热镀锌开裂案例
镀锌板
尽管钢会在热镀锌过程中通常会吸收氢原子,但由于锌锅中锌的温度较高,因此,被加热的钢中的氢原子,常常会在高温下逸出。
但是,在某些特定情况下,例如钢的晶粒尺寸太细小时,即使在热镀温度下,氢原子也无法逃逸,这将会导致氢原子聚集在晶界或缺陷位置,晶界或缺陷位置处的局部应力上升,并较终导致零件的开裂。
图4:高强钢焊缝热影响区热镀后发生的氢脆
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对于抗拉强度小于150ksi(1040 MPa)的钢,其晶粒尺寸通常足够大,允许高温下氢原子的逸出;但对于抗拉强度大于等于150ksi(1040 MPa)的钢,氢原子很可能被锁定在晶界之间,无法逸出产生氢脆。氢脆是不会及时表现出来的,只有当零件承受载荷时,才会观察到氢脆的发生。
而热镀锌时应变时效脆性,则是在完成热镀后短期内就发生了。
也就是说,应变时效脆性在热镀完成后就可以观测到,而氢脆在热镀完成后是观测不到的,只有在钢承受一定载荷,并持续一段时间后才能观察到。
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避免零件热度氢脆的方法
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(1)钝化不良,钝化膜厚度不够或不均匀;
(2)表面未涂油或带钢表面残留水分;
(3)卷取时带钢表面含有水分;
(4)钝化未完全烘干;
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(5)在运输或储存中受潮或雨水淋湿;
(6)成品存放时间过长;
(7)镀锌板与其他酸碱等腐蚀性介质接触或存放在一起。
成品在库中较长允许存放三个月,以避免存放过久产生氧化。
镀锌板是指表面镀有一层锌的钢板。镀锌是一种经常采用的经济而有效的防锈方法,世界上锌产量的一半左右均用于此种工艺。
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镀锌钢板是为防止钢板表面遭受腐蚀延长其使用寿命,在钢板表面涂以一层金属锌,这种涂锌的钢板称为镀锌板
热镀锌基板的研究必须与热镀锌工艺相结合起来,否则即使基板达到要求的性能,镀锌工艺不能满足要求也达不到目的。
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镀锌工艺技术发展
2.1.3镀锌工艺技术的发展
为了获得优质的表面,90年代国外新建的镀锌生产线大量采用美钢联法,美钢联法采用高密度电解脱酯技术(HCD)可以快速有效地清除表面的油污,同时在还原退火炉中美钢联法用全辐射管替代改良森吉米尔法中的明火加热,因此可以严格的控制温度和气氛,确保火炉的无氧化气氛,从而保证镀层的优良附着性和表面质量。
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传统热镀锌线的工艺布局均是设置一台光整机。现代化生产汽车板的宽带钢热轧镀锌机组,一般在工艺布局中设置两台光整机,**次光整是采用一台四辊式光整机把带钢表面轧平,消除表面凸凹不平的外貌;*二次光整是选用一台二辊式光整机给带钢一定的粗糙度。
传统热镀锌作业线均为双活套,布置在工艺段的出口和入口。由于汽车板对板面要求较高,所以光整汽车板时,有时5~10卷就要更换光整辊,为了实现工艺段不停机换辊,提高作业率,所以有些机组在光整机前增加一个活套,即组成*三活套的工艺布局,新增活套的储料时间一般为120s。
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国外新近投产的热镀锌或改造旧的热镀锌机组的生产能力和产品质量都有进一步提高,发达国家新建的生产线可生产宽度达2100mm的热镀锌钢板,机组速度较高可达200m/min,合金化速度达136m/min,年生产能力达60万吨
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表面涂镀层技术的研究和开发,成果转化与产业化研究开发的力量,人、才、物过于分散,缺乏集科研开发、成果转化、工程化、产业化于一体的集成式的队伍和组织形式。单个研究单位在取得初步研究成果以后,既缺乏进行更深入的研究的力量也无力把工作延伸到生产实践。由于这种分散性、低水平、重复工作的现象较为普遍,既难以取得高水平的成果,也难以出现具有自主知识产权的成套技术与工艺。
(2) 缺乏近生产和生产条件下中试手段
现代表面涂镀层产品都是在现代大型高速连续生产机组上完成,机组设备数百件,高度自动化控制,要将实验室研究成果移植到现代大型的高速连续生产机组中,就必须经过近生产和生产条件下的中试阶段。这个中试阶段要在专门的中试实验机组上来完成,过于简陋、原始的小型试验机组所得包括实验工艺参数在内的结果与现代大型生产机组的相关性相差甚远。
总之,国内关于汽车用热镀锌板的新产品、新工艺、新设备的研发工作都远远落后于国际水平。
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3.我国开展高性能汽车用热镀锌板研发目的和意义
二十一世纪,钢铁产品仍将是人类社会较主要的**的结构材料和产量较大、覆盖面较广的功能材料。世界冶金工业结构调整步伐加快,生产的重心将有发达国家向发展中国家转移。目前我国正处于工业化进程中,国民经济各部门的持续、快速发展和产业升级对钢铁产品的品种、质量提出了更高的要求。加快了我国冶金工业的结构调整,将具有重要意义。
(2) 缺少自主知识产权技术
除一些小型机组以外,我国大型机组表面涂层技术几乎全是引进。在引进中常带来较大的盲目性,多数机组水平不高,一般水平、相似水平技术多,成熟性、重复性技术多。一般产品、相似产品多,高新尖产品少,*技术更少。
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(3) 小型机组能耗高,污染重
我国乡镇企业、私人企业兴建的百余条小型热镀锌机组,年产量数千吨至几万吨,机组技术落后,由于没有燃气设备改用电加热,造成能耗很高。为省投资,生产废液、废料、废气一般没有处理设备,往往直排造成环境污染。旺盛的市场需求,特有的经营方式,使其仍然占有一定的市场份额。
3) 我国科研成果转化率低
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表面涂镀层技术科研成果丰富,国内钢铁研究总院等许多科研单位,早在20世纪60、70年代,就开始了带钢表面涂镀层技术的研究,尤其在“七五“期间以钢铁研究总院为组长单位联合高校、科研单位、生产企业对连续热浸镀技术进行联合攻关,取得了丰富的研究成果,例如:
连续热镀Zn-5%Al-Re镀层技术;
连续热镀55%Al-Zn-Si镀层技术;
连续热镀Zn镀层技术;
连续热镀Al-Si镀层技术。
为了获得优质的表面,90年代国外新建的镀锌生产线大量采用美钢联法,美钢联法采用高密度电解脱酯技术(HCD)可以快速有效地清除表面的油污,同时在还原退火炉中美钢联法用全辐射管替代改良森吉米尔法中的明火加热,因此可以严格的控制温度和气氛,确保火炉的无氧化气氛,从而保证镀层的优良附着性和表面质量。
除上述五种外,还有彩色镀锌钢板、印花涂装镀锌钢板、聚氯乙烯叠层镀锌钢板等。但目前较常用的仍为热浸镀锌板。
锌层厚度的检测要符合《GB/T 1839-2008 钢产品镀锌层质量试验方法》的要求,使用称重法或荧光法测量。
称重法:取镀锌板测试样片,使用盐酸溶液去除锌层,对去除锌层前后的样片进行称重,差值就是被去除的锌层的重量。
荧光法:使用荧光X射线检测设备,对镀锌板锌层进行无损测量。
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除了这两种方法,用涡流测厚仪测量锌层厚度可以吗?当然是不可以的。一方面不符合标准要求,另外测量精度也无法保证。
判定
锌层检测的结果合格还是不合格,就要对照产品标准中的规定。符合的就是合格,不符合就是不合格。那国标里是怎么规定的呢?
GB/T 2518 2008在7.7章节中有如下描述:
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7.7.3 对于等厚镀层,镀层重量三点试验平均值应不小于规定公称镀层重量;镀层重量单点试验值应不小于规定公称镀层重量的85%。
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铁路客车车厢制造行业的应用
制造客车车厢外壳体、内壳体、**底板需用1.0-3.0mm的热轧或冷轧镀锌板。热轧镀锌板代替冷轧板,简化了工序,加快了车辆的制造周期,同时又延长了车辆的使用寿命。平均每辆客车耗用热轧镀锌板量为15吨,其中1-2.75mm为4.5吨。全国每年客车制造能力约1万余辆,预计需要热轧镀锌板约4.5万吨。
汽车行业的应用
发达国家汽车镀层钢板的用量已占薄板用量的60%以上,近年我国汽车行业发展*。广泛采用镀层板作为汽车车身覆盖件提高防腐性能,是一种必然趋势。从汽车使用镀锌板上看,其使用规格较多,用量比较大,主要用在轿车的底板、各种梁、梁的加强板、支座、托架以及连接板等。由于使用在隐蔽部位,对表面质量和深冲性能要求不高,因而有些零部件可以用热基板镀锌板加工代替,汽车消耗热镀锌板规格主要是1.5-3.0mm。
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代替冷轧镀锌板
目前,国内镀锌厂家1.2mm以上镀锌生产量约在12-14万吨/年,据有关*介绍,冷轧基板镀锌板和热基板镀锌板在使用性能上区别不大,而热基板镀锌有着明显的成本优势。从理论上讲,热基板镀锌完全可以代替冷基板镀锌产品。
随着我国经济的高速发展和产业结构的调整,对镀锌板的需求快速增加,而国内镀锌板的自给率一直保持在50%左右,远远满足不了市场需求。2002年我国进口镀锌板334.2万吨,同比增加53%。与其他发达国家相比,我国镀锌板产量不足国内钢材总产量的2%。面世界主要产钢国的镀锌板产量约占钢材总量的7-8%,日、美更高达13-15%。我国镀锌板市场还有广阔的发展空间。