热喷涂技术及其在中国钢铁行业的应用
郝荣亮
第十届国际热喷涂研讨会论文
摘要:通过对中国钢铁行业未来发展趋势和行业技术进步对于钢材的变化需求趋势的分析和预测，为热喷涂技术的发展提供了良好的机遇。简述宝钢机械厂热喷涂技术的发展及其在钢铁行业中的应用情况，着重对连铸结晶器短边铜板、冷轧热镀锌机组沉没辊、连续退火机组炉辊、冷轧工艺辊等喷涂技术进行了分析与阐述，介绍宝钢机械厂在热喷涂技术开发和表面工程实验室软硬件建设上所做的工作。从合作与“双赢’夕、热喷涂技术自身的进步、使用技术与制造技术的结合、先期介入与全生命周期服务等方面对拓展热喷涂技术在中国钢铁行业的应用提出对策。
关键词:热喷涂；钢铁行业；开发与应用；对策
1前言
热喷涂技术属于现代制造技术中表面工程技术中的重要分支。钢铁工业是热喷涂应用的重要领域，在我国是仅次于在航空工业的第二大行业。热喷涂过程是以某种形式的热源将喷涂材料加热，受热的材料形成熔融或半熔融状态的微粒，这些微粒以一定的速度冲击并沉积在基体表面上，形成一定性能和功能的涂层，使工件表面获得不同硬度、耐磨、耐腐蚀、耐热、抗氧化、隔热、绝缘、导电等各种特殊物理化学性能。喷涂工艺对涂层产生重要影响的是熔滴冲击基体表面时温度和熔滴冲击基体表面时速度。
2.中国热喷涂技术在钢铁行业的应用前景
2.1.中国钢铁行业发展的宏观预测
中国钢铁协会分析了英、法、德、日、美、前苏联6个国家人均CDP与人均钢产量的关系。这6个国家的综合增长线，峰值按1990年不变价大约是人均1.8万美元，人均用钢大约是600公斤。中国2005年人均用钢267公斤，预计2010年为346公斤。协会认为，2010年中国将进入工业化后期。
依据中国制订的“十一五”国民经济和社会发展规划纲要，GDP年增长7.5%，预测2010年CDP为26.1万亿元，钢消费(2010年按进出口平衡考虑)4.7亿吨(钢材4.4亿吨)，增长速度平均5.9%。传统的高投入、高消耗、低产出的老路，已经走到尽头，转变增长方式是唯一的出路。
2.2.主要冷轧产品市场分析
冷轧是热喷涂技术在钢铁行业应用的主要领域。2005年我国各类汽车产量570.8万辆，所需钢材1098万吨。2010年，我国汽车需求量将为900万一1100万辆，汽车制造需求钢材1520一1840万吨，其中板材1010一1220万吨。
2010年家电行业钢材需求720万吨，2006年一2010年钢材消费年均增长率在5一7%，未来钢铁企业在满足家电行业用工钢的需要方面，更多的工作应该还放在开发品种，提高产品档次和提高服务质量上。
行业技术进步对于钢材的需求变化趋势:一是涂镀深加工家电板和热轧酸洗板产品比重将加大。在镀锌产品中热镀锌产品的比例将增加，随着我国家电厂家环保意识的增强、家电产品出口量的增加，彩涂家电板将有快速增长。二是向高强度、高硬度和薄规格方向发展。发展具有明显烘烤硬化性能的高强度的薄规格家电板产品，以降低生产成本。三是向绿色环保方向发展。随着欧盟的WEEE，RHOS两个指令实施时间的临近，要求家电板生产企业使用家电用环保钢板，包括电镀锌无铬耐指纹、电镀锌无铬磷化/钝化、热镀锌无铬钝化、无铬热镀铝锌耐指纹、无铬彩涂、电工钢环保涂层等产品，从而实现家电出口产品全“绿色”。
2.3.钢铁行业对热喷涂技术应用的需求与发展
在钢铁企业中，大量设备工件处于高温、高速、重载荷或腐蚀环境工况条件下运行，因此，这些备件的质量和使用寿命将直接影响钢厂的生产效率、产品质量和生产成本。热喷涂技术主要应用于特殊工况和表面有特殊要求的场合，典型应用如各种退火炉中的炉辊、热镀锌线的沉没辊、结晶器短边铜板及冷热轧工艺辊道。
汽车工业的高速发展，对冷轧和镀锌钢板的表面质量提出了更高要求，为提高钢板质量，CAPL和CGL炉辊涂层技术应运而生并已被大规模地推广应用于凡乎所有CAPL和CGL炉辊。自从合金化镀锌板用作汽车板以来，钢厂非常关注改善沉没辊表面条件和延长其寿命的有关技术，并当作一项优先考虑的技术不断改进。
20世纪80年代以前，沉没辊表面磨损很快，即使频繁换辊，也不能适应高要求产品的大批量生产。20世纪80年代初，当合金化镀锌板开始用于汽车制造后，国际上进行了辊面的研究。起初，主要是研究基体金属的成分和耐磨性，通过降低Ni含量，使寿命提高了一倍。对于提高金属镀层的高温特性进行表面喷涂的研究，20世纪80年代中期Co一Cr喷涂开始用于生产，耐磨性提高了5倍二20世纪80年代后期发了碳化钨的喷涂，使合金化镀锌板可以用于汽车外覆盖件。现在，改进喷涂表面通孔密封处理，耐锌浸润性和耐磨性较1980年以前提高了50倍。
随着汽车工业的迅猛发展，高强钢(HSs)应运而生，其生产的工艺特点是高张力，因此原有的工艺辊制造由于其基体硬度偏低，已经很难满足高张力生产的需要;同时，高强钢中一般具有较高的Mn含量，原有的氧化铝陶瓷涂层，极易与Mn元素化合生成Mnl.5Crl.SO4和MnA12O4积瘤物，从而影响了带钢的质量。
镀铬作为一种传统的表面电镀技术已有70余年的历史，但电镀硬铬工艺导致的严重环境问题以及存在难以集约化高效生产、镀层质量不均匀性等因素制约了发展。因此人们一直在努力寻找一种在特定条件下替代电镀硬铬的涂层技术。近些年，热喷涂作为一种有效的替代手段取得了良好的进展。S二arimuthu等的研究表明，HVOF喷涂WC一17Co和WC一IOCo4Cr涂层比镀硬铬的耐磨性要好。
V阳sserman等人的研究证明等离子喷涂和HVOF喷涂的WC一Co、WC一Co一Cr和CrZO3等涂层的耐磨性要明显优于电镀硬铬。
钢铁工业连铸机的结晶器短(窄)边铜板，其表面原采用电镀铬，高温及磨损等原因使得其寿命很短，影响连铸机的生产效率和铸坯质量。日、美等国研究在结晶器短(窄)边铜板上采用热喷涂涂层代替电镀铬层并取得了十分明显的效果，涂层结晶器的寿命提高了4一6倍，长边铜板的喷涂工作也也有报道。
3.宝钢机械在中国钢铁行业的热喷涂实践
宝钢机械厂的热喷涂技术和装备经历了从配套引进、填平补齐到加强技术合作、完善监控体系、培育研发力量三个阶段。工厂的热喷涂产品从1985年9月开始用于耐磨、抗腐的风机喷涂，发展到目前包含代表钢铁行业热喷涂先进水平的连铸结晶器短边铜板喷涂、冷轧热镀锌机组沉没辊、连续退火机组炉辊以及以喷代镀为代表的冷轧工艺辊道喷涂等。
图略
参考文献略
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