先進高強鋼鍍層技術發展方向!

為滿足汽車輕量化的發展要求,汽車用高強鋼已經從第一代高強鋼發展到第三代高強鋼。汽車用鋼強度的不斷增加使鍍鋅行業面臨新的挑戰,主要原因是先進高強鋼含有較多的Si、Mn、Cr等合金元素,其表面容易形成SiO2、MnO和Mn-Si複合氧化物,嚴重惡化鋼板的可鍍性。在連續退火鍍鋅過程中,Mn、Si、Cr等合金與氧親和力強,會優先與基體鐵發生氧化,從而嚴重影響鋼板的可鍍性,在使用過程中產生粉化甚至剝落。


先進高強鋼鍍層技術發展方向!


1改善先進高強鋼可鍍性措施

目前,很多研究人員已經對高強鋼的鍍鋅性能進行了研究,而且已經提出了不少的方法來提高和改善鋼的可鍍性,概括來說,主要分為基體成分設計優化和工藝改進。在優化設計鋼的成分方面,用不易發生選擇性氧化或者影響較小的合金元素來替代Si、Cr等,如在TRIP鋼中可以用Al來替代Si;或者在高強鋼中減少B元素的含量,使其含量≤10ppm;控制元素Si/Mn比例,有研究表明,隨著Si/Mn比值的降低,鍍鋅反應性均提高,而且退火後在鋼板表面形成SiO2和Mn2SiO4,SiO2含量隨Si/Mn比值的降低而降低,鋼表面少量的氧化硅,足以防止漏鍍,對氧化-還原過程中的鍍鋅行為有很大影響。在改進工藝方面,目前普遍採取的方法主要有四種:①提高退火氣氛露點,形成內氧化,以減少基體表面外氧化對潤溼性的惡化;②採用閃鍍法,即在基體材料表面鍍上一層純鐵、銅等合金;③採用預氧化-還原工藝,即預先氧化處理使鋼材表面形成鐵的氧化物,然後進行還原處理,形成海綿鐵,使Mn、Si、Cr等合金的氧化物被覆蓋在海綿鐵之下。④鋁熱還原法,通過在鋅液中添加一定量的鋁,使得厚度<=75nm的MnO2可在熱鍍鋅時被鋅液中的Al還原,從而改善高強鋼的可鍍性,這是目前高碳鋼熱鍍鋅領域的一大研究熱點。

2鍍鋁/鍍鋅熱成型鋼板

近幾年,熱成型鋼得到了快速發展,目前全球每年的熱衝壓部件需求超過10億件,我國熱衝壓生產線超過100條,年產熱衝壓部件超過1億件。一般情況下,熱成型鋼板無需進行表面處理,但為提高熱成型鋼的耐腐蝕性能和抗氧化性能,目前進行鍍層處理的熱成型鋼板不斷增加,鍍層熱成型鋼板已成為國內外鋼鐵公司研究的熱點。

據報道,在北美,Al-Si鍍層或裸板熱衝壓零件佔40%,鋅基鍍層零件佔60%。而且,據悉到2020年寶馬所採用的鋅基鍍層熱衝壓零件將達到其熱衝壓零件總量的62.5%。2016年,我國熱成型鋼板用量達46.8萬噸,其中,Al-Si鍍層的用量達38萬噸。目前,我國Al-Si鍍層熱浸鍍生產線主要有無錫中彩(2009年投產)、華菱安賽樂米塔爾汽車板有限公司(VAMA)(2015年投產)、寶鋼(2015年投產)、鞍鋼重慶(2016年投產)、馬鋼(2017年投產)、河鋼唐鋼(2017年投產)。

3物理氣相沉積(PVD)技術

物理氣相沉積(PVD)技術,作為一種生態兼容性好和功能強大的沉積技術,可以靈活地進行鍍層設計,而且靶材及基材多樣化。PVD技術沉積的膜可以是單質金屬、化合物以及合成膜,也可以是複合膜、梯度膜或多層膜。其可用來製備單晶、多晶、非晶以及納米材料,也可研製用於光學材料、磁性材料和耐蝕材料等的功能膜。與電鍍、熱鍍以及有機塗層工藝相比,PVD技術更加綠色環保。

雖然鋅合金(鋅鎂和鋅鋁等)鍍層鋼板性能優異,但是採用常規的鍍覆方法存在一些問題,如熱鍍時,鎂和鋁在空氣中極易氧化,鍍鍋內面渣嚴重;電鍍時產生工業三廢,汙染環境。另外,先進高強鋼熱鍍鋅時存在合金元素在退火爐內產生外氧化進而導致漏鍍等問題。PVD技術為鎂和鋁鍍層沉積及先進高強鋼鍍鋅提供了良好的解決思路,即真空環境沉積極大地減輕了鍍層的氧化,使沉積元素比例可控,所製備的鋅合金鍍層能夠以更薄的鍍層和更小的用鋅量,更好地滿足用戶對合金鍍層鋼板耐蝕、焊接、成形及塗裝的要求,有效地規避了熱(電)鍍鋅鋼板在應用中所暴露出的不足,符合未來鍍層產品的發展理念。因此,近年來國內外各大鋼鐵公司以及科研機構如蒂森克虜伯、安賽樂米塔爾、POSCO、Tata、中國鋼研(新冶集團)等紛紛開展PVD技術製備鋅合金鍍層的研究。連續PVD技術開發已成為韓國國家戰略科技計劃之一,由韓國POSCO牽頭執行。該公司於2012年3月建成全寬度PVD中試線,該生產線可加工最大1550mm寬鋼帶,最高速度為140m/min。這條中試線的特點之一是連接到現有的生產線上,從而降低鋼帶處理的入口和出口段建設成本。最近,POSCO採用PVD技術開發出名為PosPVD的第二代高耐腐蝕性表面處理鋼板產品,該產品可以應用於汽車、家電和建築等行業。由於PosPVD鋼板在塗裝後不會形成氣泡,因而成形後的耐腐蝕性提高。而且,2017年安賽樂米塔爾投資6400萬歐元新建的鋼帶連續PVD生產線投產運行,該產線避免了鋼基體及鍍層的氧化,且鍍層附著力極好。目前該產線開發出兩種產品:1)Jetgal:第三代汽車鋼Fortiform鍍層;2)Jetskin:高表面質量鍍層,可替代電鍍鋅產品。產品規格為0.4-2.0mm×750-1550mm。

採用連續PVD鍍膜,可以實現複合高耐蝕、高耐磨複合功能塗層的沉積,開發出個性化產品,可以滿足用戶各種各樣且靈活多變的需求,將會使現有鋼鐵產品用戶使用習慣和鋼鐵生產工序產生鉅變。



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