第二节　热镀锌应用与发展

一、热镀锌在金属防腐蚀上的意义

热镀锌的意义在于钢铁表面有一层镀锌层覆盖后，耐腐蚀性能大幅度提高，能节省材料和资源，发挥良好的经济效益和环境效益。

镀锌层对钢铁表面的保护作用主要有以下几种情况。

①当镀锌钢铁制件表面完好时，只发生锌的腐蚀，由于锌腐蚀的产物对锌有较好的保护作用，所以腐蚀速度非常慢，寿命是未镀锌钢制件的15～30倍。

②最常见的情形是镀锌钢铁件在使用中，表面发生划伤，或其他原因使镀层遭到局部破坏，钢铁从伤口中暴露在环境之中，如果镀层是非金属类的物质，暴露出钢基体很快就会被腐蚀掉，但镀锌钢制件特有的牺牲保护性能，使腐蚀速度变得很慢。这是因为镀层中的锌与钢铁中的铁在潮湿的环境中组成了原电池，由于锌的标准电极电位只有-1.05V，低于铁的-0.036V，因而锌作为阳极被氧化，而铁作为阴极得到保护。由于锌腐蚀以后的生成物很致密，反应速度很慢，也就是说总体的耐腐蚀性能大幅度提高。这种防腐方法叫牺牲防腐。

③一般情况下，镀锌钢件的腐蚀并不是表面的镀锌层全部均匀地被腐蚀掉的，而是在镀层与钢件基体结合较差的地方镀层首先被腐蚀掉，从而造成局部严重腐蚀失去使用性能的。从这一点上讲，镀锌层的附着力，特别是整体的附着力的好坏比镀锌层的厚度更为重要。如果镀锌层局部附着力不好，即使镀锌层再厚，也会从附着力不好处开始锈蚀。这跟“水桶原理”差不多，这是热镀锌生产技术人员必须认识的问题。

二、热镀锌镀层耐大气腐蚀的性能

①由于热镀锌工艺与其他金属防腐蚀方法相比，在镀层电化学保护性、镀层致密星、镀层耐久性、镀层免维护性、镀层与基体结合力、镀层经济性以及热镀锌工艺对钢制件形状、尺寸的适应性、生产的高效性方面具有其他工艺无法比拟、得天独厚的优势。大气暴露试验表明：镀层厚度为86μm的热镀锌层在重工业、海洋、郊外和城市地带的耐用年限分别为13年、50年、104年、30年。一般而言，上锌量为600g/m²的镀锌层，其免维护的使用寿命为20～50年，对于建筑用基板不镀锌的彩板，其使用寿命为3～5年，而基板镀锌的彩板其使用寿命可达20～30年。使用期间几乎不需要维护或者很长一段时间不需要维护。

②热镀锌层可给钢铁基体提供三重防腐蚀保护，分别如下所述。

a.隔离层保护。隔离保护层的两个重要性能是其对金属的附着力和自身的耐磨性。在这方面，热镀锌层提供了坚硬的、由金属键结合作用的隔离层，它可以完全覆盖钢铁表面，将钢铁与腐蚀的环境隔离开。

b.腐蚀产物层的保护。热镀锌层表面腐蚀后形成的腐蚀产物会产生体积膨胀，堵塞因镀层的选择性溶解而出现的不连续间隙，从而阻碍镀层的进一步腐蚀，使镀锌层在环境腐蚀介质中的腐蚀速度降低。

c.电化学保护。对于意外破坏而暴露出的任何小区域，如碰伤或刮痕等，由于锌的电位比铁更负，热镀锌层作为牺牲性的阳极被优先腐蚀，对钢铁提供阴极保护。

③热镀锌层与钢基体结合牢固、覆盖完全。镀锌层与钢铁基体之间的冶金结合正是热镀锌的独特之处，使热镀锌钢在加工、储存、运输和安装过程中具有很好的抗机械破坏能力。钢铁构件表面的所有的部分，包括内表面、外表面以及角落和狭窄的缝隙，都可以被镀锌层完全覆盖。

三、热镀锌应用范围

热镀锌是一种工艺简单而又有效的钢铁防护工艺，被广泛地应用于钢铁制件的防护上。它具有操作控制可靠、镀锌层检查容易、热镀锌工艺相对简单的优势，同时，由于镀锌层的寿命主要取决于镀层的厚度，因此可以很容易地从外观观察其表面是否连续、光亮，以及采用磁性测厚仪就可方便准确地测定出其厚度是否符合标准要求。

热镀锌钢材在使用中还具有可成形性、可焊性、可涂装性以及良好的延展性等优点，热镀锌技术越来越向着大规模、低成本的方向发展。目前世界各国除大量生产各种镀锌钢板、钢管和钢丝这些半成品镀锌产品外，对许多成品钢铁制件，都已经采用热镀锌防护。热镀锌产品被广泛地应用于交通、建筑、通信、电力、能源、汽车、石油化工和家电等行业。

1.热镀锌在各行业的应用

（1）交通运输业　高速公路护栏、公路标志牌、路灯杆、桥梁钢结构。汽车车体、运输机械面板与底板等。

（2）建筑行业　建筑钢结构件、脚手架、屋顶板、内外壁材料、防盗网、围栏、百叶窗、排水管道、水暖器材等。

（3）通信与电力行业　输电铁塔、线路金具、微波塔、变电站设施、电线套管、高压输电导线等。

（4）石油化工行业　输油管、油井管、冷凝冷却器、油加热器等。

（5）机械制造行业　各种机器、家用电器、通风装置的壳体，仪器仪表箱，开关箱的壳体等。

随着近年来热镀锌在矿山机械、建筑钢结构、桥梁、造船、通信微波塔等方面的成功运用更拓宽了热浸镀锌钢材的应用范围。

2.热镀锌发展趋势

目前，中国大陆批量热镀锌产品的应用于国民经济的各个领域，主要用于电力设施和交通设施，约占50％；以及建筑、街道和户外设施，约占30％。工厂车间和设备、紧固件、储存和搬运、电力设施、交通设施以及农业和园艺等方面也日益扩大。

据中国有色金属学会对规模以上锌企业统计，2009年中国锌产量达到43.6万吨，表面消费量达到512万吨。2010年，中国锌产量达到516.4万吨，表面消费量达到533万吨，见表1-1。中国内地现有锌冶炼厂400余家，其中排名前十位企业的产量达到中国锌行业量的50％以上。据不完全统计，2006年终大约有935家热镀锌企业，年产量为490万吨。2009年度，企业数量超过1100家，产量达到900万吨以上，镀锌钢管企业150多家，镀锌金属制品企业200多家，产能超过3000万吨，2012年年产量达1300万吨。熔锌量为200t左右的锌锅，约占一半以上；熔锌量在250t以上的锌锅达到250台，约占1/4。熔锌量达700t以上也超过10台，年产量超过10万吨的企业达到25家。热镀锌工厂主要集中在中国的华东、华南以及环渤海地区，占到了全国镀锌企业总和的79％，其中又以华东地区最多，占到了总数的55.3％。据调查报告，2006年国有企业仅占比例为50％，而民营企业大约占40％，其他的为外资或合资企业。

热镀锌技术作为目前国内外公认的最为重要的钢铁工业防腐蚀技术，其产品广泛应用于国民经济的各个领域。尤其是随着国民经济的快速发展，基础建设和建筑、电力等行业的大量投入，使得中国内地批量热镀锌钢材产品的市场日益扩大，产量逐年增长。并且，随着国家大力推展倡导节能、减排、低碳经济等政策的实施，促使批量热镀锌生产技术取得很大的进步。

中国内地目前正处于工业化和城镇化快速发展期，GDP以较高速度递增，基础设施、电力、交通、建筑、通信、能源和城市市政等产业发展迅速，使得热镀锌钢材的需求量逐年稳步增长，给热镀锌行业发展提供了广阔的市场和发展机遇。据不完全统计，中国结构钢镀锌企业1100家，镀锌钢管企业150多家，镀锌制品企业200多家，产能超过3000万吨。这些企业主要分布在华东、华南以及环渤海地区，占到了全国镀锌企业总和的79％，其中又以华东地区最多，占到了总数的55.3％。2000年以来中国内地进行了大量的基础项目建设，诸如西气东输、西电东送、南水北调、全国电网及农网二次改造、高铁线路、跨海大桥等，这些项目极大地促进了批量热镀锌产品的应用。中国已成为世界第一产锌大国，热镀锌用锌每年消费量大约为50万～55万吨。据中国有色金属协会统计数据，中国2012年锌的产量为484万吨，消费量为528万吨，镀锌的锌消费量占锌的终端消费从2004年度的41％上升到55％，中国也已经成为世界热镀锌消费大国。

但是在热镀锌技术发展方面，与国外热镀锌技术还存在一定的差距。为数不少的企业，尤其是小型企业，缺乏先进的生产技术，设备落后陈旧，从而使热镀锌工业被认为是材料能源消耗大、污染严重的行业，严重影响热镀锌工业的可持续发展。在钢管热镀锌中，镀锌的工艺水平直接影响平均锌耗水平，中国钢管热镀锌行业的平均锌耗，对于钢管壁厚低于3mm的钢管平均锌耗约为5.6％～6.2％；对于厚度为3～5mm的钢管平均锌耗约为4％～5％，这些锌耗中，锌灰占锌耗的5％～8％，锌渣占锌耗的3.5％～4％。同时，随着人们对环境及生产成本的日益重视，如何有效低控制污染、节约能源成为管理者及工程师们亟待解决的问题。如今，清洁生产已经被广泛地认为是解决工业生产过程中减少污染的有效方法。清洁生产作为一种在生产的全过程减少对环境影响的策略，可以从源头避免或减少生产带来的污染，同时提高企业的竞争力。

然而，对于中国热镀锌工业，虽然一些企业已经采用了一些比较先进的清洁化生产的技术，但其作用还较小。由于缺乏对清洁生产的全面优化，所获得的好处还是十分有限的。为了有效减少废物的排放及原料的消耗，迫切需要对热镀锌工艺清洁化生产技术进行有效的评估及优化，促进热镀锌工业的可持续发展。