热镀锌第1节基础知识

第一节热镀锌基础知识

一、热镀锌带钢的性能

热镀锌带钢是锌与冷轧钢板结合的复合材料，其兼有锌层的防腐性能和冷轧钢板的机械性能，可以大幅度提高冷轧钢板的使用寿命，是节能型经济钢材之一，广泛用于建筑、汽车、电器、容器、交通、能源、农业等行业。

除了防腐性能和机械性能的要求外，由于镀锌带钢一般要加工成制品或零件后再使用，因此对镀锌板还有锌层粘附性、焊接性能、涂漆性能、装饰性能等要求。表8-1示出了不同行业对镀锌板的性能要求。

表8-1 不同行业对镀锌板的性能要求

指锌层与带钢的结合强度，通常以钢板的弯曲半径的倍数来衡量，0a为最好。镀锌带钢在使用过程中要经过开卷、剪切、折边或冷弯成形或冲压成形等工序，因此要求镀锌带钢要有足够的锌层附着力，保证在加工过程中锌层不脱落。由于镀锌板的加工变形条件不同，对其锌层附着力也不尽相同，复杂的深冲成形对锌层附着力的要求最高。

1.2镀锌带钢的机械性能

指带钢的强度与韧性，通常以屈服强度、抗拉强度、延伸率、硬度、n值、r值等表示。根据镀锌板的加工变形条件及最终用途，对其机械性能的要求也不尽相同。镀锌板的品种按机械性能可分为CQ、DQ、DDQ、SS、FH、DP、TRIP等。

1.3防腐性能（分短期防腐性能和长期防腐性能）

短期防腐性能指在线采用钝化、涂油、钝化+涂油等表面处理方式，保证镀锌带钢在包装后到用户使用前不发生白锈、黑斑的能力。

长期防腐性指镀锌板在使用过程中不发生红锈的时间，也称镀锌板的使用寿命。

1.4涂漆性能

指镀锌板适应不同涂漆工艺保证涂漆质量的能力。

1.5装饰性能

装饰性能主要指锌花的尺寸和形状，从广义上讲也包括无缺陷的表面质量。

1.6焊接性能

指焊接成功率、焊接电流、电极的打点次数等。

二、带钢热镀锌的工艺方法

自从1836年法国把热镀锌应用于工业以来，已开发了惠林法、森吉米尔法、改良森吉米尔法、美钢联法、赛拉斯法、莎伦法。目前主要以改良森吉米尔法和美钢联法为主。其工艺流程为：

（清洗）→明火加热→辐射管加热→保护气冷却（1）

原板准备→镀前处理→

清洗→辐射管加热→保护气冷却（2）

→热浸镀→镀后处理（含冷却→光整→拉矫→钝化→涂油等）→成品检验

(1)为改良森吉米尔法，（2）为美钢联法。

改良森吉米尔法是由森吉米尔法发展而来，其主要特点是，把森吉米尔法中各自独立的氧化炉和还原炉，由一个截面积较小的过道连接起来。与森吉米尔法相比，改良森吉米尔法工艺中，带钢出明火段的氧化膜薄，易还原，锌层粘附性好，还原炉中的氢气含量低，安全性高。

美钢联法是采用全辐射管加热，在炉前有清洗段，优点是表面质量更好，带钢受热更均匀，缺点是炉子热效率低，炉子较长，生产成本与机组投资都较高。

三、镀锌层的防护原理

1、镀锌板的防护原理

镀锌层以覆盖保护和牺牲阳极保护两种方式保护钢基。

覆盖保护指镀锌层覆盖在钢板表面，首先与腐蚀介质接触，在镀锌层被腐蚀掉前，基体钢材不会发生腐蚀失效的保护方式。

牺牲阳极保护是指铁，当锌层钢基同时暴露在腐蚀环境中时，锌与铁可形成原电池，锌由于电极电位（-0.762V）低于铁(-0.439V)而成为原电池中的阳极首先被腐蚀，从而保护了

钢基，见图8-1。

图8-1锌对铁的牺牲阳极保护作用

2、镀锌板使用寿命的影响因素

2.1锌层化学成份的影响

在锌中加入铝、镁、镍、锰、铁等可提高镀锌层的耐腐蚀性，如Zn5%Al的耐蚀性是纯锌的2~3倍，Zn55%Al1.6%Si的耐蚀性是纯锌的2~6倍，Zn10%Fe的耐蚀性是纯锌的2~4倍，Zn10%Ni的耐蚀性是纯锌的2倍以上。而在锌中加入铅、镉等元素，则会在一定程度上降低锌层的耐蚀性，见表8-2。

表8-2 不同成份镀锌层的腐蚀损失

2.2锌层重量的影响

当腐蚀时间足够长时，锌层的腐蚀速度是恒定的，因此锌层的使用寿命与锌层重量基本呈线性关系。

2.3腐蚀环境的影响

热镀锌板的使用寿命与镀层及其所处的环境有关，通过对热镀锌板进行的大气腐蚀试验，便可证实这一点，见表8-3。

表8-3 热镀锌板的大气腐蚀状况

为了对大气腐蚀性进行分类，国际标准化委员会尝试用年平均温度、潮湿时间、二氧化硫浓度、氯离子浓度等来评价大气腐蚀性，相关的大气腐蚀研究机构正在尝试建立根据大气腐蚀性来预测材料使用寿命的方法。

四、锌层粘附性的理论

1、钢基与锌液反应对粘附性的影响

研究锌与带钢之间的反应及其对锌层粘附性的反应，一般采用相图分析法。图是传统热镀锌工艺常用的铁-锌相图。

图8-2 锌-铁相图

通过该相图可以发现，带钢与锌液反应后，可能出现5种成份与性质各不相同的铁-锌相。然而，铁-锌相的塑性不能满足镀锌板深加工对锌层粘附性的要求，于是，在锌液中加入了少量的铝，并研究了加铝的效果。

图8-3 热镀锌锌层形成示意图

A-镀层外表氧化膜；B-纯锌层；C-铁-锌合金层；D- Fe 2Al 5中间层；E-钢基；F-带钢温度变化曲线；1~6-镀锌层形成的步骤

如图所示，在含铝锌液中，带钢表面发生的反应过程可能由如下过程组成：

（1）带钢表面的氧化铁皮，经还原炉被还原为海绵状纯铁，其表面已处于活化状态。并且经退火炉的冷却已把带钢冷却到所要求的入锌锅温度，例如480℃。

（2）带钢浸入锌液中，有两个过程同时发生，一是带钢的热量传递给锌液，同时导致自身温度下降，并基本与锌液温度保持平衡，例如460℃；二是Fe 2Al 5中间层开始形成，并达到一定的厚度。

通过电化学分离法、电子射线显微分析法、扫描电子显微镜法和离子质谱分析法等，证实了合金层的组成为Fe 2Al 5Zn x ，也就是说在热镀锌过程中发生了如下的反应。

x T

Zn Al Fe xZn Al Fe 5252−→−++

通过分析合金层中的铝含量，表明该反应是快速反应。