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寶鋼熱鍍鋅產品技術的發展及分析

 

寶鋼熱鍍鋅發展歷史

寶鋼的第一條熱鍍鋅線投產于1990年,其產品為熱鍍純鋅(GI),以建筑行業為主,隨后在這條生產線上開發了熱鍍鋅IF鋼和高強度低合金鋼系列產品,主要應用于汽車的內部件。2000年,以汽車板為主的熱鍍鋅線投產,其產品為熱鍍純鋅(GI)和熱鍍鋅鐵合金(GA),采用一個鋅鍋。在這條線上,先后開發出了(GI/GA)轎車用外板、(DP590/DP780)高強鋼產品,標志著寶鋼具備了批量、穩定提供熱鍍鋅汽車板產品的能力。

2004年,寶鋼投產了一條以建筑為主的熱鍍鋁鋅生產線,主要生產55Al-Zn產品,為高端建筑彩板提供了高質量的原板。2005年,寶鋼和新日鐵合資的冷軋廠進一步強化了在GA鋼板方面的供貨能力;如果說2008年寶鋼五冷軋的投產進一步夯實了寶鋼熱鍍鋅汽車板的市場份額,那么2009年超高強度鋼專用生產線的投產,則使寶鋼的熱鍍鋅鋼板強度級別由之前的800MPa直接提高到1200MPa,正式進入到世界熱鍍鋅先進高強度鋼制造技術的領先行列。在這條生產線上集成了一系列先進技術(如快速冷卻技術、明火加熱技術、第三代鋼退火工藝等)。2015年寶鋼完成了第一條熱鍍鋅線的全面升級改造,產品拓展到熱沖壓用熱鍍鋁硅和厚規格的熱鍍鋅,最高強度達1200MPa,2016年寶鋼又試制成功了熱鍍鋅鋁鎂鍍層產品,至此,寶鋼已經形成了熱鍍鋅、熱鍍鋅鐵合金、熱鍍鋁鋅、熱鍍鋁硅、熱鍍鋅鋁鎂和以此為基的各種表面處理產品系列,熱鍍產品家族系列趨于齊全。截至2016年,寶鋼的連續熱鍍鋅生產線累計達到16條,總產能超過500萬t。

 

 

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汽車用熱鍍鋅產品

 

近年來,汽車用熱鍍鋅鋼板的開發主要圍繞著先進高強度鋼進行。與第一代先進高強鋼相比,在相同抗拉強度下,第二代先進高強鋼(TWIP鋼)具有更加優異的延伸率,而第三代先進高強鋼的延伸率處于二者之間。熱鍍鋅先進高強度鋼主要應用于汽車白車身的結構安全件,因其具有高的強度和韌性可以提高車身的被動安全性。Si常作為先進高強度鋼如TRIP和QP鋼的必加元素,在貝氏體轉變和配分過程中起到抑制碳化物析出的作用,提高了殘余奧氏體的穩定性進而通過TRIP效應提高了鋼板的延伸率。研究發現含Si的鋼經由退火工藝處理后,Si會向帶鋼表面擴散,因而會導致表面的選擇氧化而形成氧化層。這種表面氧化層會導致較差的磷化效果或帶鋼表面由于與熔融鋅的潤濕性較差而漏鍍或者脫鋅。因此,在早期研發階段,含Si的鋼板表面常見有各種表面缺陷,極大地限制了這類鋼在汽車業的商業應用。為解決這些問題,需要控制帶鋼表面的選擇氧化。目前,寶鋼已經開發出相應的有效技術來控制退火爐中的氧含量,以抑制表面氧化。通過調節退火爐中氣氛的露點溫度,帶鋼表面的氧化程度得到控制,并由外氧化轉變為內氧化,且內氧化層的厚度也可以被優化調控至合適水平。

為了提高熱鍍鋅鋼板表面的潤滑性能,減少熱鍍鋅鋼板沖壓時的脫鋅等缺陷,寶鋼開發了在GI和GA表面通過表面無機潤滑處理的產品(GIT、GA-L),摩擦因數降低了20%以上,特別適合沖壓復雜零件如門內板等,沖裂率大大降低。

為了避免無鍍層熱成形鋼在加熱時形成氧化鐵,鋁硅鍍層熱成形鋼被廣泛應用于制造熱成形零件。寶鋼在2015年完成第一條鍍鋅機組升級改造后,具備了鋁硅鍍層生產能力。在熱成形前,鋁硅鍍層主要由以Al7Fe2Si為主的合金層及以初生α-Al相和Si相組成的鍍層母層組成;在熱成形奧氏體化加熱和保溫的過程中,Fe、Al發生了充分的擴散,形成了Al、Si飽和的α-Fe相、Fe2Al5/FeAl2相以及Fe2SiAl2相。除此之外,近年來還興起了鋅基鍍層熱成形鋼的研究,但由于存在液態金屬脆(LME)引起基板微裂紋的問題,目前鋅基鍍層熱成形鋼的應用遠不及鋁硅鍍層,鋅基鍍層熱成形鋼直接熱成形工藝有待突破。

鋅鋁鎂鍍層具有優良的平面耐蝕性和切口耐蝕性的特點,最早主要應用于建筑領域,但近年來在汽車上的應用正在逐漸拓展。為了兼顧耐蝕性、焊接性和成形性,適合汽車用的鋅鋁鎂鍍層的Al含量通常為1%~3%,Mg含量通常為1%~2%,其余為Zn。寶鋼于2016年在國內率先進行了首次鋅鋁鎂鍍層汽車板工業試制,鍍層表面質量已達到汽車內板要求。由于Al、Mg含量增加后鍍層硬度提高,因此與熱鍍鋅相比,鋅鋁鎂鍍層鋼板在沖壓過程中的鍍層磨損會減少,從而能減少停機擦模次數,特別是對拉毛缺陷敏感的零件,可進一步降低加工成本。

 

 

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建筑與家電用熱鍍鋅產品

 

鋅鋁鎂鍍層具有優良的平面耐蝕性和切口耐蝕性的特點,最早主要應用于建筑領域,但近年來在汽車上的應用正在逐漸拓展。為了兼顧耐蝕性、焊接性和成形性,適合汽車用的鋅鋁鎂鍍層的Al含量通常為1%~3%,Mg含量通常為1%~2%,其余為Zn。寶鋼于2016年在國內率先進行了首次鋅鋁鎂鍍層汽車板工業試制,鍍層表面質量已達到汽車內板要求。由于Al、Mg含量增加后鍍層硬度提高,因此與熱鍍鋅相比,鋅鋁鎂鍍層鋼板在沖壓過程中的鍍層磨損會減少,從而能減少停機擦模次數,特別是對拉毛缺陷敏感的零件,可進一步降低加工成本。

寶鋼的熱鍍鋅經過20多年的發展,已經形成了GI、GA、55Al-Zn、鋁硅、鋅鋁鎂和以此為基的表面處理系列,最高可供貨強度達1200MPa,連續熱鍍鋅生產線累計達16條,總產能超過500萬t,成為國內品種最全、強度最高和產量最大的廠家。

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