1概述
锌与锌合金涂层由于给钢板带来包括防腐在内的各种功能而得到广泛应用。在日本，从20世纪60年代经济高速增长时期以来，涂层钢板的产量稳步增长，见图1。在20世纪90年代以后，尽管每年产量不同，但涂层钢板的总产量继续稳步保持在年产1400万-1800万t的规模。受2008年的雷曼事件和2011年的日本东北特大地震的冲击，涂层钢板总产量有所下降。
图2给出了2011年日本国内各行业对涂层钢板的用量比例。从图2可以看出，2011年日本涂层钢板的产量达到826万t，涂层钢板在汽车行业的应用比例明显高于其他行业，占比高达55%。涂层钢板在建筑行业的应用比例排名第二，占比达16%。然而，涂层钢板在家电行业的应用比例较小，仅为4%，原因是日本的家电制造基地转移到了日本之外的其他国家。
日本和全球各国组成一个社会整体，当前面临的重大难题是在自然资源的充分利用和循环利用的基础上通过二氧化碳排放量的降低来保护全球环境，这要求全球社会对这一难题做出回答：需要——不仅是涂层钢材，也包括满足诸如环境友好、长寿命和高功能型的各种材料和技术。
涂层钢板通过控制钢板表面而使钢材呈现出良好的使用性能，从材料设计方面看，比那些通过添加合金化元素和改善冶金组织控制来确定其使用性能的其他钢材更具灵活性。通过利用这些特性，满足了各种以及日益变化的客户要求，并提供能够提高用户产品质量和产量的新技术，同时解决了其他重大难题，使得涂层钢板的需求量不断增加。
本文将介绍日本镀锌和镀锌合金化钢板的最新进展。
2日本镀锌和镀锌合金化钢板的最新进展
2.1汽车用涂层钢板
汽车车身用涂层钢板的需求量在20世纪80年代出现井喷。一开始，考虑到基板力学性能的选择性和涂漆鲜艳性等原因，主要使用电镀锌钢板。具有高耐蚀性、优异的冲压性和焊接性能的涂层钢板，如涂层量在20-30g/m2的Zn-Fe合金化和Zn-Ni合金化电镀锌钢板在日本被开发出来，并得到大规模应用。随着热镀锌工艺技术的进步，热镀锌钢板的质量越来越接近于电镀锌钢板，而且其焊接性能也得到了改善，热镀锌钢板的成本优势逐步体现，占领了相当大的电镀锌市场。
在20世纪90年代以后，为了满足更高的耐蚀性能和进一步降低成本的需要，开发了45-60g/m2的合金化镀锌钢板（GA）。这种钢板除了焊接性能好以外，其耐膜下腐蚀性也优于普通的热镀锌钢板（GI）。为了获得理想的合金层结构，对钢的化学成分、锌液中铝含量以及合金化炉的加热曲线进行了优化。为了稳定控制合金层的质量，开发了镀液中铝的恒定控制法、在线合金化计量等监测控制技术。为了提高合金化镀锌钢板的滑动性，开发了闪镀Fe系合金、硼砂处理、固体润滑涂层技术，出于性能与成本等方面的考虑，近年来的研究都集中到了固体润滑涂层方面。
为了改善热镀锌钢板的表面质量，进行了大量的研究和工艺改进。如对Zn-Fe-Al相图的富锌角进行了详细的研究，分析了锌锅中锌渣的流动特性，研究了合适的锌锅形状、大小以及感应体位置。同时，还研究了高效清洗装置，以去除冷轧时产生的铁粉和轧制油，将卧式炉改成立式炉，由NOF炉改成完全无氧化气氛的直火加热炉和全辐射管炉，以及提高炉辊、锌锅辊的喷涂技术等。然而，热镀锌钢板的表面质量仍难以达到完全替代电镀锌钢板的程度，除此之外，在产品的力学性能方面，由于热镀锌钢板只能采用连续的线内退火技术，不如电镀锌钢板灵活，且带钢在冷却时需要在镀锌温度附近停留一段时间，以及受可镀性的影响，基板的成分设计比较困难。目前来看，热镀锌钢板不可能完全取代电镀锌钢板。
图3给出了对汽车用涂层钢板的要求。首要的社会性要求包括改善燃油效率而实现CO2排放量的降低、提高碰撞性能、减少环境压力以及降低用户的制造成本、缩短交货期，并改善乘车舒适性。为了满足这些要求，先进高强度热镀锌合金化钢板作为同时满足改善燃油效率和提高碰撞性要求的一种技术而被开发出来。与传统高强钢板相比，先进高强度钢（AHSS）板具有更好的加工性能。通常，高强度钢板中添加容易氧化的元素Si和Mn，在钢板退火过程中这些元素在钢材表面形成氧化物，经常造成镀锌钢板出现裸点缺陷。针对这一问题，研发工作取得进展，可以解决甚至在GA制造过程中的缺陷。
近年来，随着汽车车身件如侧碰撞保护的结构件和保险杆需要采用更高强度钢板，利用热成型技术，在成型过程中将钢板加热到奥氏体温度区，随后通过成型模具对钢板淬火，将钢的强度提高到1500MPa。当这类高强度钢用于汽车腰线以下的部位时，高的耐蚀性是必不可少的。因此，热成型用高强度合金化热镀锌钢板和镀铝钢板被成功地开发出来并得到应用。而且用于热成型的涂层钢板的开发将会继续。包括涂层的显微组织和力学性能的研究和设计在内的基础研究对新产品的开发将更加重要。
2.2家电用涂层钢板
家电用钢领域存在诸多不同的要求，主要要求不仅是耐蚀性，也包括成型性和表面设计，因此，适合于涂层钢板后处理技术的开发，对推动家电的技术进步具有重大意义。特别是近年来，日本钢材生产商积极开发能够降低污染环境的物质或者通过省去涂层工艺而减少家电制造工序数量的新型钢材。
开发对环境不产生污染物质的钢板源于政府法规，如欧洲颁布的特定毒性物质使用限制的RoHS指令。而且，在日本，为迎合这一发展潮流，越来越多的企业已经启动绿色采购。这一行动加快了那些具备减少环境压力的环保型涂层钢材的开发进度。为此，日本的钢铁制造商开发出各种类型的新型化学转化涂料，这些涂料主要基于有机涂料，不含六价铬，可以增强热镀锌钢板的耐蚀能力。开发出来的产品已经广泛应用在汽车车身及音频、视频和办公自动化系统设备的面板。此外，也开发出可以实现与有机涂料功能相当的不含树脂的化学涂料。
预彩涂钢板是一种能够让用户省去脱脂和彩涂工序并抑制挥发性有机物（VOC）生成的产品。在日本，目前已经应用不含六价铬的预涂层钢板。最近，也开发出一种新型涂层钢板，它除了优异的耐蚀性和工艺特色之外，还具有良好的自清洁性能和吸热特性。目前还开发出一种新型的涂了底漆的钢板并得应用，它是使用一种不同于传统预彩涂钢板涂层结构的一层薄膜。这类钢板的涂层厚度更薄、并且采用水基涂料，有利于降低成本、减少挥发性有机物排放。
日本国内生产对钢材制造的需求已经进入成熟期，可以预见国内生产基地将不断迁移到新兴经济体国家，相应地材料将会属地采购。这将促使新兴经济体国家制造技术的提高并导致钢材与塑料等其他材料之间的竞争加剧。因而，必须要建立起能够降低钢材成本、涂层薄膜和涂层工艺技术创新的技术，同时赋予化学转化涂料和薄膜的各种功能，使其附加值更高。
2.3建筑用涂层钢板
在建筑行业，热浸镀锌钢板和涂底漆钢板已经用在房顶、外墙和结构材料。特别是热浸镀锌铝合金涂层（Zn-5%Al、Zn-55%Al）被大规模应用，原因是它们优越的耐蚀能力在日本引起更广泛的兴趣。此外，在建筑领域，含镁的热镀锌合金化涂层钢板（Zn-6%Al-3%Mg合金、Zn-11%Al-3%Mg-0.2%Si合金）已经被开发出来，并得到应用，目的是使建筑物具有优越的耐蚀性，寿命周期更长。最近，含镁的热镀锌合金化涂层钢板由于其优异的耐蚀性能，在太阳能电池板上的应用量增加。众所周知，在锌层中加入镁可以实现更高的耐蚀性能，而且镁含量越高，耐蚀性越优异。由于建立起相应的生产技术，目前已经实现高达3%Mg的镁含量高的涂层加工技术。但通过在锌中加入镁而增加耐蚀性能的机理仍需深入研究。由于加入镁，可能提高了具有高耐蚀性的碱性氧化锌的稳定性，因此有镁存在的情况下，观察不到无耐蚀性的氧化锌，后者通常是在锌层的一般腐蚀产物内形成的。
2012年，含镁的热镀锌合金化涂层钢板已经纳入日本工业标准（JIS）中，因此，未来这种材料的使用量将越来越多。可以预见，以延长建筑物寿命、降低建筑的维护成本为目标而开发涂层钢板的活动将持续下去。
3结语
锌与锌合金化涂层是简单、低成本的防止钢板腐蚀的最有用的材料之一。将来，锌与锌合金化涂层钢板的重要性将不断体现出来，目前面临的挑战性任务不仅在于材料的开发，而且也表现在工艺技术的开发，从而实现高的功能性及简单化生产。除了材料技术之外，认为方便用户生产的解决方案将比以往更加重要。另一方面，锌资源的匮乏将成为全球一大问题，必须要通过加入镁或铝来减少锌的消耗和回收利用锌的技术。最后希望这一领域的工程技术人员和研究人员通过自身努力不断解决这些技术难题。
信息来源：《世界金属导报》
