“双碳”战略已成为建筑和钢铁行业发展的外部约束因素，钢厂为建筑提供高耐久材料是降低建筑全生命周期碳排放的重要途径之一。开发建筑用高耐蚀涂镀钢板，可支撑航空枢纽、会展中心、体育场馆、工业建筑、物流仓储等大中型建筑实现长寿、环保、低碳的目标。
近年来，锌铝镁镀层开发已成为全球各大钢厂高耐蚀镀层的重要发展方向，形成了低铝、中铝、高铝三大品种。其中高铝锌铝镁是基于铝锌镀层开发的高耐蚀镀层，具有优异的平面耐蚀性和切口耐蚀性，是建筑金属围护的首选材料。近20年来，虽然我国的连续热浸镀产业取得了高速发展，但长期以来镀层仍以纯锌为主，缺少以锌铝镁为代表的高耐蚀镀层；在彩涂方面，虽然实现了家电彩涂无铬，但是建筑彩涂无铬一直处于空白。
本项目由宝钢股份牵头，联合湛江钢铁、武钢有限、宝钢国际、宝钢工程、北科大、梅山钢铁共同完成。项目以引领建筑围护用钢“高耐蚀”、“全无铬”升级为目标，自2015年起，聚焦镀层、热镀、涂覆三方面的难点，针对高耐蚀镀层设计与开发、热镀工艺与装备开发、无铬涂层与装备开发三大任务进行研发攻关，在8个方面取得关键技术突破。项目总体思路如图1所示。
图1 项目总体思路
本项目形成了以下三个技术创新点：
创新点1：开发了具有自主知识产权的高耐蚀高铝锌铝镁镀层，引领了我国建筑围护用钢升级；
创新点2：开发了高铝锌铝镁镀层钢板热浸镀成套技术，研制了锌灰抑制与镀后冷却系列装备，率先实现了百万吨级稳定制造；
创新点3：开发了高铝锌铝镁镀层无铬涂层技术，攻克了无铬耐指纹黑变、无铬预处理、无铬初涂、高耐蚀涂层等难题，率先实现了建筑围护用钢全无铬。
具体技术创新成果如下：
1.以成分为55%Al-43.4%Zn-1.6%Si的铝锌镀层为基础，研究了镀层Mg含量对镀层组织及性能的影响；明确了Mg对镀层耐蚀性提升的作用、对镀液表面氧化的影响、对带钢及不锈钢锌锅沉没件侵蚀的影响，确定了宝钢高铝锌铝镁镀层主成分为55%Al-Zn-2%Mg-1.6%Si，实现了高铝锌铝镁镀层平面和切口耐蚀性较铝锌镀层分别提升50%及一倍以上。
图2 Mg的作用及影响
2.揭示了微量元素Zr、Cr、Ca对高铝锌铝镁镀层表层凝固组织、镀层/基板界面合金层、镀液表面氧化、镀液金属间化合物析出的作用机制，发现了Zr对提高镀层表面Al/Zn比的作用、Ca抑制高铝锌铝镁镀液表面氧化作用、镀层表面和界面Cr富集、镀液中Cr和Fe的相互影响规律，提出了宝钢高铝锌铝镁镀层微合金化成分体系，筛选形成了具有自主知识产权的宝钢高铝锌铝镁镀层配方。
图3 Cr元素的作用及影响
3.研制了锌灰抑制系列装备，包括抗锌灰凝结保温炉鼻子、退火炉内气氛循环过滤装置、抗锌灰堵塞冷却器等，建立了锌灰控制技术；开发了面渣控制技术，面渣发生率降低了70%以上；开发了底渣控制技术，操调底渣捞渣量下降了75%，实现了百万吨级高铝锌铝镁镀层钢板稳定制造，缺陷改判率<1.9%，商品材成材率>94.6%。
图4 镀层表面质量控制技术
4.研制了自稳定大气量可调节移动冷却、自稳定固定冷却、无水淬水冷辊冷却等镀后冷却系列装备，实现了1mm带钢冷速>30℃/s、顶辊温度<230℃、带钢抖动<±3mm；确定了最佳合金层厚度，掌握了相应的带钢入锌锅温度、带速、镀后冷却等参数，建立了表面和界面组织控制技术，实现了镀层表面Mg水解和界面合金层稳定控制。
图5 镀后冷却系列装备及镀层表界面组织控制
5.首次揭示了合金相电位差驱动下的高铝锌铝镁镀层无铬耐指纹膜下黑变机制，发现了黑变诱发的热力学因素是MgZn2相膜下优先腐蚀，黑变快速扩展的动力学因素是膜下碱化导致腐蚀产物保护性转变。建立了高铝锌铝镁镀层无铬耐指纹黑变控制技术，实现了24h叠片湿热色差ΔE由2-8降至<3。
图6 高铝锌铝镁无铬耐指纹膜下黑边机制
6.集成了13台套无铬涂层装备；确定了无铬预处理钝化液配方、涂覆及检测工艺，实现了膜重小范围精确控制；优化了初涂配方及工艺，解决了不同耐蚀性指标之间的平衡难题，实现了低温(＜100°C)高精度(±1°C)板温连续检测与闭环控制，率先实现了宝钢彩涂板全面无铬化。
7.针对折弯时涂层裂纹明显、超厚涂层易起泡、变形部位与化学品接触易发黑等难题，本项目开发了高韧性高耐候聚酯、超厚氟碳、畜牧专用系列彩涂产品，实现了100um厚超厚氟碳彩涂板稳定制造和应用，畜牧专用彩涂板满足了畜牧业25年漆膜完整性要求。
图7 a）高韧性高耐受聚酯彩涂板；b）超厚氟碳彩涂板；c）畜牧用彩涂板
表1 高铝锌铝镁镀层彩涂板与铝锌镀层彩涂板耐蚀性对比
图8 高铝锌铝镁（AM）和铝锌镀层（AZ）彩涂板耐蚀性对比
图9 面向不同建筑工程的高铝锌铝镁涂镀钢板选材解决方案
本项目申请发明专利21项、注册商标1件、发表论文23篇、认定技术秘密37件、认定上海市高新技术成果转化牌号3个。经中国金属学会鉴定，该项目达到国际领先水平。开发的技术已应用于宝钢股份5条热浸镀高铝锌铝镁产线和7条彩涂机组，形成了百万吨级高铝锌铝镁涂镀钢板制造能力；开发的高铝锌铝镁涂镀系列产品近三年累计销售186万吨，广泛应用于机场等重点工程，创造了较好的经济效益。
本项目使得我国建筑围护用钢失效寿命至少提升了10年，除了宝钢的5条产线外，还带动国内新增了9条高铝锌铝镁镀层产线，推动了我国建筑用涂镀带钢产品高端化和技术进步，提升了我国涂镀行业的国际地位。对下游建筑行业而言，通过使用高耐蚀高铝锌铝镁涂镀钢板，可实现建筑围护全生命周期降本和碳减排。
摘自：中国钢铁工业协会
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