在SMM主办的2024 SMM第十九届铅锌大会暨铅锌技术创新论坛——铅锌市场论坛上，中国腐蚀与防护学会副理事长张启富讲述了“热镀锌行业的技术进步和市场需求”的话题。
高耐蚀镀层开发的意义
钢铁易锈蚀，需要外加保护
据“我国腐蚀状况及控制战略研究”（2014）显示，我国腐蚀带来的损失约约占当年GDP的3.34%，总额超21000亿，相当于每个中国人当年承担1555元多的腐蚀成本。
钢材镀锌是减少CO2有效措施
如果采用耐蚀性能更高的合金镀层，如锌铝镁，寿命提升几倍到十几倍，意味着每使用一吨新型锌合金将减排CO2上千吨！
钢板锌铝镁镀层的发展
锌铝镁镀层的发展
铝锌镁镀层钢板起源于日本，开发出中铝系锌铝镁镀层；日本制铁NIPPON STEEL开发的ZEXEED锌铝镁涂层；欧洲开发出锌铝系锌铝镁镀层；韩国开发出锌铝系锌铝镁镀层；澳大利亚开发了高铝系锌铝镁镀层，3年暴晒试验表面切边耐蚀性和变形加工后，耐蚀性得到大幅提高。
锌铝镁合金镀层体系
高铝系锌铝镁镀层由于加工性能差，主要应用于建筑用彩涂钢板，因此在光伏支架领域主要应用低铝和中铝系锌铝镁镀层。
锌铝镁镀层的组织和性能
高铝系锌铝镁镀层组织
锌铝镁镀层性能
镀层钢板四大性能指标：
耐蚀性能：平板、切口、变形、缝隙、环境试验、耐酸碱；
成形性能：摩擦系数、抗刮伤、抗拉毛；
涂装性能：磷化、电泳、喷漆、喷塑；
连接性能：点焊、激光拼焊、胶粘。
在针对优良的蚀性测试中发现，锌铝镁镀层对端面切口的保护能力，对家电用钢板的冲孔散热性能是极大的提升。锌铝镁镀层腐蚀产物能够使得端面切口处也得到保护，钢板厚度达到9.0mm也能够得到有效保护，在光伏支架、公路护栏等的应用领域可替代结构件镀锌。
锌铝镁合金镀层性能汇总
国内锌铝镁镀层钢板的开发和应用
唐钢钢锌铝镁镀层钢板开发
唐钢镀锌铝镁产品镀层成分为低铝镁，产品可用于光伏、畜牧、彩涂基板、建筑、机械、家电和汽车行业；
唐钢镀锌铝镁产品生产规格：0.3-2.75mm×1000-1650mm；
镀层厚度：60-450g/m2（双面）；
表面处理：钝化、耐指纹、涂油。
品种包括：
低碳钢：DC51D+ZM、DC52D+ZM、DC53D+ZM、DC54D+ZM
结构钢：S250GD+ZM～S550GD+ZM
低合金高强钢：HC260LAD+ZM～HC340LAD+ZM
深冲高强钢：HC220YD+ZM、HC260YD+ZM
双相钢：HCT450X+ZM、HCT590X+ZM。
和光伏行业联合进行了S390GD～S500GD+ZM高强镀锌铝镁代替Q235、Q345后浸镀锌的论证设计，满足光伏行业高耐蚀、减量化的需求。应用于国内光伏行业知名用户。
DC51D+ZM、S550GD+ZM广泛应用于温氏集团等畜牧行业龙头企业。
通过全球排名首位的汽车零部件企业---博世集团的体系认证审核。
通过了长城汽车主机厂的认证，和美的、格力、三星等国际知名家电厂进行了先期试验认证。
酒钢锌铝镁镀层钢板开发
酒钢锌铝镁镀层钢板为中铝系锌铝镁镀层板带具有优良耐蚀性能。可用光伏支架、墙壁板、波纹管、仪表壳、畜牧设备以及电机壳等行业。
国内锌铝镁镀层标准
ISO 8353及国标GB标准制定中，GB2518标准统一后类似欧标EN 10346，汽车用锌铝镁镀层则会采用德汽协的VDA239 。
光伏支架和钢边框对锌铝镁镀层钢板的需求
钢铁材料在光伏投资中的占比高
光伏硬件的三大件：组件，支架，逆变器。
支架成本约占光伏电站的18%，其中钢结构占支架总成本的70%以上。且根据相关要求，光伏支架的设计使用年限为25年。
且光伏支架需满足我国不同地理位置的腐蚀差异要求，我国地理气候环境变化大，钢材的腐蚀差异大。
光伏支架的腐蚀包括大气腐蚀和土壤腐蚀；
大气腐蚀主要取决于环境因素：湿度、温度和大气污染物等；土壤的腐蚀的影响因素：通风率、电解质、电子因素、其他方面（回填土、细菌等）；我国幅员辽阔，气候与环境的特点，造成腐蚀环境的不同——潮湿炎热（海南）、工业基地（京津唐）、沿海地区（渤海湾、长三角）、内陆干旱（西北、内蒙古）。
山地光伏方面：山地光伏、农光互补、牧光互补对钢铁材料的耐大气环境腐蚀和土壤环境的耐碱腐蚀有更高要求；荒漠光伏、牧光互补对钢铁材料的耐大气环境腐蚀和土壤环境的耐碱腐蚀有更高要求；海上光伏、渔光互补对钢铁材料的耐大气环境氯离子腐蚀和海水环境的氯离子腐蚀有更高要求。
锌铝镁镀层钢板是满足光伏支架设计要求的最佳选择
选取国内不同区域大气暴晒结果：
普通厚度层镀锌钢板（275g/m2，双面）在大部分区域满足不了25年设计要求；
锌铝镁镀层钢板由于耐蚀性大幅提升（中铝系锌铝镁镀层耐蚀性达镀锌的3~10倍），可满足设计要求。
锌铝镁镀层材料的优异性能
锌铝镁镀层钢材在当初为了取代不锈钢产品和提高镀锌板的性能为目的而开发的新型镀层材料，自开发成功推向市场后，因其优异的耐腐蚀性、良好的加工性能和强大的自我修复能力受到应用端的好评。锌铝镁镀层的耐腐蚀能力是普通镀锌镀层的5倍以上。
锌铝镁镀层材料适配光伏应用场景的可行性
锌铝镁镀层材料海外大规模户外应用已有20年以上历史。如今锌铝镁材料在光伏支架行业的应用已经非常普遍，甚至已成为主流之一。
根据光伏组件的应用场景和检测标准，锌铝镁镀层钢边框可以满足环境使用需求。
锌铝镁钢边框对比传统铝边框的优势
由于钢材的强度远高于铝合金强度，更能满足当前单块光伏组件不断增大化的发展趋势，更符合光伏走向海边、海洋等严苛环境的发展要求。
由于铝合金边框所需要的电解铝生产的超高能耗特性，钢边框全生命周期碳排放仅为铝合金边框的1/7~1/4。在全球倡导低碳减排的大环境下，钢边框更适应光伏行业的发展趋势。
因此，锌铝镁材料在满足光伏组件使用环境上来讲，理论上是完全可行的。与全球光伏行业绿色低碳的发展趋势是相吻合的。
来自原材料端的挑战
锌铝镁镀层钢材目前没有统一标准规范，市场上锌铝镁产品品质良莠不齐
由于锌铝镁镀层材料近年的市场需求在大幅增长，造成大量钢材厂家挤入，但受限于技术水平，没有明确的产品标准规范，造成锌铝镁材料可以说鱼目混杂。带来的结果是导致终端用户对锌铝镁材料性能的质疑甚至是否定，及其不利于行业的发展。这种现象已经在光伏支架行业有所体现。
材料性能以及精度控制上太过宽泛
由于目前材料性能、板型、厚度公差等，都采用普通钢材的国家标准，范围宽泛，但光伏组件用钢边框需求的精度极高，这给钢边框生产企业的生产过程增加极大的困难。
来自市场端的挑战
对于光伏组件行业来说，钢边框属于一个以新代旧的产品，行业已接受和习惯了传统的铝合金钢边框，在面对一个新工艺新产品的时候难免将新产品与老产品进行全方位的对标。但由于材料和工艺特性，新旧之间必然存在一定差异性，从而导致了在一些问题上的分歧。
外观上
由于锌铝镁镀层材料目前各大厂家成分配比和工艺不尽相同，造成材料表面外观感受不同，即使同一厂家的不同批次也有些许差异。
钢边框采用的冷弯成型加工工艺与铝合金边框的生产工艺完全不同，工艺特性决定了产品不做更多后续表面处理的话，难免会有加工痕印和细小划痕。
材料可靠性
锌铝镁材料在组件边框行业的应用还处在初始阶段，组件行业对锌铝镁材料并不熟悉，对其可靠性普遍还存在一定的质疑，尤其在面对切口出现红锈、镀层表面出现变色等情况。
总体来说，锌铝镁钢边框产品和生产技术水平已趋于成熟，达到市场应用和推广的基本条件。但行业缺少规范和行业对新产品的认识还未深入，给锌铝镁钢边框的市场应用和推广带来一定的阻力。还需要整个产业链共同努力，构筑完善良好的产业生态环境，来加快产业发展和健康发展。
高速公路护栏对锌铝镁镀层钢板的需求
公路护栏市场分析
公路是我国一直重点发展的基础设施，公路护栏是最为重要的公路安全设施，也是镀锌行业的重点产品。
从20世纪80年代起，我国公路建设得到飞速发展，截止到2019年末，全国公路总里程501.25万公里，近五年的增长速度约为3.5%~5.5%；全国公路建设投资2.19万亿元，近五年的增长速度约为6.0%~7.2%。疫情过后，我国基础建设继续增长，预计增长速度约为8.0%~9.0%。
而虽然今后我国新建公路速度有降低的趋势，但随着维修量的增加和安全的需要，市场对公路护栏的需求出现稳中有升的趋势。
现有公路护栏生产情况
公路护栏主要零部件包括波形梁、立柱和减振件等组成。现有的公路护栏生产都是采用工件间断批量热浸镀，其工艺流程为：
热轧卷→下 料→成 形→酸 洗→水 洗→烘 干→涂助镀剂→烘 干→热浸镀→冷 却→成 品。
工件间断批量热浸镀是传统的加工方法，其优点是生产工艺灵活、方便，可以采用小规模生产，存在着严重的局限性：
1）采用传统酸洗工艺，需要排放废酸液，需要增加酸再生设备，酸雾处理困难，极易造成外溢，影响工作环境；
2）工件上涂敷的助镀剂都在热浸镀时挥发成有害气体散发到空气中，治理困难，成本增加，不但严重影响操作工的身体健康，也会对环境造成很大的影响；
3）整个生产过程间断地进行，基本不能实现自动化，工人劳动强度大，工作环境差，生产效率低，人工成本高。
4）生产工艺落后，无法实现智能化控制，极易造成漏镀等缺陷，产品表面不可避免地存在粘渣等多种缺陷，产品质量差，波动严重；
5）纯锌镀层的耐腐蚀性能差，在同样使用寿命下，贵金属锌的消耗量大，生产成本高。
先进的连续热浸镀锌铝镁合金镀层
原生产工艺的局限性
热浸镀锌除了有间断性的结构件批量镀锌以外，还有更为先进的带钢连续热浸镀技术。之所以以前一直不能采用连续热浸镀的方法生产高速护栏，主要是由于镀锌层两个方面的局限性：一是由于镀锌层的耐腐蚀性能有限，作为在室外工作的公路护栏必须采用600g/m2以上的镀锌层，才能满足防腐性能的需要，而带钢连续热浸镀锌无法生产如此厚的锌层；
二是镀锌层的阴极保护区域只有1mm左右，1mm以外的区域就会产生锈蚀，也就是说剪切后使用的镀锌板厚度不能超过2mm，超过这个范围镀锌板的剪切端面就得不到保护，会发生锈蚀。正因为如此，虽然间断性的批量镀锌存在很多问题，但公路护栏不得不采用这种落后的办法进行生产。
锌铝镁合金镀层的平面耐腐蚀特点
大量的数据表明，锌铝镁镀层的耐腐蚀性能是普通镀锌的5~8倍，这也就是说原来采用公路护栏采用镀锌工艺镀层附着量需要600 g/m2以上才能满足耐腐蚀性能的需要，而改用锌铝镁镀层工艺以后，镀层附着量只要120g/m2以上就能够达到同样的耐腐蚀性能，这样的镀层附着量采用带钢连续热浸镀来生产时轻而易举的。这也意味着，采用连续热浸镀锌铝镁生产公路护栏在平面耐腐蚀性能方面是完全可行的。
锌铝镁合金镀层的断口保护特点
锌铝镁合金镀层的第二个优点是断口的保护性能好。锌铝镁钢板剪切以后的切口断面在刚开始使用的6个月以内会产生红绣，但是随着使用时间的延长，与镀锌板有根本性不同的是红绣不会增加，反而会越来越少，在6个月以后平板部位的腐蚀后的生成物质会流向切口部位，当达到数年以后，切口部位被腐蚀生成物完全覆盖而得到了很好的保护。这一特点就使得公路护栏可以带有切口使用，或者说可以先镀成镀层板，再经过切割、冲孔和成形以后使用，使得采用连续热浸镀生产公路护栏成为可能。
锌铝镁合金镀层的硬度特点：
锌铝镁合金镀层的第三个优点镀层硬度高、镀层附着力高。如表2所示，锌铝镁镀层高的硬度，可以承受后续加工过程中辊子对镀层的挤压和摩擦，而不会产生划伤或损伤，镀层高的附着力也保证在加工过程中不会产生镀层剥离、脱落等问题。
除此而外，连续热浸镀锌铝镁合金镀层还有表面质量高、镀层漏镀缺陷少、镀层均匀性好、无淋挂等等优越性，使得护栏产品质量有了根本性的改善。
实际试验验证：
为了验证采用锌铝镁镀层替代镀锌层的可行性，交通部公路规划院采用锌铝镁合金镀层生产的公路护栏进行了耐盐雾试验，经过1000h的试验，完全符合公路护栏耐腐蚀性能的需要。
综上所述，采用连续热浸镀锌铝镁合金镀层，取代间断式的热浸镀锌工艺，生产公路护栏是完全可行的。
优越的带钢连续热浸镀工艺
采用连续热浸镀工艺生产公路护栏在生产流程方面有了根本性的变化，由原来的先成形后热浸镀流程，改为了先连续热浸镀后成形。
带钢连续热浸镀锌是采用表面除去了氧化铁皮的热轧卷作为原料，在连续生产线上连续进行以下工序：
开卷→焊接→加热→还原→热浸镀→冷 却→水 淬→矫 直→卷取
生产出镀锌带钢，然后进行剪切、冲孔和成形，生产出公路护栏产品。
带钢连续热浸镀锌是在连续生产线上进行的，与原来的间断式批量镀锌有了质的提升。具有以下优越性：
1）不需要涂助镀剂，所以没有有害气体的挥发，工作环境非常好，也没有环境污染问题；
2）生产线自动化水平很高，手动作业很少，所需的操作人员少，而且大部分是在操作室进行电脑操作，劳动强度很低；
3）生产线连续运行，生产效率非常高，各方面辅助成本大幅度下降；
4）智能化水平高，生产过程参数精度高，产品质量稳定性好。
显然，带钢连续热浸镀取代是批量镀锌是大势所趋，必然的发展方向。
应用标准
为了改变我国公路护栏制造工艺落后、环境污染严重、资源消耗大的局面，交通部早于2015年就开始推广预镀层公路护栏，制定了一系列预镀层标准。
国家标准化管理委员会借鉴了日本成功的经验，并经过大量的研究试验和调查分析，于2015年发布标准GB/T 18226-2015《公路交通工程钢结构件防腐技术条件》和GBT31447-2015《预镀锌公路护栏》, 正式将预镀合金公路护栏作为推广应用的产品，其中规定了镀纯锌YZ、镀锌镁YZM和镀锌铝镁YZAM三种镀层的预镀公路护栏产品，其镀层成分、附着量和厚度要求如表所示。
该标准参考日本标准，根据镀层的耐腐蚀特点，将锌铝镁镀层的附着量大幅度降低，这不但给锌铝镁镀层应用于公路护栏扫除了标准的障碍，也给这项新技术的应用留下了经济上的空间。
