供稿|張樹亮 / ZHANG Shu-liang

內容導讀

鋅鋁鎂鍍層鋼板產品是在傳統(tǒng)熱鍍純鋅鍍層產品的基礎上，在鍍液中添加適量的Al、Mg以及其他微量合金元素得到的合金鍍層產品。因其具有良好的耐腐蝕、耐磨損、切口自愈能力和低摩擦因數(shù)等特性，在眾多領域具有巨大應用前景。本文從光伏支架中鋼材的使用現(xiàn)狀出發(fā)，對熱基鋅鋁鎂材料的發(fā)展和應用現(xiàn)狀進行綜述，分析了熱基鋅鋁鎂材料在光伏支架中應用的優(yōu)勢和的可行性，發(fā)現(xiàn)熱基鋅鋁鎂材料直接采用酸洗后的熱軋板為原料，可生產規(guī)格更厚的產品，更好地滿足光伏行業(yè)的需求。

光伏支架是太陽能光伏電站的基礎結構，主要包括地面光伏電站支架、漂浮光伏電站支架、棚式光伏電站支架和屋面光伏電站等。光伏電站支架根據(jù)光伏電站分布情況可分為分布式光伏支架、聯(lián)排式光伏支架等；根據(jù)結構又可分為固定光伏支架和跟蹤光伏支架等；根據(jù)用途可分為漁光互補和牧光互補等特色光伏支架產品。

碳達峰、碳中和時間表吹響了隨著全球能源轉型、綠色低碳行動的推進號角，國內五家電力央企提出在新能源“十四五”發(fā)展規(guī)劃中提到預期新裝機光伏發(fā)電15000萬kW。按照太陽能發(fā)電100萬kW用光伏支架需要鋼材4萬t統(tǒng)計，光伏電站建設量如此龐大，鋼材需求量也會隨之不斷增加，僅國內五家電力央企在未來5年的光伏支架鋼材需求量就在600萬t左右。鑒于光伏電站所處的沙漠、灘涂、戈壁等地區(qū)環(huán)境惡劣的情況，具有優(yōu)良耐蝕性的熱基鋅鋁鎂材料有望被大量應用到光伏支架的制作中[1-4]?；诖?，本文從光伏支架中鋼材的使用現(xiàn)狀出發(fā)，對熱基鋅鋁鎂材料的發(fā)展和應用現(xiàn)狀進行綜述，分析了熱基鋅鋁鎂材料在光伏支架中應用的優(yōu)勢和的可行性。

光伏支架中鋼材的使用現(xiàn)狀

光伏電站一般建在沿海灘涂、沙漠、戈壁和水面等環(huán)境惡劣的區(qū)域，根據(jù)“NB∕T 10115—2018 光伏支架結構設計規(guī)程”的描述，光伏電站的光伏支架設計使用年限應不少于25年，因此對光伏支架的防腐性能要求非常高。

光伏支架主要由支架基礎、立柱、主梁、檁條、斜梁和支架配件等部分構成，除支架基礎的地樁采用厚度為4~12 mm熱浸鍍鋅Q235和Q335材料以外，其他部件基本采用1.5~8.0 mm熱浸鍍鋅Q235和Q335材料。隨著高強鋼的應用，部分光伏支架開始使用S350GD、S420GD等材料替代，厚度一般為1.5~5.0 mm。目前，國內大部分光伏項目支架防腐方式為熱軋帶鋼經冷彎成形和酸洗后進行熱浸鋅處理，鋅層厚度要求不低于60 μm，這種方式的成本包含熱軋帶鋼成本、熱浸鋅成本和零件倒運運費，成本較高，而且光伏支架材料通過熱浸鋅之前需要經過清洗、酸洗等處理程序，對環(huán)保設備設施要求較高，一般熱浸鋅鍍鋅廠無法達到環(huán)保要求，從而造成嚴重的環(huán)境污染。

把碳達峰、碳中和納入生態(tài)文明建設整體布局要求促使光伏新能源行業(yè)迅猛發(fā)展，導致光伏支架需求量也顯著增加，使用傳統(tǒng)材料浸鋅導致的環(huán)境、鋅耗、運輸?shù)瘸杀締栴}日益突出。因此在光伏支架的選材上迫切需要一種高強度、耐腐蝕、環(huán)境管理可控的材料替換傳統(tǒng)材料。

熱基鋅鋁鎂材料的發(fā)展與應用

鋅鋁鎂鍍層鋼板產品是在傳統(tǒng)熱鍍純鋅鍍層產品的基礎上，通過在鍍液中添加適當?shù)腁l、Mg以及其他微量合金元素，得到的合金鍍層產品。根據(jù)Al含量的不同分為低、中、高鋁鋅鋁鎂材料，例如以歐洲鋼廠蒂森 ZM EcoProtect?、奧鋼聯(lián)Corrender?等為代表采用的低鋁成分。鋅鋁鎂鍍層材料由于Al、Mg合金元素的協(xié)同作用，使得這種熱鍍鋅鋁鎂鍍層產品相比純鋅鍍層具有更突出的特性，主要包括①切口耐腐蝕性能：鋅鋁鎂切口位置的耐蝕性遠高于傳統(tǒng)純鋅鍍層；②平面耐腐蝕性能：中性鹽霧試驗鋅鋁鎂鍍層是傳統(tǒng)純鋅鍍層的3~7倍，大氣長期腐蝕鋅鋁鎂鍍層能達到純鋅鍍層的2倍；③低摩擦因數(shù)：鋅鋁鎂鍍層的摩擦因數(shù)比純鋅鍍層低15%；④耐磨損性能：鋅鋁鎂鍍層的硬度是純鋅鍍層的3倍左右。

近年來，鋅鋁鎂鍍層材料的開發(fā)和應用一直受世界各國的重視，其成分體系和應用范圍不斷發(fā)展。1985年日本鋼鐵研究中心研制開發(fā)了Zn-4.5%Al-0.1%Mg鍍層鋼板，商品名為SuperZinc。到20世紀90年代，日新制鋼公司開發(fā)出Zn-6%Al-3%Mg合金鍍層，商品命名為ZAM。2000年日本新日鐵公司開發(fā)出Zn-Al-Mg-Si高耐蝕性鍍層鋼板，其商品名為Super Dyma。隨后歐洲蒂森、塔塔、奧鋼聯(lián)等也紛紛開發(fā)熱鍍鋅鋁鎂專利產品——不同于日本以建筑用為主的“中鋁”熱鍍鋅鋁鎂產品，歐洲的鋅鋁鎂鍍層成分均為“低鋁”設計，以汽車用鋼為主攻方向。2013年澳大利亞博思格公司開發(fā)生產了高鋁鋅鋁鎂成分體系，并命名為“Next Generation ZINCALUME”，以建筑用鋼為主。國內各大鋼廠也自主研發(fā)了各自成分體系的鋅鋁鎂產品，根據(jù)基材不同和鍍層成分的不同分別應用于汽車、家電和建筑等領域。

與冷基鋅鋁鎂材料相比，熱基產品直接以酸洗后的熱軋板為原料，可生產規(guī)格更厚的產品，可更好地滿足光伏行業(yè)的需求。由于減少了冷軋工序，熱基產品生產流程更短、成本更低、綠色節(jié)能環(huán)保的優(yōu)勢更加明顯。

熱基鋅鋁鎂材料在光伏支架應用中的優(yōu)勢

(1) 降低成本。傳統(tǒng)光伏支架采用熱軋黑帶經加工成型后浸鋅處理，后浸鋅加工費用約為2200元/t，加工后要對沖孔位置進行修整，同時增加運輸成本。熱基鋅鋁鎂材料在熱軋基礎上通過連續(xù)鍍鋅方式進行加工，同等級防腐能力鋅層減薄后材料自身成本降低約800元/t，同時減少沖壓廠到鍍鋅廠之間往返的運輸成本。

(2) 減少污染，利于環(huán)保。首鋼熱基鋅鋁鎂材料直接采用熱軋基材進行酸洗后熱鍍鋅處理，減少冷軋軋制環(huán)節(jié)，同時首鋼作為目前河北地區(qū)惟一環(huán)保評級A+級企業(yè)，對比傳統(tǒng)小規(guī)模后浸鋅廠環(huán)保技術和設施先進，對環(huán)境保護起到積極作用。

(3) 熱基鋅鋁鎂材料具有自愈性。熱基鋅鋁鎂材料在使用過程中切口或者劃傷位置經過氧化形成水鋅礦對紅銹位置進行包裹達到防銹的作用，目前首鋼熱基鋅鋁鎂材料切口和表面中性鹽霧試驗已達到4000 h無紅銹，如圖1和圖2所示。

圖1 不同厚度熱基鋅鋁鎂材料經4000 h表面中性鹽霧試驗結果：(a)1.5 mm；(b)3.0 mm

圖2 不同厚度熱基鋅鋁鎂沖孔處經4000 h表面中性鹽霧試驗結果：(a)1.5 mm；(b)3.0 mm

(4) 熱基鋅鋁鎂鍍層材料性能穩(wěn)定，可提高材料強度達到材料輕量化需求，避免出現(xiàn)熱軋黑帶經成型后熱鍍鋅造成材料強度降低的情況出現(xiàn)。同時材料規(guī)格尺寸便于控制，便于光伏支架標準化、批量化生產。

結束語

首鋼熱基鋅鋁鎂材料以其良好的表面質量、穩(wěn)定的性能、良好的環(huán)保性以及低成本的優(yōu)勢已用于光伏行業(yè)并逐步被各電力公司認可，同時也為鋼廠和電站業(yè)主帶來良好的經濟效益，因此熱基鋅鋁鎂材料值得大力推廣和廣泛使用。