稀土在钢材镀层应用中前景广阔
2008年01月23日 0:0 8025次浏览 来源： 中国有色网 分类： 新技术
“稀土在钢材及金属制品镀层应用前景十分广阔，潜在的市场极其巨大，我们应加快研发，推广应用，将稀土合金镀层技术应用到钢管、钢板和异型钢材上去。”这是日前记者在马鞍山鼎泰稀土新材料股份有限公司采访时，这里的董事长刘冀鲁，总工程师、教授级高工史志民所阐述观点。
马鞍山鼎泰稀土新材料股份有限公司是专门从事研发和生产稀土合金镀层技术和产品的高新技术企业，先后自行开发成功具有自主知识产权的稀土多元合金镀层与稀土锌铝合金镀层钢丝钢绞线制造工艺及技术，在电力、电讯、电气化铁路等建设项目上广泛应用。
据这里的专家介绍，稀土元素具有独特的4f电子层结构，大的原子磁距，很强的自旋轨道藕合等特性，与其它元素形成稀土配合物时，配位数可在3-12之间变化，并且稀土化合物的晶体结构也是多样化的。稀土元素独特的物理化学性质，在与有色金属生成金属间化合物和合金材料时表现出优异的力学性能，从而决定了它们具有极为广泛的用途。稀土在钢、铁、有色金属、机械制造、石油化工等传统产业方面用途广泛，稀土有色合金材料是当代航空、航天、军事和汽车工业领域重点发展的新一代材料。
从世界范围的热浸镀锌技术的发展历程来看，热浸镀层向着合金化镀层及专用镀层技术发展。为了提高传统钢铁材料及制品产品的使用寿命，国际铅锌研究组织、美国伯利恒钢铁公司于自八十年代中后期相继开发出了Galfan、Galvalume等新型锌铝合金防腐镀层，已经在工业发达国家按照产品标准进行生产，并得到了广泛应用。在我国，钢铁材料及制品的防腐镀层技术水平比较落后，占全国总量90%以上的仍是传统镀锌层，锌铝合金镀层钢铁制品产量甚少，而且产品质量也不稳定，其防腐蚀能力与国际同类产品相比尚有差距。
在稀土多元合金镀层产品实现产业化之前，我国相关技术领域对上述镀层的开发与应用基本上处于跟踪研究状态。由于Galvalume和Galfan镀层在大气中的耐蚀性均优于普通镀锌层，而在土壤及海洋环境下的表现却不令人满意。因此开发低成本、高性价比的热浸镀合金镀层不仅是热浸镀技术的一个发展方向，而且具有十分重要的现实意义。
为此，马鞍山鼎泰稀土新材料股份有限公司在国内最早开发研制出新型防腐镀层材料——稀土多元合金镀层材料及工艺技术，克服了国外同类产品气体还原法（即森吉米尔法Sendzimir）生产设备复杂、制造费用昂贵，对原材料要求十分苛刻等一系列缺陷，而且能够采用国内通用的“溶剂法”工艺方法来实现。所制产品具有高耐腐蚀性，并且有优良的成型性、可焊性等一系列良好的综合性能，充分利用了我国富有的稀土资源并易于推广。
之后，又着手研发稀土多元合金Ⅰ（稀土-锌-铝-镁RE+Zn+Al+Mg）、稀土多元合金Ⅱ（稀土-锌-铝-镁-硼-铬-钛REZnAlMgBCrTi）等镀层技术和产品。稀土多元合金Ⅰ具有有优异的抗腐化性及良好的电化学保护能力。镀层综合抗腐蚀能力的提高，使稀土合金镀层钢铁制品可以在各类严酷环境下，保持着良好的抗腐蚀稳定性，从而有效的抑制了钢铁制品的腐蚀与破坏的速度。
而列入国家863计划稀土多元Ⅱ（稀土-锌-铝-镁-硼-铬-钛）镀层技术和产品，是利用稀土、锌、铝等金属改善镀液流动性的特点，使镀层色泽亮丽、光洁度好、结合力强、品质稳定；同时又用微量RE、Mg、Ti、B、Cr等元素，抑制晶界或晶间腐蚀的特点来提高镀层耐局部腐蚀的能力，镀层表面富集的稀土氧化物、铝镁氧化物等抗蚀相组织构成复合膜可有效地隔绝基体与腐蚀介质，从而减缓电化学反应的进行，大大提高镀层的耐蚀性能。
该镀层材料在各类环境及腐蚀介质中，镀层的腐蚀速率要比国际上现行的耐腐锌铝合金镀层材料降低25%以上，产品制造成本降低20%以上，产品的耐腐蚀能力和使用寿命是普通镀锌防腐层的3倍以上。该技术容易推广，特别适合我国现阶段钢铁材料防腐加工行业的实际装备技术水平。
据专家介绍，国产的稀土锌铝合金镀层、稀土多元合金镀层钢丝钢绞线产品、稀土锌铝合金镀层功能材料具有良好的抗腐蚀能力和综合技术性能。工业性试验及国家技术权威部门检测证明，相关产品技术性能指标显著高于国家现行标准对镀锌产品的技术要求。产品的重要性能指标已超过了国际电工委员会IEC、美国ASTM等相关产品标准。几年来国家重点工程的应用可以证明，作为一种新型稀土功能材料，稀土多元合金镀层完全可以超过国际上通用的Galfan合金镀层，用于各类钢铁制品的防腐加工制造。
该材料所制镀件表观质量优良，可满足各类钢结构产品及高压及超高压输电线路用架空导线及地线、电力铁塔、防雷接地线和接地网产品耐盐雾及土壤腐蚀的要求，现已实现该稀土多元(REZnAlMgBCrTi)合金镀层功能材料的产业化生产。研制开发了具有国际先进水平的稀土多元(REZnAlMgBCrTi)合金镀层功能材料，所制产品的耐腐蚀能力和使用寿命是普通镀锌防腐层的2-3倍。
与普通镀锌钢丝钢绞线相比，稀土锌铝合金镀层、稀土多元合金镀层钢丝钢绞线产品具有以下显著特点：
1、产品外观：稀土合金镀层钢丝钢绞线表面光滑亮丽，具有一定的外观装饰性。
2、镀层重量：本产品克服了普通锌铝合金镀层厚度不足之弱点，其合金镀层重量高于国家标准对镀锌钢丝产品的技术要求，充分保证产品的使用寿命。
3、镀层附着力：稀土合金镀层与金刚芯附着性好，镀层附着自身缠绕试验不开裂。
4、抗腐蚀性：抗腐蚀能力强，根据用户要求，可对产品进行中性盐雾（NSS）试验，二氧化硫（SO2）试验，抗腐蚀能力较热镀锌钢丝提高1—2倍。
5、硫酸铜试验：钢丝耐硫酸铜试验次数高于国家标准对镀锌钢丝的技术要求。
6、钢丝电阻率：满足国际电工委员会（IEC）标准对钢芯钢丝的电阻率要求，该指标优于国家现行标准。
7、与铝导体的匹配性：材料匹配性好，由于钢丝基体上镀覆有连续致密的稀土合金镀层材料，可以减小钢芯钢丝与稀土铝导线、铝导线之间的电偶腐蚀，延长钢芯铝导线的使用寿命。
8、产品的性价比：该产品有较高的质量性能价格比，可以比照（即略高于）热镀锌产品价格为用户提供优质产品。
专家指出，尽管我国已经研发出新一代的稀土合金镀层技术和材料，在国内一批重点电力建设工程应用，但由于产量有限，远远不能满足国内市场的需求。据悉，上个世纪八十年代国外研制成功Zn－5%Al－混合稀土合金镀层（GALFAN®）专利权属于国际铅锌组织（ILZRO）所有，自1983年起，Zn－5%Al－混合稀土合金镀层钢材（包括板、丝、管材）开始正式商品化生产。至今，Zn－5%Al－混合稀土合金镀层已在世界30多个国家获得专利，全世界有60条生产线从（ILZRO）购买了Zn－5%Al－混合稀土合金镀层（GALFAN®）生产专利许可证，有权生产Zn－5%Al－混合稀土合金镀层（GALFAN®）板、丝、管材。
1996年，国内某厂以巨额外汇，从国外进口了全套年产2万吨的镀GALFAN®钢丝设备，并且购买了Galfan专利，但由于成本和技术方面的种种原因，致使该生产线长期没有正常达产投运。几年前某公司也购进口全套镀GALFAN®钢丝设备，也有企业自制设备投入GALFAN®钢丝生产的，某冶炼厂于上世纪九十年代购买了用于生产制造GALFAN®合金锭专利，但由于种种复杂原因，GALFAN®钢丝始终没有在我国形成大面积推广。
究其原因，除了镀GALFAN®钢丝技术工艺水平、设备及产品的制造成本产品质量、我国的市场对此的认知和认可等诸多因素之外，其中重要原因之一，就是国外的镀GALFAN®钢丝、钢绞线与我国金属制品行业的现实生产力水平和工艺装备能力不相适应，所以在我国镀GALFAN®钢丝、钢绞线至今还没有形成市场的主流产品。
业内专家认为，新一代稀土合金镀层材料和技术，在钢材上应用的前景极其广阔。目前的应用领域还只涉及电力行业，主要是稀土合金镀层钢丝和钢铰线，在高压及超高压输电线路用架空导线及地线、电力铁塔钢结构、防雷接地线和接地网、电缆桥架上应用，而仅这一领域，我国年需求的钢丝和钢铰线就达100万吨，但现在稀土合金镀层的年产量只有几万吨，显然满足不了国内市场的需求。而这一高新技术如果应用到管材、型材和板材上，研发出稀土合金镀层钢管、稀土合金镀层型钢、稀土合金镀层板材，其市场之巨大是可想而知的。
现在，我国的还大都停留在镀锌钢管、镀锌板和镀锌异型材上，基本上没有采用稀土合金镀层技术，因而镀锌钢材及金属制品，其防腐蚀性差，污染大，使用寿命短，不符合节能减排的国策。
业内人士提出，在我国将稀土合金镀层技术在钢管、钢板和异型钢材上应用，完全具备条件。因为我国有丰富的稀土资源。当年，邓小平就曾说过，“中东有石油，中国有稀土。”“一定要把稀土的事情办好，把我国稀土优势发挥出来”。我国稀土资源在世界上居首位，全球已勘察出的可供开采稀土矿藏储量1.54亿吨（REO），其中8900万吨（REO）在中国，占全球储量的近58%。现已形成从采、选、冶炼、分离到分析检测比较完整的生产体系。已能够生产100多个品种、200多种规格的稀土产品。近20年来，我国的稀土冶炼、分离工业发展十分迅猛，其品种数量、产量、出口量及消费量均占世界首位，在世界上具有举足轻重的地位。可见，我国丰富的稀土资源为在钢材上开发稀土合金镀层产品奠定了基础。
如果稀土合金镀层技术在钢管、钢板、钢带和型材上实现应用，那么其市场的潜力十分巨大。据悉，马鞍山鼎泰稀土新材料股份有限公司已把下步的研发工作重心延伸到这一更为广阔的领域，向稀土合金镀层的管、板、带和型材上发展，开发出新型的稀土合金镀层钢材、钢管和工槽角等异型钢材。
责任编辑：CNMN
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