高强钢板镀锌工艺研究现状

高强钢板镀锌工艺研究现状

赵国亮 姜晓晴 付汉程

石家庄海山实业发展总公司 河北石家庄 050200

摘要:钢铁一直是航空工业在生产中的主要材料。由于人们对航空的质量和重量有了更高的要求，加上面临铝镁及塑料等轻质材料的冲击，高强钢板应运而出，在减重及节能方面和其他材料展开了竞争。而在航空工业的生产过程中，高强镀锌板是其中重要的一环，决定着产品的质量。现阶段常用的高强钢材有3种，即双相钢、相变诱发塑性钢及孪晶诱导塑性钢。

关键词:高强钢板；镀锌工艺；研究现状

1高强镀锌钢研究现状

现阶段，广泛使用的高强度镀锌钢可分为外双相钢和相变诱发塑性钢两种。国内外双相钢、相变诱发塑性钢的研究及生产现状是比较乐观的，双相钢在各个抗拉强度上都得到了开发和商业化利用，相变诱发塑性钢在高强度的抗压强度中也得到了开发和商业化的利用。

双相钢具备很多优点，是现在比较成熟的一种 高强镀锌钢。双相钢高强度的特点能够满足航空在强度和碰撞标准上的要求，它的低屈服性也能够很好地满足航空在成型性和塑形方面的需求，使得航空在节能减排和减轻自重方面有着天然的优势。双相钢本质上是低碳钢在临界处经过处理工艺得到的高强度钢，所以，双相钢在现阶段制作高强度镀锌板原板的成产工艺主要有两种，一种是轧工艺，一种是轧后的处理技术。轧工艺主要是对双相钢轧的终轧温度进行控制，控制区间在两相的范围内，然后经过冷却，通过控制在最后处理中的形变温度以及恒定的冷却速度而得到的高强度钢。其生产的工艺流程是将轧钢加800℃进行保温，再用水淬炼。轧后处理工艺主要指的是对降轧过的钢材进行重新加，加的温度控制在两相的区间内，然后经过恒定速度时间的冷却，得到高强度钢材。

从内部的组织外貌来看，如果是低合金制成的相变诱发塑性钢，内部组织里面的铁素体的含量最多，高达95%左右，而其他的马氏体和贝氏体及奥氏体加起来才占5%左右。这就导致相变诱发塑性钢的第二相硬相组织的分布有着比较高的加工硬化指数，在这一点上和双相钢是比较接近的。除此之外，在成钢的过程中，相变诱发塑性钢内部的组织元素会发生变化，内部少量参与的奥氏体会逐步向马氏体转化，这种变化会使得钢材的硬度和塑造性产生较好的共存性[1]。而由于内部组织发生变化，高合金制成的相变诱发塑性钢在综合性能上远远超过了低合金制成的相变诱发塑性钢，不管是在伸长率上还是在强度上。

2镀锌工艺概述

作为航空重要的组成部分，双相钢支撑的面板和构件都需要进行镀锌的处理，才能拥有良好的耐腐蚀性能。而双相钢的生产无论是使用轧工艺还是处理工艺，在进行镀锌的过程中，都需要立刻放入460℃的锌液中进行镀锌，这个过程中由于温度的变化，很难得到理想的镀锌效果。到目前为止能够解决此情况的办法有两种:一种是添加元素，一种是采用锌淬技术进行镀锌。

(1)保持性活化剂+沉积性活化剂直接施镀(镀层No.1):前处理→装料→筒内清洗→调整pH值→建立基层(加入锌粉+锡盐)→镀层增厚(先加入保持性活化剂，然后循环加入锌粉+沉积性活化剂)→强化抛光→卸料→分离→后处理;

(2)复合活化剂直接施镀(镀层No.2):前处理→装料→筒内清洗→调整pH值→建立基层(加入锌粉和复合活化剂)→镀层增厚(循环加入锌粉+复合活化剂)→强化抛光→卸料→分离→后处理;

(3)先闪铜，然后保持性活化剂+沉积性活化剂施镀(镀层No.3):前处理→装料→筒内清洗→调整pH值→闪铜(硫酸铜置换出铜层)→建立基层(加入锌粉+锡盐)→镀层增厚(先加入保持性活化剂，然后循环加入锌粉+沉积性活化剂)→强化抛光→卸料→分离→后处理;

(4)先闪铜，然后复合活化剂施镀(镀层No.4):前处理→装料→筒内清洗→调整pH值→闪铜→建立基层(加入锌粉+复合活化剂)→镀层增厚(循环加入锌粉+复合活化剂)→强化抛光→卸料→分离→后处理。施镀过程在室温下进行，由同一人进行操作，参照常用机械镀锌工艺。镀筒内添加工业硫酸调节pH值，pH值控制在2～3;采用的锌粉为800目球形锌粉;施镀设备选用昆明理工大学自主研发的JDX50-Ι型专用机械镀主机。机械镀锌时，镀筒内锌粉、添加剂、水等物料的添加量及添加方法

3镀锌加炉工艺

加炉主要运用的是“改良森吉米尔法”。“改 良森吉米尔法”是将森吉米尔法中独立存在的还原炉、氧化炉连成一个整体，并将氧化炉内氧化气氛转变为“无氧化气氛”。这种方法的优点是钢带氧化层变薄，比较容易发生还原，直接提高机组运行的 速度，增加产量。氧化层变薄发生还原，提升镀锌的黏附力，降低还原炉氢气含量，促使氢气含量从75%降低至30%，不仅可以降低生产成本，还可提高生产安全性。“森吉米尔法”运用在加段，主要是用过氧化火焰加钢带，火焰直接与钢带接触，通过挥发和裂解等方法减少钢带轧制油，具备清洁作用。邯钢镀锌线的加炉主要由还原炉和冷却段、预炉组成。加炉是镀锌线常见的设备。通过烧嘴混合系统，促使火焰布置在炉膛内，燃烧体积可满足不同规格的钢带需求，避免钢带出现局部过的情况。密封进口的作用是防止炉内气氛和空气出现混杂，主要由齿轮电机中的水冷辊构成，开口宽度为30mm。

为防止划伤钢带，带速和辊速应该相同。废气加段，长度为10300mm，但是预段并没有烧嘴，钢带在预阶段表面油污蒸发。直焰加段内长度为18000mm，由5个区域构成，每个区域内部有10个烧嘴，型号为“BLOOM”，燃烧能力是407kW，总共有20349kW。排烟装置中烟气主要是从炉内排除，利用排烟风机，确保炉内压力正常，随后进入碳钢管，在稀释后达到换器，助燃空气为450~500℃，最后进入到烟囱。在加炉设备中还包括辐射管段、喷气冷却管、过渡段和炉鼻系统。

4高度钢板锌层厚度控制方法

镀锌机组锌锅区域布置主要组成包括：炉鼻子、锌锅、锌液、沉没辊、稳定辊、气刀、带钢和锌层厚度测量仪。带钢退火后，经过炉鼻子进入锌锅镀锌，气刀将带钢表层尚未冷却凝固的锌液刮下来，控制带钢锌层厚度，锌层厚度测量仪测量冷却后的带钢锌层厚度。通过分析大量的镀锌样本，在众多影响锌层厚度的因素中，带钢速度、气刀高度、刀唇与带

钢距离、气刀压力、刀唇间隙和带钢厚度等因素对锌层厚度影响较大，以此建立锌层厚度预测模型。在现场工况和锌层厚度调整变化时，通过预测模型计算多组气刀压力、气刀距离对应的锌层厚度，优化设定达到目标锌层厚度的气刀压力、气刀距离等组合气刀参数。

4.1锌层厚度预测模型

以带钢速度、气刀高度、气刀距离、气刀压力、刀唇间隙和带钢厚度作为预测模型人工神经网络的输入层，输出参数为锌层厚度。采用Matlab，建立锌层厚度预测人工神经网络模型，并以现场采集的锌层厚度样本数据对预测人工神经网络模型进行训练与验证。

4.2气刀调整参数设定

基于上述锌层厚度预测人工神经网络模型，在带钢速度、气刀高度、刀唇间隙和带钢厚度确定条件下，可以求出锌层厚度与气刀压力、气刀距离对应值。基于机组工况变化进行气刀调整参数的设定模型，考虑了对气刀距离及气刀压力调节响应时间，选择对应的控制策略对气刀进行调节，从而缩小目标锌层厚度与测量锌层厚度之间的偏差。在工况变化较大的情况下，调用锌层厚度预测模块，计算出多组气刀距离、气刀压力组合调节的预测厚度值，求取逼近锌层厚度目标值所对应的气刀距离、气刀压力组合参数，同时对气刀距离与气刀压力双变量进行调整，使厚度目标值快速逼近；在工况变化较小的情况下，求取出逼近锌层厚度目标值所对应的气刀压力值，快速调节气刀压力进行响应；在工况不变的情况下，根据锌层测厚仪反馈数据，采用调节气刀压力PID控制，实现锌层厚度精确、快速的稳定控制。以设定锌层厚度w=44g/m²为例，调用锌层厚度预测模型，以一定步长计算出所有气刀距离与气刀压力组合对应的锌层厚度，找出与设定锌层厚度最接近的锌层厚度预测值w=44.2328g/m²，其对应的气刀距离d=8mm，气刀压力p=30kPa。

结语

双相钢是由F+M组成的低碳低合金化的新型钢种，具有高强度、高强韧性、综合力学性能优、合金化程度低、生产工艺简单、成本低廉等一系列特点，可广泛适用于冷加工成型，是一种很有发展前途的、有很大经济效益潜力的高效钢种。因此，我国应加快研制生产双相钢的步伐，使其尽快在国际上得到广泛应用。

参考文献:

高洪刚,刘明辉,栾天阳.本钢400MPa镀锌烘烤硬化高强钢研制开发[J].金属世界,2015(2):63-65.

[2]熊勇新.机械自动化技术在机械制造应用研究[J].江苏科技信息,2017(2):43-44.