鍍鋅基礎(chǔ)知識(shí)

1、熱鍍鋅的原料鋅錠的化學(xué)成分熱鍍鋅的原料鋅錠的化學(xué)成分0號(hào)含Zn99.995Pb 0.003Fe 0.001Cd 0.001Cu 0.0001一號(hào)含Zn99.99Pb 0.025Fe 0.003Cd 0.002Cu 0.001二號(hào)含Zn99.96Pb 0.015Fe 0.010Cd 0.010Cu 0.005三號(hào)含Zn99.90Pb 0.05Fe 0.02Cd 0.02Cu 0.002四號(hào)含Zn99.50Pb 0.3Fe 0.03Cd 0.07Cu 0.002合金錠含Zn99.70AL 0.2 Fe 0.001 Cd 0.001Cu 0.0001合金錠含Zn95.90AL 4Fe 0.001 C

2、d 0.001Cu 0.0001熱鍍鋅鋅層的結(jié)構(gòu)和形成示意圖熱鍍鋅鋅層的結(jié)構(gòu)和形成示意圖DC3AFE24480 C1419 C460 C65鋅鍋BA鍍層外表氧化膜；鍍層外表氧化膜；B純鋅層；純鋅層；CFe-Zn合金層；合金層；DFe2Al5中間層；中間層；E鋼基；鋼基；F帶鋼的溫度變化曲線；帶鋼的溫度變化曲線；16鋅鋅層形成的步驟層形成的步驟鋼材防腐蝕的方法鋼材防腐蝕的方法l合金法（如不銹鋼）l包層法 非金屬涂層法（如涂漆、涂塑料等） 非金屬膜法（如鉻酸鈍化、磷酸鹽處理）l金屬鍍層法 熱鍍法 電鍍法 包鍍法 噴鍍法 氣相鍍法鍍鋅層在大氣中發(fā)生腐蝕的主要類型鍍鋅層在大氣中發(fā)生腐蝕的主要類型l熱鍍

3、鋅層在大氣中可發(fā)生如下兩種類型的腐蝕： 1、在干燥的空氣中，鋅層與周圍介質(zhì)發(fā)生化學(xué)腐蝕 2ZnO22ZnO ZnCO2ZnOCO ZnH2OZnOH2 2、在潮濕氣體中及電介質(zhì)中發(fā)生電化學(xué)腐蝕 陽極：Zn2e Zn2 陰極：O2H2O4e4OH熱鍍鋅層的保護(hù)機(jī)理熱鍍鋅層的保護(hù)機(jī)理l長(zhǎng)期以來，鋼板之所以進(jìn)行熱鍍鋅，是因?yàn)殇\在腐蝕環(huán)境中表面能生成致密的保護(hù)膜，即：2ZnO22ZnO，它不僅能保護(hù)鋅層本身，而且保護(hù)了鋼基；另一方面，當(dāng)鍍鋅鋼板處于潮濕環(huán)境或處于電介質(zhì)中時(shí)，鋅層和鋼基形成原電池，起到了陽極保護(hù)作用，從而避免了鋼材在惡劣環(huán)境中的進(jìn)一步腐蝕，延長(zhǎng)了鋼材壽命。其具體的反應(yīng)如下： 陽極：Zn2

4、eZn2 陰極： O22H2O+4e4OH （在清潔而潮濕的空氣中） 反應(yīng)產(chǎn)物：Zn2OH Zn(OH)2 ZnOH2O鋼板熱鍍鋅類型鋼板熱鍍鋅類型 線外退火法 ： 濕法熱鍍鋅 （熔劑法） 干法熱鍍鋅（單張板熱鍍鋅）（干法連續(xù)熱鍍鋅）（惠林法） 線內(nèi)退火法（還原法） ：l森吉米爾法l改良的森吉米爾法l美國(guó)鋼鐵公司法 l賽拉式法l莎倫法熱鍍鋅板的品種及用途熱鍍鋅板的品種及用途l普通鍍鋅板（差厚鍍鋅板）（單面鍍鋅板）GIl合金化熱鍍鋅板（焊接性能好，彩涂基板）GAl鋁鋅鍍層板GL 美國(guó)伯利恒鋼鐵公司研制的鋁鋅鍍鋅板，所用設(shè)備完全與現(xiàn)有熱鍍鋅機(jī)組相同，在工藝上只改變了鋅液化學(xué)成份，鋅液中含AL為55

5、，含Zn為43.4，含Si為1.6。這種品種耐蝕性能優(yōu)于普通鍍鋅板，是鍍鋅板的510倍。同時(shí)，這種產(chǎn)品的耐高溫腐蝕也強(qiáng)于鍍鋅板，因此往往用于耐熱和耐高溫腐蝕的領(lǐng)域（如汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的煙筒等）。l鋅鋁稀土板GF 該產(chǎn)品是1980年研制出來的一個(gè)新品種，完全可以用現(xiàn)有鍍鋅機(jī)組生產(chǎn)該產(chǎn)品，不同的是，改變了鋅液操作溫度（420）及鋅液成份：5AL0.05R、E（鈰、鑭）Zn，這種方法要求鋅錠純度較高（不低于99.99），特別是Pb、Sn含量要低于0.005。 該產(chǎn)品的耐蝕性為鍍鋅板的12倍，所以往往用于耐蝕性較強(qiáng)的場(chǎng)合（如蝕性容器等）。感應(yīng)鋅鍋的優(yōu)越性感應(yīng)鋅鍋的優(yōu)越性 1、由于鋅液的循環(huán)移動(dòng)，可使已生成的

6、懸浮于鋅液中的鐵鋅合金小顆粒和鋅液中的鋁充分發(fā)生反應(yīng)，生成Fe2Al5，上浮于鋅液表面，作為表渣清除，由此而消除底渣。 2、 由于鋅液的循環(huán)移動(dòng)，可使鋅鍋內(nèi)鋅液溫度更加均勻。 3、 鋅鍋的熱效率較高，一般為80。 4、鋅鍋壽命較長(zhǎng)。在帶鋼連續(xù)熱鍍鋅中，為什么當(dāng)鋅液溫度超過在帶鋼連續(xù)熱鍍鋅中，為什么當(dāng)鋅液溫度超過480時(shí)的鐵重量損失急驟增加？時(shí)的鐵重量損失急驟增加？ 當(dāng)溫度超過480時(shí)，相（FeZn13）的晶體形成速度變得非常慢，生成的少量相（FeZn13）晶體變成了顆粒粗大的晶料，而這些粗大的晶粒之間存在有許多間隙，液體鋅可穿過這些間隙一直深入到1相（FeZn7），使熔鋅在1的界面上呈現(xiàn)過飽和

7、狀態(tài)，這時(shí)鐵就沿著1相的晶界被迅速溶解。在生產(chǎn)實(shí)際要合理地控制鋅液溫度在生產(chǎn)實(shí)際要合理地控制鋅液溫度l鋅的熔點(diǎn)是419.4，這時(shí)鋅的流動(dòng)性不好，遇到冷的原料易凝固，因此鋅液溫度太低，不適于熱鍍鋅生產(chǎn)，另一方面，鋅液溫度不能過高，鋅液溫度過高有很多壞處： 1、鋅液溫度過高，生成了較厚的合金層，使鍍層的附著力變壞，在加工時(shí)易出現(xiàn)鋅層脫落。 2、鋅液溫度高，加速了鋅液對(duì)鍍鋅設(shè)備的腐蝕，如爐鼻子浸入鋅液部分、沉沒輥、穩(wěn)定輥等設(shè)備長(zhǎng)期在鋅液中工作，溫度過高時(shí)，它們很快就會(huì)被腐蝕掉。 3、鋅液溫度過高，加劇了鐵的重量損失，從而增加了鋅液中的鐵含量，使鍍層表面光澤降低，缺陷（如鋅粒）增多。 4、浪費(fèi)了大量鋅

8、錠，因?yàn)闇囟雀?，則鋅液中含F(xiàn)e增多，生成的鋅渣多，而鋅渣的主要成份是相（FeZn13），相中只含有6.06.20的鐵，其余93的都是鋅。 鍍鋅時(shí)間對(duì)合金層厚度的影響鍍鋅時(shí)間對(duì)合金層厚度的影響l在固定的鍍鋅溫度下延長(zhǎng)鍍鋅時(shí)間，即等于增加了鐵鋅擴(kuò)散反應(yīng)的機(jī)會(huì)，這將使帶鋼表面上的鐵更多地被溶解，總而言之，在任何溫度下延長(zhǎng)鍍鋅時(shí)間，鐵的重量損失都會(huì)增加，尤其是在500時(shí)，延長(zhǎng)鍍鋅時(shí)間，金屬鐵的損失呈直線增加，另一方面，在鐵鋅擴(kuò)散反應(yīng)中，從帶鋼表面溶解下來的鐵大部分與鋅結(jié)合成鐵鋅合金層，并粘附在帶鋼表面上，因此，延長(zhǎng)鍍鋅時(shí)間會(huì)導(dǎo)致鍍層中合金層的厚度增加。 鍍鋅速度對(duì)合金層厚度的影響鍍鋅速度對(duì)合金層厚度的

9、影響l在帶鋼連續(xù)熱鍍鋅機(jī)組上，鍍鋅時(shí)間是受鍍鋅速度支配的，它與鍍鋅速度成反比，它們之間存在下列關(guān)系： t = S/V 60 式中：t - 鍍鋅時(shí)間 “秒” V - 鍍鋅速度“米/分” S - 帶鋼在鋅液中通過的行程 “米” 在鍍鋅機(jī)組中，帶鋼在鋅液中的行程S是一定的，可見加快鍍鋅速度會(huì)縮短鍍鋅時(shí)間，則合金層薄，相反，降低鍍鋅速度，會(huì)延長(zhǎng)鍍鋅時(shí)間，則合金層增厚。鍍鋅速度對(duì)純鋅層厚度的影響鍍鋅速度對(duì)純鋅層厚度的影響l一般來講，增大鍍鋅速度，會(huì)導(dǎo)致鍍層的純鋅層增厚，因?yàn)閹т搹匿\液中出來時(shí)，液態(tài)鋅粘附在帶鋼表面上，而帶鋼往鋅鍋上方垂直運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于自身垂力的作用，粘附在帶鋼表面上的鋅液流向鋅鍋，如果帶鋼

10、從鋅液中拉出的速度慢時(shí)，從帶鋼上流回鋅鍋的鋅液多，則純鋅層薄，如果鍍鋅速度較快，帶鋼表面上的液態(tài)鋅來不及流回鋅鍋就被帶鋼帶走而冷凝固，則純鋅層就厚。鋅液溫度對(duì)鋅層的影響鋅液溫度對(duì)鋅層的影響l如果鋅液溫度過高，會(huì)加劇鐵的重量損失，使鍍鋅層的Fe-Zn合金層增厚。l如果鋅液溫度過低，則鋅液的流動(dòng)性差，粘度增加，而粘度大的鋅液從帶鋼表面流下來就比較困難，從而導(dǎo)致純鋅層增厚。 合理地控制帶鋼速度合理地控制帶鋼速度l帶鋼速度應(yīng)按照預(yù)先制定的生產(chǎn)率表或退火工藝曲線來給定，帶鋼速度是決定帶鋼退火時(shí)間和浸鋅時(shí)間的重要工藝參數(shù)，在現(xiàn)代化的帶鋼連續(xù)熱鍍鋅機(jī)組中，當(dāng)鍍層粘附性不良時(shí)，在沒有搞清楚其真實(shí)原因的情況下，

11、首先降低機(jī)組運(yùn)行速度是最有效的辦法。其次，每卷帶鋼規(guī)格發(fā)生變化時(shí)，帶鋼速度必須作相應(yīng)調(diào)整，改變帶鋼運(yùn)行速度，其它參數(shù)也要作相應(yīng)的調(diào)調(diào)整，總之，調(diào)整各項(xiàng)工藝參數(shù)時(shí)必須注意前后生產(chǎn)程序的連續(xù)性。 現(xiàn)代熱鍍鋅中，為什么要向鋅液中加現(xiàn)代熱鍍鋅中，為什么要向鋅液中加鋁？鋁？l在現(xiàn)代熱鍍鋅工藝中往往向鋅液中加入一定數(shù)量的鋁，而鋅液中加鋁后，鍍鋅層的質(zhì)量有很大改善，具體表現(xiàn)在： 1、鋅液中含0.010.02的鋁，可以顯著提高鍍層的光澤，因?yàn)殇X對(duì)氧的親合力大，鋅中含鋁，可以避免鋅氧化造成的鍍層發(fā)黃現(xiàn)象。 2、鋅液中含鋁量0.100.15時(shí)，能顯著提高鋅層附著力使鍍層塑性較好而不脫落。 3、當(dāng)鋅液中含0.150

12、.20的鋁時(shí)，可使鍍層結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯的改變：鐵鋅合金層1相和相（FeZn13）減薄甚至完全消失得到的是相較厚的鍍層。 4、當(dāng)鋅液中含0.140.16的鋁時(shí)，可以消除鋅鍋中的底渣，而Fe2Al5比較小，浮于鋅液表面，可以在不停產(chǎn)的情況下隨時(shí)消除。 鍍鋅過程中鋅液中鋁的作用機(jī)理鍍鋅過程中鋅液中鋁的作用機(jī)理l因?yàn)殇X與鐵反應(yīng)的親合力大于鋅與鐵反應(yīng)的親合力，所以，當(dāng)帶鋼進(jìn)入含鋁的鋅液時(shí)，在帶鋼表面首先形成Fe2Al5或FeAl3，這種鋁鐵化合物的熔點(diǎn)比鋅液溫度高，在鋅液中不會(huì)馬上熔化，而呈現(xiàn)一層薄膜的形式牢固地粘附在帶鋼表面上，阻礙了鐵鋅反應(yīng)的正常進(jìn)行，由于鐵鋅反應(yīng)受到阻礙，鍍鋅時(shí)生成的鐵鋅合金層減薄特別

13、是脆性的相減薄，相越薄，鋅層的附著力就越好。Fe2Al5或或FeAl3中間相層的形成因素中間相層的形成因素l鋁鐵中間相層的形成與鋅液中的鋁濃度、鍍鋅時(shí)間及帶鋼入鋅鍋溫度有關(guān)，分述其影響如下： 1、受鋅液中鋁的濃度影響：鍍層中合金層的鋁含量是隨鋅液中鋁含量的增加而增加的，如果鋅液中不含鋁，則不具備反應(yīng)的物質(zhì)基礎(chǔ)，就不能形成FeAl中間相層了。 2、受鍍鋅時(shí)間的影響：一般而言，鍍層中的鋁含量隨鍍鋅時(shí)間的延長(zhǎng)而增長(zhǎng)，因?yàn)殄冧\時(shí)間的延長(zhǎng)，等于增加了鋅液中的鋁向鍍層中的擴(kuò)散機(jī)會(huì)。 3、受帶鋼溫度的影響：用美鋼聯(lián)法熱鍍鋅時(shí)，帶鋼進(jìn)入鋅鍋的溫度對(duì)鋁鐵化合物的形成速度有很大影響，如果帶鋼進(jìn)入鋅鍋溫度適當(dāng)高于鋅

14、鍋的操作溫度，可以增加合金層中的鋁濃度，提高鋅層附著力。 向鋅鍋中加鋁的方法向鋅鍋中加鋁的方法l為了使鋅液中保持0.150.2的鋁，必須向鋅鍋中加入一定量的鋁，概括起來，向鋅鍋中加鋁的方法有如下三種： 1、加純鋁：采用一定的形狀把鋁錠(切成12公斤)壓入鋅液面以下的方法，使之受鋅液的侵蝕慢慢熔化，這種方法可以省去煉合金的工序，還可減少成品的鋅粒缺陷，避免鋁的過多氧化而節(jié)約鋁。 2、加鋅鋁二元合金：在專門的合金爐中，煉成含鋁715的鋅鋁合金并鑄成約8Kg的合金錠。一般來講，含鋁8的鋅鋁合金錠最適合，因?yàn)楹X高時(shí)，比重較輕，則合金浮于鋅液面熔化較慢，易造成鋁的過多氧化，而加速鋁的消耗，在生產(chǎn)過程中

15、，鋅鋁合金錠和鋅錠按比例地加入鋅鍋。 3、加含鋁的鋅錠：在熱鍍鋅時(shí)，鋅鍋中除了含0.100.15的鋁之外，還含有0.24的鉛，為簡(jiǎn)化鋅鍋的操作程序和減少加鋁時(shí)的氧化浪費(fèi)，目前已已發(fā)展為使用鋁、鉛含量較高的鋅錠，這種鋅錠中一般含Al0.160.2、Pb0.220.24、Fe0.01。生產(chǎn)時(shí)直接把這種鋅錠投入鋅鍋即可，但在實(shí)際生產(chǎn)中，由于鋁的實(shí)際消耗量比鋅液中鋁含量高出一倍，所以盡管具備了和鋅液中鋁含量大至相同的含鋁鋅錠，還必須準(zhǔn)備含鋁量為8的Zn-Al二元合金錠，以便必要時(shí)加入鋅鍋，來維持鍋中恒定的鋁含量。 為什么向鋅鍋加鋁的含量要比鋅液中為什么向鋅鍋加鋁的含量要比鋅液中的實(shí)際鋁含量高一倍以上？

16、的實(shí)際鋁含量高一倍以上？l根據(jù)測(cè)定，鍍鋅層中的鋁含量一般比鋅鍋中的鋁含量高出30。l浮渣中含鋁較高，平均為1.4。l底渣中含鋁較高，平均為0.7。l所以，必須向鋅液中多加0.110.17的鋁，如果鋅錠中含鋁達(dá)0.355,就用不著再向鋅鍋中加鋅鋁合金錠了。合理地控制鋅液中的鋁含量合理地控制鋅液中的鋁含量l生產(chǎn)過程中，鋅鋁合金應(yīng)均勻地加入鋅鍋，最好和鋅錠按一定比例加入，一般來講，每向鋅鍋加入一塊含鋁的大鋅錠，需向鋅鍋中補(bǔ)加鋅鋁合金錠的塊數(shù)可由下式計(jì)算：lNz(Ay-An)GnAH GH 式中： Nz每加入鋅鍋一塊大鋅錠，需補(bǔ)加的鋅鋁合金塊數(shù) Ay鋅液的實(shí)際消耗鋁含量 An鋅錠中的鋁含量 Gn每塊鋅

17、錠的重量kg AH鋅鋁合金錠中的鋁含量 GH每塊鋅鋁合金錠的重量 kg鋅液的消耗量鋅液的消耗量l在生產(chǎn)過程中，帶鋼把鋅液從鋅鍋帶走，形成鍍層，同時(shí)還不可避免地生成底渣和浮渣，而不斷從鋅鍋清除，鋅的消耗量可由下式來計(jì)算： Zy =GzGf/Gm 式中： Zy鍍一定量原板的鋅耗量kg Gz鋅屋重量g/m2 Gf原板重量kg Gm原板單重kg/m2 另外，還必須附加生成的浮渣和底渣的鋅耗量，每噸鍍鋅板大約為4kg。鋅鍋浮渣的生成鋅鍋浮渣的生成l在吹氣法熱鍍鋅中，若采用壓縮空氣為噴射介質(zhì)，則浮渣中主要是氧化鋅，其反應(yīng)如下式： ZnCO2 ZnOCO ZnH2O ZnOH2 Zn(1/2)O2 ZnO

18、影響鋅渣生成量的因素影響鋅渣生成量的因素l鋅渣生成量的多少和鋅液溫度、帶鋼溫度及鋅液中鋁含量有關(guān)： 1、鋅液中鋁含量小于0.2時(shí)，鐵的溶解量隨鋁的含量的增高而下降，所以產(chǎn)生的底渣少，而當(dāng)鋁含量高于0.2時(shí)，恰恰相反，所以鋅液中鋁含量不能大于或等于0.2。 2、鋅液溫度的影響：鋅液正常工作時(shí)，要求溫度維持在450460，如果鋅液溫度超過480，則鐵的重量損失成上拋物線增加，所以生產(chǎn)的底渣多。 3、帶鋼溫度的影響：一般來講，帶鋼溫度在規(guī)定的偏差內(nèi)，應(yīng)盡可能比鋅液溫度高，因?yàn)橹挥羞@樣，才能促進(jìn)Fe2Al5中間相層的形成，而阻止Fe-Zn擴(kuò)散，減少鐵的重量損失，而避免過多鋅渣的形成。 控制鋅鍋底渣控制

19、鋅鍋底渣l我們已經(jīng)知道，底渣的主要成分是FeZn7，它可以和鋁發(fā)生如下反應(yīng)： 2FeZn75Al Fe2Al514Zn 上述反應(yīng)所生成的Fe2Al5其比重為4.2左右，較鋅輕，可以上浮于鋅液表面，作為浮渣可以隨時(shí)清除，當(dāng)感應(yīng)鋅鍋的鋅液中鋁含量低于0.12時(shí)，上述反應(yīng)向右進(jìn)行得十分緩慢；鋅液中鋁含量達(dá)到0.14時(shí)，上述反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)；鋁含量提高到0.140.16，此時(shí)鋅鍋便基本不生成底渣。 合金元素對(duì)鋅花形成的影響合金元素對(duì)鋅花形成的影響l長(zhǎng)期以來，人們?cè)谏a(chǎn)實(shí)踐中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，向鋅液中加入適量的合金元素可使鋅花的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。通過系統(tǒng)研究，可把加入鋅液中的元素分為兩類，一類在熔融鋅中有充分可熔性

20、，而在固態(tài)鋅中幾乎沒有可溶性，如Pb和Sn、Sb,在上述兩類合金中,只加入一類,是不能形成典型鋅花的,只有從兩類中各選一種,組成一對(duì)合金元素加入鋅液中,才能獲得不同外形的典型鋅花。l如Pb-Sb可獲得風(fēng)尾狀鋅花；Pb-Sn可獲得羊齒狀鋅花；l目前，國(guó)際熱鍍鋅生產(chǎn)通常選用Pb-Al相配，加入量基本上是Pb0.10.24、鋁0.160.19。 總之，鋅液中Pb降低了鋅液的凝固溫度，延長(zhǎng)了晶體生長(zhǎng)時(shí)間，從而獲得大鋅花。金屬材料的金屬材料的“時(shí)效時(shí)效”l金屬材料在長(zhǎng)期存放期間，由于晶粒內(nèi)部的夾雜向晶界的析出，而造成材料強(qiáng)度硬度升高，塑性降低的現(xiàn)象，叫做“時(shí)效”。 造成鍍鋅帶鋼產(chǎn)生造成鍍鋅帶鋼產(chǎn)生“時(shí)效

21、時(shí)效”的原因的原因l造成鍍鋅帶鋼“時(shí)效”的原因很多，其中以鋼中含氮量對(duì)時(shí)效的影響最大，因?yàn)樵阱冧\帶鋼退火的過程中，保護(hù)氣體中的氮在高溫下溶解在鐵中，而形成固溶體。隨著溫度的降低，氮在鋼中處于過飽和狀態(tài)，加之隨存放時(shí)間的延長(zhǎng)，過飽和氮便會(huì)以氮化物形式析出，而且在晶界的滑移面上越積越多，從而降低了晶體與晶體之間的結(jié)合力，造成加工時(shí)易出現(xiàn)屈服平臺(tái)，便產(chǎn)生了所謂的“時(shí)效”現(xiàn)象。 消除鍍鋅板的時(shí)效消除鍍鋅板的時(shí)效l把經(jīng)時(shí)效的鍍鋅板,重新進(jìn)入平整 ,可以把晶界和滑移面上的氮、碳析出物破壞，重新恢復(fù)晶體間的引力，便可消除屈服平臺(tái)，以消除“時(shí)效”。l采用鋁鎮(zhèn)靜鋼產(chǎn)生用于深沖的拉伸的鍍鋅產(chǎn)品，因?yàn)殇摶泻蠥l，而鋁與氮的親合力比較強(qiáng)，形成AlN化合物，從而固定了鋼中的氮，所以鋁鎮(zhèn)靜鋼可以防止“時(shí)效”。 鈍化的基本原理鈍化的基本原理l鈍化薄膜理論在鈍化過程中，金屬鋅與氧化劑鉻酸發(fā)生下列化學(xué)反應(yīng)：lZnH2CrO4ZnCrO4H2 而形成較為致密的鈍化膜ZnCrO4，在鉻酸鈍化膜中三價(jià)鉻難溶于水，化學(xué)性質(zhì)不活潑，起骨架作用，而其中的六價(jià)鉻易溶于水，能在鈍化膜劃傷時(shí)再鈍化(自愈)作用，因此鈍