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热轧免酸洗钢应用现状调研分析

来源: ???????发布时间:2019-04-15???????浏览:222

文章来源: 铁诺咨询 2019-03-12

热轧钢材表面氧化铁皮一般由Fe2O3、Fe3O4和FeO三层铁氧化物组成。汽车厂等下游用户在深加工前一般采用酸洗或抛丸工艺去除氧化铁皮和锈蚀,以避免其给后续成形工艺及涂装工艺带来不利影响。

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钢材酸洗工艺会带来环境污染、钢材和酸液消耗、钢材物理性能降低等问题。面对绿色制造的发展趋势,钢铁下游用户和钢铁厂越来越重视能够替代酸洗的环保型除鳞技术。

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一、热轧带钢免酸洗技术研发进展

免酸洗技术是一种省略传统酸洗工艺对热轧带钢表面氧化铁皮进行处理的技术。热轧免酸洗钢材可不经酸洗处理直接冲压使用。

热轧带钢免酸洗技术主要有“黑皮钢”技术、机械法除鳞技术和氢还原除鳞技术三类。其中,黑皮钢技术、表面生态酸洗技术(EPS)、光滑清洁表面技术(SCS)都已应用于生产。本节主要对热轧带钢免酸洗技术进展、技术特点及应用前景进行简要分析。

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1.“黑皮钢”技术

“黑皮钢”的概念源于日本住友金属提出的“Tight ?scale”钢板,是指钢板表面存在一层黑色的氧化铁皮,其要点是通过优化控制钢板表面氧化铁皮结构,形成以黑色Fe3O4为主的氧化铁皮。这种氧化铁皮结构致密,在后续深加工过程中与钢板一起变形而不脱落,下游企业在使用时可不经酸洗直接冲压,从而实现免酸洗。

我国东北大学刘振宇教授项目组在热轧氧化铁皮结构演变规律方面进行了研究,开发了氧化铁皮控制技术。2006年以来,鞍钢、攀钢、首钢、太钢、邯钢、宝钢、武钢等企业纷纷开发了黑皮钢生产技术,品种涉及Q235~Q345、SPHC、510L等,但局限于普碳低级别系列,高强度免酸洗钢的开发仍存在一定难度。宝钢、鞍钢等国内钢企与东北大学联合开发的屈服强度500Mpa级黑皮钢,在深加工过程中很难解决氧化铁皮脱落等问题。

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2.机械法除鳞技术

(1)光滑清洁表面技术SCS

光滑清洁表面技术SCS(Smooth Clean ?Surface)的原理是在密闭的空间内,根据板卷厚度,通过上下经自动调节的研磨辊,由研磨辊研磨洗刷掉钢板表面氧化铁皮的Fe2O3和Fe3O4层,仅留下FeO层,并由循环过滤水冲洗掉除下的氧化铁皮。经研磨及过滤循环水不断对钢板表面进行冲洗,最终形成约7μm厚的FeO层氧化铁皮。

SCS技术最早在日本新日铁形成雏形,在美国TMW(The Material Works)公司形成专利技术,2003年成功应用于板材生产,2006年进一步推广到卷材生产。

截止2015年4月,共有12条生产线(欧洲有8条,美洲有4条)采用该技术,不仅可对板卷表面进行处理,还可对板卷进行拉伸矫直,切边以及平整处理。TMW公司的试验研究表明,SCS技术处理后的钢材表面至少4年不会生锈。

SCS技术不会产生废酸和废渣,研磨下的铁锈还可以重复利用。但SCS技术生产的板材有一定的局限性,不能全部替代冷热轧板材,它不能进行强力挤压和变形等加工,因为此类加工会破坏钢材表面FeO层,从而使产品失去防腐功能;此外,采用此类产品进行连续热镀锌和电镀锌也较困难。

(2)表面生态酸洗技术EPS

表面生态酸洗技术EPS(Eco-Pickled ?Surface)技术是在SCS技术基础上发展而成的,其基本原理是采用磨料(钢砂和水的混合物)对板卷上下表面进行喷射以去除表面氧化铁皮,从而达到免酸洗的目的。

EPS技术的关键是使磨料均匀地喷射到不断移动的带钢表面并覆盖带钢的幅面宽度。为保证除鳞效率,需选择合适的磨料。TMW公司最初采用不锈钢砂砾为磨料,可以达到预期除鳞效果,但成本较高。后来又推出碳钢砂砾磨料,通过往其中添加高pH值的添加剂,既降低了成本又有效地防止了碳钢砂砾腐蚀。TMW公司的研究表明,经过EPS技术处理的带钢表面粗糙度Ra值基本达到酸洗带钢的水平,通过磨料介质的“织构平滑”作用,甚至可超过酸洗带钢的Ra值。因此,部分热轧板经EPS技术处理后可直接替代冷轧板使用。另外,同酸洗技术相比,EPS技术可根据产品不同用途优化其表面光洁度,从而提高产品质量或降低生产成本,例如,电镀需要高表面质量,而对连续热镀锌而言,较粗糙的表面镀层附着性更好,EPS技术通过调节参数即可实现目标。

2007年,TMW公司成功开发出EPS专利技术,并建造出首条EPS处理线,开始EPS产业化研究、试生产及经济性评估,2010年开始市场化推广EPS技术核心装备。目前,国内外近10条生产线采用该技术。2010年,韩国JAS(Jeong An ?Hi—Tube)公司从TMW公司购买该技术用于钢管除鳞,随后推广至美国Stripco公司及南美Steel Technologies公司。中国太钢、鞍钢-金固及印度Hemnil公司也分别从TMW公司购入EPS技术并投入生产。

宝钢应用EPS技术原理,研发了BMD技术(Baosteel ?Mechanical Descaling technology),并在合肥建设了一条7万t/a的生产线。

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3.氢还原除鳞技术

氢还原除鳞技术的基本原理是借助还原性气体氢将热轧带钢表面氧化铁皮在一定温度下还原成金属铁,达到替代酸洗的目的。还原性气体氢还可扩展到一氧化碳、固体碳等其他还原介质。

借助还原气体去除带钢表面氧化铁皮的概念最早出现于20世纪80年代,Hudson首先探讨了用氢气和碳还原热轧碳钢表面氧化铁皮的可行性,对温度、反应时间及还原气体组成等因素也进行了初步探讨。达涅利和其他公司/组织共同对该技术进行了开发,2000年开始,相关专利技术陆续被公布。2001年,达涅利建成半工业试验性设备,用来验证工艺可行性,并为工业性生产提供参考。2001年,浦项在US6258186B1中报道了热轧板免酸洗热镀锌的生产工艺,通过控制热轧后的冷却速度,使带钢表面氧化铁皮结构中FeO含量在20%以上,同时提高锌液中的Al含量,以提高镀层附着力,镀层与基底中存在未还原彻底的氧化物层。我国北京科技大学、宝钢等也对此项技术也进行了研究。

氢气除鳞工艺与传统工艺相比,具有独特的优势,如环保,投资回收期短,避免了废酸及残渣的处理,铁氧化物被还原成金属铁而重新利用,金属利用率高。通过与热镀锌段结合,氢还原除鳞技术将具有很好的应用前景。

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二、国内免酸洗汽车大梁钢应用现状调研分析

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目前,国内采用黑皮钢技术和EPS技术生产免酸洗钢,主要应用于汽车车架纵梁、横梁等结构件。宝钢/武钢、鞍钢/本钢、首钢、太钢、邯钢、酒钢、通钢等都已批量供应或开发出汽车大梁黑皮钢;太钢和宝钢还分别采用EPS技术和BMD技术生产免酸洗汽车大梁钢。从东风、一汽等汽车厂调研了解到:

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1.汽车大梁黑皮钢要经过抛丸或酸洗处理,未真正实现免酸洗

国内主要是东北大学和鞍钢、太钢、宝钢等钢企,与长春一汽和青岛一汽等车企合作开发免酸洗汽车大梁黑皮钢。与鞍钢合作开发了510MPa级的汽车大梁黑皮钢,与太钢合作开发了610MPa级的汽车大梁黑皮钢,其产品主要应用在东北和华北区域的汽车制造厂,如长春一汽,青岛一汽等。由于现阶段供长春一汽、青岛一汽等汽车厂的汽车大梁黑皮钢在成形过程中,存在掉粉问题。因此,在涂漆前都要经过抛丸处理。其黑皮钢加工工艺流程为:钢卷→分条→矫直→修边→成形→冲孔→抛丸→涂漆。

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与鞍钢合作开发黑皮钢的主要技术路线是:在粗轧阶段,降低出炉温度至1220-1260℃,采用高压除鳞工艺(压力大于17MPa),并保证板坯除鳞时的表面温度大于1173℃,彻底去除炉生氧化铁皮和二次氧化铁皮,保证良好的原始板坯质量,在轧制过程中采取高温终轧880℃,并适当提高终轧速度,并适当降低卷取温度580-620℃,生产免酸洗汽车大梁钢。其产品最终铁皮厚度小于12μm,铁皮中Fe3O4含量在75%-92%。

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与太钢合作开发黑皮钢的主要技术路线是:在精轧前保证板坯具有良好的表面质量,精轧采取低温开轧(1030-1060℃),高温终轧的方式(860-890℃),较低温度卷取(580-620℃)的方式,并适当提高精轧速度。其产品最终铁皮厚度12 m,铁皮中Fe3O4含量>75%。

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2.EPS/BMD汽车大梁钢真正实现了免酸洗

太钢采用EPS技术生产的汽车大梁钢,用硬钢砂和水等的混合物对钢板上下表面进行喷射处理,在打击力的作用下实现除鳞;宝钢BMD技术生产的汽车大梁钢,采用水+磨料颗粒的混合射流方式,通过射流介质在钢板表面持续击打、磨削而实现除鳞。上述两种技术生产的汽车大梁钢,可免去酸洗、抛丸等处理工序。

目前,太钢采用EPS技术生产的汽车大梁钢已应用于青岛一汽等企业;宝钢BMD技术生产的汽车大梁钢已实现小批量试供,正在进行汽车厂认证。

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3.黑皮钢、EPS钢与普通钢生产和应用情况比较

国内黑皮钢、EPS钢和普通钢的生产和应用情况比较见表1。从环保角度看,黑皮钢、EPS钢与普通钢相比具有较强的竞争力。

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三、免酸洗汽车大梁钢潜在消费量估算

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理论上说,常规汽车大梁钢均可由免酸洗钢替代。因此,本节对汽车大梁钢的消费量进行估算,从而得出免酸洗汽车大梁钢的潜在消费量。估算基于:

表1?国内黑皮钢、EPS钢、普通钢的生产和应用情况比较

产品类别

黑皮钢

EPS钢

普通钢

合金成分

低硅、Nb、Ti合金含量降低

常规成分

常规成分

生产工艺

现有工艺基础上优化,低温加热、低温快速轧制

常规生产工艺,采用EPS专用设备和技术去除氧化铁皮

常规生产工艺

生产成本

不增加

增加约50元/t

不增加

是否酸洗或抛丸

包装、运输、使用成本

无包装和普通运输,抛丸或酸洗费用,环境治理成本约100~150元

特殊包装和运输,成本增加约30~50元/t

无包装和普通运输,抛丸或酸洗费用,环境治理成本约100~150元

国内应用情况

长春一汽、青岛一汽等使用

青岛一汽等使用

大量使用

表2 2017年我国免酸洗汽车大梁钢潜在消费量估算

车型

大梁钢单耗

(t/辆)

2017年产量

(辆)

大梁钢消耗总量

(万t)

牌号

规格/mm

重型货车

3.33

222229

73.9

610L、710L

8-10×1350-1800

中型货车

1.46

172371

25.2

510L、610L

4-14×1400-1800

轻型货车

0.36

1632430

58.9

510L、16MnL

5-8×400-1500

微型货车

0.05

560711

2.8

16MnL、09SiVL

5-8×400-1500

半挂牵引车

1.44

585193

84.1

610L、810L

8-10×1350-1800

大型客车

1.26

93230

11.8

510L、610L

4-16×1400-2000

中型客车

1.03

72350

7.4

510L、610L、16MnL

4-16×1400-2000

轻型客车

0.04

314084

1.1

440L、510L

5-8×400-1500

合计


3652598

265.2



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(1)对中国重汽、长春一汽、东风汽车、宇通客车等企业的调研情况,估算的不同车型汽车大梁钢的单耗;

(2)中国汽车工业协会统计的货车和客车分车型车辆产量数据。

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根据货车和客车不同车型大梁钢的单耗,以及2017年我国分车型车辆产量,综合估算,2017年我国免酸洗汽车大梁钢潜在消费量约为265万t(见表2)。

目前,我国汽车大梁板应用的主要牌号有16MnL、09SiVL、420L、440L、550L、590L、610L、710L、810L等,其中510L市场需求量最大,其次是610L,两者合计消费量超过汽车大梁板总消费量85%。此外,部分车型副梁用普碳钢以及、及优质碳素结构钢等,牌号有Q195、Q235、35号和45号等。

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四、调研结论

(1)国内采用黑皮钢技术生产汽车大梁钢在涂漆前要经过抛丸或酸洗处理,未真正实现免酸洗;

(3)通过对国内汽车厂调研及对相关文献资料进行检索,未找到国外采用黑皮钢技术生产的汽车大梁钢能够免酸洗或免抛丸处理的案例;

(4)在国内采用EPS技术/BMD技术生产的汽车大梁钢真正实现了免酸洗或免抛丸处理;

(5)绿色制造使汽车厂应用免酸洗汽车大梁钢成为发展趋势,2017年我国免酸洗汽车大梁钢潜在消费量约为265万t;

(6)发展免酸洗汽车大梁钢,应考虑采用EPS技术或BMD技术,并进行相应的产线规划。


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