【钢铁技术】先进高强钢镀层技术发展方向
为满足汽车轻量化的发展要求，汽车用高强钢已经从第一代高强钢发展到第三代高强钢。汽车用钢强度的不断增加使镀锌行业面临新的挑战，主要原因是先进高强钢含有较多的Si、Mn、Cr等合金元素，其表面容易形成SiO2、MnO和Mn-Si复合氧化物，严重恶化钢板的可镀性。在连续退火镀锌过程中，Mn、Si、Cr等合金与氧亲和力强，会优先与基体铁发生氧化，从而严重影响钢板的可镀性，在使用过程中产生粉化甚至剥落。
1、改善先进高强钢可镀性措施
目前，很多研究人员已经对高强钢的镀锌性能进行了研究，而且已经提出了不少的方法来提高和改善钢的可镀性，概括来说，主要分为基体成分设计优化和工艺改进。在优化设计钢的成分方面，用不易发生选择性氧化或者影响较小的合金元素来替代Si、Cr等，如在TRIP钢中可以用Al来替代Si；或者在高强钢中减少B元素的含量，使其含量≤10ppm；控制元素Si/Mn比例，有研究表明，随着Si/Mn比值的降低，镀锌反应性均提高，而且退火后在钢板表面形成SiO2和Mn2SiO4，SiO2含量随Si/Mn比值的降低而降低，钢表面少量的氧化硅，足以防止漏镀，对氧化-还原过程中的镀锌行为有很大影响。在改进工艺方面，目前普遍采取的方法主要有四种：①提高退火气氛露点，形成内氧化，以减少基体表面外氧化对润湿性的恶化；②采用闪镀法，即在基体材料表面镀上一层纯铁、铜等合金；③采用预氧化-还原工艺，即预先氧化处理使钢材表面形成铁的氧化物，然后进行还原处理，形成海绵铁，使Mn、Si、Cr等合金的氧化物被覆盖在海绵铁之下。④铝热还原法，通过在锌液中添加一定量的铝，使得厚度<=75nm的MnO2可在热镀锌时被锌液中的Al还原，从而改善高强钢的可镀性，这是目前高碳钢热镀锌领域的一大研究热点。
2、镀铝/镀锌热成型钢板
近几年，热成型钢得到了快速发展，目前全球每年的热冲压部件需求超过10亿件，我国热冲压生产线超过100条，年产热冲压部件超过1亿件。一般情况下，热成型钢板无需进行表面处理，但为提高热成型钢的耐腐蚀性能和抗氧化性能，目前进行镀层处理的热成型钢板不断增加，镀层热成型钢板已成为国内外钢铁公司研究的热点。
据报道，在北美，Al-Si镀层或裸板热冲压零件占40%，锌基镀层零件占60%。而且，据悉到2020年宝马所采用的锌基镀层热冲压零件将达到其热冲压零件总量的62.5%。2016年，我国热成型钢板用量达46.8万吨，其中，Al-Si镀层的用量达38万吨。目前，我国Al-Si镀层热浸镀生产线主要有无锡中彩（2009年投产）、华菱安赛乐米塔尔汽车板有限公司（VAMA）（2015年投产）、宝钢（2015年投产）、鞍钢重庆（2016年投产）、马钢（2017年投产）、河钢唐钢（2017年投产）。
3、物理气相沉积（PVD）技术
物理气相沉积（PVD）技术，作为一种生态兼容性好和功能强大的沉积技术，可以灵活地进行镀层设计，而且靶材及基材多样化。PVD技术沉积的膜可以是单质金属、化合物以及合成膜，也可以是复合膜、梯度膜或多层膜。其可用来制备单晶、多晶、非晶以及纳米材料，也可研制用于光学材料、磁性材料和耐蚀材料等的功能膜。与电镀、热镀以及有机涂层工艺相比，PVD技术更加绿色环保。
虽然锌合金（锌镁和锌铝等）镀层钢板性能优异，但是采用常规的镀覆方法存在一些问题，如热镀时，镁和铝在空气中极易氧化，镀锅内面渣严重；电镀时产生工业三废，污染环境。另外，先进高强钢热镀锌时存在合金元素在退火炉内产生外氧化进而导致漏镀等问题。PVD技术为镁和铝镀层沉积及先进高强钢镀锌提供了良好的解决思路，即真空环境沉积极大地减轻了镀层的氧化，使沉积元素比例可控，所制备的锌合金镀层能够以更薄的镀层和更小的用锌量，更好地满足用户对合金镀层钢板耐蚀、焊接、成形及涂装的要求，有效地规避了热（电）镀锌钢板在应用中所暴露出的不足，符合未来镀层产品的发展理念。因此，近年来国内外各大钢铁公司以及科研机构如蒂森克虏伯、安赛乐米塔尔、POSCO、Tata、中国钢研（新冶集团）等纷纷开展PVD技术制备锌合金镀层的研究。连续PVD技术开发已成为韩国国家战略科技计划之一，由韩国POSCO牵头执行。该公司于2012年3月建成全宽度PVD中试线，该生产线可加工最大1550mm宽钢带，最高速度为140m/min。这条中试线的特点之一是连接到现有的生产线上，从而降低钢带处理的入口和出口段建设成本。最近，POSCO采用PVD技术开发出名为PosPVD的第二代高耐腐蚀性表面处理钢板产品，该产品可以应用于汽车、家电和建筑等行业。由于PosPVD钢板在涂装后不会形成气泡，因而成形后的耐腐蚀性提高。而且，2017年安赛乐米塔尔投资6400万欧元新建的钢带连续PVD生产线投产运行，该产线避免了钢基体及镀层的氧化，且镀层附着力极好。目前该产线开发出两种产品：1）Jetgal：第三代汽车钢Fortiform镀层；2）Jetskin：高表面质量镀层，可替代电镀锌产品。产品规格为0.4-2.0mm×750-1550mm。
采用连续PVD镀膜，可以实现复合高耐蚀、高耐磨复合功能涂层的沉积，开发出个性化产品，可以满足用户各种各样且灵活多变的需求，将会使现有钢铁产品用户使用习惯和钢铁生产工序产生巨变。
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