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世界范圍鋅鋁鎂鍍層鋼板技術分析

鋅鋁鎂鍍層鋼板專利技術領域分析

鋅鋁鎂鍍層鋼板專利重點研究領域

IPC(international patent classification)為國際專利分類號,是目前唯一國際通用的專利文獻分類工具,不同的IPC分類號對應不同的技術類別。

在專利分析中,利用分析樣本數據中的分類號或主題詞對應的技術內容的專利數量的多少或占總量的比例進行研究,找到發明創造活動最為活躍的技術領域以及技術領域中的重點技術,并且可以探討技術的發展趨勢、某一技術領域可能出現的新技術等。

本文通過IPC分類號對鋅鋁鎂鍍層鋼板領域的專利技術特征進行分析,國內外主要鋼鐵企業鋅鋁鎂鍍層鋼板專利主題的數量分布見表2。

由表2可以看出,國內外鋼鐵企業均比較關注的研發領域為:

(1)提高鋅鋁鎂鍍層耐腐蝕的方法。通過調整鋅鋁鎂鍍層成分、鍍層內組織構成及熱浸鍍工藝控制鍍膜量,提高鍍層鋼板的耐蝕性(162件)。

(2)涂裝鋅鋁鎂鍍層鋼板,具有優異的耐蝕性、良好的成形性和焊接性(27件)。(3)鍍層表面基底處理,提高鍍層鋼板加工斷面耐蝕性(24件)。

(4)后處理,焊接構件和磷化處理等。

鋅鋁鎂鍍層鋼板領域重要專利篩選

根據被引用頻次、同族數量、涉及訴訟、重要申請人等多方面因素考慮,指定重要專利選取規則,篩選出重要專利。全球鋅鋁鎂鍍層鋼板部分高頻次被引用專利見表3。由表3可見,這些重要專利的專利權人為日本新日鐵住金和日新制鋼所壟斷,這些專利還處于有效狀態,中國相關科研人員有必要仔細研究這些專利的保護范圍,以免引起相關知識產權爭端。

近年來鋅鋁鎂鍍層鋼板典型技術專利

抑制鍍層中MgO的生成,提高鍍層鋼板的附著性和表面外觀質量

奧鋼聯2013年申請的專利EP2824213 ,發明了一種增加鋼板與鋅鋁鎂鍍層附著性的方法。該發明思路是,鋼板熱浸鋅鋁鎂鍍層后,連續經過平整機軋制,再進行表面處理,即鍍層鋼板通過與氟化水反應,使其與鍍層表面的Al2O3和MgO反應,達到減少鍍層中MgO的目的,而無需酸洗處理,從而提高鋅鋁鎂鍍層與鋼板的附著性。

浦項制鐵公司2012年申請的專利WO2014017805,為抑制熱鍍浴中鎂的氧化反應, 向熱鍍浴中加入少量的鎵(Ga)或銦(In),且鋅鋁鎂鍍層中鋁和鎂組成滿足質量分數之和不超過7%, 從而獲得具有優異耐腐蝕性和和優異外表面的鋅鋁鎂鍍覆鋼板。

新日鐵住金2012年申請的專利CA2838318, 將鋅鋁鎂鍍層鋼板浸泡在含有鈣質量分數 0.0010%～0.0040%且溫度為50～90℃的熱水中浸漬1～100s,使鈣或鈣化合物為主要成分的鈣相存在于鍍層與母材鋼板之間,因而使Al/MgZn2/Zn三元共晶相微細化,鍍層的光潔度整體得到增加, 外觀均勻性得以提高。

浦項制鐵公司2013年申請的專利KR20150075650,通過對鋅鋁鎂鍍層(鈹質量分數為0.001%～0.01%)磷化處理,改善鋅鋁鎂鍍層附著性,鍍層鋼板有極好耐蝕性。

表面處理,提高鍍層鋼板變形加工部位的耐蝕性、耐白銹性

新日鐵住金2012年申請授權專利WO2013027827,針對含有鎂的高鋁-鋅合金鍍覆鋼板在表層容易產生折皺導致外觀表面惡化的問題,提出在鋼板上先熱浸鋅鋁鎂硅鍍層,該鍍層中含有體積分數為0.2%～15%的Si-Mg相,增加該相體積比可抑制鋅鋁鎂硅鍍層折皺的發生,隨后在熱浸鍍膜上涂覆含有有機樹脂的涂膜,膜厚為0.1～10μm, 且含有平均粒徑為5～20nm的球狀二氧化硅粒子。

經過上述表面處理后,鍍層鋼板加工部位的耐白銹性、耐劃傷性、外觀均良好。新日鐵住金2013年申請授權專利JP5655981, 提出了一種可用于汽車外板耐黑變性和耐蝕性均優良的鋅鋁鎂鍍層鋼板的制造方法。

主要是在鋅鋁鎂硅鍍層上再形成一種含平均直徑為5～30μm鋁粒子的膜,該膜占整個鍍層面積的75%～100%。浦項制鐵公司2013年申請的專利KR20150074976 ,提出了鋅鋁鎂鍍層鋼板變形加工部位得到良好耐蝕性的方法。通過控制鋅鋁鎂鍍層截面組織的 Zn-Al-Mg2Zn和Zn-Mg2Zn面積比率為0.7～1.3得到良好的耐蝕性。

涂裝基底預處理,改善鍍層鋼板與黏合劑的相容性,避免黏合斷裂

在汽車工業中,常使用黏合劑來組裝金屬板以生產車輛的某些零件。這些黏合劑可以是結構黏合劑、增強結構黏合劑或半結構黏合劑,以及不同化學性質的密封膠黏劑,如環氧樹脂、聚氨酯或橡膠。黏合斷裂是汽車工業中的大忌。

歐洲安賽樂米塔爾公司2013年申請的專利CA2871669,提出用于生產鋅鋁鎂鍍層鋼板且該鋼板鍍層與黏合劑具有良好相容性,避免黏合斷裂的方法。鋼板鍍層后,平整機軋制后冷卻,使用黏合劑之前,用pH值為1～4的酸性溶液處理鍍層鋼板表面 0.5～15 s,再用堿性溶液脫脂,從而避免黏合斷裂。

提高高強鍍層鋼板焊接結構件的耐腐蝕性

近年來,為了汽車輕量化,拉伸強度為590MPa以上的高強鋼板已用于鍍敷原板。組裝汽車構件時,大多應用氣體保護電弧焊接。在使用熔融鋅鋁鎂系鍍敷高強鋼板中,由于焊接熱影響部位的拉伸應力增大,與純鍍鋅(GI)鋼板相比,鋅鋁鎂鍍層鋼板易產生熔融金屬脆化裂紋,該脆化裂紋會成為腐蝕的基點,降低了耐腐蝕性。

脆化裂紋產生原因被認為是因含有鎂而降低了鍍層的液相線溫度。日新制鋼2012年申請授權專利JP2013198935 , 該發明提供一種不增加鍍敷原板鋼種的制約,在使用了鋅鋁鎂系鍍層鋼板結構件的電弧焊接結構件中具有優異的耐熔融金屬脆化裂紋性的方法。

其中,在通過氣體保護電弧焊接方法使鋼材彼此焊接制造焊接結構構件時,作為保護氣體,使用以氬氣、氦氣或氬氣+氦氣混合氣體為基礎,混合一定體積分數的CO2。根據焊接輸入熱量,明確了保護氣體中CO2體積分數的容許上限。該方法可以有效防止焊接脆化裂紋,從而提高鋅鋁鎂鍍層高強鋼板焊接結構件的耐腐蝕性。

跟蹤國外知名鋼鐵企業鋅鋁鎂鍍層鋼板專利技術趨勢

日新制鋼公司

日新制鋼公司1997年開始申請鋅鋁鎂鍍層鋼板專利,20年間申請數量為181件。期間開發出了商標為ZAM?的鋅鋁鎂鍍層鋼板成分為Zn-6%Al3%Mg,耐蝕性為純鋅的10～18倍。2003年申請發明專利數高達27件。近幾年來,專利研發重點以鋅鋁鎂鍍層高強鋼板焊接構件及黑色鍍層鋼板為對象,研究其制造方法。

新日鐵住金公司

新日鐵住金20年間申請公開鋅鋁鎂鍍層專利數量為173件,2000 年—2002 年達到巔峰,共申請該領域專利70件,占總量的40.5%。

2000年新日鐵住金公司開發出高耐蝕性新型熱鍍合金鋼板Super Dyma?、Superzinc?和Dymazinc?等幾種新型鋅鋁鎂鍍層產品,它們的耐蝕性為傳統純鋅鍍層和鋅鋁合金鍍層的數倍乃至數十倍。尤其是新日鐵住金開發出的熱鍍鋅鋁鎂硅合金鋼板SuperDyma ? ,其表面鍍層成分為Zn-11%Al3%Mg-0.2%Si,耐蝕性為純鋅鍍層的15倍。其典型鍍層結構分為:無鉻酸鹽處理特殊涂層、鋅鋁鎂硅合金層、基體等。

其主要特點為:

(1)與熱鍍鋅鋼板相比,具有較高的耐蝕性,且具有端面防蝕性;

(2) 具備耐堿性,可與砂漿、混凝土接觸;

(3)可替代對氯耐蝕性較弱的不銹鋼、對堿耐蝕性較弱的鋁。

2011年以后,新日鐵住金申請專利技術主題已經轉向汽車板用熱壓成形鋼的研究,包括3個方面:

(1)研究熱成形時的加熱方法;

(2)以沖壓成形部件為研究對象,研究熱成形后部件的優良性能;

(3)研究可獲得優良性能成形部件的鋼板化學成分和制造方法。

JFE公司

JFE公司20年間申請公開鋅鋁鎂鍍層專利數量為50件,2004年申請專利達到14件。近幾年在鋅鋁鎂鍍層鋼板領域申請專利很少。跟蹤該公司2012年后專利研發技術特點,注意到其已經轉向研究汽車板用超高強鋼制造技術、熱成形用鋼、溫成形用鋼及溫成形方法等技術領域。

JFE申請的溫成形用鋼專利主要是以各種鍍層鋼板為研究對象,研究化學成分、組織及成形工藝間的關系,獲得具有優良性能的成形部件。JFE申請的熱成形用鋼專利主要也是以鍍層鋼板為研究對象,研究方向為抑制成形加熱過程中氧化鐵皮和氧化鋅的生成,使鋼板獲得優良的耐蝕性和鍍層致密性。

浦項制鐵公司

浦項申請公開鋅鋁鎂鍍層專利主要集中在2013年,申請數量為8件。申請公開的專利以鋅鋁鎂鍍層板為對象,研究使鋼板獲得優異耐蝕性和優良外觀的方法。該公司2012年后專利研發技術特點,以鍍鋅鋼板為研究對象,研究熱沖壓用鍍鋅鋼板的生產方法。

結語

通過對全球鋅鋁鎂鍍層鋼板專利的分析,可以得到如下的結論:鋅鋁鎂鍍層鋼板領域處于技術活躍期,技術與市場的競爭尤為激烈;中日韓三國是鋅鋁鎂鍍層鋼板的主要競爭地區,集中了全球該領域專利數量的92.8%;目前鋅鋁鎂鍍層鋼板技術發展方向更加細致,前沿技術包括鍍層耐腐蝕性、表面處理、不同鋼種的熱浸鍍工藝以及鍍層的其他使用性能等方面。

(文章來源:《鋼鐵》,作者:周誼軍、代云紅、蔣光銳,版權歸原作者所有)

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