宝钢热镀锌钢板的开发与展望

宝钢热镀锌钢板的开发与展望

谢英秀;金鑫焱;王利

【摘要】随着经济的持续稳定发展,特别是汽车、家电和建筑行业的快速发展,对热镀锌钢板的需求持续旺盛,中国已成为世界上最大的热镀锌生产国,而随着近年来钢铁工业去产能化,热镀锌在钢铁中所占的比例仍将持续提高.简要回顾了热镀锌产品与技术的发展历史,结合中国热镀锌钢板的发展情况,介绍了宝钢在汽车、建筑和家电热镀锌产品方面的技术进步,重点介绍了先进高强度钢和镀层品种方面的进展.经过20多年的发展,宝钢已经形成了GI、GA、55A1-Zn、铝硅、锌铝镁和以此为基的表面处理系列,最高可供货强度达1 200 MPa,未来热镀锌产品将向更高强度、更高耐腐蚀性和表面功能性等方向发展.

【期刊名称】《宝钢技术》

【年(卷),期】2017(000)001

【总页数】7页(P1-6,11)

【关键词】宝钢;汽车;建筑;家电;先进高强度钢;热镀锌

【作者】谢英秀;金鑫焱;王利

【作者单位】宝山钢铁股份有限公司研究院,上海201900;汽车用钢开发与应用技术国家重点实验室(宝钢),上海201900;宝山钢铁股份有限公司研究院,上海201900;汽车用钢开发与应用技术国家重点实验室(宝钢),上海201900;宝山钢铁股份有限公司研究院,上海201900;汽车用钢开发与应用技术国家重点实验室(宝钢),上海201900

【正文语种】中文

【中图分类】TG174.443

作为世界第二大经济体的中国,在过去的10多年中发展迅速,年均GDP达10%左右。作为工业发展的粮食——钢铁,其产量已连续7年位居世界第一,2014年更是

达到峰值8.22亿t,约占世界钢铁产量的50%。热镀锌钢板因其具有好的耐腐蚀性能得到重视,过去的10年也是中国热镀锌发展最快的时期,产能达到近1亿t。但同发达经济体相比,产品结构存在明显差别,以汽车和家电为代表的高端热镀锌明显低

于发达国家。本文简要回顾了国际、国内热镀锌技术的发展历程,并系统阐述了宝

钢在汽车、建筑和家电热镀锌产品和技术方面的进步,重点介绍了在先进高强度钢

方面的进展。

表1汇总了现代热镀锌带钢的发展历史[1]。热镀锌的镀锌(Galvanizing)[2]一词起源于意大利科学家 Luigi Galvani (1737 —1798年),将钢板浸入熔融锌中,使锌热

浸镀在钢板表面而防止钢板表面腐蚀的方法,即利用锌与铁(不同金属)的电位差,锌

的电子流向铁而保护铁的方法称为镀锌。1940年前后森吉米尔热镀锌工艺的开发成功开启了现代连续热镀锌钢板发展的历史。特别是20世纪80年代出现了无间

隙原子(IF)钢,可以很容易地在热镀锌产线生产出具有深冲性能的带钢,极大加速了热镀锌钢板在汽车上的应用。进入21世纪,汽车行业加大推进“减重降耗”,采用相

变强化等机理的先进高强度钢成为主要发展方向。宝钢于2009年自主集成的先进高强度钢专用生产线在国际上首次生产出了第三代先进高强度钢——QP钢[3],引

领了国际超高强钢的技术进步,受到国际各大钢铁公司和汽车公司的极大关注。

回顾热镀锌发展的历史发现,经过近80年的发展,连续热镀锌技术已经趋于成熟,被

市场接受的品种主要包括热镀纯锌(GI)、热镀锌铁合金(GA)、热镀铝锌(55Al-Zn)、热镀锌铝(Zn-5Al)、铝硅和新近开发的锌铝镁等。尽管家电和建筑也有些特殊的要

求,相比之下汽车的需求仍是推动热镀锌技术进步的最主要的驱动力。国际锌协会(IZA)自1999年开始支持的镀锌车身伙伴(GAP)项目[4]也说明了这一点,GAP项目旨在提高产品和工艺的技术能力以推动汽车镀锌钢板的应用,GAP项目受到包括来自北美、欧洲和亚洲的累计65个镀锌行业企业的资助,2008年宝钢加入GAP项目。所有GAP项目都是为了支持实现美国将在2025年实施的以钢铁为主的汽车CAFE法规以及更广泛的国际目标。表2是目前GAP在运行的项目清单,主要关键词包括第三代汽车用钢、锌基热冲压、氢的影响、先进高强度钢的内外氧化、含高Mn含量钢的锌锅管理等。

先进高强度钢的特点是含有较高的Mn、Si、Cr等元素,不利于热镀锌,因此围绕着

热镀锌的可镀性、实现先进高强度钢特殊的退火工艺和炉温检测技术等成为近年来研究的热点。

图1是中国历年来热镀锌线新增产能与占钢铁比例的情况[5]。中国的第一条热镀

锌线是1979年武钢从德国引进的,之后20年中热镀锌的增长缓慢,年均3～4条线的水平。自2002年起进入快速增长期,特别是2004～2014这十年间,年均增加40多条线,年均产能增长达800万t,自2015年起又进入缓慢增长期。在已经建成的

热镀锌生产线中,约86%为热镀锌,14%为55Al-Zn。截至2015年底,中国热镀锌

生产线超过500条,产能达1亿t左右,占钢铁的比例由2002年的约2%提高到2014年的约13%。

我国过去10多年热镀锌钢板快速发展的驱动力主要来自于汽车、家电和建筑行业的发展,尤其是以汽车和家电为代表的消费品进入了普通大众家庭之后。图2是中

国过去10年来汽车、家电生产量和汽车产品结构变化情况,其中家电主要包括空调、冰箱、洗衣机、电视机和微波炉五大类。

从图2可看出,中国的汽车和家电业在过去的10多年中得到了快速发展,汽车由2000年的206万辆增加到2014年的2 349万辆,增长了11.4倍,已经连续6年世

界产量第一,其中乘用车较商用车增长的更快,乘用车增长了32.5倍,商用车增长了

2.6倍。家电则由2002年的14 336万台增加到2013年的52 820万台,增长了

3.7倍。据统计,中国目前热镀锌钢板在汽车、家电和建筑领域的应用比例分别为17%、22%和42%,同发达经济体相比,这三大领域的应用比例存在明显的差别,在

发达国家,汽车工业应用热镀锌钢板的比例是中国的近3倍(图3)[6-7]。随着我国

经济发展调结构的进程,可以预测未来热镀锌钢板应用于汽车的比例仍将持续提高。

3.1 宝钢热镀锌发展历史

宝钢的第一条热镀锌线投产于1990年,其产品为热镀纯锌(GI),以建筑行业为主,随

后在这条生产线上开发了热镀锌IF钢和高强度低合金钢系列产品,主要应用于汽车的内部件。2000年,以汽车板为主的热镀锌线投产,其产品为热镀纯锌(GI)和热镀锌铁合金(GA),采用一个锌锅。在这条线上,先后开发出了(GI/GA)轿车用外板、

(DP590/DP780)高强钢产品,标志着宝钢具备了批量、稳定提供热镀锌汽车板产品的能力。2004年,宝钢投产了一条以建筑为主的热镀铝锌生产线,主要生产55Al-

Zn产品,为高端建筑彩板提供了高质量的原板。2005年,宝钢和新日铁合资的冷轧厂进一步强化了在GA钢板方面的供货能力; 如果说2008年宝钢五冷轧的投产进

一步夯实了宝钢热镀锌汽车板的市场份额,那么2009年超高强度钢专用生产线的

投产[6],则使宝钢的热镀锌钢板强度级别由之前的800 MPa直接提高到1 200 MPa,正式进入到世界热镀锌先进高强度钢制造技术的领先行列。在这条生产线上

集成了一系列先进技术(如快速冷却技术、明火加热技术、第三代钢退火工艺等)。2015年宝钢完成了第一条热镀锌线的全面升级改造,产品拓展到热冲压用热镀铝硅和厚规格的热镀锌,最高强度达1 200 MPa,2016年宝钢又试制成功了热镀锌铝镁

镀层产品,至此,宝钢已经形成了热镀锌、热镀锌铁合金、热镀铝锌、热镀铝硅、热

镀锌铝镁和以此为基的各种表面处理产品系列,热镀产品家族系列趋于齐全。截至2016年,宝钢的连续热镀锌生产线累计达到16条,总产能超过500万t,图4显示了