熱鍍鋅鋼板的鍍鋅方法

2023-08-07 03:56:56 1

專利名稱：：熱鍍鋅鋼板的鍍鋅方法熱鍍鋅鋼板的鍍鋅方法
發明內容本發明屬於熱鍍鋅鋼板製造領域，具體涉及一種鍍層附著性良好的熱鍍鋅鋼板的鍍鋅方法。
背景技術：
：熱鍍鋅鋼板由於其良好的耐腐蝕性能、優良的塗鍍性能和潔淨的外觀在家用電器、汽車車身用板等製造業中得到了廣泛的應用。對熱鍍鋅鋼板鍍層的要求是鍍層與基板的附著力強，衝壓變形時不脫落，另外要有良好的焊接性能、耐腐蝕性能和磷化性能，以確保漆膜的附著力和塗漆後的耐腐蝕性。然而，熱鍍鋅鋼板在實際應用的衝壓加工過程中存在鍍層的粉化和剝離等問題，造成了鍍層的破壞，進一步影響到鍍層的耐腐蝕性和塗著性。鍍鋅鋼板鍍層的附著性除了受基體鋼板的成分、工藝條件的影響外，還主要受到鍍層的成分和組織結構的影響。粉化和剝離與鍍層的化學成分及相結構有關，鍍層粉化量隨鍍層中的鐵含量升高而增多。鍍層的粉化為r相兩側的界面形成微裂紋，擴展後貫穿整個鍍層形成。r相厚度超過i.oum時，粉化量隨r相的厚度增加而增加，將鍍層中的鐵含量控制在11%左右，就可以阻礙厚的r相形成，因此抗粉化性能的主要影響因素是s相(細晶結構)和；相(柱狀結構)。s相硬而脆，對成形性不利，；相硬度與基體鋼板相當，在形變時利於釋放鍍層中的殘餘應力，但其韌性高，易粘在模具上造成鍍層表面缺陷或者發生剝離。因此只有當鍍層中的；相和s相具有適當比例時，鍍層才具有好的成形性。鍍層表面S相消失而不均勻的緻密s相未出現時的鍍層組織是最佳鍍層組織。另外，國外還研究了熱鍍鋅鋼板Fe-Al中間層的結構，發現中間層由Fe2Al5和FeAl3組成，並且該層可以延遲Fe-Zn合金層的形成。Zn在Fe-Al中間層晶粒邊界的溶解對於中間層的形成起著重要的作用，它直接影響著Fe-Al中間層的形成。熱鍍鋅鋼板的鋼基與鋅層之間的Fe-Al中間過渡層中的鋁含量是衡量鍍層粘附強度的一個重要標準。但是，Fe-Al中間過渡層中含有較高的鋁量，僅是獲得良好鍍層粘附力的必要條件，而不是充分條件。因為只有當鋅在Fe-Al中間過渡層中的不飽和溶解和形成貧鋅固溶體時，此層才能起到粘附作用和阻止Fe-Zn擴散的作用，並形成薄的Fe-Zn合金層，此時，鍍層附著性較好。若Zn在Fe-Al中間過渡層中的溶解度達到過飽和並生成了富鋅固溶體時，這時中間層中的A1絕對含量雖然沒有減少，但是A1的百分含量卻顯著下降，同時因為鋅的過飽和而破壞了Fe-Al中間過渡層的均質性，由此便使中間層喪失了粘附作用和阻止擴散作用，並且形成較厚的Fe-Zn合金層，使鋅層的附著力同時變壞。現有技術中通過改變鋼板的成分或通過控制熱鍍鋅鋼板的表面粗糙度使表面形成被膜技術來改善鍍層與鋼基的附著性，但是未取得較好的效果，目前還未出現通過控制鍍層的成分和組織結構來改善鍍層與鋼基的附著性的方法。
發明內容本發明所要解決的技術問題是提供一種熱鍍鋅鋼板的鍍鋅方法，通過控制熱鍍鋅工藝鍍浴中的鋁含量來控制Fe-Al中間過渡層中的Al/Zn比例，減少Fe-Zn合金層的形成，調整鍍層的最優晶粒取向，提高鍍層的附著性。本發明的熱鍍鋅鋼板的鍍鋅方法，具體為鋼板經酸洗、退火後進行熱鍍鋅操作；熱鍍鋅操作過程中，入鍍浴時鋼板溫度為455465。C，鋅鍋中鍍浴溫度為45046(TC，鍍浴中Fe含量〈0.03%，鍍浴中Al含量O.210.25%，機組速度100110m/min，高跨溫度235245°C，鋼板冷卻速率為0%。其中，所述鋼板冷卻速率為0%是指於空氣中自然冷卻。所述鋼板以重量百分比計，含有C:0.030.07%，Mn:0.010.03%，Si:0.190.30%，P:0.0060.019%，S:0.0090.020%，Al:0.020.07%，其餘為Fe。所述鋼板厚度為O.8mm，鍍鋅後鋅層重量為180195g/m2，鋅層表面經過Si02鈍化處理本發明的有益效果是(1)本發明的熱鍍鋅工藝條件使鋼板基材與鋅鍍層之間的Fe-Al中間過渡層可以阻止Fe、Zn之間的相互擴散，減少Fe-Zn合金層的形成，鍍層中不會形成r相，S相較薄，^相很少，鍍層大部分由n相組成，提高了熱鍍鋅鋼板鍍層的附著性，鍍層鋅粉脫落、剝離等現象減少；(2)本發明的熱鍍鋅工藝條件使熱鍍鋅鋼板的鍍層晶粒取向優化，鍍層的抗劃性、耐磨性及附著性能明顯提高；(3)本發明的熱鍍鋅生產工藝簡單，成本較低。圖l是實驗例l典型的鍍層剖面電子探針(EPMA1600型)波譜面掃描分析譜圖。圖2是實驗例l和比較例6鍍層中Fe-Al中間過渡層的Al、Zn元素原子百分比變化。圖3是實驗例l5和比較例610鍍層中Fe-Al中間過渡層的Al、Zn元素平均原子百分比圖4是實驗例l及比較例6鍍層中Fe、Zn和Al元素的質量百分比變化及金相組織，(a)實驗例l，(b)比較例6。圖5是實驗例1及比較例6典型的XRD衍射圖譜(a)實驗例l、(b)比較例6。圖6是U形彎曲試樣形狀示意圖1彎曲試驗機夾具、2彎曲試樣。圖7是實驗例15和比較例610鋅粉脫落量均值及方差。圖8是實驗例1與比較例6鍍層劃痕中間位置處輪廓測量結果，l比較例6、2實驗例l。具體實施方式以下結合實施例對本發明作進一步的闡述。實施例僅用於說明本發明，而不是以任何方式來限制本發明。實施例1熱鍍鋅鋼板實驗例15和比較例610的製備DXl冷軋鋼板厚度為O.8mm，成分為C0.030.07%，Mn0.010.03%，Si0.190.30%，P0.0060.019%，S0.0090.020%，Al0.020.07%，其餘為Fe及不可避免雜質，DX1冷軋鋼板經酸洗、退火後，在表l列出的熱鍍鋅工藝條件下進行熱鍍鋅操作，其中鋅鍋中鍍浴初始溫度為45(TC，鍍浴中Fe含量〈0.03X，鋼板入鍍浴溫度460°C，機組速度100m/min，高跨溫度240°C，冷卻速率為0%，將鍍浴中的Al含量調整為O.160.18%進行熱鍍鋅操作得到610比較例，將鍍浴中的Al含量調整為O.210.25%進行熱鍍鋅操作得到15號實驗例。對鋅層重量控制到180195g/i/左右，鋅層表面經過Si02鈍化處理。表l熱鍍鋅工藝條件tableseeoriginaldocumentpage5實施例2熱鍍鋅鋼板實驗例15和比較例610的性能測定通過以下方法對鍍層的Fe-Al中間過渡層和鍍層組織以及鍍層抗脫落性能、抗劃性、耐磨性等鍍層附著性能進行評價。(1)鍍層Fe-Al中間過渡層及組織結構由於Fe-Al中間過渡層厚度在幾十至幾百納米之間，常規的金相制樣手段很難將這一中間層顯示出來。本發明金相制樣採用斜鑲樣，鑲樣材料為電木粉，在熱鑲樣機上將3塊熱鍍鋅鋼板試樣用502強力膠粘在一起，磨製和拋光後並排放置在與水平面的傾斜角度呈30。的斜墊塊上，鋼板整個斷面的可視範圍大約增大了l倍，各鍍層和鋼基界面之間的Fe-Al中間層過渡層均明顯顯示出來。鍍層Fe-Al中間過渡層中各主要元素原子及質量百分比通過電子探針(EPMA1600型)波譜面掃描和點成分分析進行測定。EPMA所用試樣全部採用斜鑲樣的未浸蝕的金相試樣。從EPMA面掃描結果看，所有實驗例和比較例均具有如圖l所示的Fe-Al中間過渡層，兩邊分別為鋼基和鋅層。圖2示出了典型的實驗例試樣l和比較例試樣6鍍層Fe-Al中間過渡層中Al和Zn元素原子百分比變化。圖3示出了實驗例試樣l6和比較例試樣610鍍層Fe-Al中間過渡層中24位置處Al和Zn元素平均原子百分比。表2列出了實驗例和比較例各鍍層Fe-Al中間過渡層中Al和Zn的原子濃度及Al/Zn比值。從以上結果可見，實驗例Fe-Al中間過渡層中Al元素原子百分含量顯著大於比較例，Zn元素原子百分含量與比較例相比有所增加，但實驗例A1/Zn比值在O.9401.125之間，而比較例A1/Zn比值在0.4210.499之間，實驗例A1/Zn比值顯著大於比較例。圖4示出了實驗例l和比較例6鍍層中Fe、Zn和Al元素的質量百分比變化及鍍層中的金相組織。表2列出了實驗例和比較例各鍍層的相組織。可見，實驗例鍍層中S相和^相均較少，純鋅層n相較多；而比較例鍍層中均具有較厚的s相和^相，純鋅層n相較薄。表2熱鍍鋅鋼板性倉l試驗樣品Fe-Al中間過渡層相組織鋅層晶粒取向tableseeoriginaldocumentpage6(2)鍍層晶粒取向鍍層表面未作任何處理，在x射線衍射儀(XRD)上分別進行鍍層小角衍射(掠射角5。)，測定鍍層的衍射峰強度。實驗例1及比較例6鍍層表面在5。掠射角時的典型衍射圖譜見圖5。表2列出了各試樣Zn(002)峰的衍射強度。可見，熱鍍鋅工藝鍍浴中的A1含量控制在0.210.25%後，實驗例試樣l5鍍層晶粒呈現出Zn(002)方向的擇優取向，Zn(002)峰的衍射強度顯著增強，均大於24000cts。而鍍浴中的Al含量控制在O.160.18%的比較例610中，Zn(002)峰的衍射強度在15000cts以下。(3)鍍層抗脫落性能通過"U"形彎曲試驗來檢驗鍍層的抗脫落性能。彎曲試驗按照國標GB/T232—1999(金屬材料彎曲試驗方法)進行，試樣製備參考GB/T2975—1998(鋼及鋼產品力學性能試驗取樣位置及試樣製備)。圖6示出了彎曲試樣的最終形狀。試樣用線切割機加工，試驗前用乙醇擦拭試樣表面，然後在所有試樣彎曲部位內外表面粘貼相同大小的透明膠帶，試樣連同膠帶在彎曲試驗機上進行彎曲加工，通過膠帶收集彎曲部位剝落的鋅粉，對各鍍層的鋅粉脫落量用ICP法進行測量。圖7示出了實驗例15和比較例610鋅粉脫落量的均值及方差。可見，鍍浴中的Al含量在O.210.25%之間時，實驗例15的鋅粉脫落量均明顯小於比較例610。表3根據下述標準對實施例和比較例各試樣的鍍層抗脫落性能進行評價特別良好(鋅粉脫落量《O.OlOOmg);〇良好(鋅粉脫落量在0.01000.0300mg之間)；A稍微不良(鋅粉脫落量在0.03000.0360mg之間)；X不良(鋅粉脫落量SO.0440mg)。(4)鍍層抗劃性能鍍層抗劃性能試驗在美國CETRUMT-2型多功能摩擦磨損試驗機上完成，抗劃性能試驗應用劃痕試驗裝置部分，劃痕試驗的壓頭為鏟形金剛石，頭部曲率半徑為800um。劃痕試驗採用線性增加的加載方式，選用加載載荷從O.5N增加至2N。試驗後應用AmbiosXP2型輪廓儀測量各鍍層試驗後的劃痕輪廓形貌。圖8示出了實驗例1與比較例6鍍層劃痕中間位置處輪廓測量結果。可見，鍍浴中的Al含量在0.210.25。/。之間時，實驗例中的鍍層劃痕深度明顯小於比較例。表3根據下述標準對實施例和比較例各試樣的鍍層抗劃性能進行評價〇良好(劃痕深度《7.00ym)A稍微不良(劃痕深度在7.008.OOym之間)X不良(劃痕深度》8.00ym)(5)鍍層耐磨性能鍍層耐磨性能試驗在美國CETRUMT-2型多功能摩擦磨損試驗機往復滑動摩擦試驗平臺上完成。上試樣(對磨試樣)為直徑10mm的不鏽鋼圓球，下試樣為熱鍍鋅鋼板。往復滑動摩擦磨損試驗參數為法向載荷Ff2N，往復位移幅值0=2mm，相對運動速度V二2mm/s，運行時間1=1000s，循環次數^500。試驗後應用AmbiosXP2型輪廓儀測量各鍍層試驗後的磨痕輪廓形貌。表3列出了實施例和比較例各試樣100次摩擦循環後的平均摩擦係數，並根據下述標準對磨痕輪廓進行評價〇良好(磨痕深度《8.00ym)A稍微不良(磨痕深度在8.0010.00ym之間)X不良(磨痕深度》10.00ym)(6)鍍層附著性能綜合評價表3根據下述標準對實施例和比較例各試樣的鍍層附著性能進行綜合評價〇良好(良好0計數在2個以上，稍微不良A最多只有1個)；A稍微不良(良好O計數有l個，稍微不良A計數有2個)；X不良(不良X計數在2個以上或稍微不良A計數有2個，不良X計數有l個)。表3熱鍍鋅鋼板性能評價tableseeoriginaldocumentpage8由表3的評價結果可知，本發明熱鍍鋅工藝過程中使鍍浴中的Al含量控制在O.210.25%之間，其他工藝不變的條件下得到的熱鍍鋅鋼板(實驗例)與以往鋼板(比較例)相比，鍍層Fe-Al中間過波層中的Al/Zn比值在0.9401.125之間，鍍層中S相和^相均減少，純鋅層n相增多，並形成取向優化的Zn(002)晶粒，鍍層的抗脫落性能、抗劃性能和耐磨性能顯著提高，鍍層與基材的附著性能明顯改善。權利要求1.熱鍍鋅鋼板的鍍鋅方法，鋼板經酸洗、退火後進行熱鍍鋅操作，其特徵在於熱鍍鋅操作過程中，入鍍浴時鋼板溫度為455～465℃，鋅鍋中鍍浴溫度為450～460℃，鍍浴中Fe含量＜0.03％，鍍浴中Al含量0.21～0.25％，機組速度100～110m/min，鋼板冷卻速率為0％，高跨溫度235～245℃。2.根據權利要求l所述的熱鍍鋅鋼板的鍍鋅方法，其特徵在於所述鋼板以重量百分比計，含有C:0.030.07%，Mn:0.010.03%，Si:0.190.30%，P:0.0060.019%，S:0.0090.020%，Al:0.020.07%，其餘為Fe。3.根據權利要求l所述的熱鍍鋅鋼板的鍍鋅方法，其特徵在於所述鋼板厚度為O.8mm。4.根據權利要求l所述的熱鍍鋅鋼板的鍍鋅方法，其特徵在於鍍鋅後鋅層重量為1S0195g/r^，鋅層表面經過Si&鈍化處理。全文摘要本發明屬於熱鍍鋅鋼板製造領域，所解決的技術問題是提供了一種熱鍍鋅鋼板的鍍鋅方法，該方法具體為鋼板經酸洗、退火後進行熱鍍鋅操作；熱鍍鋅操作過程中，入鍍浴時鋼板溫度為455～465℃，鋅鍋中鍍浴溫度為450～460℃，鍍浴中Fe含量＜0.03％，鍍浴中Al含量0.21～0.25％，機組速度100～110m/min，鋼板冷卻速率為0％，高跨溫度235～245℃。上述工藝條件使鋼板與鋅鍍層之間的Fe-Al中間過渡層中Al和Zn的原子濃度Al/Zn比值＞0.9，鍍層中不會形成Γ相，δ相較薄，ξ相很少，鍍層大部分由η相組成，並形成取向優化的Zn(002)晶粒，使鍍層的附著性、抗劃性、耐磨性明顯提高。文檔編號C22C38/06GK101323941SQ20081030327公開日2008年12月17日申請日期2008年7月31日優先權日2008年7月31日發明者丹於,周一林,權徐,煒李,楊學高,冰田,程興德,鄭之旺,郭太雄申請人:攀鋼集團研究院有限公司;攀鋼集團攀枝花鋼鐵研究院有限公司;攀枝花新鋼釩股份有限公司