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为开发耐蚀性更高的镀层钢板，在镀锌层中添加Al、Mg、Ni、Cr等合金元素，开发了锌铝镁新型镀层产品，目前主要有低铝、中铝和高铝3类锌铝镁镀层板。锌铝镁镀层产品具有优异的耐平面和切口腐蚀性，而且加工性好，表面硬度高，耐摩擦性好，焊接性能和涂漆性能优异，其中耐蚀性是镀锌产品的5～10倍，被认为是下一代汽车用防护镀层。锌铝镁镀层产品可用于光热、光伏、畜牧、电器柜、门业专用钢、高耐蚀建筑用彩涂板、家电、汽车结构件、内板和外板，且生产工艺环保、成本低，正逐步替代厚规格厚镀锌层的热浸镀锌产品。本文对锌铝镁镀层板的发展及河钢唐钢的应用现状做了简单介绍。

1、锌铝镁镀层板国内外开发和生产情况

1.1热涂镀技术发展历史

热镀锌(GI)钢板因其具有好的耐腐蚀性能而得到重视，过去的20年是中国热镀锌发展最快的时期，汽车、家电和建筑方面的广泛需求是热镀锌技术进步的最主要驱动力。目前热镀锌钢板年产能已达到1亿t以上。然而锌资源是一种比较贫乏的金属资源，为了提高镀锌层的耐蚀性，同时减薄镀层达到节锌的目的，20世纪70～80年代先后发明了Galfan与Galvalume，使镀层耐蚀性提高了3～6倍。但是Galfan表面存在龟裂纹，影响了市场的推广，在国内市场更是无人问津;Galvalume表面存在晶花，限制了汽车、高端家电等高表面要求的应用，基本适用范围为建材市场和电器柜行业。为扩大GI镀层在汽车上的应用，对GI镀层的铝含量进行向下调整并增加GI的退火处理，形成了GA锌铁镀层，这种产品具有良好的焊接性和涂着性，广泛应用于汽车制造业。同样在汽车行业被广泛应用的还有热冲压成形镀铝硅AS镀层，主要用于汽车安全结构件，替代热冲压裸板和其它结构钢。锌铝镁镀层以其优异的耐蚀性和切口自修复性能被国内外各大钢企所大量开发和生产，同时也被广泛应用于建材、家电和汽车三大领域。而国内锌铝镁产品起步较晚，在国内市场推广、培育过程中，在光热、光伏、畜牧等行业得到认可并逐步上量，同时正在小批量试用于家电和汽车方面。锌铝镁产品使用正在逐步兴起，但距离成熟还有很大的发展空间。表1为热涂镀技术的发展历史。

表1热涂镀技术发展历史

1.2锌铝镁镀层产品国外开发情况

1985年，日本钢铁研究中心研制开发了Zn－4.5%Al－0.1%Mg镀层钢板，商品名为SuperZinc，在大气中经过10个月的暴露实验结果表明，热镀锌镁合金钢板的耐蚀性比普通热镀锌钢板耐蚀性提高1倍以上。进入90年代，为了更好地保护电池组件，日本市场对支架的要求非常严格，既要实现高强度，又要达到高耐腐蚀性，因此开始大力开发Zn－Al－Mg系多元合金镀层。日新制钢公司率先开发出Zn－6%Al－3%Mg合金镀层，商品命名为ZAM，其合金镀层的耐蚀性约为纯锌镀层的10倍。

鉴于上述优异的耐蚀性，ZAM被誉为21世纪高耐蚀热浸镀层，在日本同类产品中使用排名第一，覆盖了日本的大部分产品，包括建筑行业、机电行业、高速公路防护栏、汽车行业、电力行业、民用日常生活等。

2000年日本新日铁公司开发出Zn－Al－Mg－Si高耐蚀性镀层钢板，其商品名为SuperDyma，其镀层的化学成分为Al10%～12%，Mg2%～4%，Si＜0.1%，其余为Zn。该镀层产品的耐蚀性为普通热镀锌镀层的5倍以上。

欧洲蒂森、塔塔、奥钢联等也纷纷开发了自己的热镀锌铝镁专利产品，不同于日本以建筑用为主的“中铝”热镀锌铝镁产品，欧洲的锌铝镁镀层成分均为“低铝”设计，以汽车用钢为主攻方向。2013年澳大利亚博思格公司开发生产了高铝锌铝镁成分体系，并命名为“NextGenerationZINCALUME”，以建筑用钢为主。表2为国外商业化的锌铝镁镀层产品及生产线。其中，日新制钢、新日铁、浦项、阿赛乐米塔尔和科瑞钢板的锌铝镁成分体系以中铝成分体系为主，主要用于光热、光伏、畜牧和建筑用途，具备良好的耐蚀性;蒂森克虏伯、奥钢联、塔塔钢铁、乌伯曼、萨尔茨吉特以低铝成分体系为主，主要用于彩涂基板、家电和汽车高表面用途，产品实物质量较好，其中蒂森克虏伯产品表面质量达到O5标准，产品涵盖碳素结构钢、超深冲IF钢、高强低合金结构钢、双相钢、加磷高强钢和烘烤硬化钢，产品被大量用于欧宝汽车及其它车企的零部件;博思格以高铝成分体系为主，主要用于建筑用途。

另外，韩国浦项具备生产厚度1.1～4.5mm(热基锌铝镁)、宽度800～1650mm锌铝镁的能力，钢种为CQ、DQ和建筑用结构钢;日新制钢东予制造具备生产厚度0.8～6.0mm热基锌铝镁产品的能力;乌伯曼可以生产的热基产品厚度为1.25～5.0mm、宽度为600～1650mm，钢种为ZM100～ZM1000;阿赛乐米塔尔具备生产厚度0.45～6.0mm锌铝镁产品的能力;2020年7月底首钢京唐高强度钢热基镀锌锌铝镁第一卷下线，规格为1.5～4.0mm，退火炉预留6.0mm;河钢唐钢新区计划新投产一条热基镀锌线，产品规格(1.5～6.0)mm×(900～1680)mm，可生产无锌花热基镀锌和锌铝镁镀层，锌层厚度双面可达600g/m 2 ，主要面向建筑结构用钢、高速公路护栏、光伏支架等高耐蚀热基镀锌板市场，并替代部分结构级镀锌产品，应用于建材、家电、汽车行业。

表2、国外商业化的锌铝镁镀层产品及生产线

1.3锌铝镁镀层国内开发情况

2000年之后，国内多家钢厂也开始对锌铝镁镀层产品进行研究，如鞍钢的吕家舜、李锋团队利用热镀锌模拟机制备锌铝镁镀层样板，研究了不同铝、镁合金元素含量对镀层组织以及耐蚀性的影响。宝钢金鑫焱团队对锌铝镁镀层产品的研究始于2008年，在实验室进行了不同Al、Mg含量的镀层试样制备，及对镀液、热镀工艺、镀层组织和性能的影响研究。目前，国内实现产业化的锌铝镁镀层钢板厂家及品种如表3所示。

表3 国内锌铝镁生产线

国内各家锌铝镁生产企业都自主研发了各自成分体系的锌铝镁产品，通过铝含量、镁含量和其它合金元素甚至稀土等元素的实验室研究，确立了有别于国内外其它成分体系的专利技术，其中酒钢为中铝镁成分体系，定位光热、光伏、机械和建筑，宝钢战略规划要具备生产低铝、中铝和高铝的全成分体系的锌铝镁产品。宝钢股份推出的GalvAluMag系列产品根据镀层铝含量不同分为三大类:“低铝”锌铝镁BaoZM，“中铝”锌铝镁BaoXM，“高铝”锌铝镁BaoAM，下一步宝钢将与用户一起开展镀层钢板耐蚀性、成形性等相关使用性能的系统评估和应用研究，助推中国高耐蚀镀层钢板的全面升级。其它企业以低铝成分体系为主。鞍钢集团大连蒂森钢厂主要生产汽车用锌铝镁，鞍钢本部和攀钢定位家电、彩涂基板和建筑用钢。首钢京唐锌铝镁产品定位于汽车用钢，但目前家电和建筑用钢也在生产。目前，河钢唐钢3#镀锌机组生产的锌铝镁产品为低铝成分体系，产品以光热、光伏、畜牧和建筑为主;5#镀锌机组已于2020年5月技术改造完毕，采用低铝镁成分体系，开始批量生产锌铝镁产品，产品定位为汽车、高端家电和建筑用钢。

1.4锌铝镁镀层专利情况

全球涉及锌铝镁镀层的专利约500件，国内外各大钢铁企业均申请了锌铝镁镀层的专利和注册商标，其中日本专利占85%，新日铁锌铝镁的发明专利于2019年12月23日到期，其成分体系为Al含量1.0%～19.0%、Mg含量1.0%～10.0%。近年来，有些研究在锌铝镁镀层中添加第四种微量合金元素，形成四元合金，以获得更好的性能，国内外有关企业在此方面申请了不少专利。锌铝镁镀层相关发明国际专利分布情况如表4所示。

国外专利代表了核心技术的掌握，锌铝镁合金镀层在国外已经得到广泛地应用，而我国对于此新型镀层的开发能力远远落后于其他国家。酒钢于2016年底开始试生产，后续河钢唐钢、首钢京唐、鞍钢等企业陆续开发生产，目前形成批量生产的企业有河钢唐钢、首钢京唐和酒钢，但质量还有待改进，与国外先进企业相比品质还存在差距;宝钢、鞍钢、攀钢均为试生产阶段，生产量还较小。目前国内各大钢企也围绕自己的成分体系，通过添加稀土或者其它元素得到性能更好的镀层性能，并积极申报锌铝镁镀层的发明专利。

表4国际专利分布情况

河钢唐钢自主设计了锌铝镁镀层成分，并形成基于自有成分的锌铝镁镀层产品综合控制技术，其申请的锌铝镁镀层发明专利目前处于公示状态。

1.5锌铝镁镀层的标准

1.5.1国外标准

目前国外标准有欧标、美标、日标、德国汽车工业协会及澳大利亚标准。不同标准镀层的控制范围稍有不同，其中汽车用产品的镀层偏薄，采用较窄范围的铝镁成分控制，其它耐性要求高的应用一般都选择中铝和高铝成分体系。表5列出了锌铝镁镀层产品的国外标准及满足标准的商业化产品。

表5锌铝镁镀层标准及满足标准的商业化产品

其中欧标、美标和日标锌铝镁成分范围一致，均为中铝镁成分体系，其它元素(不含铁)含量为1.0%。澳大利亚标锌铝镁成分除上述成分范围外，其余为锌，并加入1.0%以下的少量控制元素。总体思路都是在镀锌GI、Galfan与Galvalume成分的基础上，通过添加镁及其它元素等成分微调，开发出低铝、中铝和高铝3种成分体系。

1.5.2国内标准

目前在锌铝镁镀层板带产品标准方面，国家标准较少，主要是行业标准。由宝钢主导的镀锌板和铝锌硅板国家标准已经修订，将两个产品标准整合在一起发布了GB/T2518－2019《连续热镀锌和锌合金镀层钢板及钢带》。新标准涵盖热镀纯锌镀层(Z)、热镀锌铁合金镀层(ZF)、热镀锌铝合金镀层(ZA)、热镀铝锌合金镀层(AZ)，共计4种镀层。

行业标准方面，现已出版实施的为由博思格主导起草的高铝类产品标准:YB/T4634－2017《连续热镀铝锌镁合金镀层钢板及钢带》，该标准主要涵盖高铝类的铝锌镁镀层AZM。已经完成报批稿即将出版的为由鞍钢主导起草的中低铝类产品标准:YB/T4761－2019《连续热镀铝锌镁合金镀层钢板及钢带》，主要涵盖中铝和低铝类的锌铝镁镀层ZM，铝含量为1%～13%、镁含量为1%～4%。

在建材涂镀板行业标准方面，全国钢标准化技术委员会正在准备将现有的YB/T4456－2015《建筑用彩色涂层钢板及钢带》和YB/T4457－2015《建筑用热镀锌钢板及钢带》两个行业标准进行修订，将镀纯锌层Z、镀锌－5%铝合金镀层ZA、镀55%铝－锌合金镀层AZ、高铝类的铝锌镁镀层AZM、中铝和低铝类的锌铝镁镀层ZM，全部涵盖进入一个标准。参与起草单位尚未确定。

在2019年南京召开的全国锌铝镁技术交流会上，酒钢透露已经通过钢标委向ISO委员会提交了制定锌铝镁镀层产品ISO标准的申请，预计于2020上半年ISO开会讨论立项问题;同时，酒钢还向中国工程建设标准化协会公路分会提交了制定《公路用锌铝镁镀层钢板带》团体标准的申请，已经得到批准立项。

2、锌铝镁产品的基本性能及镀层构造

锌铝镁产品在国内被各大钢企争先开发生产，一方面说明该产品本身有独特之处，另一方面也说明了市场对锌铝镁镀层钢板有较大需求。一个产品的市场需求与其性能特征密切相关。

2.1基本情况

2.1.1优异的综合性能

锌铝镁ZM钢板最突出的性能是其优秀的平面耐腐蚀能力和切口耐腐蚀性格能，这对下游行业尤为重要，其次就是良好的耐摩擦性、耐碱性、耐氨性，较高的表面硬度以及优异的激光焊性能。为了便于比较，表6列出了锌铝镁ZM钢板和热镀纯锌板的主要性能。

表6锌铝镁钢板ZM与热镀纯锌板GI的性能

2.1.2优异的平面耐蚀性

表7为纯锌GI、与不同成分体系的锌铝镁镀层中性盐雾试验结果。Al含量2.0%、Mg含量1.5%的镀层组织，重量≥275g/m2可以满足3000h以上的中性盐雾试验，其同等重量的锌铝镁镀层循环盐雾试验周期也是锌镀层的5～7倍。

表7中性盐雾试验结果

2.1.3优异的耐切口腐蚀性

图1所示为Zn－Mg－Al镀层的切口腐蚀图。可见，Zn－Mg－Al镀层的耐切边腐蚀性比普通GI板好，盐雾和循环腐蚀试验后，在Zn－Mg－Al镀层切边位置包覆一层致密的胶状腐蚀产物，其主要成分为Zn5(OH)8Cl2·H2O，该腐蚀产物非常稳定，不易分解。

2.2锌铝镁镀层构造

结合电镜组织照片和能谱分析，明确了低铝锌铝镁镀层由大块的初生Zn相及填充中间的Zn－Al－Mg共晶相组成，具体见图2。

图1切口腐蚀示意图

图2镀层SEM微观形貌及能谱分析

3、河钢唐钢锌铝镁产品的应用

2018年河钢唐钢3#镀锌线成功开发生产了热镀锌铝镁产品，成为少数几家具备批量生产锌铝镁的企业。随着社会的进步，人们对于产品质量的需求日益提升，高耐蚀涂层产品得到更多、更快、更广泛地应用。图3为河钢唐钢锌铝镁产品的部分应用。

图3河钢唐钢锌铝产品的部分应用实例

4、锌铝镁产品的未来市场

(1)在公路护栏板领域的应用

长期以来中国高速公路护栏板的生产工艺都是批量镀锌，生产效率低，生产成本高。锌铝镁的耐腐蚀性好，镀层厚度275g/m2的耐蚀性能与热镀锌层600g/m2的性能相当，且锌铝镁镀层钢板的断面切口保护能力好，相比批量结构镀锌既降低了成本，也弥补了连续热镀锌带钢断面切口差的不足。在此基础上，由国家质量监督检验检疫总局与中国国家标准化管理委员会于2015年5月15日联合发布了新国家标准GB/T31447－2015《预镀锌公路护栏》，同年8月开始实施。新标准发布后，中国高速公路护栏板的制造可以采用锌铝镁镀层产品。

(2)城市管廊

地下综合管廊，又叫综合管沟或共同沟，是通过将电力、通信、给水、供热、制冷、中水、燃气、垃圾真空管等两种以上的管线集中设置到道路以下的同一地下空间，而形成的一种现代化、科学化、集约化的城市基础设施。

中国城市地下综合管廊的建设无论是长度还是密度，都与国外有一定差距。不过，近年来官方出台多项政策鼓励各地推进城市地下综合管廊建设。如果现有地下管线全部入廊，则未来中国城市地下综合管廊总投资空间有望超过25万亿，锌铝镁涂层将大有可为。

(3)光伏、光热

国家发改委、国家能源局和财政部下发了各类通知和办法等，鼓励和支持太阳能等发电。图4为全球光伏支架市场占比及容量预测。全球光伏市场中国装机量占世界总容量的1/4，到2025年全球容量将达到400GW，市场潜力巨大。光伏支架在光伏发电的投资占比达到7.3%，到2025年支架需求将达到1100亿元，具有优异耐蚀性的锌铝镁必将广泛应用于光伏、光热行业。

(4)汽车

低铝镁系锌铝镁产品因耐蚀性和高表面质量逐步在汽车上得到应用，欧洲阿塞洛米塔尔多法斯科公司、蒂森和奥钢联钢厂的锌铝镁产品都具备生产O5板的能力，产品覆盖超深冲IF钢、高强低合金、双相钢、烘烤硬化钢和加磷高强钢等，被大量应用于汽车。国内宝马、长城、东风、广汽等汽车公司都在进行锌铝镁产品的认证工作，部分车企已经进行了小批量试用，未来有望大批量地应用。

图4全球光伏支架市场占比及市场容量预测

5)家电

以海尔、美的为首的家电企业已经对宝钢、首钢京唐和河钢唐钢的产品进行了实验室认证、料片和样卷的小批量试用，后续降本条件下有望大范围地推广，尤其是空调、洗衣机、微波炉、燃气罩等耐蚀性要求较高的应用。

(6)彩涂基板

锌铝镁产品为基板的彩涂板，因节能和耐蚀性优异而著称，欧洲蒂森锌铝镁产品中作基板的彩涂板占比达60%，相比镀锌产品锌耗降低1/3，广泛应用于建筑和家电。河钢唐钢为河钢乐亭新项目和台州汽车板剪切加工中心提供了上万吨的彩涂基料，用于厂房的建设，产品加工性能优越，使用寿命长。河南牧原公司采用大量的锌铝镁产品为基板的彩涂板建造猪舍。未来，锌铝镁产品为基板的彩涂板用量会有较大的提升空间。

(7)热基锌铝镁替代批量结构镀锌领域

高速公路护栏、城市管廊、光热光伏和畜牧等行业，很大比例应用的是2.0mm以上厚规格产品，而目前国内具备批量生产此厚度锌铝镁产品的企业很少。国内厚规格厚锌层的市场现状是进口日韩锌铝镁热基产品，价格昂贵且交货期基本在半年以上，对出现的质量问题处理不及时，国内客户抱怨较多，因此希望本国内的锌铝镁产品能够取而代之。另外批量采购时，因环保要求高和锌耗高等因素，成本较高，相应售价也高居不下。因此，厚规格热基锌铝镁产品国内缺口较大，急需开发生产。河钢唐钢于2020年4月首次尝试2.50mm和2.75mm规格热基锌铝镁的生产，因不受退火炉加热能力的制约，产线速度快，且锌层粘附性、表面粗糙度、锌层均匀性及表面质量等指标均符合判定要求和客户使用要求，整体质量好于同规格冷基锌铝镁产品。目前，对于2.75mm以下厚度热基产品，河钢唐钢具备批量接单能力，下一步将在河钢唐钢新基地建设一条热基锌铝镁产线。

5、结语

锌铝镁产品因优异的综合性能被认为是下一代镀锌产品的替代品，其良好的性能源于独特的组织结构和腐蚀产物。河钢唐钢作为我国锌铝镁产品的主要生产企业之一，在后续一段时间内，将把锌铝镁产品的品种开发和质量稳定作为工作重点，同下游工序一道开展应用方面的研究，加强市场研究和推广，为我国锌铝镁产品拓宽应用领域做出贡献。

来源：河北冶金

3)专利预警、侵权分析及应对

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