鋅鋁鎂產(chǎn)品特點、應用及未來展望

供稿|王明順，艾厚波，張倩

內容 導 讀

隨著全球鋅金屬儲量的逐年減少，全球范圍內總儲量只夠開采15 a，但鍍鋅產(chǎn)品在我們生活中已經(jīng)有著不可替代的地位，近年來，人們開始著眼高耐腐蝕性的金屬制品作為鍍鋅產(chǎn)品的替代品。本文從涂層鋼板耐腐蝕性能角度對鋅鋁鎂產(chǎn)品與傳統(tǒng)鍍鋅產(chǎn)品進行對比，進一步分析鋅鋁鎂鍍層產(chǎn)品制造行業(yè)的宏觀、微觀以及行業(yè)競爭環(huán)境，對產(chǎn)品應用及未來發(fā)展方向進行展望，使讀者更加清晰的了解鋅鋁鎂產(chǎn)品。

前言

鋼鐵材料在國民發(fā)展占有不可替代的地位，其中涂層類產(chǎn)品更是因其優(yōu)越的耐腐蝕性能得到各行業(yè)的青睞。隨著用戶對材料使用壽命要求的逐步提高，針對鍍層產(chǎn)品的研究和更新也在逐漸開展，自20世紀90年代至今，各知名鋼鐵公司相繼開發(fā)出比以前鋅鋁合金鍍層具有更高耐蝕性的鍍層鋼板—鋅鋁鎂鍍層產(chǎn)品[1]。如日新制鋼開發(fā)的ZAM(Zn-6%Al-3%Mg)產(chǎn)品；新日鐵開發(fā)的Super Dyma(Zn-11%Al-3%Mg-0.2%Si)；塔塔集團歐洲公司的Magzic (Zn-1.6%Al-1.6%Mg)等。其產(chǎn)品越來越多的被國內汽車、家電、建筑、光伏發(fā)電、畜牧業(yè)、5G基建、公路、鐵路等行業(yè)所接受并迅速推廣，成為一種熱門的新型鋼鐵材料。

鋅鋁鎂鍍層產(chǎn)品種類

國內外主要標準及成分

我國暫時沒有推出對應的國家強制(推薦)標準，目前由行業(yè)內各相關的標桿企業(yè)擬定的行業(yè)標準，供國內鋼廠進行參考。

鋅鋁鎂鍍層產(chǎn)品分類及應用

根據(jù)國際鋅協(xié)會的系統(tǒng)研究，隨著Al、Mg含量的增加，鍍層耐蝕性顯著提高。一般商業(yè)化鋅鋁鎂鍍層的鎂質量分數(shù)≤3%，這是因為當Mg含量過高時，鋅液表面會形成比較嚴重的Mg氧化物，這不僅增加了撈渣的量，而且鍍液表面的氧化物會帶到帶鋼表面，影響帶鋼的表面質量，從而使得生產(chǎn)難度加大；而且鍍層硬度會隨著Mg含量增加而提高，這對鍍層的成形是不利的；現(xiàn)有商業(yè)化鋅鋁鎂鍍層的Al、Mg含量，發(fā)現(xiàn)除浦項外，所有鍍層Al含量都大于或等于Mg含量，且多數(shù)鍍層的Al、Mg沿質量分數(shù)比為w(Al)/w(Mg)=1或鎂的質量分數(shù)為3%分布。這是因為，控制鋁鎂質量分數(shù)比值≥1能有效地減少Mg加入鋅液時產(chǎn)生的大量面渣，從而提高鍍層的表面質量和可制造性。

表2 鋅鋁鎂產(chǎn)品與其他涂層產(chǎn)品主要性能對比

1) 低鋁體系：w(Al)＜5%，代表企業(yè)：蒂森、奧鋼聯(lián)、塔塔、浦項、首鋼、唐鋼等；主要用途：因表面質量好，面向汽車產(chǎn)品的應用；

2) 中鋁體系：5%≤w(Al)≤13%，代表企業(yè)：新日鐵住金、日新制鋼、寶鋼、首鋼京唐、酒鋼、燁輝等；主要用途：兼顧耐蝕性和表面質量，重點面向建筑和部分家電；

3) 高鋁體系：47%≤w(Al)≤57%，代表企業(yè)：博思格、東國制鋼、首鋼京唐、寶鋼黃石等；主要用途：因高耐蝕，主要面向建筑等方面的應用。

鋅鋁鎂鍍層產(chǎn)品性能優(yōu)勢

從產(chǎn)品特性上看，鋅鋁鎂鍍層產(chǎn)品除焊接性能與純鋅鍍層產(chǎn)品(GI)相當外，其他的各方面性能均優(yōu)于GI和鋁鋅鍍層(Galvalume)產(chǎn)品，最重要一點，鋅鋁鎂鍍層產(chǎn)品可實現(xiàn)鍍層大幅度減薄。

鋅鋁鎂系列產(chǎn)品分為低鋁、中鋁和高鋁三種類型的合金鍍層產(chǎn)品，其耐腐蝕性為純鋅鍍層的6～15倍。特別是低鋁合金，由于工藝溫度降低，不僅使三輥六臂等鋅鍋設備的使用壽命更長，而且還可以達到降低能耗，降低成本的目的。實踐已經(jīng)證明，熱鍍鋅線改做鋅鋁鎂合金鍍層線，無需對熱鍍鋅生產(chǎn)線中的設備做任何改造，完全可以按照熱鍍鋅工藝組織生產(chǎn)。由于鋅鋁鎂合金鍍層板的耐腐蝕性比熱鍍鋅板高幾倍到十幾倍，因此可以大幅度減薄鍍層厚度，為節(jié)約鋅資源開辟了新的途徑(以下試驗數(shù)據(jù)出自先進金屬材料涂鍍國家工程實驗室)。

耐鹽霧性能

目前，根據(jù)部分產(chǎn)線獲得的數(shù)據(jù)如表1所示：

表1 國內外相關標準

純鋅鍍層產(chǎn)品中性鹽霧試驗可保證1500 h紅銹面積小于5%。同樣鋅層總量的鋅鋁鎂鍍層產(chǎn)品鹽霧試驗達到2000 h，紅銹面積為0。

耐氨水腐蝕性能

相同浸泡時間下鋅鋁鎂鍍層鋼板的單位面積腐蝕質量損失小于鍍鋅層鋼板，如圖2所示，表明其耐5%(質量分數(shù))氨水侵蝕性優(yōu)于鍍鋅鋼板。

圖1 鋅鋁鎂產(chǎn)品與純鋅產(chǎn)品耐氨水腐蝕對比

耐酸堿性腐蝕性能

從圖2中可以看出，鍍鋅鋁鎂鋼板耐酸堿性能與鍍鋅產(chǎn)品相當，優(yōu)于鍍鋁(55%)鋅產(chǎn)品和鍍鋅鋁(5%)產(chǎn)品。

圖2 不同產(chǎn)品的耐酸堿性能對比

鋅鋁鎂產(chǎn)品市場展望

1) 鋅鋁鎂鍍層具有高耐蝕性的特點，逐漸形成了低鋁、中鋁和高鋁3種成分體系。在同等腐蝕條件下，低鋁鋅鎂鍍層替代純鋅鍍層可實現(xiàn)鍍層減薄30%～50%，高鋁鋅鎂鍍層替代鋁鋅鍍層可實現(xiàn)鍍層減薄15%～33%。

2) 鋅鋁鎂鍍層鋼板已經(jīng)部分替代現(xiàn)有的純鋅，鋁鋅鍍層鋼板用于生產(chǎn)彩涂板，不但提高了彩涂板的耐蝕性，降低了膜下擴蝕速率，而且保護了切口，預計未來鋅鋁鎂鍍層彩涂板的產(chǎn)量越來越大。

3) 鋅鋁鎂鍍層的耐蝕性高，摩擦因數(shù)低且穩(wěn)定，以及鍍層磨損量少等特性將有助于推動其在汽車上的應用。

4) 目前，國內市場主要以酒鋼、唐鋼、首鋼京唐、東國制鋼生產(chǎn)的鋅鋁鎂鍍層鋼板為主，其中東國制鋼累計已生產(chǎn)達10萬t，預計將來鋅鋁鎂板市場的競爭將越來越激烈。

結束語

隨著國內鋼鐵業(yè)設備工藝和生產(chǎn)技術的飛速提升，關鍵基礎鋼鐵新材料的質量、性能、綠色化水平與國外高端裝備材料相比正在逐步縮小，鋼鐵新材料的發(fā)展方向和趨勢正在向高潔凈度、高均勻性、超細組織、高精度和高附加值的方向努力，更多地將體現(xiàn)在鋼鐵新材料先進制造工藝和用戶應用技術的提升上。未來，鋅鋁鎂鍍層產(chǎn)品便是其中非常重要的鋼鐵新材料。