表面工程技術(shù)熱浸鍍鋅

1、哈 爾 濱 理 工 大 學(xué)表面工程技術(shù)論文（綜述）題 目： 院 、 系： 姓 名： 學(xué) 號： 年 月 日熱鍍鋅一、 引言近年來,隨著世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,尤其是汽車、家電及建筑業(yè)的發(fā)展,對鍍鋅帶鋼的需求量大大增加,市場需求非?？捎^。在美、日等鋼材生產(chǎn)大國,熱鍍鋅鋼板在鋼材中所占比例高達(dá)13% 15%,而用于汽車行業(yè)的熱鍍鋅板已占其總產(chǎn)量的40%以上。目前,日系轎車基本上全部采用熱鍍鋅板作外板,而熱鍍鋅帶鋼在我國市場一直是緊缺產(chǎn)品。正是這種需求大大促進(jìn)了連續(xù)熱鍍鋅技術(shù)的發(fā)展。熱鍍鋅也稱熱浸鍍鋅，是在高溫下把鋅錠融化，在放入一些輔助材料，然后把金屬結(jié)構(gòu)件浸入鍍鋅槽中，使金屬構(gòu)件上附著一層鋅層。熱鍍鋅的優(yōu)

2、點(diǎn)在于他的防腐能力強(qiáng)，鍍鋅層的附著力和硬度較好。缺點(diǎn)在于價(jià)格較高，需要大量的設(shè)備和場地，鋼結(jié)構(gòu)件過大不易放入鍍鋅槽中，鋼結(jié)構(gòu)件過于單薄，熱鍍又容易變形。近年來隨高壓輸電、交通、通訊事業(yè)迅速發(fā)展，對鋼鐵件防護(hù)要求越來越高，熱鍍鋅需求量也不斷增加。二、熱鍍鋅技術(shù)發(fā)展史（一）熱鍍鋅技術(shù)發(fā)展史熱鍍鋅是由較古老的熱鍍方法發(fā)展而來的，自從1836年法國把熱鍍鋅應(yīng)用于工業(yè)以來，已經(jīng)有一百四十年的歷史了。然而，熱鍍鋅工業(yè)是近三十年來伴隨冷軋帶鋼的飛速發(fā)展而得到了大規(guī)模發(fā)展.1937年美國建立了第一條連續(xù)熱鍍鋅帶鋼生產(chǎn)線，1942年在美國建成了第一條連續(xù)電鍍鋅帶鋼生產(chǎn)線，從進(jìn)入工業(yè)性生產(chǎn)至今已有160多年的生產(chǎn)

3、歷史。 熱鍍鋅產(chǎn)品廣泛用于建筑、家電、車船、容器制造業(yè)、機(jī)電業(yè)等，幾乎涉及到衣食住行各個(gè)領(lǐng)域。近年來，世界鍍鋅鋼板需求量不斷增加，產(chǎn)量增長也很快，在美、日等鋼材生產(chǎn)大國，熱鍍鋅鋼板在鋼材中所占比例已高達(dá)13%-15%。 涂鍍層鋼板的最大優(yōu)點(diǎn)是優(yōu)良的耐蝕性、涂漆性、裝飾性以及良好的成形性。近年來涂鍍層鋼板在汽車上的用量一直呈上升趨勢，并成為汽車用薄板的主體。世界各國均在研究如何擴(kuò)大涂鍍層板的品種、規(guī)格，改進(jìn)鍍層工藝進(jìn)而提高鍍層質(zhì)量，即耐蝕性、抗粉化剝落、涂敷性、焊接性。鍍層板的成形性始終是其應(yīng)用的重要方面，這主要取決于基板性能、鍍層工藝及性能和成形工藝條件，通過綜合的先進(jìn)技術(shù)相配合才能達(dá)到良好的

4、應(yīng)用效果。（二）我國鍍鋅鋼板生產(chǎn)現(xiàn)狀 我國熱鍍鋅生產(chǎn)發(fā)展一直處于滯后狀態(tài)。20世紀(jì)50年代到60年代陸續(xù)建成了13條單張鋼板熔劑法熱鍍鋅機(jī)組，能力為10萬t/a，但因產(chǎn)量低、成本高、質(zhì)量差、污染環(huán)境、經(jīng)濟(jì)效益差等缺陷已先后停、轉(zhuǎn)產(chǎn)。從20世紀(jì)70年代末，我國才開始建造大型寬帶熱鍍鋅機(jī)組。 熱鍍鋅帶鋼在我國市場一直是緊缺品種。從20世紀(jì)90年代中期以來，每年都要從國外進(jìn)口80-100萬t左右。隨著國內(nèi)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，尤其是汽車、家電及建筑業(yè)的發(fā)展，對鍍鋅帶鋼的需求量也大大增加。我國近二十年來已建成了一批年產(chǎn)量10萬t以上生產(chǎn)線，但從工藝流程、設(shè)備組成到產(chǎn)品品種上都屬于低水平傳統(tǒng)技術(shù)的熱鍍鋅機(jī)組，在品

5、種質(zhì)量數(shù)量上也不能滿足我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)展的需求，仍需建設(shè)新熱鍍鋅線來滿足市場需要。 20世紀(jì)90年代以來我國鍍鋅鋼板生產(chǎn)取得了長足發(fā)展，國內(nèi)已有和在建鍍鋅板加工能力達(dá)到近300萬t。近幾年國產(chǎn)鍍鋅板的市場占有率提高很快，由1996年的約27%提高到1998年的59%左右。國內(nèi)主要生產(chǎn)廠家為寶鋼、武鋼、攀鋼、本鋼、廣東南方。5家企業(yè)生產(chǎn)能力總和已超130萬t。見表1。表1我國熱鍍鋅鋼板生產(chǎn)機(jī)組概況生產(chǎn)廠投產(chǎn)年份生生產(chǎn)能力萬t·a-1工藝類型生產(chǎn)規(guī)格mm設(shè)計(jì)生產(chǎn)品種速度m.min-1爐型備注武鋼l#鍍鋅197915改良型森吉米爾法0.252.5x700 1530普通、平整鋅花,小鋅花,鋅鐵

6、合金150臥室爐帶有橫切機(jī)組武鋼2#鍍鋅199920寶鋼l#鍍鋅199036.5改良型森吉米爾法0.33.0x900 1850普通鋅花,小鋅花,平整鋅花180塔室爐-寶鋼2#鍍鋅200035本鋼冷軋廠199620改良型森吉米爾法0.52.5x7001500普通鋅花,小鋅花,平整鋅花150臥室爐帶快速冷卻段帶有橫切機(jī)組攀鋼冷軋廠199715帶清洗段森吉米爾法0.252.5x720 1120普通鋅花,小鋅花,平整鋅花120臥室爐帶快冷、緩冷段帶有橫切機(jī)組廣東南方鋼板有限公司199410美銅聯(lián)法0.252.5x500 1250普通鋅花,小鋅花,平整鋅花90臥室爐帶有橫切機(jī)組我國現(xiàn)有的熱鍍鋅機(jī)組與國外

7、先進(jìn)水平存在的主要差距在于絕大多數(shù)機(jī)組沒有預(yù)清洗設(shè)備，對鍍鋅表面質(zhì)量難以保證;現(xiàn)有光整機(jī)都是比較簡單的兩輥光整機(jī)(攀鋼為四輥)，無法更好地改善帶鋼的機(jī)械性能，特別是深沖性能；現(xiàn)有品種都是單一的鍍鋅板，僅有少量的合金化板，遠(yuǎn)不能滿足市場需要。 我國廠家生產(chǎn)的熱鍍鋅鋼板均以建材、輕工、農(nóng)業(yè)、交通等行業(yè)為主要用戶。由于受現(xiàn)有熱鍍鋅設(shè)備條件、工藝技術(shù)及原板性能的限制，實(shí)際生產(chǎn)可供汽車制造業(yè)使用的鍍鋅板很少。見圖1。圖1 熱鍍鋅廠鍍鋅鋼板的特點(diǎn)：鍍鋅能有效的防治鋼材腐蝕，延長使用壽命。鍍鋅薄鋼板（厚度為0.41.2mm ）又稱鍍鋅鐵皮，俗稱白鐵皮。鍍鋅鋼板廣泛應(yīng)用于建筑、車輛、家電、日用品等行業(yè)。隨著西

8、部大開發(fā)戰(zhàn)略的實(shí)施，西電東送、西氣東輸、南水北調(diào)、三峽工程、農(nóng)網(wǎng)及城市電網(wǎng)二網(wǎng)改造等項(xiàng)目的深入展開，我國熱鍍鋅行業(yè)已進(jìn)入新一輪的高速發(fā)展階段。三、熱鍍鋅技術(shù)基本原理及設(shè)備簡介（一）熱鍍鋅技術(shù)基本原理1、概述鋅易溶于酸，也能溶于堿，故稱它為兩性金屬。鋅在干燥的空氣中幾乎不發(fā)生變化。在潮濕的空氣中，鋅表面會生成致密的堿式碳酸鋅膜。在含二氧化硫、硫化氫以及海洋性氣氛中，鋅的耐蝕性較差，尤其在高溫高濕含有機(jī)酸的氣氛里，鋅鍍層極易被腐蝕。鋅的標(biāo)準(zhǔn)電極電位為-0.76v，對鋼鐵基體來說，鋅鍍層屬于陽極性鍍層，它主要用于防止鋼鐵的腐蝕，其防護(hù)性能的優(yōu)劣與鍍層厚度關(guān)系甚大。鋅鍍層經(jīng)鈍化處理、染色或涂覆護(hù)光劑后

9、，能顯著提高其防護(hù)性和裝飾性。近年來，隨著鍍鋅工藝的發(fā)展，高性能鍍鋅光亮劑的采用，鍍鋅已從單純的防護(hù)目的進(jìn)入防護(hù)-裝飾性應(yīng)用。鍍鋅溶液有氰化物鍍液和無氰鍍液兩類。氰化物鍍液中分微氰、低氰、中氰、和高氰幾類。無氰鍍液有堿性鋅酸鹽鍍液、銨鹽鍍液、硫酸鹽鍍液及無氨氯化物鍍液等。氰化鍍鋅溶液均鍍能力好，得到的鍍層光滑細(xì)致，在生產(chǎn)中被長期采用。但由于氰化物劇毒，對環(huán)境污染嚴(yán)重，近年來已趨向于采用低氰、微氰、無氰鍍鋅溶液。2、原理在盛有鍍鋅液的鍍槽中，經(jīng)過清理和特殊預(yù)處理的待鍍件作為陰極，用鍍覆金屬制成陽極，兩極分別與直流電源的正極和負(fù)極聯(lián)接。鍍鋅液由含有鍍覆金屬的化合物、導(dǎo)電的鹽類、緩沖劑、ph調(diào)節(jié)劑和

10、添加劑等的水溶液組成。通電后，鍍鋅液中的金屬離子，在電位差的作用下移動(dòng)到陰極上形成鍍層。陽極的金屬形成金屬離子進(jìn)入鍍鋅液，以保持被鍍覆的金屬離子的濃度。在有些情況下，如鍍鉻，是采用鉛、鉛銻合金制成的不溶性陽極，它只起傳遞電子、導(dǎo)通電流的作用。電解液中的鉻離子濃度，需依靠定期地向鍍液中加入鉻化合物來維持。鍍鋅時(shí)，陽極材料的質(zhì)量、鍍鋅液的成分、溫度、電流密度、通電時(shí)間、攪拌強(qiáng)度、析出的雜質(zhì)、電源波形等都會影響鍍層的質(zhì)量，需要適時(shí)進(jìn)行控制。熱鍍鋅層形成過程：熱鍍鋅層形成過程是鐵基體與最外面的純鋅層之間形成鐵-鋅合金的過程，工件表面在熱浸鍍時(shí)形成鐵-鋅合金層，才使得鐵與純鋅層之間很好結(jié)合，其過程可簡單

11、地?cái)⑹鰹椋寒?dāng)鐵工件浸入熔融的鋅液時(shí)，首先在界面上形成鋅與鐵(體心)固熔體。這是基體金屬鐵在固體狀態(tài)下溶有鋅原子所形成一種晶體，兩種金屬原子之間是融合，原子之間引力比較小。因此，當(dāng)鋅在固熔體中達(dá)到飽和后，鋅鐵兩種元素原子相互擴(kuò)散，擴(kuò)散到(或叫滲入)鐵基體中的鋅原子在基體晶格中遷移，逐漸與鐵形成合金，而擴(kuò)散到熔融的鋅液中的鐵就與鋅形成金屬間化合物fezn13，沉入熱鍍鋅鍋底，即為鋅渣。（二）熱鍍鋅技術(shù)設(shè)備簡介熱鍍鋅設(shè)備的結(jié)構(gòu)構(gòu)成： 1、內(nèi)加熱陶瓷鍍鋅設(shè)備由鍋體、內(nèi)加熱器、電控及溫度控制系統(tǒng)組成，鍋體由三層保溫材料和鍋體鋼板框架構(gòu)成。 2、內(nèi)加熱陶瓷鍍鋅設(shè)備外觀設(shè)計(jì)科學(xué)，加熱器安裝在鋅鍋內(nèi)側(cè)垂直均勻

12、布置，保證鋅液溫度均勻，便于操作和維修，生產(chǎn)效率高，操作安全可靠。 3、內(nèi)加熱陶瓷鍍鋅設(shè)備用內(nèi)加熱器、鋅液溫度雙控制，鋅液采用耐蝕熱電偶測溫，電偶直接與鋅液接觸溫度準(zhǔn)確，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化自動(dòng)調(diào)溫，保證鋅液溫度長期穩(wěn)定工作。 4、內(nèi)加熱陶瓷鍍鋅設(shè)備，鍋體鋼板框架采用標(biāo)準(zhǔn)鋼材焊接而成，鋼材表面經(jīng)過防銹工藝處理，外表美觀，使用壽命長。四、熱鍍鋅技術(shù)工藝方法（一）工藝過程 工件脫脂水洗酸洗水洗浸助鍍?nèi)軇┖娓深A(yù)熱熱鍍鋅整理冷卻鈍化漂洗干燥檢驗(yàn) （二）有關(guān)工藝過程說明 1脫脂 可采用化學(xué)去油或水基金屬脫脂清洗劑去油，達(dá)到工件完全被水浸潤為止。 2酸洗 可采用h2so4 15%，硫脲0.1%，4060或用hcl

13、20%，六次甲基四胺13g/l，2040進(jìn)行酸洗。加入緩蝕劑可防止基體過腐蝕及減少鐵基體吸氫量。脫脂及酸洗處理不好會造成鍍層附著力不好，鍍不上鋅或鋅層脫落。 3浸助鍍劑 也稱結(jié)合劑，可保持在浸鍍前工件具有一定活性，以增強(qiáng)鍍層與基體結(jié)合。nh4cl 15%25%，zncl2 2.5%3.5%，5565，510min。為減少nh4cl揮發(fā)可適當(dāng)加入甘油。 4烘干預(yù)熱 為了防止工件在浸鍍時(shí)由于溫度急劇升高而變形，并除去殘余水分，防止產(chǎn)生爆鋅，造成鋅液爆濺，預(yù)熱一般為120180。5熱鍍鋅 要控制好鋅液溫度、浸鍍時(shí)間及工件從鋅液中移出的速度。溫度過低，鋅液流動(dòng)性差，鍍層厚且不均勻，易產(chǎn)生流掛，外觀質(zhì)量

14、差；溫度高，鋅液流動(dòng)性好，鋅液易脫離工件，減少流掛及皺皮現(xiàn)象發(fā)生，附著力強(qiáng)，鍍層薄，外觀好，生產(chǎn)效率高；但溫度過高，工件及鋅鍋鐵損嚴(yán)重，產(chǎn)生大量鋅渣，影響浸鋅層質(zhì)量，鋅耗大，甚至無法施鍍。 在同一溫度下，浸鍍時(shí)間長，鍍層厚。不同溫度，要求同樣的厚度時(shí)，高溫浸鍍所需時(shí)間長。 一般廠家為了防止工件高溫變形及減少由于鐵損造成鋅渣，都采用450470，0.51.5min。有些工廠對大工件及鑄鐵件采用較高溫度，但要避開鐵損高峰的溫度范圍。 為了提高在較低溫度下熱浸鍍液的流動(dòng)性，防止鍍層過厚，并提高鍍層外觀，常常加入0.01%0.02%的純鋁。鋁要少量多次加入。 6整理 鍍后對工件整理主要是去除表面余鋅及

15、鋅瘤，用震動(dòng)或手工方法均可。 7鈍化目的是提高工件表面抗大氣腐蝕性能，減少或延長白銹出現(xiàn)時(shí)間，保持鍍層具有良好的外觀。都用鉻酸鹽鈍化，如na2cr2o7 80100g/l，硫酸34ml/l。 8冷卻 一般用水冷，但溫度不可過低，防止工件，特別是鑄件由于激冷回縮產(chǎn)生基體組織開裂。 9檢驗(yàn) 鍍層外觀光亮、細(xì)致、無流掛、皺皮現(xiàn)象。厚度檢驗(yàn)可采用涂層測厚儀，方法比較簡便。也可通過鋅附著量進(jìn)行換算得到鍍層厚度。結(jié)合強(qiáng)度可采用彎曲壓力機(jī)，將樣件作90180°彎曲，應(yīng)無裂紋及鍍層脫落。也可用重錘敲擊檢驗(yàn)。五、熱鍍鋅技術(shù)常用的材料常見的熱鍍鋅鋼材品種有鍍鋅鋼板和鋼帶，鍍鋅鋼絲和鋼絲網(wǎng)，鍍鋅鋼管，鍍鋅

16、型鋼和結(jié)構(gòu)件，鍍鋅管件（可鍛鑄鐵管件），鍍鋅零部件、緊固件，鍍鋅器件制品等，常見鍍層有純鋅鍍層、鋅鋁合金鍍層（鋅鋁稀土、鋅鋁鎂、鋅鋁鉛）、鋅鎳合金鍍層、鋁鋅合金鍍層（鋁鋅硅）等。隨著工業(yè)的發(fā)現(xiàn)，熱鍍鋅產(chǎn)品已經(jīng)運(yùn)用到很多領(lǐng)域，熱鍍鋅的優(yōu)點(diǎn)在于防腐年限長久，適應(yīng)環(huán)境廣泛一直是很受歡迎的防腐處理方法。被廣泛運(yùn)用與電力鐵塔、通信鐵塔、鐵路、公路防護(hù)、路燈桿、船用構(gòu)件、建筑鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件、變電站附屬設(shè)施、輕工業(yè)等。熱鍍鋅的防腐年限久遠(yuǎn)，但是在不同的環(huán)境中防腐年限不一樣：重工業(yè)區(qū)13年，海洋50年，郊外104年，城市30年。見圖2。圖2 不同大氣條件下不同鍍層厚度的熱鍍鋅鋼使用壽命六、熱鍍鋅技術(shù)發(fā)展前景展望近

17、年來，由于電力、交通、通訊、建筑等基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)的大力發(fā)展，對鍍鋅鋼材的需求日益增加。目前廣東、浙江、山東、江蘇、河北、東北等地結(jié)構(gòu)鋼鍍鋅應(yīng)運(yùn)而起，目前結(jié)構(gòu)鋼鍍鋅鋅鍋已向大型化發(fā)展，從原來的幾十噸容鋅量增加到700800噸容鋅量。年產(chǎn)量達(dá)36萬噸的企業(yè)已有20多家。主要鍍件為高速公路護(hù)欄，輸變電、通訊用鐵塔，道路燈桿，建筑用輕鋼龍骨等結(jié)構(gòu)件?！笆濉逼陂g，中國將加快交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，公路建設(shè)的重點(diǎn)是全國建成二縱二橫3個(gè)重要路段，“五縱七橫”國道主干線2.6萬公里，到2005年，全國公路總里程達(dá)到160萬公里，高速公路超過2.5萬公里，二級以上公路達(dá)到28萬公里。2002年開始加快區(qū)域路網(wǎng)改造，西部省

18、際通道總規(guī)模1.5萬公里，目前在建0.5萬公里，需開工1萬公里，從20012010年西部地區(qū)要建成國道主干線1.26萬公里；除在建外，還有3900km需開工。在20002010年間，每年將建設(shè)12001500km的高速公路，每年需新增67.5萬噸鍍鋅護(hù)欄板，2.43萬噸鍍鋅鋼管和0.81.0萬噸鍍鋅零部件，每年用于電力輸變電的通訊鐵塔鍍鋅鋼材將達(dá)到4050萬噸。估計(jì)2001年結(jié)構(gòu)鋼鍍鋅量已超過150萬噸，年耗鋅13萬噸，預(yù)計(jì)到2005年結(jié)構(gòu)鋼鍍鋅應(yīng)接近200萬噸，年耗鋅17萬噸。綜上所述，估計(jì)2002年鍍鋅用鋅量達(dá)42萬噸，2005年將達(dá)47.549萬噸。七、熱鍍鋅技術(shù)應(yīng)用實(shí)例1、熱鍍鋅高強(qiáng) if 鋼板優(yōu)異的深沖性和高強(qiáng)度以及良好的耐蝕性使其在轎車制造業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用，特別是汽車工業(yè)的減重、節(jié)能發(fā)展趨勢將會導(dǎo)致對這種鋼板的需求增加2、熱鍍鋅鋼格板實(shí)例應(yīng)用重載鍍鋅鋼格板由扁鋼寬65mm200mm厚5mm20mm等焊接形成的熱鍍鋅鋼格板為后重載型熱鍍鋅鋼格板。適用于大型貨場，碼頭，煤礦道路橋梁等，能承載大型貨車通過。 鍍鋅鋼格板(扁鋼間距40mm)扁鋼間距為4