涂层钢板

涂层钢板是指在具有良好深冲性能的低碳钢板表面涂覆锡、锌、铝、铬、铅－锡合金、有机涂料和塑料等的制品。常用的涂层钢板有以下几种。

(tin plate)

在厚度0.1～0.32mm的钢板表面镀纯锡的制品。镀锡薄板表面光亮，耐腐蚀，有深冲成型的润滑性，锡焊性良好，能进行精美的印刷和涂饰，广泛用于食品罐头工业和制作轻便

耐蚀器皿。14世纪，欧洲出现手工镀锡板。1730年英国首先实现了热镀锡钢板的工业生产。1934年德国开始进行电镀锡板的工业生产试验。1937年美国建成第一条带钢连续电镀锡作业线。1962年中国开始生产热镀锡板，1972年开始生产电镀锡板。1979年中国第一条大型连续快速电镀锡作业线在武汉投产。镀锡薄板在中国长期称为“马口铁”。1973年在中国镀锡薄板会议上正式改称现名。生产方法有热镀和电镀两种：

有连续镀和单张镀两种方式。经过脱脂、退火和平整的冷轧板,酸洗净化后,通过ZnCl2和NH4Cl组成的熔剂，再通过熔融的锡锅，制成热镀锡板。

全采用连续镀方式，按所用镀液成分分为碱性法和酸性法。①碱性法,镀液的主要成分为锡酸钠,已较少应用。②酸性法，为电镀锡的主要方法。有硫酸亚锡型又称弗洛斯坦(Ferostan)型、卤素型和硼氟酸亚锡型三种，以硫酸亚锡型应用最多。这种工艺在镀槽内以锡棒作阳极,带钢为阴极。锡阳极溶解成Sn2+进入镀液中，Sn2+在阴极还原成金属锡,沉积在带钢表面。电镀的锡层需加热到锡的熔点(231.9℃)以上,使其软熔以达到镀层结构致密，表面光亮。最后经以铬酸为主的溶液钝化处理，并涂油。 　电镀锡生产效率高，成本低，镀层薄而均匀，质量稳定。镀层有不同的厚度（通常有 5.6、11.2、16.8和22.4g/m2四种厚度），有单面镀或双面镀，可根据不同用途生产。因此，电镀锡法几乎全部取代了热镀锡法。 　无锡钢板(tin-free steel) 它的表面镀膜的下层是金属铬，上层是铬的水合氧化物。镀膜结构见图；这种钢板生产成本低，可代替镀锡薄板，多用作啤洒、碳酸饮料等的罐头包装材料。1953年美国用浸渍铬酸处理法制成名为 “Hinac”的无锡钢板和用电解铬酸盐-磷酸盐处理法制成名为“TFS-210”的无锡钢板。1961～1966年日本研制成Hitop、Can Super、Super Coat等铬型无锡钢板，从此开始生产多种无锡钢板。1967年美国研究成在电镀锡作业线上生产铬型无锡钢板。

无锡钢板的前处理工序和装置与电镀锡完全相同。电解铬酸盐处理作业线有一步法和二步法（又称一液方式和二液方式）。一步法是带钢通过含CrO3·H2SO4和氟化物的电解液，析出金属铬和铬的水合氧化物；二步法是带钢镀铬后，再重新通过铬酸处理，析出铬的水合氧化物。

(galvanized sheets)

镀锌是一种经济而有效的防止钢材腐蚀的方法,镀锌钢板厚度一般为0.35～3mm。英文“galvanizing”意指镀锌层可对钢板有电化学保护作用。1742年法国人梅洛曼 (Melomin) 研究热镀锌法取得成功。1836年法国人索雷尔 (Sorel)将热镀锌方法应用于工业生产。 1837年英国人格劳福德 (H. W.Grawford)取得熔剂法热镀锌专利。1935年美国人森吉米尔 (T.Sendzimir)提出用保护气体还原法进行带钢连续热镀锌，通称“森吉米尔法”。1937年美国建成第一条森吉米尔法连续热镀锌作业线。中国于40年代在鞍山开始生产热镀锌板，1979年在武汉建成第一条带钢连续热镀锌作业线。

薄板镀锌有热镀法和电镀法两种。热镀的锌层厚度一般为60～300g/m2（单面）,用于要求抗蚀性较强的部件。电镀的锌层为10～50g/m2（单面），多用于涂漆部件或对耐蚀性要求不高的不涂漆部件。 　热镀法 按前处理方式分熔剂法和保护气体还原法。熔剂法是把经过退火处理的钢板酸洗，清除表面的氧化物，再通过含有ZnCl2和NH4Cl的熔剂槽，然后进入熔融的锌槽镀锌。保护气体还原法广泛用于带钢连续热镀锌。带钢先通过火焰加热的预热炉，烧掉表面残油，同时在表面生成氧化铁膜;再进入含有H2、N2混合气体的还原退火炉加热到710～920℃，使氧化铁膜还原成海绵铁。表面净化和活化了的带钢冷却到稍高于熔锌的温度后，进入450～460℃的锌锅，利用气刀控制锌层厚度。最后经铬酸盐溶液钝化处理，以提高耐白锈性。

按所用镀液分碱性法和酸性法。碱性法的镀液价格高，污染环境，生产效率低，镀层质量差，实际上已不采用。酸性法的镀液的主要组成为ZnSO4·7H2O、NH4Cl和Al2(SO4)3·18H2O等。以纯锌为阳极，带钢为阴极，在电流作用下，锌阳极板被溶解成Zn2+进入镀液，而Zn2+在阴极被还原成金属锌沉积在带钢表面。镀层经磷酸盐和铬酸盐混合溶液处理，可提高涂饰性，电镀锌钢板的表面光亮平滑，过去主要用于汽车工业。近年来应用范围扩大到电器工业及其他方面，促进了电镀锌板工业的发展。70年代还发展出单面镀锌板。

(aluminium coated sheets) 镀纯铝或含硅5～10%的铝合金的钢板能抗SO2、H2S和NO2等气体的腐蚀，抗氧化性和热反射性也很好。多用于制造汽车排气系统、加热炉的部件和用作建筑材料等。

工业生产镀铝钢板有热镀法和电泳法两种。1930年美国首先采用热镀铝工艺，生产镀铝钢板，其工艺同森吉米尔热镀锌法基本相似。由于铝的化学活性大，熔点(660℃)高于锌(419.45℃)，因而使操作温度增高,工序复杂。热镀铝时，槽温保持在670～710℃，这时铁与铝迅速反应生成浮渣，所以需用镶有陶瓷衬里的容器，而不可用铁锅熔铝。熔融铝和钢基接触很快形成Fe－Al系金属化合物。合金层性脆，影响塑性加工的成形性，所以多在铝锅中加入约 5～10%的硅，以减小合金层厚度。普通的热镀铝板按添加硅的Ⅰ型板和不加硅的Ⅱ型板两种镀层成分生产。镀层厚度为70～150g/m2。 　1962年英国研究电泳镀铝法取得成功，并建成第一条带钢连续电泳镀铝生产工艺作业线。此法是将铝粉用电泳方法均匀地涂覆在带钢表面，然后经过小变形量的轧制，使铝粉之间、铝粉和钢基之间紧密地结合，再经500～700℃烧结处理，在表面形成无孔隙的纯铝层。由于热处理的时间短，所以生成的合金层极薄，改善了塑性加工的成形性。 　70年代世界上镀铝钢板主要还是用热镀法生产，因为此法比较经济。为了提高镀铝板的耐蚀性和耐热性，美国近年研究生产Al-Zn-Si合金镀层钢板和Al－Ti合金镀层钢板。后者的耐热性相当409型不锈钢。 　镀铅－锡合金钢板(terne coated sheets) 主要是指镀有含锡5～20%的铅-锡合金镀层的钢板。这种钢板具有优越的耐蚀性，特别是能抗石油制品的腐蚀，还有深冲成形的润滑性、可焊性等，广泛用于制作汽车油箱、电视机底盘等。“terne”一词来自法语,意为“暗的”，这是相对于镀锡钢板有光亮的外观而言。1830年美国首先生产铅－锡合金涂层钢板。1844年英国生产热镀铅－锡合金钢板。1973年联邦德国建成第一条带钢连续电镀铅－锡合金作业线。1963～1964年中国在鞍山开始生产热镀铅－锡合金钢板。 　铅－锡合金涂层钢板生产方法有热镀法和电镀法。前者与热镀锡法十分相似,但镀液用添加5～20%锡的铅熔液,温度保持320～360℃。带钢连续电镀铅－锡合金使用含有特殊添加剂的金属浓度很高（含Pb90%和Sn10%的合金）的硼氟酸镀液，经电解，金属沉积在钢板上。 　热镀铅－锡合金层的厚度一般为60～250g/m2,而电镀的厚度则有28、55和82g/m2三种。美国对铅－锡合金钢板使用长铅－锡合金钢材(long terne)和短铅－锡合金钢板 (short terne)的名称。前者主要是指钢板厚度在0.3～2.0mm之间的,后者指钢板厚度在0.3mm以下的。 　有机涂层钢板(organic coated steel sheets) 以有机涂料或塑料膜涂覆在冷轧带钢、热镀锌带钢、电镀锌带钢或镀铝带钢上，主要是涂覆在热镀锌和电镀锌钢板上。有机涂层不仅具有保护金属板和延长使用寿命的作用，而且可以制成各种彩色花纹，使钢板具有美丽的外观，所以也有“彩色钢板”之称。广泛用作建筑材料、汽车制造、电器工业和电冰箱、洗衣机等轻工业制品的原材料。有机涂层钢板约在1927年创始于美国,并于1936年建成有机涂层带钢生产线。50年代初期传到欧洲和日本。1963年中国用热轧板在上海开始生产塑料膜层压钢板。 　有机涂层钢板生产工艺有辊涂法和层压法两种。涂覆前的带钢先经清洗，再根据原板种类选用磷酸铁溶液、磷酸锌溶液或以磷酸盐和铬酸盐混合溶液进行表面处理，在基材表面形成易于涂饰的底层。层压法是将前述处理后的钢板或带钢用粘结剂和塑料膜热压粘结而成。辊涂法是将有机涂料调配成浆液，经涂料辊涂覆于板带表面。涂覆后的板带进入烘烤炉,加热到260℃,使溶剂挥发,涂层固化，一般采用二次涂覆和二次烘烤的工艺。有机涂层板用的涂料品种很多，主要为醇酸树脂、环氧树脂、聚氯乙烯和聚氟乙烯等。

彩色涂层钢板是用镀锌钢板或冷轧钢板为基体，经表面处理后涂以各种保护、装饰涂层的一种复合金属板材，又称“彩色有机涂层钢板”。彩色涂层钢板由内至外的结构层为冷轧板、镀锌层、化学转化层、初涂层（底漆）、精涂层（正、背面漆）。这种板材表面色彩新颖、附着力强、抗锈蚀性和装饰性好，并且加工性能好，可进行剪切、弯曲、钻孔、铆接、卷边等。常用的涂层分为无机涂层、有机涂层和复合涂层三大类。

彩色涂层钢板主要用作建筑外墙护墙板，直接用它构成墙体则需做隔热层；此外，它还可以作屋面板、瓦楞板、防水防气渗透板、耐腐蚀设备和构件以及家具、汽车外壳、挡水板等。

(1)耐污染性能。彩色涂层钢板具有很强的耐污染性能，将番茄酱、口红、咖啡饮料、食用油等涂抹在聚酯类涂层表面，放置24 h后，用洗涤液清洗烘干，其表面光泽、色彩无变化。

(2)耐高温性能。彩色涂层钢板在120℃烘箱中连续加热90 h，涂层的光泽、颜色无明显变化。

(3)耐低温性能。彩色涂层钢板在-54℃低温下放置24 h，涂层弯曲、抗冲击性能无明显变化。

(4)耐沸水性能。各类涂层产品试样在沸水中浸泡60 min后，表面的光泽和颜色无任何变化，也不出现起泡、软化、膨胀等现象。

根据结构不同，彩色涂层钢板大致可分为以下几种。

(1)涂装钢板

涂装钢板是用镀锌钢板作为基底，在其正面背面都进行涂装，以保证其耐腐蚀性能。正面第一层为底漆，通常为环氧底漆，因为它与金属的附着力强，背面也涂有环氧树脂或丙烯酸树脂；第二层（面层）过去用醇酸树脂，一般用聚酯类涂料或丙烯酸树脂涂料。

(2)PVC钢板

PVC钢板有两种类型，一种是用涂布糊状PVC的方法生产的，称为涂布PVC钢板；另一种是将已成型和印花或压花PVC膜贴在钢板上，称为贴膜PVC钢板。

PVC层是热塑性的，表面可以热加工，如压花可使表面质感丰富，而且它还具有柔性，可以进行弯曲等二次加工，其耐腐蚀性能也比较好。

PVC表面层的缺点是容易老化。为改善这一缺点，现已生产出一种在PVC表面再复合丙烯酸树脂的新型复合型PVC钢板。

(3)隔热涂装钢板

隔热涂装钢板是在彩色涂层钢板的背面贴上15～17mm厚的聚苯乙烯泡沫塑料或硬质聚氨酯泡沫塑料，可用来提高涂层钢板的隔热隔声性能。

(4)高耐久性涂层钢板

根据氟塑料和丙烯酸树脂耐老化性能好的特点，将高耐久性涂层钢板用在钢板表面涂层上，能使钢板耐久性、耐蚀性能提高。

由于彩色涂层钢板的用途和使用环境条件不同，所以影响其使用寿命的因素比较多。根据使用功能，彩色涂层钢板的使用寿命可分为以下几种：

(1)装饰性使用寿命，指彩钢板表面出现主体褪色、粉化、龟裂、涂层局部脱落等缺陷。对建筑物的形象和美观造成影响，但尚未达到涂层大片失去保护作用的程度的使用时间。

(2)涂层翻修的使用寿命，指彩钢板表面出现大部分脱层、锈斑等缺陷，造成基板进一步腐蚀的使用时间。

(3)极限使用寿命，指彩钢板不经翻修长期使用，直到出现严重的腐蚀，已不能再使用的时间。

根据我国常用的彩板种类和正常使用的环境角度，建筑用彩色涂层钢板的使用寿命大体上可为：

装饰性使用寿命：8～12年；

翻修使用寿命：12～20年；

极限使用寿命：20年以上。