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近几年，我国镀锌板的生产量逐年增加，而进口量也在逐年增长，增长幅度甚至高于生产量的增幅；扣除生产重复统计后，镀锌板消费量约为527万吨。1999年以后，镀锌板进口量首次超过了生产量，国内产品的自给率不足50%，并且有逐年降低的趋势。
近几年，国内镀锌板生产量的增加主要是热镀锌板产量的增加，1998-2002年，热镀锌板生产量由97万吨增加到220万吨；而进口量增长更快，由98年的37万吨增加到02年的156万吨；表观消费量由132万吨增加到367万吨。2002年，热镀锌板国内产品自给率约为60%，当年热镀锌板的国内生产量和进口量均比上一年有所增长，尤其是进口量增长幅度更大，主要是由于供彩涂板生产用薄规格热镀锌板的需求增加，导致国内产品自给率有所下降。
近年来，随着家用轿车市场的快速发展，家用电器、个人电脑的基本普及，电子产品的大量出口，防盗门市场的发展，使电镀锌板的需求增长过快。目前，我国电镀锌板的生产规模，无论是从数量上还是从品种、质量上来说，均不能满足国内市场的需求。1998-2002年，国内电镀锌板生产量增长缓慢，由17万吨增加到40万吨；而进口量增长很快，由73万吨增加到178万吨；表观消费量由87万吨增加到216万吨。国内产品自给率不足20%。国内镀锌板消费量的增加主要依靠进口拉动。近几年来，镀锌板进口量逐年增长，进口的品种主要是电镀锌板，但电镀锌板进口的比例逐年降低；相应地，热镀锌板进口比例逐年提高。2003年，我国热镀锌板的进口量首次超过了电镀锌板的进口量。
1、概述目前我国钢铁工业在品种、质量、成本、服务和劳动生产率方面与世界先进水平仍存在一定差距，面对日趋激烈的的国际国内市场竞争，必须加快结构调整步伐，这不仅是我国冶金工业生存与发展的需要，也是当今世界冶金工业的发展趋势。热镀锌（Hot Dip Galavnizing）发明于18世纪中叶，它是由热镀锌工艺发展而来。钢带连续热镀锌工艺历经五十年的发展，已经成为一种工艺成熟的、技术先进的工业技术，至今为止，热镀锌仍是钢材防蚀方法中应用最普遍的、最有效的工艺措施。在建筑工业中,用于各类工业及民用建筑的轻钢龙骨、建筑层面板、瓦楞板、卷帘门等；在家电和轻工业方面，用于各类家用电器的外壳和底板；镀锌钢板广泛用于轻工、家电、汽车和建筑工业。在汽车工业中，用于汽车车体的、外壳、内板、底板等。我国大力发展电力、交通、通讯、能源和城市基础建设，随着建筑、家电、汽车工业的强劲发展，我国镀锌行业面临前所未有的机遇和巨大的市场。近二十年来钢带连续热镀锌技术、装备以及相应的控制手段均有巨大的发展，使镀锌板得以满足汽车面板和家电用板的苛刻要求，并从而以其比电镀锌合金钢带廉价、耐蚀性优异而大有取代之势。本课题拟借鉴国外先进的高性能汽车用热镀锌生产技术与装备开发技术及经验，通过技术创新、优化设计、精密制造以及国外技术合作，突破制约我国高性能汽车用热镀锌钢板生产技术与装备发展瓶颈。同时探讨热镀锌技术发展在国民经济可持续发展、节约能源、矿产方面的重要意义和前景。2、汽车用高档热镀锌板国内外的发展形势汽车工业产品具有高效、高可靠、高集成的要求，汽车用热镀锌钢板是镀锌钢板中的精品和极品。自1975年美国首次把热镀锌板应用于汽车工业的20多年间，世界各汽车生产大国都在努力开发和研制以防腐蚀为目标，并综合考虑焊接性、涂敷性和成型性的高质量热镀锌板，并取得了一系列的技术进步，其中包括钢基体的化学成分，钢板表面的轧制质量，热镀锌镀层厚度的均匀性，合金化的最佳结构及工艺控制等一系列技术问题。经过20年的研究，上述的技术问题及完成此项技术要求的工艺装备已基本得到解决而开始大量应用于汽车上，这些技术的成功应用可极大地改善汽车工作状态、延长寿命并节省能源。高表面质量、高强度和高深冲性是汽车面板所必需具备的基础条件,镀层表面质量与薄板表面质量粗糙度、清洁度、带钢化学成分及其冲压成型性有直接的关系，同时热镀工艺、锌液成分、热镀设备也是影响镀层表面质量的重要因素。高强度和高冲压性与热镀锌基板化学成分、物理性能、热处理工艺以及热镀性能都有密切关系，下面将重点论述国外与国内汽车用高挡热镀锌板镀层品种、基板、工艺及设备等方面的发展现状及趋势。2．1国外的热镀锌板的发展趋势2．1．1热镀锌镀层品种的发展现状1）无铅热镀锌镀层美丽的锌花是传统的热镀锌板的典型特征，由此获得用户的青睐，具有一定的商业价值。但是研究表明锌花表面的不平整性，镀层中的铅含量会影响镀层板在后序加工中的加工性能、涂装性能和使用中的耐蚀性，因此自60年代起国外一直在研究无锌花和小锌花的生产技术。通过水雾冷却，Heurfey喷锌粉等工艺，可以增加晶体结晶成核数量和控制晶体生长，达到生产小锌花板的目的。80年代起国外开始研究无铅热浸锌技术，目前欧洲、南美新建镀锌生产线均采用无铅镀锌工艺，无铅镀锌已成为当前热镀锌发展的趋势。2）热镀锌板合金化镀层在热镀锌品种中，通过镀后热扩散处理，开发了合金化镀锌板，耐蚀性较普通热镀锌板提高了一倍以上，通过这种合金化处理可以消除镀层表面锌花；同时减少了点焊时锌的蒸发量，降低了点焊机铜电极受锌蒸汽污染的程度，从而提高了电极的寿命。为确保合金化镀锌板镀层的良好附着性，对于汽车用外板的较厚的合金化镀锌板采用了高效的加热和冷却措施（高效烧咀、或感应加热器），并配备各种类型的合金化传感器，通过仪器分析和电脑指令及时调整镀层中相应的结构，以生产适于高冲压变形的要求。由于汽车用在冲压成型时的条件，除要求钢板基体具有必要的优异的机械性能外，对镀层（合金化层）附着性的要求也十分苛刻。近20年，对合金化镀锌板冲压成型性与镀层微观结构之间的关系进行大量的研究，结果表明，取得了良好的镀层附着性的关键是镀层相结构及铁含量。为获得最佳的镀层相结构和合适的铁含量，而开发出镀层的均匀化技术和合金化控制技术。为了严格控制镀层的相结构，必须对合金化过程中的加热和其后的冷却过程进行精确的控制。其措施如下：（1）在合金化的加热区和保温区之间设置镀层反射因素测定素，以测定镀层表面的合金化，控制钢带温度保持在δ1相稳定形成的温度区间内（激光束法）；（2）在保温和喷雾冷却区之间设置高温度计和发射率测定器，以便同时测量钢带温度和发射率；（3）经冷却后的钢带在适当的位置合金化相结构传感器以测量镀层中铁含量及层中δ1、Γ和ζ各相层的厚度（荧光法或X-射线衍射法）；（4）钢带经过气刀后进合金化炉前以及在相结构传感器之后均设置镀层厚度（重量）测定仪（荧光X-光法）3）二层合金化热镀锌钢板合金化镀锌板在涂漆时易发生气泡等涂膜缺陷，新日铁研制出二层合金化热镀锌钢板。该二层合金化热镀锌钢板镀锌层的构成，在钢板底层进行热镀10%FeZn合金层，其锌附着量5年防锈蚀用30g/m2，10年防锈蚀用60g/m2，其上层则采用电镀锌富铁80%FeZn层，其附着量为3g/m*2。实验结果表明，新研制二层合金化热镀锌钢板，底层10%FeZn，附着量30~60g/m2，完全可以满足汽车耐蚀性要求。其上层富铁80%FeZn层附着量3g/m2，上层硬度得到提高，既解决了弧坑状缺陷,也降低了冲压力。例如，80%FeZn层附着量为1g/m2时，其硬度为300HV，冲压力为1960Mpa,此时仍有弧坑状缺陷；当附着量3g/m2时，其硬度为350HV，冲压力为1770MPA，此时无弧坑状缺陷，它说明了新研制的二层合金化热镀锌钢板具有良好的加工成型性能。4）差厚锌层用控制气刀压力的方法，常常使两面镀锌层厚度差比为1：3。这样锌层厚的一面耐蚀性好，薄的一面焊接性好，这个品种常用于汽车制造。5）单面镀层单面锌层即一面镀一定的锌层厚度，而另一面不镀锌的热镀锌板。单面热镀锌板的生产方法有疏锌法、直接法、间接法和双层分离法。单面热镀锌板主要用于汽车制造，有锌层的面防腐，无锌层的面有利于点焊。由于合金化板（锌-铁合金）具备良好的焊接性，所以单面镀锌板已逐步被淘汰。2．1．2热镀锌基板的发展现状汽车板热镀锌机组以生产外板为重点，生产规格板厚多在0.6~1.2mm之间，板宽多为800~1850mm，最宽可达到2000mm。产品级别相当复杂，从CQ、DQ、DDQ、EDDQ（IF），到BH、DP、TRIP等汽车用高强度钢板。通过采用多种先进技术，使镀层形貌、厚度精度等得到精确控制，如镀层厚度误差小于2~3g/m2。通过采用无铅镀锌可生产无锌花钢板，这种镀层不易产生晶间腐蚀，使用寿命长，适用于汽车和电器行业。日本几乎每套热镀锌机组都设置了锌铁合金化炉，锌铁合金化镀层板（Galavneal）标准镀锌层厚度为双面160~180g/m2，合金镀层含Fe8%~12% [2]。国外在20世纪70年代开发了微合金钢和磷合金钢，80年代中期开发了双向DP钢和烘烤硬化钢，90年代开发了相变、诱导塑性TRIP钢 [3]。目前，国际合作项目“超轻型钢制车体（ULSAB）开发”正在顺利进行，其目标是要达到行车油耗34KM/3L（美国），车体减重25%。在车体结构上大量采用高强和超高强钢板是其基本出发点。超轻型钢制车体通过大ULSAB的最大特点是：并不以牺牲性能而达到减轻车重的目的[4]。超轻钢车以车体结构用高强度钢的比例超过90%作为设计依据，日本在1985~1995年的十年间，车身高强度刚的比例由10%增加到30%，随着表面处理性能的提高，汽车寿命从6。7年延长到9。3年，扣除高性能化钢板制造时的能源增加，一年可以节省357*104L重油，几4相当于节省国内钢铁业能源消耗量的百分之几。2000年在日本汽车制造中，高强度钢板的使用已达36.3%。现将目前开发出的热镀锌基板的种类和性能分述于下。6） IF钢合金化镀锌板采用优质的沸腾钢和镇静钢难以生产适合汽车冲压成型要求苛刻的镀锌板。为此上世纪70年代出现了IF钢（无间隙原子钢），它具有极好的冲压成型性，它从而适应于汽车的内、外面板。IF钢具有优异的深冲性能，可满足大部分难冲压件的冲压要求，因而正在逐渐取代08AL系列的汽车用钢，目前国外已经在DDQ极钢板上大量应用了IF钢。各高强度钢也是在IF钢的基础上，通过添加Mo、Cu、P等元素来生产的。IF钢的出现对钢铁企业的技术水平和管理水平提出了更高的要求。在技术方面，必须采用铁水预处理技术，保证用低磷、硫、硅的铁水作为炼钢原料；必须采用炉后精练技术和在线的碳、氧分析技术，保证钢水高的成分准确性和纯净度；必须采用RH（中超低碳钢高速脱碳工艺），保证钢水极低的碳和气体含量，必须采用低碳的覆盖剂、保护渣和耐材，保证钢水不回碳，对于汽车外板，必须清理板胚表面；必须采用从加热到精轧和卷取间的板带温度控制技术，保证热轧带钢均匀的机械性能；必须采用高精度热轧、冷轧技术，保证极佳的板形和高精度的尺寸以及防止产生辊印和卷取缺陷的技术等等。一贯制生产过程质量保证体系十分必要，也就是说，在炼钢、连铸、热轧和冷轧的每一道工序，都必须严格按照产品的最终用途来组织生产，特别是在频繁改变钢材品种时候，必须采用相应的措施来保证最终产品的质量。另外一个重大的课题是，如何通过综合的整体生产系统，将镀锌生产线与其他生产工序连接起来，以最大程度降低成本。总之，生产汽车用镀锌板对于每个钢铁企业，特别是国内的钢铁企业，都是一个非常大的挑战。7）固溶强化型钢板的热镀锌为了提高钢的强度，通常添加Si、Mn和P等元素进行固溶强化，并利用马氏体和贝氏体的组织强化，对于DP双相钢，通过控制合金元素含量和采用临界冷却速度可获得马氏体组织。作为汽车面板的要求是低的屈服强度ós〈240Mpa〉）和高的￥值。在IF钢中加P、Mn、Si等固溶强化元素，由于此钢无固溶C和N存在，基本上是非时效性钢板。但无固溶C存在时易引起二次加工脆化，故可加入微量B以防止。以P为主要强化元素时ób可达340~370Mpa，而以Mn、P为主加入时。其ób可达390~440Mpa[5]。8）烘烤硬化型（BH钢）及热处理强化型钢板BH钢是指烘烤硬化钢。IF钢属于超低碳钢，BH钢的含C量为0.016~0.020%，利用应变时效而强化的方法，在超低C钢中使残余的微量（5ppm）的固溶C，在冲压成型时产生位错，而在以后进行涂装烘烤（170℃，20min）时会析出Fe-C化合物而将位错固定，从而使其强度增高。采取调整化学成分生产的BH冷轧钢板也具有较好的深冲性能，添加Nb、Ti等微量元素，在轧制状态下使其形成碳氮化合物。其R值为1.92~2.06。这种BH冷轧钢板在涂漆烘烤温度170`C下可使汽车零部件抗拉强度提高40~70MPA。目前已研制出340Mpa级BH冷轧钢板[6]。9）组织强化型高强度钢板通过改变钢的微观组织可在大范围内提高其强度（440~1470Mpa），目前开发出三种高强度级别的钢板，其代表性的钢有双相（DP）钢板和贝氏体钢板。此钢的屈服强度低，加工硬化指数高，成型性好。此外，TRIP（变态诱发超塑型钢）及超高强度钢板等均有希望大规模应用于汽车。目前这些钢板的热镀锌及合金化合处理，除DP钢板有少量热镀锌的研究以外，其他高强度钢板尚未开展研究[7]。这些钢板的热镀锌和合金化处理技术上会有一定的难度，需要我们去探索[8]。热镀锌基板的研究必须与热镀锌工艺相结合起来，否则即使基板达到要求的性能，镀锌工艺不能满足要求也达不到目的。2．1．3镀锌工艺技术的发展为了获得优质的表面，90年代国外新建的镀锌生产线大量采用美钢联法，美钢联法采用高密度电解脱酯技术（HCD）可以快速有效地清除表面的油污，同时在还原退火炉中美钢联法用全辐射管替代改良森吉米尔法中的明火加热，因此可以严格的控制温度和气氛，确保火炉的无氧化气氛，从而保证镀层的优良附着性和表面质量。传统热镀锌线的工艺布局均是设置一台光整机。现代化生产汽车板的宽带钢热轧镀锌机组，一般在工艺布局中设置两台光整机，第一次光整是采用一台四辊式光整机把带钢表面轧平，消除表面凸凹不平的外貌；第二次光整是选用一台二辊式光整机给带钢一定的粗糙度。传统热镀锌作业线均为双活套，布置在工艺段的出口和入口。由于汽车板对板面要求极高，所以光整汽车板时，有时5~10卷就要更换光整辊，为了实现工艺段不停机换辊，提高作业率，所以有些机组在光整机前增加一个活套，即组成一线三活套的工艺布局，新增活套的储料时间一般为120s。国外新近投产的热镀锌或改造旧的热镀锌机组的生产能力和产品质量都有进一步提高，发达国家新建的生产线可生产宽度达2100mm的热镀锌钢板，机组速度最高可达200m/min，合金化速度达136m/min，年生产能力达60万吨。2．1．4热镀锌装备的发展现状气刀是控制镀层厚度和均匀度的关键部件，新型气刀采用可调节式整体框架式结构，可以可靠准确地调节气刀与钢带的间隙与角度，调节气刀与锌锅的距离，其刀唇间隙可以自动控制从而保证镀层的平整度和均匀性。锌液中的锌渣是影响镀锌板表面质量的最重要的因素，在现代化生产线中，已用陶瓷内衬锅取代铁锌锅，用可移动或提升更换的双锌锅来替代镀液转换，用在线测量的探头（Al sensor）和相应的锌液成分控制系统可以严格地测定锌液中的铝和对应的铁含量，可以有效地减少锌渣对镀锌板表面质量的影响。利用电磁移动场创造的磁流体动力学封闭（NHD）而设计的垂直型锌锅可取消原始锌锅中的部件，而取得高速、无锌渣、节能、提高锌层表面质量等优点[9]。本法的工作原理是：液态Zn（或Al、ZnAl）合金从锅底流出后进入MHD通道达一定深度时（此深度取决于金属液比重、液面高度、电流大小等因素），由于交流感应器产生的外部电磁移动场在锌液中产生感应电流，此电流与外部电磁场的相互作用而产生电磁力，它作用于金属流体使之向上移动。因而使锌液不能从锅底的开口出流出。当钢带从其底部通道进入锌锅时锌液在通道处始终处于一个位置，而锌锅内不需设任何钢结构件。为了提高机组运行速度和生产效率，减少面渣和底渣的形成，国外有关研究单位相继开发了“锌垫”技术和“垂直锌锅技术”。“锌垫”技术以液态金属垫的原理工作，钢带被液态金属压力压下通过锌垫，由于不采用沉没辊，从而带来产品表面质量提高、生产效率提高、成本降低，特别适用于高速机组。由于激光拼焊技术的出现和应用，汽车厂可以将窄幅板焊在一起后使用，这使得用量较小的宽幅板（宽度1800mm以上）的生产已不再是必须的，只是冷轧厂的产品的宽度达到1550mm，即可生产汽车用镀锌钢板。这些先进技术装备的不断开发应用，使热镀锌板在汽车制造所用钢材的比例不断上升。例如日本已高达81%、加拿大76%、意大利71、法国70%、德国60%、美国45%。由于合金化镀锌板成本和质量的优越性，日本汽车界决定到2005年汽车用板全部用合金化镀锌板，取代现有的电镀锌合金板。2．2国内的热镀锌板发展现状及趋势随着中国汽车工业的快速发展，汽车用热镀锌板用量也急剧增加，虽然国内几个大型钢铁联合企业已经完成或接近于完成了从炼钢到冷轧的技术进步，引进了多条生产汽车用的高档镀锌板的生产机组，具备了生产高级汽车钢板的能力，中国发展自己的汽车用镀锌板的时机已经成熟。但是到目前为止，受生产规模和产品质量的限制国产热镀锌板还不能完全满足中国汽车工业对镀锌板的数量和质量的要求，由于机组产品的定位单一，相当一部分国外发展成熟，国外已大量应用于汽车的诸多高档镀锌板品种，当前引进的生产汽车用的镀锌板的机组仍然不能生产，中国汽车工业还在大量进口热镀锌。总体而言我国产汽车用的镀锌板主要有如下特点：1）起步较晚，高速发展我国现代连续热镀锌技术自20世纪70年代才刚起步，不过发展很快，尤其进入90年代成为高速发展期，带来我国表面涂镀层技术新发展。2）世界距离依然很大（1）产品不足，品种奇缺，质量不良我国目前只有普遍能纯锌产品，表面只是普遍锌花，高速发展的汽车上用的单面镀锌，双面差厚镀锌、小锌花、无锌花镀锌、热镀锌合金化层、IF钢高强度热镀锌等第都没有产品，有的还处于研究试制阶段。国产钢板热镀锌产品无论是耐蚀性、加工性还是装饰性与国外相应产品都有距离，国产产品缺乏国际竞争力。（2）缺少自主知识产权技术除一些小型机组以外，我国大型机组表面涂层技术几乎全是引进。在引进中常带来较大的盲目性，多数机组水平不高，一般水平、相似水平技术多，成熟性、重复性技术多。一般产品、相似产品多，高新尖产品少，自主研发技术更少。（3）小型机组能耗高，污染重我国乡镇企业、私人企业兴建的百余条小型热镀锌机组，年产量数千吨至几万吨，机组技术落后，由于没有燃气设备改用电加热，造成能耗很高。为省投资，生产废液、废料、废气一般没有处理设备，往往直排造成环境污染。旺盛的市场需求，特有的经营方式，使其仍然占有一定的市场份额。3）我国科研成果转化率低表面涂镀层技术科研成果丰富，国内钢铁研究总院等许多科研单位，早在20世纪60、70年代，就开始了带钢表面涂镀层技术的研究，尤其在“七五“期间以钢铁研究总院为组长单位联合高校、科研单位、生产企业对连续热浸镀技术进行联合攻关，取得了丰富的研究成果，例如：。连续热镀Zn-5%Al-Re镀层技术。连续热镀55%Al-Zn-Si镀层技术。连续热镀Zn镀层技术。连续热镀Al-Si镀层技术4）新产品得不到认同，推广应用缓慢小机组生产的涂镀层实验新产品得不到用户认同，推广应用缓慢。5）关键单体设备自给率低，影响国产机组水平钢板连续热镀锌技术是连续式生产技术，机组单体设备以百计，其中一些关键的单体设备没能集中力量研制，大部分依赖进口，影响国产机组水平和产品质量。造成以上问题的主要原因：（1）集中度不够表面涂镀层技术的研究和开发，成果转化与产业化研究开发的力量，人、才、物过于分散，缺乏集科研开发、成果转化、工程化、产业化于一体的集成式的队伍和组织形式。单个研究单位在取得初步研究成果以后，既缺乏进行更深入的研究的力量也无力把工作延伸到生产实践。由于这种分散性、低水平、重复工作的现象较为普遍，既难以取得高水平的成果，也难以出现具有自主知识产权的成套技术与工艺。（2）缺乏近生产和生产条件下中试手段现代表面涂镀层产品都是在现代大型高速连续生产机组上完成，机组设备数百件，高度自动化控制，要将实验室研究成果移植到现代大型的高速连续生产机组中，就必须经过近生产和生产条件下的中试阶段。这个中试阶段要在专门的中试实验机组上来完成，过于简陋、原始的小型试验机组所得包括实验工艺参数在内的结果与现代大型生产机组的相关性相差甚远。总之，国内关于汽车用热镀锌板的新产品、新工艺、新设备的研发工作都远远落后于国际水平。3．我国开展高性能汽车用热镀锌板研发目的和意义二十一世纪，钢铁产品仍将是人类社会最主要的不可替代的结构材料和产量最大、覆盖面最广的功能材料。世界冶金工业结构调整步伐加快，生产的重心将有发达国家向发展中国家转移。目前我国正处于工业化进程中，国民经济各部门的持续、快速发展和产业升级对钢铁产品的品种、质量提出了更高的要求。加快了我国冶金工业的结构调整，将具有重要意义。我国带钢热镀锌的发展与世界水平相比还存在一定的差距。我国现有热镀锌生产线多数存在技术落后、锌耗高、产品产量低、产品质量差、生产成本高、能量耗费大、环保措施不力，常造成严重环境污染等缺点，此类生产线难以满足我国国民经济腾飞的需要。少量国有大型钢铁企业能够生产高质量的家电、汽车用热镀锌板，我国大型钢板连续热镀锌技术多为花费巨资引进自美、日、欧，一般水平，相似水平较多，重复性、成熟性技术多。一般产品、相似产品多，高、新、尖技术少，高技术含量产品少，自主研发的技术更少。核心技术无法完全掌握，没有进行新的品种开发和生产的能力。另一方面我国自行研究的热镀锌工艺及技术转化率低，难以形成产业。成果集成低，系统成套技术不成熟、不完善是实现工程化、产业化的症结，这些问题的产生主要基于我国高性能汽车用热镀锌钢板生产技术和装备开发能力落后于世界先进水平所致。因此开发高性能汽车用热镀锌钢板生产技术与装备非常必要。加强成果的系统集成，促进成果的转化和应用，逐渐增加我国高性能热镀锌汽车板产品的自给率，推动我国这一领域技术的进步和发展。我国钢板连续热镀锌大型现代化机组基本是从美国、日、欧等不同国家引进，虽然其产品较为雷同，但生产技术却都有其特色，花力气消化各机组的特色高技术，并为己用，再行创新是表面涂镀层技术领域中一项意义重大的工作，此举将加速缩短我国与外国的差距，减少重复引进，实现高性能热镀锌钢板技术及装备科研成果的系统集成，实现成果转化和应用，把我们的技术推向世界。国内在高性能汽车用热镀锌钢板生产技术与装备上目前主要依靠国外先进技术的引进，当前只有宝钢在汽车板的生产开发上进行了一些有产品针对性的研究，其他引进高性能汽车用热镀锌板生产线的企业基本上只是单纯的生产使用，未能从根本上消化吸收并有效的开发使用创新。钢铁研究总院作为国内进入钢带连续热浸镀领域最早科研单位，在20世纪70年代协助武钢引进消化国内第一条热镀锌机组。在随后的“七五”、“八五”期间，钢铁研究总院顺利完成了Galfan及Gavalume的合金镀层开发科研工作。钢铁研究总院随后开展了钢带连续热浸镀设备国产化工作，协同国内各相关单位，相继完成了气刀、焊机、沉没辊（Galvalume使用）、气体净化装置等关键设备的国产化。钢铁研究总院近些年在这些领域始终坚持科研开发的先进性与实用性相结合，成功开发了蓄热式还原退火炉，燃烧效率达到70%以上；开发推广了宽带钢连续热浸镀Gavalume的合金镀层技术，设计完成蓄热式折叠型还原退火炉。设计开发了中电流密度电解脱脂技术，紧密跟踪国外当前耐蚀性能最高的ZAM系列产品，完成中试实验。钢铁研究总院有一条100mm宽小实验机组，在此实验机组上先后开发成功GF、GL以及热镀Al-Si合金镀层。钢铁研究总院现有完备的实验室条件，可进行各项热镀锌产品的实验检测。国内当前在高性能汽车用热镀锌板技术和装备的开发上仍处于相对薄弱的状态，国内主要涉足此领域的单位主要有大的钢铁企业技术中心及一些大学也进行部分探讨性或检测性的科研活动。
作者简介：陈汴琨，中宝协人工宝石专业委员会第一、二、三届主任委员，原北京航空航天大学材料科学和工程系教授。
中国的人工宝石产业起源于20世纪50年代后期，最初，发展此类产业的目的不是为了美化生活，而是为了满足工业上（尤其是军工部门）的需要。例如在1958年前后，为了发展精密仪器仪表工业，引进了国外（主要是苏联）生长红蓝宝石的工艺技术，其中主要是焰熔法生长红宝石梨晶技术和设备，60年代初开始生产出宝石晶体并用以制造仪表轴承。高峰时期曾有20多家焰熔法合成宝石工厂，能生长出红、蓝、黄等十几种颜色的刚玉系列宝石（包括星光刚玉宝石），尖晶石系列以及金红石和钛酸锶等仿钻石人造宝石。自此开启了中国人工宝石产业的先河。
但是，作为美化、装饰生活的人工宝石产业的规模化发展，严格地说，是从20世纪80年代初改革开放以后才开始的。随着人民生活水平的提高，对装饰美化生活的宝石饰物的需求也急剧增加，加上国外原本就有很高的需求，人工宝石晶体产业自然也就跨越了仅仅局限于工业和科技行业的门槛，步入了千家万户，成为深受普通大众喜爱的装饰用消费商品。资料表明，到2005年止，我国珠宝首饰加工企业（包括人工宝石）具一定规模的有5000多家，珠宝玉石加工及零售的专业厂、店超过3万个，从业及相关人员300多万，2005年国内销售总额达1400亿元，出口创汇54.9亿美元，其中国营或国营控股企业在全国珠宝首饰企业总数中不足10%，产值不足10%，非公有制企业占90%以上。其间，人工宝石产业也有了很大的进展。人工宝石是在实验室和工厂中合成或生长出来的，它的生产量可以根据市场的需要进行调节。从仿制已有的天然宝石来说，人工宝石的目标是力求达到相应天然宝石中档次最高、质量最好，且最美观漂亮的品相。自然，人工宝石的价格比相同质量的天然宝石便宜很多。且由于其非常漂亮，可以做出许多不同的款式，适合于普通大众佩带和使用，具有广泛的群众基础，弥补了由于天然珠宝的矿产资源有限，尤其是高档宝石及其优质品更少，且价格昂贵，很难满足市场上广大人民群众对流行时尚饰品的大量需求的不足之处。举例来说，钻石的稀少和价格昂贵众所周知，一只镶嵌有大量钻石的手表（俗称满天星）价值数十万元人民币；而如果用外观性能相近似的合成立方氧化锆镶嵌，则只需数百元人民币，其普及率自然很高。
我国人工宝石产量虽然没有专门机构精确统计，但人工宝石不同专业的专家对本行业的生产量还是比较清楚的。下面是几类人工宝石的专家提供的资料：截至2005年9月，我国有合成立方氧化锆晶体用的冷坩埚生长炉205台，每炉能生产400kg，年总生产能力达到12300t左右，但开工率不足，实际年生产量6000t左右，用以磨制的合成立方氧化锆颗粒约120亿粒/年，居世界第一；截至 2000年底，我国年产合成水晶1760t，居世界第一；焰熔法合成红宝石和无色蓝宝石，截至 2004年9月统计，年产量已经达到235t，若加上福建屏南鑫磊晶体有限公司新建的300t焰熔法红宝石投产，那么总产量可望达到年产量 535t，在世界上也排名第一；截至 2002年中，我国人工合成工业磨料级金刚石年产量达到12亿克拉以上，也是世界第一；根据2006年7月底所得到的信息，我国人工合成金刚石已不限于只能作为磨料的粉体，而是可以作到厚1mm左右，面积100cm2左右，重量为150克拉的块体，只不过价格还偏高，这样一块金刚石原料价格大概为1万元人民币。另外，2004年，我国的玻璃质仿金星石年产量达到 600t，由于产量高、质量好、价格便宜，意大利和日本的同类产品被挤出了中国市场，其产量也是世界第一；由我国科技工作者自主创新开发的产品，如人工合成的人造夜光玉、掺杂稀土改性的高折射率玻璃质人工宝石（俗称稀土玻璃）等，也是世界第一。仅就这些数据，可以自豪地说，我国人工宝石的产量名列世界前茅乃至世界第一是完全有科学根据的，是当之无愧的。
二、有关今后我国人工宝石产业发展的几个问题
1.人工宝石产业如何在今后能继续发展，成为可持续发展的产业经济
作为我国市场经济一部分的人工宝石产业，其产业链大致由如下几部分组成（图1）。
在一般情况下，只要不发生意外，例如战争、自然灾害等，世界各国对人工宝石的需求不会间断，且总是不断地呈现增长的态势。但需求的关系并非直线发展，而是一种在市场规律作用下自动抑扬调控的动态平衡。但是，人工宝石产业之所以近20年来在我国得到长足的进展，主要依靠的是在我国能获得廉价而熟练的劳动力和相对低廉的能源供应，从而能获得更高的利润。是一种由外向内（例如由香港经广州再伸展至梧州），从高能价地区（如北京、上海等大城市）向偏僻的低能价地区（如广西资源县、四川雅安市等）转移的劳动密集型产业，而不是一种自主开发以创新为主的高科技产业。即使是晶体生长技术，也是属于较成熟的能大批量生产晶体的技术的移植、改进和开发，且市场掌握在外商手中，从而随着产量上升价格反而一降再降。例如：人工合成立方氧化锆晶体在20世纪80年代中期我国刚投放市场时，每千克价格为800～1000元人民币；而20年后的今天，每千克价格已降至 80至100元人民币，下降至原来的
，以至于只剩下非常微薄的利润空间留给生产厂家和工人。必须看到的是，随着时间的流逝，即使是这种低利润、高度劳动密集型的加工形式，其加工利润也还将随销售价格的内部竞争而愈来愈小，以至于趋于极限。但生产者又必须得到一定的利润才能维持企业的生存，那么，出路何在呢？根据国内外的发展道路和经验，出路在于：在保持现有品牌的基础上，开拓发展具有高技术含量，能带来更高效益和更高附加值的生产技术和工艺设备，以及相关产业链。例如：加工大量消费旺盛的玻璃质仿钻石产品，在国外（奥地利、捷克等）早已不用人工方法切磨，而是直接用自动化机械设备将玻璃棒从切割至琢磨、抛光一次性完成（每小时约生产40万颗）；为提高折射率而采用的亭部镀金属（铝、铜等），也是在真空镀膜机中成千上万粒一次性镀成，其效率大大超过人工加工，目前我国也高价从国外引进了数条此类生产线，其效益明显高于投资于设备的成本。对于合成立方氧化锆的加工：目前，自动磨削、抛光设备从 20世纪80年代开发至今，几经反复，也终于问世，其效率也远高于人工加工，今后将逐渐减少对手工加工制品的依赖是必然的趋势。
，以至于只剩下非常微薄的利润空间留给生产厂家和工人。必须看到的是，随着时间的流逝，即使是这种低利润、高度劳动密集型的加工形式，其加工利润也还将随销售价格的内部竞争而愈来愈小，以至于趋于极限。但生产者又必须得到一定的利润才能维持企业的生存，那么，出路何在呢？根据国内外的发展道路和经验，出路在于：在保持现有品牌的基础上，开拓发展具有高技术含量，能带来更高效益和更高附加值的生产技术和工艺设备，以及相关产业链。例如：加工大量消费旺盛的玻璃质仿钻石产品，在国外（奥地利、捷克等）早已不用人工方法切磨，而是直接用自动化机械设备将玻璃棒从切割至琢磨、抛光一次性完成（每小时约生产40万颗）；为提高折射率而采用的亭部镀金属（铝、铜等），也是在真空镀膜机中成千上万粒一次性镀成，其效率大大超过人工加工，目前我国也高价从国外引进了数条此类生产线，其效益明显高于投资于设备的成本。对于合成立方氧化锆的加工：目前，自动磨削、抛光设备从 20世纪80年代开发至今，几经反复，也终于问世，其效率也远高于人工加工，今后将逐渐减少对手工加工制品的依赖是必然的趋势。
又如：用焰熔法生长的红宝石和蓝宝石，其价格虽较提拉法生长的红宝石和蓝宝石便宜，但因其内部缺陷多、尺寸小，不能用作 LED光源材料基片，更不能用作导弹窗口材料等高科技、高附加值产品，因而即使提拉法所需设备的一次性投资较焰熔法高，但所产生的效益和利润将十倍乃至百倍高于焰熔法生产的刚玉类宝石。目前，浙江衢州市巨化集团公司下属的晶体材料厂所走的正是这样一条道路，并且得到了巨大的进展。
对于时尚饰品而言，正在不断地推陈出新。根据时尚的需求，不断地设计和制造出一批又一批新颖的更新换代产品，以满足顾客不断变化的口味，是企业得以生存、发展的关键。在这方面，浙江义乌的“新光饰品有限公司”所走的道路为我们树立了一个样板和典范。该公司现为全国最大的时尚饰品生产企业，他们已独立开发出锡－铅合金、爪链合金、铜－银合金等五大系列镶有玻璃仿钻石品、合成立方氧化锆等人工宝石20余类、30多万种款式的产品，销售网络覆盖全国，产品远销海外70多个国家和地区。2005年9月，新光饰品被认定为“中国名牌”产品。据介绍，公司现有职工5600人，每天仅生产使用玻璃仿钻石就达500万粒，仅每天把这些玻璃仿钻石品粘到饰品上的人就需要约600人。公司之所以取得如此巨大的成绩，重要的一点是公司拥有一支强大的设计队伍，不断地开发出新款式的饰品。走进公司的样品陈列室，人们都不能不为那精巧玲珑、琳琅满目、熠熠生辉的各种各类饰品所吸引，饰品令人目不暇接，而且价格合理，顾客盈门，产品畅销海内外。
总之，企业发展到一定规模后，要得到持续的发展，一定要高度重视自主开发创新，需投入一定的资金和精力，有一个独立的研发部门，不断地推陈出新，推出符合不断变化的市场需求，进一步引导市场需求的新产品，才能立于持续发展的不败之地。
2.如何将我国的人工宝石产业打造成为绿色环保型产业
随着国内外对生态环保、生命健康愈来愈高的重视和要求，人们对导致环境污染的各种因素（诸如大气排放、污水排放、生活环境中的重金属污染等）要求愈来愈严，指标愈来愈高，在经济发达的欧美、日本等地尤其更甚。
在污染源中，与人工宝石行业关系密切的莫过于重金属污染。所谓重金属，是指密度在5g/cm3以上的金属，如金、银、铜、铅、锌、镍、钴、镉、铬和汞等共45种，而从环境污染角度来看，所指的重金属，实际上主要是指汞、镉、铅、铬以及类金属砷等生物毒性显著的重金属。其中，与人工宝石行业关系最为密切的重金属是铅，例如：饰品中大量使用的玻璃质仿钻石，俗称“水钻”，其主要成分即为含铅量高达20%以上的铅玻璃，加入铅的目的是为了提高折射率，这种玻璃有时在市场上又称“水晶玻璃”，可以作饰品也可以作摆件，市场销售量很大。又如，目前市场上时尚饰品中，各种镶玻璃仿钻石的金属材料制成的饰品，由于价格较金、银饰品低廉很多，且款式众多，很受大众喜爱，已大量出口至欧美各国，但饰品中主要的金属成分则是铅－锡合金，铅含量达30%以上。此外，在各类塑料制品中（包括玩具、饰品、包装盒等），为了抗老化脆裂，往往加入氧化铅作为增塑剂，含量在百分之几范围内。由此可见，铅在人工宝石行业中的应用是非常广泛的。
铅对人体健康的危害，是通过铅进入人体来产生作用的。铅可以通过皮肤接触和口腔、呼吸道进入人体，铅能与多种器官亲和，对神经、血液、消化道、心脑血管、泌尿道等多个系统造成损害，严重影响人体新陈代谢。它堵塞金属离子代谢通道，造成低钙、低锌、低铁，且导致补充困难。体内的铅靠人体自身排除是很慢的，在不继续接受铅污染的条件下，骨骼内的铅要经过 20年才能排除一半。因此铅中毒损害人体器官是终身的，不可逆的。
在人工宝石及饰品的生产企业中，铅主要是以粉尘和烟雾的形式通过呼吸道和消化道进入人体的；对消费者来说，主要是通过皮肤接触进入人体。铅进入人体后即进入肝脏，小部分由胆汁排入肠内，随粪便排出体外；另一部分则进入血液，随血液先分布在各个组织里，以肝、肾中含量最高，随后以不溶于水的磷酸铅形式沉淀在骨骼和头发等处。急性铅中毒临床表现为恶心、呕吐、腹绞痛和便秘等胃肠道症状。慢性铅中毒，患者早期症状是乏力，肌肉、关节酸痛，腹痛和神经衰弱症状等，随着病情加重，还可出现贫血、腹绞痛、胃下垂、肾功能衰退等更严重的症状。此外，高浓度铅接触还会引起女性不孕、流产、死产，还可由母体经胎盘、乳汁传递给胎儿或幼儿。总之，铅对人类健康的影响十分严重，危害巨大。因此，国内外已将铅列为对人体健康危害最大的四种重金属之一。从2006年7月1日起，欧盟开始执行在2003年就制定出的标准和法律：在家用电器、玩具、焊接材料、时尚饰品乃至电脑中，禁止使用含铅等六类超标的有害重金属材料，这一法律称为ROHS标准，又称为ROHS环保指令或无铅指令认证，该指令主要针对的是电气和电子类产品，但也包括玩具、钟表及体育用品等。这就意味着从此之后，大量的机、电产品以及含铅的人工宝石及时尚饰品等将不再允许从我国出口至欧洲。据估计，对我国出口至欧洲产品金额的损失可能高达560亿美元。其中自然包括人工宝石及其深加工制品，因为出口的饰品中相当一部分是销往欧盟的。
除了重金属污染外，在人工宝石及时尚饰品行业中，还存在其他的污染源，如电镀中还采用有剧毒的氰化物，磨制宝石中的粉尘污染，磨削废料的倾倒污染，等等。由此可见，如何将我国的人工宝石行业打造成绿色生态环保型行业，是一项刻不容缓的任务。它不仅关系到人民的健康，还直接影响到产品的生产、销售和出口，是关系到企业生存的大问题。
为此，首先应当进行的工作是与国际接轨，根据我国国情和国内有关的法律、政策及标准，制定出相应的行业标准和国家标准，同时也应制定出相应的检测方法和标准，以及产品标志等。当然，更重要的仍然是如前所述的，建立自己的创新、开发机制，不断开发出新的绿色环保型产品，例如，开发饰物用低熔点金属，用不含铅的锡－铜－锌或锡－铜－银系合金来代替，等等。
3.如何将人工宝石产业构建成为循环经济产业链的重要组成部分
为了使我国的人工宝石产业能成为不断壮大的可持续发展产业，除了市场需求这一第一要素外，如何尽可能促使其融入我国的循环经济产业链也是十分重要的。例如：对于人工宝石的晶体材料生产，诸如红宝石、蓝宝石、合成立方氧化锆、尖晶石等，都是高能耗产业，在能源紧张的今天，注定会受到能源价格的制约。因此，国内外纷纷将上述晶体生长企业迁往低能源价格的地点，但这还不能构成循环经济，还要独辟蹊径，在这方面做得较好的企业可以福建屏南县的鑫磊晶体材料公司（简称鑫磊公司）为例：该公司附近的某化工厂生产时排出大量有毒的废氯化氢气，过去一段时间一直向大气排放，污染十分严重，被列为全国“十大污染案例”之一，鑫磊公司与中国科学院大连化学物理研究所合作，将废气分解成可回收的氯气和氢气，每年可消除相当于2t左右剧毒的氯气，并回收成可利用的含氯化合物。回收的可燃烧的氢气约3000万立方米/年，约折合成年生产1.65亿千瓦·时的电能，相当于年生产300t焰熔法红宝石（或蓝宝石）晶体所需能耗，既消除了污染，又获得了大量低价能源，所创年产值可达1.5亿元人民币左右。所生产的刚玉系列晶体除作为人工宝石外，还可进一步作为节能灯LED基片晶体的原材料，从而构成一条循环经济的生产链。目前，鑫磊公司已被福建省和国家发改委列为循环经济产业的典型和样板。
同样，磨制宝石的废弃粉料如果任其随便丢弃和排放，也会成为污染源。目前，我国环保卫生部门正就土壤和河流中的难分解微细颗粒物的含量，诸如SiO2,Al2O3,ZrO2,TiO2等制定防污染限量标准，因此，如何回收利用磨制大量人工宝石过程中所留下的废弃粉料，必然是重要的课题。实际上，废弃的各类粉体，虽然是各种磨削中废料的混合物，成分复杂，但仍然是以无机氧化物为主，有机物质只占少数，只要在800℃以上高温煅烧，有机物即可全部去除。剩余粉料经研磨机反复研磨，即可达到超微细粒度，可以用作为：①远红外线保暖纤维或泡沫塑料、远红外陶瓷甚至美容化妆品的主要原料；②工业上的隔热保温材料；③建筑材料中隔热涂料原料。其价格随着粒度的减小而增加，最高可到200～300元/千克。
三、人工宝石专业委员会今后在人工宝石产业中的定位和作用
人工宝石专业委员会是中宝协下属的分支结构，根据中宝协章程，在新一届委员会成立后的未来几年内，将着重抓如下的几项工作：
1）继续加强与国内外人工宝石行业内同仁们的联系，做好为广大企事业单位的相关服务工作，诸如收集、统计、分析、发布行业信息等。
2）积极组织并参与品牌培育和推荐工作。
3）配合国家的有关职能部门，制定出有关产品的各种质量标准和规范。
4）积极协助并组织对需要帮助的企业进行技术改进、人员培训、科普教育方面的技术服务工作。
5）做好桥梁和纽带作用，组织商贸洽谈会，组织国内企业参与国际市场竞争。
1、硼酸锌行业属于法规推动型产业，国内外相关法律法规的相继出台和逐步完善，影响着整个硼酸锌行业的格局。不断完善的政策法律环境为具有资源优势、规模经济优势和研发优势的企业提供发展的机会。世界硼酸锌产品正向着多元化、无毒化和多功能消费方向发展。
2、硼酸锌生产商除重视国内市场外，还努力开发国外市场，硼酸锌工业的全球化和竞争加剧。亚洲已成为增速最快的硼酸锌市场，美国一些硼酸锌制造商正在将其生产基地转向亚洲。
3、我国十二五规划把阻燃材料纳入重点发展产业，并且组建了绿色阻燃剂产业技术创新战略联盟，为阻燃材料行业的发展提供了政策性的平台。作为无机阻燃剂绿色环保的优势，硼酸锌等环保型阻燃剂产品将会迎来政策之风，不断发展壮大。
