如表5。
表5IF钢为基板的ST05Z的性能
项目
σs/MPa
σb/MPa
δ80％
rm
nm
典型性能
192-218
293-311
38-44
1.67-2.51
0.170-0.206
⑷深冲热轧热镀锌钢板
厚度2mm以上的深冲热镀锌钢板在汽车钢板中大约占7％（上海大众数据）。
1550热镀锌生产线（2＃）只能生产2mm以下的以冷轧板为基板的热镀锌钢板。
2030热镀锌生产线（1＃）生产2mm以上的深冲热镀锌钢板时只能以热轧钢板为基板。
但是生产2mm左右的以IF钢热轧板为基板的热镀锌钢板时，热轧的终轧温度难于控制在900C以上。
因此，我们采用了用IF钢作基板、以铁素体轧制代替传统的热轧工艺解决了上面的矛盾。
铁素体轧制的终轧温度在800C以下，如果热轧时有良好的润滑，产品的r值还可以达到1.5左右。
⑸使用技术研究和用户服务
热镀锌钢板抵达用户以后，还要经过冲压、焊接、表面处理和涂漆等生产工序，才能制成最终零件或产品。
热镀锌钢板的镀层和及其表面特性对上述加工工序有显著的影响，因此热镀锌钢板的产品性能和加工工艺必须相互适应。
现在为了满足用户的要求，世界上许多钢厂本身也加强了热镀锌钢板使用技术的研究。
使用技术研究的任务是①为用户提供技术支持，推广使用、正确使用镀锌钢板；
②发生质量问题时能鉴别是镀锌钢板质量问题还是后续加工处理问题，明确解决问题的方向③为钢厂产品的改进提供信息。
图5表示热镀锌钢板在汽车厂的加工过程、涉及的使用技术和对产品质量的要求。
我们和长春一汽、神龙汽车、北京吉普、上海大众和上海通用等汽车厂建立了紧密联系，在汽车钢板国产化的过程中进行全面的跟踪服务，共同解决技术问题，改进产品质量。
结合宝钢热镀锌钢板在汽车厂的认证工作进行了热镀锌钢板的磷化、电泳涂漆、合金化热镀锌钢板的粉化等研究，深化了对产品性能的认识。
通过电泳涂漆试验了解电泳漆膜针孔缺陷形貌、影响因素和防止缺陷生成的措施，也了解了镀锌钢板、电泳漆性能和电泳工艺三者之间的关系。
通过对认证过程中出现的漆膜附着力问题的研究，了解了磷化膜质量和基板厚度对漆膜附着力的影响，为解决漆膜附着力问题指明了方向。
上面我们回顾了宝钢十年来关于热镀锌钢板的研究工作，这些工作尚处在研究开发的起步阶段，深度和广度还不够，但是这些工作代表了一个阶段，是一个不可缺少的阶段，它取得了如下一些成绩：
⑴开发了ST06Z和ST07Z深冲热镀锌钢板；
改进了ST05Z的生产工艺，提高了质量；
解决了厚规格深冲热镀锌钢板的生产；
开发了部分高强度热镀锌钢板。
这些产品在1550投产前为满足了当时汽车工业需求，起了相当大的作用。
⑵通过这些产品的研究开发，深化了对热镀锌钢板的生产工艺、产品性能和热镀锌原理的理解，积累了经验；
建立了一些实验设备和实验方法；
提高了研究人员的开拓创新能力。
⑶与一些汽车制造厂建立了合作关系，形成早期介入联合开发研究的机制，为今后汽车用热镀锌钢板的开发研究建立了良好的基础。
3、热镀锌生产装备水平的提升
1991年宝钢1＃热镀锌线建成投产，它是国内第一条采用大型立式炉的高速热镀锌机组，成套设备从美国的WeanUnited公司引进。
这条生产线的主要技术参数如下：
⑴原料：
冷轧低碳带钢和热轧酸洗带钢
⑵钢卷参数
入口
出口
带钢宽度（mm）
900～1850
900~1850
带钢厚度（mm）
0.3~3.0
钢卷内径（mm）
Ф610
钢卷外径（mm）
Ф1200~2470
Ф750~2470
钢卷重量最大（kg）
45000
⑶镀层重量：
60～600g/m2（双面）
⑷机组速度
穿带速度15～45m/min入口段15～238m/min工艺段15~183m/min出口段15~238m/min
如前所说，这条生产线存在进口段没有清洗设备、退火炉的长度短、平整和拉矫不能精确控制、只有干平整没有湿平整、板形和表面质量控制能力差等问题，在生产汽车用的热镀锌钢板方面有一定的困难，是设计主要生产对性能要求不太严格的建筑用板的生产线。
2000年宝钢建成第二条热镀锌生产线，主要生产技术参数如下：
低碳铝镇静钢、超低碳IF钢、低合金高强度钢
800～1850
800~1850
0.3~2.0
Ф505/610
Ф1000~2100
28500
80～450g/m2（GI，双面）60~180g/m2（GA，双面）
60～300g/m2（差厚镀层，双面，差厚比最大1：
3）
⑷机组速度：
入口段（max）240m/min；
工艺段（max）200m/min（GI产品）；
150m/min（GA产品）；
中间段（max）240m/min；
出口段（max）250m/min
⑸机组活套储量:
入口活套400m中间活套300m出口活套300m
2＃热镀锌生产线的主要特征如下：
⑴带钢进入退火炉前，经过多级化学清洗和电解清洗，保证带钢表面清洁。
⑵退火炉的长度长，共23个pass（1＃线为8个pass）,有利于生产深冲和各种强度的热镀锌钢板。
在加热和冷却段采用了控制炉内辊子的辊型技术、炉内双纠偏技术以及炉内张力控制技术。
炉辊表面喷涂陶瓷材料，防止辊子表面“结瘤”而进一步保证带钢表面质量。
⑶采用带沉没辊和稳定辊的方登气刀系统。
德国方登气刀系统具有结构合理、控制灵活精度高和操作方便等特点。
方登气刀还设有遥控清洗装置（清理气刀刀唇）、快速打开装置、边部镀层控制装置、气刀斜交装置、气刀扫描装置和气刀快速运动装置。
沉没辊和二个稳定辊的三辊系统使带钢平稳地通过气刀。
⑷无铅镀锌和锌铁合金化技术。
汽车用板，尤其是外板，必须具备良好的涂装性能和良好的表面质量，这就要求汽车用热镀锌钢板必须是无锌花（至少小锌花）或锌铁合金化的热镀锌钢板。
1550热镀锌生产线用无铅锌液镀锌，镀层表面无锌花。
锌锅上方的合金化炉可以进行合金化处理，生产合金化热镀锌钢板。
⑸冷热态镀层测厚仪。
为调整气刀参数，精确控制镀层厚度，机组配置了德国Eberline公司制造的冷、热态镀层测厚仪和带神经元的模糊控制器的镀层控制系统。
热态测厚仪在气刀和合金化炉加热段之间，冷态测厚仪安装在合金化炉后中间活套之前。
热态测厚仪测得带钢中央的镀层厚度，冷态测厚仪测出带钢宽度方向上的镀层厚度及其分布；
热态测厚仪为实时控制，冷态测厚仪则为最佳化设定值。
冷态测厚仪还可测锌铁合金层的铁含量。
⑹湿平整和湿拉矫工艺技术。
在平整和拉矫过程中，带钢表面的锌很容易粘在辊子上，最终导致镀层表面的压痕缺陷。
为了避免这种缺陷的产生，采用了在平整机的工作辊和拉矫机的弯曲辊喷区离子水的湿平整和湿拉矫工艺技术。
从这条生产线的特点可以看出，2＃热镀锌生产线是代表90年代的先进装备水平，是生产汽车用热镀锌钢板的生产线，其产品包括了当前汽车工业常用的热镀锌钢板品种系列。
从产品力学性能，该生产线可生产以IF钢和低碳铝镇静钢为基板冲压用热镀锌钢板，能冲压各种复杂的汽车零件；
有以低合金高强度钢、含磷钢、烘烤硬化钢和高强度IF钢为基板的各种热镀锌钢板。
按镀层来分，有纯锌热镀锌钢板和合金化热镀锌钢板两种。
所谓热镀锌烘烤硬化钢板，是因为该产品在冲压加工的时候强度低，有很好的加工性能，但是涂漆后经200℃左右的烘烤，屈服强度可提高30－60MPa。
生产这种热镀锌烘烤硬化钢板时，通过炼钢和轧制热处理工艺使基板中保留10－20ppm的C，钢板在冲压加工过程中产生很多可动位错，烘烤时，钢中的C移动到位错，把位错钉扎使它不能运动，从而提高了强度。
烘烤硬化是解决强度和冲压性能矛盾的一个最佳方案。
合金化热镀锌钢板是热镀锌钢板经过扩散退火处理生产的产品。
在生产过程中钢板经锌锅镀锌，由气刀控制镀层厚度，然后进入锌锅上方的合金化炉，经500℃左右退火，锌镀层转变为Zn-Fe金属间化合物组成的合金化镀层。
这种产品有比纯锌热镀锌钢板更好的涂漆性能和焊接性能，被广泛用作汽车钢板。
计划中建设的三条热镀锌生产线将使宝钢的热镀锌生产技术和品种更上一个台阶，具体体现在：
（1）进一步拓展了590MPa级别热镀锌钢板的品种，包括析出强化类型和双相钢类型，从强度级别上得到提升，可以满足汽车用户的未来需求；
（2）采用两个锌锅来分别生产合金化热镀锌钢板和纯锌热镀钢板，使得钢板表面质量得到进一步改进，为大批量生产高级汽车外板奠定基础；
（3）采用镀锌后表面涂膜技术，可以生产家电和汽车行业所需的高功能化（高耐蚀、高润滑）热镀锌产品；
（4）年生产20万吨Galvalume钢板，适应建筑行业对高强度、高耐蚀性薄板的要求，在替代进口、拓展市场方面具有重大意义。
4、热镀锌发展的热点
宝钢热镀锌生产装备水平的提高和引进产品的增加，对热镀锌技术研究工作既是机遇也是挑战。
引进了高水平的装备和产品技术，缩短了我们和国外的差距，使我们能在较短的时间里掌握国际先进的产品和生产技术，但同时对我们的研究工作提出了更高的要求，要求我们在更高的起点上进行创造性的工作。
为了使车体减重，以节省能量消耗、减少二氧化碳排放以保护环境，汽车厂越来越多地采用高强度钢板作车体钢板。
同时为了提高汽车的抗腐蚀性，延长使用寿命，车体钢板中的镀锌钢板比例不断增加，有的汽车车体百分之百地使用镀锌钢板。
尤其采用高强度钢板以后，钢板薄了，更需要镀锌层的保护。
高强度钢板的热镀锌给热镀锌技术提出了新的挑战，要求汽车用的热镀锌钢板不但要有高的力学性能，同时还要求高的表面质量。
为提高生产效率，降低生产成本和产品质量，镀锌工作者在探索新新的工艺方面也作不懈的努力，无传统锌锅镀锌的探索。
从国际铅锌组织（ILZRO）组织的热镀锌汽车车体合作项目中的研究课题及2002年欧洲召开的热镀锌研讨会透露出来欧洲近来开展的研究课题，当前热镀锌技术的研究可以归结为三个热点领域：
●高强度热镀锌钢板的研究；
●GI和GA产品质量的提高
●新工艺和新技术的研究
通过对国际上热镀锌技术发展趋势的分析和宝钢当前的情况，我们认为宝钢当前的研究开发工作应重点抓下面三个方面：
①高强度热镀锌钢板。
这是国际上的热点，也是国内汽车厂的需求日益增加的产品；
②热镀锌汽车外板。
这是对热镀锌钢板质量的最高要求；
③合金化热镀锌钢板和GALVALUME。
合金化热镀锌钢板是在产品质量上需要不断改进的产品，而GALVALUME是在自主设计的生产线上生产、工艺由宝钢负责的产品，需要更多的关注。
高强度热镀锌钢板的开发和生产将围绕解决两个矛盾来展开，即解决高强度钢板固有的退火热处理制度和镀锌工序的矛盾和高强度钢的合金元素和可镀性的矛盾。
在汽车上使用最广泛的高强度热镀锌钢板是DP和TRIP钢为基板的热镀锌钢板。
现在以这两个钢种为例说明在高强度热镀锌钢板的生产中存在的技术问题和解决这些问题的思路和已经取得的进展。
⑴双相钢（DP）和形变诱导塑性钢（TRIP）的退火和热镀锌
冷轧双向钢和TRIP钢工艺原理和热处理制度如图6。
从冷轧机来的冷轧钢板在热镀锌生产线先要加热到两相区并保温一段时间，让钢析出一部分铁素体，奥氏体的C含量增加。
对于DP钢，需要快速冷却使剩下的奥氏体转变成马氏体。
工艺的关键是钢板在保温段退火后的冷却速度要足够快或珠光体和贝氏体转变的孕育时间足够长（转变曲线右移），这样钢在冷却过程中不会发生珠光体或贝氏体转变，从而得到铁素体和马氏体的双相组织。
图冷轧双相钢和TRIP钢工艺原理和热处理制度
但是在生产热镀锌的DP钢时，冷轧钢板在两相区退火后必须先冷却到460℃左右进行热镀锌后再冷却到室温，这样钢的冷却速度远远低于生产冷轧双相钢的冷却速度。
这时如果珠光体或贝氏体的转变曲线不变的话，冷却曲线就有可能碰到珠光体或贝氏体转变曲线而发生珠光体或贝氏体转变，从而得不到双相组织。
在生产冷轧双向钢时，是通过添加Mn、Si等元素来提高钢的淬透性的。
生产热镀锌双向钢需要更加大的淬透性，需要向钢中添加更多的使珠光体和贝氏体转变曲线右移的合金元素。
科研的任务是要找合适的的元素合适的量和由此而带来的炼钢、热轧和镀锌等一系列问题。
TRIP钢的热镀锌有相同的情况。
在TRIP钢的生产中，轧硬的冷轧钢板也加热到两相区并保温一段时间，让钢析出一部分铁素体，然后冷却到贝氏体转变温度（400℃左右），钢在此温度发生贝氏体转变，使剩下的奥氏体的C含量进一步增加。
C含量的增加奥氏体也更加稳定，在此后的快速冷却时不发生相变，保持到室温。
TRIP由铁素体、贝氏体和残余奥氏体组成。
在加工中，TRIP钢中的残余奥氏体被诱导发生马氏体相变，硬度增加。
这也就是说钢的n值增加了，冲压性能得到改善。
TRIP钢要在贝氏体转变温度（400℃左右）进行保温，而热镀锌钢板的镀锌必须在450－465℃之间进行，这是一个很大的矛盾。
如果锌液是含5％Al的GALFAN镀液，它的锌锅温度在430℃左右，那么矛盾可能要小一些。
但是对于热镀锌，TRIP钢只能在460℃左右进行保温处理。
我们的工作是在这样的条件下如调整整个工艺，包括钢的成分和其它热处理工艺，保证TRIP钢的性能，当然还要考虑镀锌的顺利进行。
⑵高强度热镀锌钢板的可镀性
在冷轧DP和TRIP钢中，通常添加的合金元素是Mn和Si。
但是，这两个元素在退火处理时很容易以氧化物的形式富集在钢板的表面，降低了钢板对锌液的浸润性，使钢板表面发生漏镀点，这使高强度热镀锌钢板生产中的一个难点。
因此，在研制高强度热镀锌钢板时，不但要要考虑如何得到所希望的力学性能，还要考虑能不能镀上锌。
已经知道Si是对钢板的可镀性影响最大的合金元素，因此，用Mo代替Si的DP热镀锌钢板和用Al代替Si的TRIP热镀锌钢板已经开发成功。
Mo可以提高钢的淬透性，同时在退火时向钢的表面富集的倾向较小。
Al可以在TRIP钢中代替Si，但是Al的存在对炼钢和热轧等工艺还存在一些问题，Al在钢的表面也有富集的倾向。
高强度钢板的镀锌问题，除从成分上考虑外，还可以从工艺上考虑。
这一问题远没有解决，正是目前热镀锌技术研究的重点。
人们对高强度钢板的可镀性进行了大量的研究，下面是已经研究过的并有一定效果的方法：
①从成分设计上考虑。
如前面讲的DP和TRIP热镀锌钢板分别用Mo代替Si和Al代替Si。
成分设计上的考虑和合金元素的行为的研究还在进行。
②用生产工艺改变合金元素在表面的富集状态提高钢板的可镀性。
钢板退火时在加热段改变空/燃比使钢板预氧化、提高保护气体的露点等方法使钢板从外氧化变成内氧化，表面元素富集减少，从而提高可镀性。
③钢板表面预镀金属
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