涂層鋼板

　　涂層鋼板又稱鍍層鋼板。在具有良好深沖性能的低碳鋼板表面涂覆Sn，Zn，Al，Cr，Pb-Sn合金，有機涂料和塑料等的制品的統稱。常用的涂(鍍)層鋼板包括鍍錫薄板，無錫鋼板，鍍鋅鋼板，鍍鋁鋼板，鍍鉛-錫合金鋼板和有機涂層鋼板等。

　　產品簡介

　　涂層鋼板是指在具有良好深沖性能的低碳鋼板表面涂覆錫、鋅、鋁、鉻、鉛-錫合金、有機涂料和塑料等的制品。常用的涂層鋼板有以下幾種。

　　鍍錫薄板

　　產品特點

　　在厚度0.1～0.32mm的鋼板表面鍍純錫的制品。鍍錫薄板表面光亮，耐腐蝕，有深沖成型的潤滑性，錫焊性良好，能進行精美的印刷和涂飾，廣泛用于食品罐頭工業和制作輕便

　　耐蝕器皿。14世紀，歐洲出現手工鍍錫板。1730年英國首先實現了熱鍍錫鋼板的工業生產。1934年德國開始進行電鍍錫板的工業生產試驗。1937年美國建成第一條帶鋼連續電鍍錫作業線。1962年中國開始生產熱鍍錫板，1972年開始生產電鍍錫板。1979年中國第一條大型連續快速電鍍錫作業線在武漢投產。鍍錫薄板在中國長期稱為“馬口鐵”。1973年在中國鍍錫薄板會議上正式改稱現名。生產方法有熱鍍和電鍍兩種：

　　熱鍍

　　有連續鍍和單張鍍兩種方式。經過脫脂、退火和平整的冷軋板,酸洗凈化后,通過ZnCl2和NH4Cl組成的熔劑，再通過熔融的錫鍋，制成熱鍍錫板。

　　電鍍

　　全采用連續鍍方式，按所用鍍液成分分為堿性法和酸性法。①堿性法,鍍液的主要成分為錫酸鈉,已較少應用。②酸性法，為電鍍錫的主要方法。有硫酸亞錫型又稱弗洛斯坦(Ferostan)型、鹵素型和硼氟酸亞錫型三種，以硫酸亞錫型應用最多。這種工藝在鍍槽內以錫棒作陽極,帶鋼為陰極。錫陽極溶解成Sn2+進入鍍液中，Sn2+在陰極還原成金屬錫,沉積在帶鋼表面。電鍍的錫層需加熱到錫的熔點(231.9℃)以上,使其軟熔以達到鍍層結構致密，表面光亮。最后經以鉻酸為主的溶液鈍化處理，并涂油。 　電鍍錫生產效率高，成本低，鍍層薄而均勻，質量穩定。鍍層有不同的厚度(通常有 5.6、11.2、16.8和22.4g/m2四種厚度)，有單面鍍或雙面鍍，可根據不同用途生產。因此，電鍍錫法幾乎全部取代了熱鍍錫法。 　無錫鋼板(tin-free steel) 它的表面鍍膜的下層是金屬鉻，上層是鉻的水合氧化物。鍍膜結構見圖;這種鋼板生產成本低，可代替鍍錫薄板，多用作啤灑、碳酸飲料等的罐頭包裝材料。1953年美國用浸漬鉻酸處理法制成名為 “Hinac”的無錫鋼板和用電解鉻酸鹽-磷酸鹽處理法制成名為“TFS-210”的無錫鋼板。1961～1966年日本研制成Hitop、Can Super、Super Coat等鉻型無錫鋼板，從此開始生產多種無錫鋼板。1967年美國研究成在電鍍錫作業線上生產鉻型無錫鋼板。

　　無錫鋼板的前處理工序和裝置與電鍍錫完全相同。電解鉻酸鹽處理作業線有一步法和二步法(又稱一液方式和二液方式)。一步法是帶鋼通過含CrO3·H2SO4和氟化物的電解液，析出金屬鉻和鉻的水合氧化物;二步法是帶鋼鍍鉻后，再重新通過鉻酸處理，析出鉻的水合氧化物。

　　鍍鋅鋼板

　　(galvanized sheets)

　　發展歷史

　　鍍鋅是一種經濟而有效的防止鋼材腐蝕的方法,鍍鋅鋼板厚度一般為0.35～3mm。英文“galvanizing”意指鍍鋅層可對鋼板有電化學保護作用。1742年法國人梅洛曼 (Melomin) 研究熱鍍鋅法取得成功。1836年法國人索雷爾 (Sorel)將熱鍍鋅方法應用于工業生產。 1837年英國人格勞福德 (H. W.Grawford)取得熔劑法熱鍍鋅專利。1935年美國人森吉米爾 (T.Sendzimir)提出用保護氣體還原法進行帶鋼連續熱鍍鋅，通稱“森吉米爾法”。1937年美國建成第一條森吉米爾法連續熱鍍鋅作業線。中國于40年代在鞍山開始生產熱鍍鋅板，1979年在武漢建成第一條帶鋼連續熱鍍鋅作業線。

　　熱鍍法

　　薄板鍍鋅有熱鍍法和電鍍法兩種。熱鍍的鋅層厚度一般為60～300g/m2(單面),用于要求抗蝕性較強的部件。電鍍的鋅層為10～50g/m2(單面)，多用于涂漆部件或對耐蝕性要求不高的不涂漆部件。 　熱鍍法 按前處理方式分熔劑法和保護氣體還原法。熔劑法是把經過退火處理的鋼板酸洗，清除表面的氧化物，再通過含有ZnCl2和NH4Cl的熔劑槽，然后進入熔融的鋅槽鍍鋅。保護氣體還原法廣泛用于帶鋼連續熱鍍鋅。帶鋼先通過火焰加熱的預熱爐，燒掉表面殘油，同時在表面生成氧化鐵膜;再進入含有H2、N2混合氣體的還原退火爐加熱到710～920℃，使氧化鐵膜還原成海綿鐵。表面凈化和活化了的帶鋼冷卻到稍高于熔鋅的溫度后，進入450～460℃的鋅鍋，利用氣刀控制鋅層厚度。最后經鉻酸鹽溶液鈍化處理，以提高耐白銹性。

　　電鍍法

　　按所用鍍液分堿性法和酸性法。堿性法的鍍液價格高，污染環境，生產效率低，鍍層質量差，實際上已不采用。酸性法的鍍液的主要組成為ZnSO4·7H2O、NH4Cl和Al2(SO4)3·18H2O等。以純鋅為陽極，帶鋼為陰極，在電流作用下，鋅陽極板被溶解成Zn2+進入鍍液，而Zn2+在陰極被還原成金屬鋅沉積在帶鋼表面。鍍層經磷酸鹽和鉻酸鹽混合溶液處理，可提高涂飾性，電鍍鋅鋼板的表面光亮平滑，過去主要用于汽車工業。近年來應用范圍擴大到電器工業及其他方面，促進了電鍍鋅板工業的發展。70年代還發展出單面鍍鋅板。

　　鍍鋁鋼板

　　(aluminium coated sheets) 鍍純鋁或含硅5～10%的鋁合金的鋼板能抗SO2、H2S和NO2等氣體的腐蝕，抗氧化性和熱反射性也很好。多用于制造汽車排氣系統、加熱爐的部件和用作建筑材料等。

　　工業生產鍍鋁鋼板有熱鍍法和電泳法兩種。1930年美國首先采用熱鍍鋁工藝，生產鍍鋁鋼板，其工藝同森吉米爾熱鍍鋅法基本相似。由于鋁的化學活性大，熔點(660℃)高于鋅(419.45℃)，因而使操作溫度增高,工序復雜。熱鍍鋁時，槽溫保持在670～710℃，這時鐵與鋁迅速反應生成浮渣，所以需用鑲有陶瓷襯里的容器，而不可用鐵鍋熔鋁。熔融鋁和鋼基接觸很快形成Fe-Al系金屬化合物。合金層性脆，影響塑性加工的成形性，所以多在鋁鍋中加入約 5～10%的硅，以減小合金層厚度。普通的熱鍍鋁板按添加硅的Ⅰ型板和不加硅的Ⅱ型板兩種鍍層成分生產。鍍層厚度為70～150g/m2。 　1962年英國研究電泳鍍鋁法取得成功，并建成第一條帶鋼連續電泳鍍鋁生產工藝作業線。此法是將鋁粉用電泳方法均勻地涂覆在帶鋼表面，然后經過小變形量的軋制，使鋁粉之間、鋁粉和鋼基之間緊密地結合，再經500～700℃燒結處理，在表面形成無孔隙的純鋁層。由于熱處理的時間短，所以生成的合金層極薄，改善了塑性加工的成形性。 　70年代世界上鍍鋁鋼板主要還是用熱鍍法生產，因為此法比較經濟。為了提高鍍鋁板的耐蝕性和耐熱性，美國近年研究生產Al-Zn-Si合金鍍層鋼板和Al-Ti合金鍍層鋼板。后者的耐熱性相當409型不銹鋼。 　鍍鉛-錫合金鋼板(terne coated sheets) 主要是指鍍有含錫5～20%的鉛-錫合金鍍層的鋼板。這種鋼板具有優越的耐蝕性，特別是能抗石油制品的腐蝕，還有深沖成形的潤滑性、可焊性等，廣泛用于制作汽車油箱、電視機底盤等。“terne”一詞來自法語,意為“暗的”，這是相對于鍍錫鋼板有光亮的外觀而言。1830年美國首先生產鉛-錫合金涂層鋼板。1844年英國生產熱鍍鉛-錫合金鋼板。1973年聯邦德國建成第一條帶鋼連續電鍍鉛-錫合金作業線。1963～1964年中國在鞍山開始生產熱鍍鉛-錫合金鋼板。 　鉛-錫合金涂層鋼板生產方法有熱鍍法和電鍍法。前者與熱鍍錫法十分相似,但鍍液用添加5～20%錫的鉛熔液,溫度保持320～360℃。帶鋼連續電鍍鉛-錫合金使用含有特殊添加劑的金屬濃度很高(含Pb90%和Sn10%的合金)的硼氟酸鍍液，經電解，金屬沉積在鋼板上。 　熱鍍鉛-錫合金層的厚度一般為60～250g/m2,而電鍍的厚度則有28、55和82g/m2三種。美國對鉛-錫合金鋼板使用長鉛-錫合金鋼材(long terne)和短鉛-錫合金鋼板 (short terne)的名稱。前者主要是指鋼板厚度在0.3～2.0mm之間的,后者指鋼板厚度在0.3mm以下的。 　有機涂層鋼板(organic coated steel sheets) 以有機涂料或塑料膜涂覆在冷軋帶鋼、熱鍍鋅帶鋼、電鍍鋅帶鋼或鍍鋁帶鋼上，主要是涂覆在熱鍍鋅和電鍍鋅鋼板上。有機涂層不僅具有保護金屬板和延長使用壽命的作用，而且可以制成各種彩色花紋，使鋼板具有美麗的外觀，所以也有“彩色鋼板”之稱。廣泛用作建筑材料、汽車制造、電器工業和電冰箱、洗衣機等輕工業制品的原材料。有機涂層鋼板約在1927年創始于美國,并于1936年建成有機涂層帶鋼生產線。50年代初期傳到歐洲和日本。1963年中國用熱軋板在上海開始生產塑料膜層壓鋼板。 　有機涂層鋼板生產工藝有輥涂法和層壓法兩種。涂覆前的帶鋼先經清洗，再根據原板種類選用磷酸鐵溶液、磷酸鋅溶液或以磷酸鹽和鉻酸鹽混合溶液進行表面處理，在基材表面形成易于涂飾的底層。層壓法是將前述處理后的鋼板或帶鋼用粘結劑和塑料膜熱壓粘結而成。輥涂法是將有機涂料調配成漿液，經涂料輥涂覆于板帶表面。涂覆后的板帶進入烘烤爐,加熱到260℃,使溶劑揮發,涂層固化，一般采用二次涂覆和二次烘烤的工藝。有機涂層板用的涂料品種很多，主要為醇酸樹脂、環氧樹脂、聚氯乙烯和聚氟乙烯等。

　　彩色涂層鋼板

　　彩色涂層鋼板是用鍍鋅鋼板或冷軋鋼板為基體，經表面處理后涂以各種保護、裝飾涂層的一種復合金屬板材，又稱“彩色有機涂層鋼板”。彩色涂層鋼板由內至外的結構層為冷軋板、鍍鋅層、化學轉化層、初涂層(底漆)、精涂層(正、背面漆)。這種板材表面色彩新穎、附著力強、抗銹蝕性和裝飾性好，并且加工性能好，可進行剪切、彎曲、鉆孔、鉚接、卷邊等。常用的涂層分為無機涂層、有機涂層和復合涂層三大類。

　　彩色涂層鋼板主要用作建筑外墻護墻板，直接用它構成墻體則需做隔熱層;此外，它還可以作屋面板、瓦楞板、防水防氣滲透板、耐腐蝕設備和構件以及家具、汽車外殼、擋水板等。 [2]

　　性能

　　(1)耐污染性能。彩色涂層鋼板具有很強的耐污染性能，將番茄醬、口紅、咖啡飲料、食用油等涂抹在聚酯類涂層表面，放置24 h后，用洗滌液清洗烘干，其表面光澤、色彩無變化。

　　(2)耐高溫性能。彩色涂層鋼板在120℃烘箱中連續加熱90 h，涂層的光澤、顏色無明顯變化。

　　(3)耐低溫性能。彩色涂層鋼板在-54℃低溫下放置24 h，涂層彎曲、抗沖擊性能無明顯變化。

　　(4)耐沸水性能。各類涂層產品試樣在沸水中浸泡60 min后，表面的光澤和顏色無任何變化，也不出現起泡、軟化、膨脹等現象。

　　分類

　　根據結構不同，彩色涂層鋼板大致可分為以下幾種。

　　(1)涂裝鋼板

　　涂裝鋼板是用鍍鋅鋼板作為基底，在其正面背面都進行涂裝，以保證其耐腐蝕性能。正面第一層為底漆，通常為環氧底漆，因為它與金屬的附著力強，背面也涂有環氧樹脂或丙烯酸樹脂;第二層(面層)過去用醇酸樹脂，一般用聚酯類涂料或丙烯酸樹脂涂料。

　　(2)PVC鋼板

　　PVC鋼板有兩種類型，一種是用涂布糊狀PVC的方法生產的，稱為涂布PVC鋼板;另一種是將已成型和印花或壓花PVC膜貼在鋼板上，稱為貼膜PVC鋼板。

　　PVC層是熱塑性的，表面可以熱加工，如壓花可使表面質感豐富，而且它還具有柔性，可以進行彎曲等二次加工，其耐腐蝕性能也比較好。

　　PVC表面層的缺點是容易老化。為改善這一缺點，現已生產出一種在PVC表面再復合丙烯酸樹脂的新型復合型PVC鋼板。

　　(3)隔熱涂裝鋼板

　　隔熱涂裝鋼板是在彩色涂層鋼板的背面貼上15～17mm厚的聚苯乙烯泡沫塑料或硬質聚氨酯泡沫塑料，可用來提高涂層鋼板的隔熱隔聲性能。

　　(4)高耐久性涂層鋼板

　　根據氟塑料和丙烯酸樹脂耐老化性能好的特點，將高耐久性涂層鋼板用在鋼板表面涂層上，能使鋼板耐久性、耐蝕性能提高。

　　使用壽命

　　由于彩色涂層鋼板的用途和使用環境條件不同，所以影響其使用壽命的因素比較多。根據使用功能，彩色涂層鋼板的使用壽命可分為以下幾種：

　　(1)裝飾性使用壽命，指彩鋼板表面出現主體褪色、粉化、龜裂、涂層局部脫落等缺陷。對建筑物的形象和美觀造成影響，但尚未達到涂層大片失去保護作用的程度的使用時間。

　　(2)涂層翻修的使用壽命，指彩鋼板表面出現大部分脫層、銹斑等缺陷，造成基板進一步腐蝕的使用時間。

　　(3)極限使用壽命，指彩鋼板不經翻修長期使用，直到出現嚴重的腐蝕，已不能再使用的時間。

　　根據我國常用的彩板種類和正常使用的環境角度，建筑用彩色涂層鋼板的使用壽命大體上可為：

　　裝飾性使用壽命：8～12年;

　　翻修使用壽命：12～20年;

　　極限使用壽命：20年以上。