在由SMM主办的2025SMM锌业大会-主论坛上，中国钢研先进金属材料涂镀国家工程实验室主任，教授，博士导师 张启富围绕“双碳目标下，热镀锌产业的破局与新生”的话题展开分享。

双碳目标、钢铁行业、镀锌

钢铁行业碳达峰、碳中和技术路线图

中国钢铁工业协会执行会长 何文波在第十四届中国国际钢铁大会的指出：

近十年来，中国钢铁在高端化、智能化、绿色化三个方向上都有了显著的进步。品种上全面满足了下游产业更新速度越来越快的需求，环境标准和实际水平都已跃升为世界钢铁业前列。通过十年来大规模的技术和装备更新以及流程和布局调整，中国钢铁的生产水平和竞争力得以全面改观。从2016年起至今，中国钢铁共投资了1.2万亿进行产能置换，也即用全新的产能替代旧产能。在不到十年的时间里，已经完成了近3亿吨产能重置。这种规模的产能重置意义重大，全行业的空间布局和流程布局得到了根本改善，这是通常的技术改造努力所无法达到的。这是集中了包括我们自己创造的新技术在内的当代世界钢铁最先进生产技术和装备的综合运用和整体集成，本质上是实现了一代人的技术梦想。作为结果，在全面提高品质的同时，能效水平和环境水平显著改善，生产效率大幅提升，这也意味着行业成本竞争力的显著增强。有了这个基础，中国史无前例的基础设施建设才得以有效实施，这样的中国钢铁也在支撑着中国制造走遍全球。

在近十年里，中国钢铁的下游产业在很多领域，例如汽车、电力、新能源、高速铁路等，也都成为全球领先者，不仅是规模领先，而且是技术领先。这些产业对钢铁材料提出的要求本身就代表着世界钢铁技术开发的方向，这与原来的材料国产化完全不是一个概念。在这个水平上，作为上下游合作创新的成果，在钢铁产品上，由中国钢铁企业推出的世界首发产品越来越多。而且，这种创新的根本驱动力是来自于中国自身需求的高端化。这是个重要的转变。

中国钢铁通过大规模产能重置、持续加大研发投入等措施，大幅提高了产品竞争力。这些产品也是在世界最清洁的生产线上生产出来的。因为，从2020年起，中国钢铁开始全面启动“超低排放”改造工程。到6月30日，有近6亿吨钢铁产能已经完成了全过程的超低排放改造公示。预计到今年年底，将如期完成原定目标，即到2025年底，对全部产能的80%进行超低排放改造，并达到新的排放标准。

按国家总体要求：“十四五”单位GPD能耗下降13.5%。国家制定能耗强度目标就是要有计划地提高资源利用效率，倒逼产业结构调整，大力发展新质生产力。因疫情影响，“十四五”前3年我国能耗强度没有达到预期目标，国家提出要在后2年降低能耗强度的进度上赶回来，力争完成“十四五”能耗目标任务，其中2024年单位国内生产总值能耗下降目标定为下降2.5%左右。钢铁行业作为重要载能行业，其能耗约占全国总能耗的11%，钢铁行业的节能降碳工作直接关系到国家总体目标的实现。为此，《2024—2025年节能降碳行动方案》（国发〔2024〕12号）、《钢铁行业节能降碳专项行动计划》（发改环资〔2024〕730号，）等，对钢铁行业节能降碳提出明确要求，到2025年底，钢铁行业达标杆产能要达到30%，基准值水平以下基本清零。

钢铁易锈蚀，需要外加保护

“我国腐蚀状况及控制战略研究”（2014）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。——by 侯保荣，科学出版社，2017。

钢铁材料是应用最广泛的结构材料

锌镀层是钢铁最为经济有效的防护方法，且钢材镀锌是减少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！

双碳目标下，镀锌产业的发展目标：

镀锌工艺绿色化

钢带连续真空镀膜PVD—是钢材镀锌绿色化之路

钢带连续PVD（Physical Vapor Deposition）是指在真空条件下，通过不同激发方式将靶材汽化成气态原子或分子，并在钢带表面沉积形成薄膜的工艺。通过真空锁，实现空到空、连续化生产。目前产品主要应用于汽车、家电、装饰用等高表面质量要求场景。

在实现碳中和和汽车轻量化要求下，先进高强钢大量使用，但其常用的与氧亲和力较强的Mn、Si 、Cr、Ni等合金元素在连续镀锌在线退火过程中易发生选择性氧化，形成的MnO、SiO2 等氧化物降低了钢板的浸润性，导致高强钢漏镀，严重影响高强钢镀层板的应用。

电镀的析氢将导致超高强钢脆性断裂而不可用，导致服役安全性等问题。

钢带连续PVD技术是最佳选择途径。

钢带连续PVD技术的特点

⑴ 绿色制造技术：连续PVD镀膜过程中不产生有害的废液和废气；

⑵ 镀层质量优异：相比于热浸镀锌和电镀锌镀层，连续PVD镀锌层表面质量和耐蚀性更优；

⑶ 镀层工艺灵活：单面、双面、单层、多层、差厚镀层，利于锌料的节约；

⑷ 涂镀效率高效：连续PVD产线带速可达4 0 0 m / m i n ， 锌锭利用率达到99.5%；

⑸ 材料适应性好：几乎所有的材料都可以作为基材和镀料，不存在工艺限制。

随后，张主任列举了钢带连续PVD发展的几个典型案例。其中提及CISRI自主开发的真空喷射镀模拟机。中国钢研研发了单体蒸发喷射镀装置的研发。完成了锌锅加热系统、蒸发喷射系统、锌蒸汽输送系统、钢带卷绕及加热系统、离子清洗系统、真空维持系统、水冷以及电气的研发、安装与调试。

主要特征 钢带宽度：300mm； 钢板厚度：0.2-0.8mm；运行速度： 1-20m/min 镀层品种：锌、锌镁；

进行了单体喷射镀装置的试样制备工艺研发；

试验摸索了不同喷嘴宽度、不同蒸汽压力、不同钢带转速、不同离子清洗参数下喷射镀钢带试样，并进行了检测分析；

批量镀锌清洁生产

步进式酸洗工艺；酸雾抑制剂；封闭式酸洗；废酸处理新技术-多效负压石墨蒸发结晶技术；无酸洗镀锌工艺；锌锅加热低氮燃烧技术。

镀锌生产智能化

钢铁行业的智能生产系统

基于现有五级系统的智能制造架构

镀锌行业装备自动化、智能化

生产过程的一体化控制；

生产各层次的协调优化、提升生产效率；

镀锌产品的质量稳定性、可靠性和适用性；

产品外尺寸精度、组织性能和表面质量的控制；

规模定制下产品个性化、定制化；

设备状态诊断、预测与智能化自愈控制；

物流、能源的智能控制与优化协同。

镀锌产品高端化

热镀锌合金成分和产品类别

高强钢镀锌GI、GA产品

汽车工业对减排的需求，汽车用钢材继续朝着高强化发展。汽车冷成形钢最高达到1500MPa，热成形钢达到1800MPa和2000MPa，底盘悬架达到980MPa ，外板达到490MPa。

先进高强钢AHSS的GI、GA

AHSS涵盖了DP, CP, DH, TRIP，QP和PH等广泛的钢种，企业根据客户的要求，还开发了具有高抗拉强度和高延伸率以及优越的毛刺和弯曲性能的专用AHSS。

先进高强钢热镀锌浸润性的解决措施

汽车高强钢镀锌的挑战仍然是改善浸润性。国内外解决浸润性的措施主要包括：预氧化-还原、露点控制、热轧板氧化控制、闪镀以及元素控制。

高强钢GI选择性氧化改进技术

内氧化技术是提高退火炉内的氧浓度，使氧扩散到钢中。这导致在晶界处形成诸如Si和Mn之类的氧化物。在晶界处形成的氧化物抑制了Si或Mn向表面的扩散，提高了锌的润湿性。

纳米涂层技术是在预处理过程中通过在表面涂覆Ni, Fe和其他材料来减少表面富集(如Si和Mn)的过程。该技术的有效性取决于涂层的量，因此控制适当的涂层量至关重要。

氧化还原技术是一种通过在预热过程中氧化钢表面，形成氧化铁，然后在退火过程中还原氧化铁来防止Si和Mn表面氧化的技术，虽然这种技术提高了涂层的附着力，但使用中，因为还原铁和基板之间的界面可能会发生剥落。未来，对于下一代AHSS，将添加大量的硅或锰，这将需要结合不同的涂层技术来覆盖这些类型的钢。

热成型钢-热镀Al-Si产品的特点

1、具有和镀锌产品相同的力学性能、尺寸精度和板型控制，其中0.8mm的产品可控精度范围为±0.02mm。

2、Al-Si合金的密度比锌的密度低，使用镀Al-Si代替镀锌产品可以实现镀层重量的减重。

3、具有优异的耐腐蚀性，耐蚀性是镀锌产品的3-5倍。

4、具有良好的耐高温性，在550℃以下可以长期使用，Al-Si镀层钢板会保持光亮的外观。

5、具有优秀的热反射性，在500℃以下的温度下，具有80%左右的光反射率。

6、Al-Si产品的摩擦系数更低，低的摩擦系数有利于冲压变形。

热镀Al-Si产品的特点

Al-Si产品的应用领域包括太阳能支架、家电（烤炉烤箱、微波炉），以及汽车冲压（譬如车身结构件、A、B柱、保险杠）等。

Al-Si产品的表面状态

冷成形Al-Si产品表面质量要求高，主要采用韩国东部制钢、浦项和新日铁的高表面等级产品，国内企业采用喷铝粉控制小晶花装置，实现了高表面质量的产品批量稳定生产。

Al-Si产品在家电上的应用

铝硅镀层优良的耐高温性及耐蚀性等优势在需要加热的家电、厨具中得到充分发挥。譬如烤盘、蛋糕模具、烤箱等均因用到了铝硅镀层。

Al-Si产品HPF的技术问题

汽车工业的发展需要更多1800MPa以上的UHSS，需要进一步研究HPF技术并增加其应用。需要解决的HPF技术问题，包括微裂纹、锌粘在轧辊或模具上、耐腐蚀性和可焊性。

为了解决1800MPa以上Al-Si HPF中AHSS的氢脆问题，POSCO开发了镀Al-Zn涂层钢板。与Al-Si涂层钢板相比，Al-Zn涂层钢板的氢溶解度和与氢的反应性较低，因此在热处理过程中引入的氢量减少。此外，与Al-Si涂层钢板相比， Al-Zn涂层钢板的耐腐蚀性提高了30%以上。

为了解决锌在热处理过程中粘在轧辊或模具上， POSCO开发了镀Al-Fe钢板。钢板在Al-Si涂层后经过热处理工艺，形成熔点更高的转化涂层Al-Fe涂层。因为它可以快速加热而不会将锌粘在轧辊或模具上，因为涂层即使在900°C以上的高温下也不会熔化。

合金镀层的耐蚀性的发展

从纯Zn镀层到Zn-Al系合金镀层再到Zn-Al-Mg系合金镀层。

日本锌铝镁涂层的发展

SuperZinc--- Zn-4.5%A1-0.1%Mg合金镀层

日新制钢在1985年研制的Zn-4.5%A1-0.1%Mg镀层钢板，在大气中经过十个月的暴露实验得到的结果表明，热镀锌镁合金钢板比普通的热镀锌钢板耐蚀性提高一倍以上。

Dymazinc---Zn-0.5%Mg合金镀层

日本新日铁公司开发的成份为Zn-0.5%Mg的镀层钢板，比传统镀锌板具有更高的耐蚀性，且成本和生产工艺均无大的变化。

ZAM--- Zn-6%A1-3%Mg合金镀层

日新制钢公司在20世纪90年代开发成功Zn-6%A1-3%Mg镀层，该镀层耐蚀性为纯锌镀层(Zn-0.2%Al)的18倍，为Galfan合金的5倍。被称为继第三代高耐蚀镀层Galvalume、Galfan以后的第四代高耐腐蚀镀层材料。

Super Dyma---Zn-11%A1-3%Mg-0.2%Si合金镀层

2000年，日本新日铁公司又开发出高耐蚀性新型热镀合金钢板，其成份为Zn-11%A1-3%Mg-0.2%Si，产品耐蚀性为镀锌板的15倍以上，为Galfan镀层板的5～8倍，切口耐蚀性优于Galvalume镀层，且涂漆性及耐黑变性也均优于Zn-5%A1-0.1%Mg镀层钢板。

日本制铁NIPPON STEEL开发的ZEXEED锌铝镁涂层

ZEXEED日本制铁成功商品化，具有极高耐蚀性能的镀层钢板。

ZEXEED的主要成分Zn-19%A1-6%Mg微量Si。

ZEXEED比热镀锌镀层钢板 GI 高约10倍、比传统的高耐蚀镀层钢板高约2倍的平面部耐蚀性。

欧洲开发出锌铝系锌铝镁镀层

欧洲钢铁公司重点关注汽车用Zn-Al-Mg镀层钢板：

成分：

Al：[1.0~3.0%] + Mg: [1.0~3.0%]

组织：

锌枝晶(Zn)、二元共晶(MgZn2/ Zn)、三元共晶(MgZn2/ Zn/Al-rich Zn phase)

韩国开发出锌铝系锌铝镁镀层

POSCO开发了名为PosMAC的Zn-Al-Mg镀层钢板

PosMAC®1.5 Zn-1.5%Mg-1.5%Al

耐蚀性是GI板的3～5倍，优于GL镀层切边保护性优良，主要面向汽车、家电应用

PosMAC®3.0 Zn-3.0%Mg-2.5%Al

耐蚀性是GI板的5倍以上，主要面向基建应用

PosMAC® Super Zn-5.0%Mg-12%Al，耐蚀性是PosMAC®3.0 板的2倍以上。

澳大利亚开发了高铝系锌铝镁镀层

BlueScope公司是世界著名的Galvalume镀层钢板生产商，产品质量居于世界领先地位。为解决Galvalume镀层钢板切边保护性差的问题，BHP开发了商品名为“ZINCALUME”合金镀层钢板。

成分：
Al：47～57% Mg：2.0%

耐蚀性：

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。

国内锌铝镁合金镀层钢板及钢带标准

镀锌供给服务化

EVI服务

EVI 与 CMF：为客户提供更高性能的材料和个性化的服务，在产品越来越同质化的今天，追求差异化竞争是企业走出低层次同质化竞争的关键。

目前钢厂与汽车、家电厂采用的合作模式。

“拿来即用”产品

为了减少用户工序和用户成本，通过在线集中处理，生产不同用途的功能性钢板，提供用户“拿来即用”产品.

家电用钢的免喷涂，家电预涂层板大幅增加。

镀锌市场多元化

镀锌钢材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。

光伏支架的设计使用年限要达到25年

GB50797-2012 《光伏发电站设计规范》要求

光伏支架应保证在运输、安装和使用过程中满足强度、稳定性和刚度要求，并符合抗震、抗风和防腐等要求；

光伏支架采用钢材，符合GB50017《钢结构设计规范》；

光伏支架的设计使用年限为25年。

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）。

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。

锌铝镁镀层钢边框材料适配光伏应用场景

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。】

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。

典型钢边框类型的特征和优缺点

钢边框与铝边性能和参数对比

公路护栏市场分析

按照国家《JTG/T D81-2017公路交通安全设施设计细则》规定，已建成的高速公路护栏板要逐步全部更换为三波护栏板。

一般高速公路和高等级公路10至15年期间应大修，目前全国已建成的高速公路和高等级公路现有存量公路护栏约为3500万吨，高速公路维修及大修时更换的护栏板必须采用三波护栏板，每年维修更换比例按3%估算。

为了防止山区农村公路安全事故的发生，从2018年起，国家实施山区农村公路安保工程，对公路护栏进行增设和加固

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。

公路护栏用材规格

公路护栏所需的基板规格如表所示，用量最大的三波波形梁的宽度为750mm，可以购买1600mm的宽板进行裁剪以后进行除鳞处理，也可以采购750mm的窄带直接进行除鳞处理。

带钢连续锌铝镁热镀工艺

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。

锌铝镁可以应用于公路护栏

日本在锌铝镁技术成熟以后就使用在公路护栏等户外使用场合，解决了批量镀锌生产公路护栏所存在的成本高、能耗高、污染严重的问题。

根据日本的成功经验，在能源消耗方面，预镀锌是后镀锌的1/3～1/2；在生产效率方面，预镀锌是后镀锌的2~3倍；在锌合金消耗方面，预镀锌是后镀锌的1/4～1/3，在污染排放方面，预镀锌是后镀锌的1/20～1/10。

我国锌铝镁合金镀层生产技术也日趋成熟，产品已经广泛应用于太阳能支架、地下管廊、室外电缆桥架等需要保证30年以上不腐蚀的场合，锌铝镁可以应用到公路护栏上，

高镁产品可以更有效的解决边部腐蚀问题。

《高速公路护栏用连续热镀锌铝镁合金镀层钢板和钢带》行业标准

结论

在双碳目标的背景下，我国钢铁工业通过产能置换、产品创新、超低排放等措施，提前实现了钢铁工业双碳的阶段性目标。

我国钢铁工业的发展，给镀锌行业发展带来新的发展机遇，也面临新形势。实现镀锌产业的破局和发展，就需要大力开展技术创新，实现镀锌领域的工艺绿色化、生产智能化、产品高端化、供给服务化、市场多元化。

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