(完整版)镀锌基础知识

热镀锌钢板及钢带基础知识

一、热镀锌板的优点

热镀锌及其合金是钢铁材料最常见、最有效、最经济的耐大气腐蚀的工艺之一。

热镀锌钢板具有理想的耐蚀、成形、涂装等综合性能以及成本低、外观好等优点主要应用于建筑、汽车和家电行业。

热镀锌层的电化学电位较钢铁材料电位更负，镀层具有优良的电化学保护性能。镀层较厚且致密、镀层与钢基体结合力强、耐久性好，镀锌量600g/m2 热镀锌钢材的使用年限可达30年以上。钢材热镀锌层在使用过程中无需维修，热镀工艺简单，对钢材形状尺寸适应性强，除板带钢材外，热镀工艺还广泛用于钢管、钢丝以及结构零部件，而且生产率高。镀锌层在经济上与其他防护涂层相比，具有很强的竞争力，特别是对于长期使用的零部件，热镀锌层成本远低于油漆涂层。

二、热镀锌钢板的用途

国外热镀锌钢板的最重要应用领域为建筑、汽车、电器三个行业，它们占有热镀锌钢板消费的大部分比例，然而国内情况有些不同，除建筑、汽车业外，轻工业也是一大用户，且农牧渔业、商业也需较大用量。表1列出了一些热镀锌钢板在一些行业的应用实例。

表1 热镀锌钢板的应用举例

三、镀锌牌号及技术要求

1、镀锌钢板和钢带牌号的命名

常见牌号有DX51D+Z、DX52D+Z、DC51D+Z、DC52D+Z、S350GD+Z等。镀锌钢板或钢带牌号是由产品用途代号、钢级代号、钢种特性、热镀锌代号（D）、+ 、镀层总类代号五部分构成，具体牌号命名方法如下：

A）冷成形用镀锌板：

牌号举例：DX51D+Z(或ZF\AZ)、DC51D+Z(或ZF\AZ)、DD52D+Z（或ZF\AZ）DX：第一位字母D表示冷成型用扁平钢材，第二位字母如果为X，代表基板的轧制状态不规定；第二位字母如果为C，代表基板规定为冷轧基板；第二位字母如果为D，则代表基板规定为热轧基板；

51~57：二位数字表示钢级别序号；

二位数字后一个D是热镀锌的代号；

Z表示镀层为纯锌，ZF表示镀锌铁合金、AZ表示镀铝锌。

所以：DX51D+Z就表示产品用途为冷成形用，扁平钢材，未规定基板状态，钢级序列号为51，纯锌镀层，热镀产品。

B）其他镀锌牌号命名示例

S350GD+Z：S表示为结构用钢，350表示规定最小屈服强度为350Mpa，G表示钢种特性不规定，D表示热镀锌，+Z表示镀层为锌。

HX340LAD+ZF：表示产品用途为冷成形用高强度扁平钢材，不规定基板状态，规定最小屈服强度为340Mpa，钢种类型为高强度低合金钢，锌铁合金镀层，热镀产品。

HC340/590DPD+Z：表示产品用途为冷成形用，高强度扁平钢材，规定基板为冷轧基板，规定最小屈服强度值为340Mpa，规定最小抗拉强度为590Mpa，钢种类型为双相钢，纯锌镀层的热镀产品。

2、镀锌钢板及钢带牌号及钢种特性见表2

表2 镀锌板常用牌号及特性

3、表面质量的代号

普通级表面FA

较高级表面FB

高级表面FC

4、镀层种类、镀层表面结构、表面处理代号见表3

表3

5、镀锌钢板及钢带尺寸、外形及其允许偏差。

（1）镀锌钢板及钢带公称尺寸范围见表4-1

表4-1

（2）镀锌钢板及钢带尺寸允许偏差

对于规定的最小屈服强度不小于260MPa，但小于360MPa的钢板和钢带，以及牌号为DX51D+Z（ZF）、S550GD+Z（ZF）的钢板和钢带，其厚度偏差符合表4-2

表4-2

6、钢及钢带推荐的镀锌层重量及相应的镀层代号见表5

表5

7、表面处理

（1）铬酸钝化（C）和无铬酸钝化（C5）

该表面处理可以减少产品在运输和存储期间表面白锈，无铬钝化处理时，应限制钝

化膜中队人体健康有害的六价铬成分；

（2）铬酸钝化+涂油（CO）和无铬钝化+涂油（CO5）

该表面处理可进一步减少产品在运输和储存期间表面产生白锈。

（3）磷化（P）和磷化+涂油（PO）

该表面处理可以减少产品在运输和储存期间表面产生白锈，并可改善钢板的成形性能。

（4）耐指纹膜（AF）和无铬耐指纹膜（AF5）

表面处理可以减少产品在运输和存储期间表面白锈，无铬钝化处理时，应限制钝化膜中队人体健康有害的六价铬成分。

（5）涂油处理（O）

减少储运白锈产生，所涂防锈油一般不作为后续加工用轧制油和冲压润滑油。

（6）不处理（U）

订货时须在合同中注明，这种情况下，钢板及钢带表面在运输和储运期间表面比较容易形成白锈和黑点，用户在选用时应慎重。

四、镀锌板的分类

1、按镀锌基板分类

（1）普碳钢镀锌

钢带连续热镀锌大都采用普通低碳钢，其碳含量在0.10%-0.20%之间，镀锌特征和工业纯铁的情况很相似。在普通低碳钢作为基板进行热镀锌时，其成分中影响最大的元素是碳和硅。一般而言，钢中碳含量愈高，锌—铁反应就愈强烈，铁损就愈大，而且生成的合金镀层也愈厚，使得镀层变脆，塑性变差，镀层结合力很差。另外，钢中碳含量过高也会影响镀层的表面质量，常常出现漏镀铁点，而且也易形成锌瘤。

随着汽车工业的发展，对普碳钢的深冲等冷加工成形性能提出了越来越高的要求，

钢中的碳含量希望尽可能降低，例如一般冲压钢碳含量小于0.10%，常用的碳含量不大

于0.08%（如08Al），优质冲压钢的碳含量不大于0.04%（如K08Al），而超深冲压钢（如无间隙原子IF钢）则达到碳含量不大于0.005%。

(2) 高强钢镀锌为满足热镀锌钢板主要用户之一汽车制造业的减重、节能、安全等需要，汽车用以高强度钢板为基板的热镀锌钢板得到很快发展。目前国外已开发的或正在开发的高强度钢板有IF高强度钢、烘烤硬化钢、低合金高强度钢、双相钢以及相变诱导塑性钢、碳锰高强钢、马氏体钢等，它们可达到的强度级别示于图1。

图1 各类高强度钢屈服强度和伸长率之间的关系

IF 无间隙原子深冲钢；IS 各向同性钢；Mild 软钢；BH 烘烤硬化钢；CMn 碳锰高强度钢；HSLA 高强度低合金钢；DP 双相钢；CP 复相钢；TRIP 相变诱导塑性钢；MART 马氏体钢

2、按镀层分类

（1）按镀层锌花分类

A 大锌花热镀锌板

这是一种最原始生产的镀锌钢板，众所周知，锌矿总与铅矿共生，在冶炼锌时，不可能全部除去铅杂质，其含量在0.05%以上就可形成大锌花。每一朵锌花，其结晶中心都是凸起的，边缘则凹下，其表面是凹凸不平的外观，这对其以后的加工及涂装均不利。此外由于铅在锌中固溶量极低，在冷却时就会在晶界处析出，在晶界处产生应力及电化学腐蚀，使镀锌层产生晶间腐蚀，降低其耐蚀性。因此，近年来人们逐渐对此有了认识，大锌花的镀锌板将逐渐淘汰。

B 小锌花热镀锌板

由于大锌花在锌花结晶的边缘锌层较厚，其核心部位较薄，故大锌花镀锌板表面凹凸不平，不适于涂装或涂覆，因为涂装区仍会浮现锌花的轮廓而影响钢板的外观。另外，由于大锌花镀层的耐蚀性差而倾向于使用外观均匀的小锌花镀锌板。为此，改变钢带从锌锅引出时的冷却条件，可以调节锌层的结晶状态，从而可获得小锌花。对于大型钢带连续热镀锌生产线常采用向液态锌层表面喷吹水—水蒸气或水—空气混合物的方法而获得小锌花。当大量水雾的细小水滴落于锌液层表面时，使晶核增多并加速锌液层的凝固，缩短了其晶体长大的时间，从而获得细小的锌花结晶（直径2-3mm以下）。

C 光整锌花热镀锌板

根据需要还可将此小锌花镀锌钢板再进行光整处理，就会消除锌花获得光滑平整的锌层，此种镀锌钢板带常用作涂装钢板的基板。

D 无锌花热镀锌板

为了改善镀锌钢板的涂覆性能，满足汽车制造业等部门需求，在热镀锌过程中除去锌锅中的铅，可以获得无锌花热镀锌钢板。这种所谓的无锌花热镀锌钢板实际上是锌花直径小于1mm的热镀锌钢板。

（2）镀层厚度及差厚

A 双面等厚度镀锌板

B 双面不等厚度镀锌板（差厚）

C 单面热镀锌钢板

钢板的一面镀锌而另一面不镀锌，它是为满足汽车用材的需要而出现的。这种镀锌钢板在经济上是有利的，可以节约大量的锌原料。单面镀锌钢板的不镀锌的一面经磷化处理后有利于表面涂漆和焊接，用于汽车面板外部；而镀锌的一面用于汽车面板内部以解决防腐蚀问题。由于单面镀锌板热镀工艺技术上存在许多问题不易解决，目前仍未大量采用。

（3）其他功能性镀层

A 彩色镀锌钢板

彩色镀锌钢板是专指在镀锌板表面，不经钝化染色等化学处理或涂料涂装，自然呈现彩色，如蓝、红、绿、黄等颜色的镀锌产品，耐腐蚀性能也更好些。比如：在锌液中加入镍和钛，在不同的浸渍和冷却条件下，可以获得金黄、紫和蓝等不同颜色的表面。在锌液中加入锰和铜，在适当的条件下可以形成彩虹色的镀层。

B 耐指纹热镀锌钢板

以毛化光整工作辊轧制的光整板并辅以耐指纹有机涂层，以其优良的防腐蚀性、耐指纹性面涂附着性及可焊接性，深受电器厂商青睐。目前在一些发达国家和地区生产耐指纹产品的厂家较多。也可通过对现有的钝化装置、烘干装置进行改造，并增设一套简易冷却系统，采用挤干法生产耐指纹光整镀锌产品。

（4）镀层成分

A 纯锌热镀锌钢板（GI）

纯锌热镀锌钢板顾名思义是在热镀锌中没有将任何元素作为合金镀层添加到锌锅中。实际上在进行纯锌热镀中为了工艺上的需要，常常在锌锅中加入少量铝和少量铅。在通常情况下，锌锭中含有少量铅，大约为0.003%—1.75%，铅在锌液中的溶解度在450-455℃约为1.2%，这样少量铅对)Fe—Zn合金层的形成没有影响。但它可以降低锌的熔点，低熔点锌液使得镀锌钢板提出锌锅时，在其表面的锌液层凝固的时间较长，从而形成较大的锌的晶体，生产出大锌花热镀锌钢板。

B 合金化镀锌钢板（GA）

合金化镀锌钢板是在纯锌热镀锌钢带的生产线上，钢带从锌锅拉出后进入合金化炉进行合金化处理，得到钢表面纯镀锌层全部转变为Zn—Fe合金层的钢板。合金化镀锌钢板除了具有优良的耐蚀性外还具有良好的冲压成形性、焊接性和涂装性。它可很好地满足汽车制造业和电器行业对热镀钢板的各项要求。

C 55%Al—Zn合金镀层钢板（GL）

即通常所称镀铝锌钢板，商业名为Galvalume，镀层合金成分为

55%Al-43.4%Zn-1.6%Si。55%Al-Zn合金镀层钢板具有较普通纯锌镀层钢板更为优异的耐大气、水介质及土壤的腐蚀性能。在大气环境中，55%Al-Zn合金镀层钢板耐蚀性是普通纯锌镀层钢板的2-6倍，同时还表现出较镀铝板更优的剪切边缘的电化学保护作用。此外，

55%Al-Zn合金镀层钢板还具有较佳的抗高温氧化性能，较好的防热辐射及热反射性，其表面锌花细密、光泽美观，它用于建筑业和电器业。

D Zn—5%Al—RE合金镀层钢板（ZA）

商品名称Galfan，在大气环境下，它的耐蚀性是普通纯锌镀层钢板的. % / 倍，而且其综合耐腐蚀性能，包括裸板耐蚀性、切边部位牺牲阳极保护性、加工成形后耐蚀性以及涂装后耐蚀性较为理想。该合金镀层钢板的焊接性、冲压成形性俱佳，其中加工性能几乎可与电镀锌层钢板媲美。Zn—5%Al—RE合金镀层钢板完全可以替代普通纯锌热镀层钢板，广泛用于建筑、汽车、电器等行业。

E Zn—6%Al—3%Mg合金镀层钢板（ZAM）

ZAM合金镀层钢板是目前锌基合金镀层中具有最高耐蚀性的新型镀层钢板。在试验室循环试验中其耐蚀性是传统镀锌层（Zn—0.2%Al）的18 倍。原因是镁的加入改变了镀层的组织结构，在腐蚀环境下镁能长期抑制碳酸锌及氧化锌等非保护性腐蚀产物的形成。含镁的锌系镀层腐蚀产物具有优异的抑制阴极反应的效果。ZAM合金镀层钢板主要用于建筑行业。

五、镀锌板耐腐蚀原理

1、腐蚀基本原理

金属腐蚀的定义是金属和其环境发生物理化学作用，导致金属性能的改变，并常使金属功能环境或制作产品的工艺系统遭到破坏。金属腐蚀包括化学腐蚀和电化学腐蚀。

A 化学腐蚀

金属与周围介质直接发生化学反应而引起破坏，没有电流产生。它在干燥气氛中或在无水有机液体中发生。包括高温氧化、高温硫化、高温渗碳、脱碳、高温氢腐蚀等。

B 电化学腐蚀

电化学腐蚀是金属在潮湿环境中通过电极反应进行的腐蚀，此过程中有电子得失并有电流产生。绝大多数金属，在绝大多数自然环境中的腐蚀都属电化学腐蚀。

2、镀锌钢板的耐腐蚀性能

在中性或弱酸性（PH>5.2）的大气环境下钢板镀锌层经腐蚀后形成的腐蚀产物为非溶性化合物（氢氧化锌、氧化锌和碳酸锌），这些产物将以沉淀形式析出，形成致密的薄层，一般可达8μm，这种薄膜既有一定厚度又不容易溶解于水，附着性又很强，因此它能起到隔离大气和镀锌板的屏障作用，防止腐蚀进一步发展。

在保护镀锌层遭到破坏，钢铁部分表面暴露于大气环境中，此时锌与铁形成微电池，锌的电位明显低于铁的电位，锌则作为阳极对钢铁基板起到牺牲阳极的保护作用，防止钢板的腐蚀发生。如若钢板表面暴露太大，以致电解液覆盖不了被损伤的表面时，这时铁就好像未受到任何保护一样，将很快被腐蚀。

六、连续热镀锌的生产工艺流程

1、典型连续热镀锌钢带生产工艺（美钢联法）

2、热镀锌对原板的质量要求

a）、退火：热镀锌原板通常为冷轧钢带，冷轧钢带通过退火完成以下功能：一是使钢带在退火炉内消除轧制应力，改善力学性能；二是清洁带钢表面，将钢带表面上的轧制油等

污物通过加热过程中的挥发，燃烧而去除，使钢带具有一个清洁的表面，并使钢带密封地进入锌锅进行热镀锌；三是在完成退火过程的同时，钢带表面的一层微氧化膜被炉内氢气还原成纯铁层，为热镀锌准备好附着力极强的表面状态；四是完成退火和还原后的钢带在退火炉通过快冷和缓冷准确地控制进入锌锅时的温度，使钢带在最佳镀锌温度下完成镀层工艺；五是保持或改善镀锌钢带板形。

七、镀锌板常见缺陷

1、基板缺陷：钢带在热轧和冷轧过程中，钢带表面会产生一些缺陷，在后续热镀锌时

会影响镀锌层的表面质量。常见基板缺陷有以下类型。

a）夹层（Shell）——沿轧制方向（WR表示轧向）分布，锌以皮层状覆盖于钢板表面，未形成合金层，锌层下面往往有非金属夹杂物或者氧化铁皮存在于钢板基体上；

b）气孔（Blowholes）——外观呈隆起的直线条状镀层，是钢带内部不连续性的表现；

c）孔洞（Holes）——不连续的孔洞，是材料破裂的结果，钢带越薄，这种情况越明显。

主要是因为钢中的气孔、粗大的夹杂或者轧制前钢带表面存在着严重机械损伤造

成；

d）氧化皮缺陷（Scale defects）——此种缺陷外观呈镀层下陷的细小的凹坑或小凸起。

原因有两种：热轧时氧化铁皮坑和疤遗留，经冷轧时未能消除，或者冷轧时酸洗不

足造成氧化皮压入，两者的形态和分布密度不相同；

e）原板擦伤（Starting material scratches）——板面擦伤外观有两种形态，（1）热轧、酸洗、冷轧划痕，此缺陷多为沿轧制方向的沟状条纹，划痕处镀锌层往往因合金层

生长较快而导致该处镀层较厚；（2）热擦伤，表现为在钢带运行方向上短小、密

集的条纹状隆起；

f）锈斑和乳化液残渣（Rust and coolant stain）——原料上的锈斑会导致镀锌层表面粗糙的麻点状表面。乳化液残渣是冷轧钢带表面上乳化液的热分解残渣，呈不规则形

状的暗斑。此种缺陷出现于冷轧钢带上的红锈或乳化液的残留处。乳化液残留物是

因钢带未被擦净或在冷轧阶段未被吹干所致。；

g）冷轧压痕（Cold rolling marks）——周期性出现的凸起或者凹坑；

h）边浪、中浪（Edge/ central waves）——板的边浪和中浪是因为基板剖面缺陷引起，也可因为热镀锌线上托辊凸度和位置不当引起。边浪还可以由边部过厚、切边刀片

间距调整不当或钢带边部与固定构件，如导卫，间的接触引起；

i）带卷隆起（Ridges）——也叫凸棱，钢卷边部隆起，是原板沿横向厚度不均的一种

反映，热轧缺陷，冷轧无法完全消除；

j）拉伸应变痕（stretcher strain marks）——由于时效的原因导致钢板或钢带表面滑移线、“橘子皮”等有损外观的缺陷。

2、热镀锌过程引起的缺陷

a)炉辊辊印（Furnace roll pimples）——此缺陷是镀层中的坑状或片状压痕，成因是炉

辊表面产生沉积物黏附，有时候这些黏附物被钢带带走，导致钢带表面凸起或者凹坑；

b)氧化铁皮鳞片（Flakes of scale）——外观斑块状，这些斑块的镀层较厚，在以后的

加工过程会发生开裂与脱落。此缺陷是因退火炉内停留时在钢带表面形成的氧化皮随钢带一起进入锌锅，于是黏附的氧化皮斑块也黏附了锌液。也有可能是炉鼻内锌液表面的氧化皮嵌入锌层内形成的。

c)浮渣（Dross）——渣带是在镀锌层中沿纵向形成的分布不均的夹杂物，其成因是

炉鼻处的锌灰或者钢带带出的细小颗粒状锌渣；

d)镀层横纹（Ribs or coaling sag）——表现为沿钢带宽度方向的镀层呈条纹状不

规则的增厚，成因通常是锌液中铝含量过高（大于0.25%），或者钢带入锌锅温度较低，这种缺陷在合金化处理时可以消除。

3、后处理过程中形成的缺陷

a）铬酸盐钝化缺陷——铬酸盐钝化处理后锌层表面出现的棕黄色痕迹。它们在整个钢带宽度和长度上都可能出现，形貌为条状、长形或不规则的斑点。该缺陷是铬酸盐钝化后由于挤干辊表面磨损或者挤压力不够，铬酸盐溶液未充分挤干所致。

b）白锈（White rust）——镀锌层表面不均匀的灰白色粉状物，它在极端情况下可能覆盖整个钢板表面。白锈是由于潮湿引起的锌层表面的腐蚀产物。