一種熱鍍鋅鎂合金鋼板的生產方法
【專利摘要】本發明公開了一種熱鍍鋅鎂合金鋼板的生產方法，它是以冷軋IF、DP、TRIP帶鋼作為基板，經過表面清洗，退火處理后，再依次進行熱鍍鋅、真空鍍鎂、合金化工藝，最后將帶鋼經過涂油或鈍化表面處理后卷取而成。本發明首次將熱鍍鋅與真空鍍鎂的工藝相結合，并對鍍鋅、鍍鎂、合金化的工藝參數進行改進，得到的鍍鋅鎂合金鋼板表現出了極佳的耐蝕性，它的耐紅銹能力是具有同等厚度鍍層鋼板的3-10倍。本發明制得的鋅鎂合金鍍層與基板的結合力好，避免了基板中鐵與鋅的擴散及脆性鋅鐵合金相的形成，從而避免了鍍層的粉化傾向，由于表面鋅鎂合金層硬度大且非常致密，因此該鍍層具有相對更低的表面摩擦系數，對沖壓成形更有利。
【專利說明】一種熱鍍鋅鎂合金鋼板的生產方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種熱鍍鋅鎂合金鋼板的生產方法，屬于鋼板加工領域。
【背景技術】
[0002]隨著汽車、建筑、精密儀器、重型機械等行業的快速發展，人們對鋼板耐蝕性提出更高的要求，一般來說，通過增加鍍層厚度能有效提高鍍層耐蝕性，但鍍層厚度的一味增加也會導致成本的不斷增加和資源浪費，當前市場上鋅的價格長期居高不下，因此開發具有薄鍍層、高耐蝕特點的新型合金鍍層鋼板具有非常重要的意義。
[0003]從目前國內外報道來看，鋅鎂合金鍍層是最具產業化前景的鋅基合金鍍層之一。目前可用于制備鋅鎂合金鍍層鋼板的方法包括真空鍍膜、水溶液電鍍、熔融鹽電鍍等。其中，水溶液電鍍所采用的電鍍液體系是有機體系，其生產成本(原料合成成本)較高，同時該體系的危險性很大。另外，要獲得Zn-Mg合金鍍層，完成電鍍之后還需要進行熱處理，熱處理過程中可能會導致Zn、Fe的互擴散產生Zn-Fe合金相，導致鍍層脆性傾向增加，與基板結合性能變差。熔融鹽電鍍需要的溫度條件非常高，因而相應能耗大，成本高，并且高溫條件下Zn層與鋼板之間會因元素擴散而生成合金相，鋼板的力學性能也會受到影響等，因此目前難以在實際生產中起主導作用。
[0004]真空鍍膜方法是最有可能實現工業化大生產的方法。與傳統濕法電鍍相比，真空鍍膜方法具有許多優點，一是沉積材料廣泛，可沉積鋁、鎂等濕法電鍍很難沉積的標準電位很負的金屬。二是真空涂層的附著力、致密度、耐腐蝕性等都相當優良。此外，真空鍍膜方法更適宜進行多層結構復合鍍層制備，為鍍層結構多樣化開發提供了很好的手段。本發明正是結合了真空鍍膜與熱鍍鋅工藝的優點來制備鋅鎂合金鋼板。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在于提供一種熱鍍鋅鎂合金鋼板的生產方法，解決目前的鍍鋅鎂合金鋼板耐蝕性差，生產成本高等問題。
[0006]上述目的是通過以下技術方案實現的:
[0007]—種熱鍍鋅鎂合金鋼板的生產方法，它包括以下步驟:
[0008]I)選擇冷軋IF、DP、TRIP帶鋼作為基板；
[0009]2)基板首先經過表面清洗，去除表面殘留后進入退火爐，在780-840°C溫度范圍內進行再結晶退火處理，以獲得所需要的力學性能；
[0010]3)將退火完畢后的帶鋼溫度控制在460-530°C范圍內，進入鋅鍋進行熱鍍鋅處理，鍍鋅時帶鋼運行速度控制在60-150m/min，鋅鍋溫度控制在450-468°C，鋅液中鋁的重量含量控制在0.16-25%，鎂的重量含量控制在1_6%，其余為鋅及不可避免的雜質，其中雜質Fe必須控制在0.01%以下，表面鋅層的厚度通過調節氮氣氣刀的壓力來控制，鍍后帶鋼表面鋅層厚度為20-100 μ m ；
[0011]4)熱鍍鋅完后的帶鋼經冷卻后進入真空鍍鎂槽，真空鍍鎂槽中，帶鋼沿水平方向運行，真空鍍鎂槽的上下兩面各設有4-10個與蒸發坩堝連通的管道，真空鍍鎂槽的真空度控制在IX 10_5托以下，真空鍍鎂槽內雜質氧的含量控制在20ppm以下，蒸發坩堝的溫度控制在670-80(TC，坩堝內為金屬鎂，通過加熱使鎂蒸發后形成蒸汽沉積在帶鋼表面，帶鋼表面沉積鎂的厚度控制在0.3-2 μ m，鎂的沉積速度通過調節帶鋼運行速度和坩堝開口控制閥來控制，沉積完畢后進入合金化爐；
[0012]5)合金化爐采用輻射電加熱方式，合金化爐的電加熱功率為1300_2500kw，溫度控制在350-550°C范圍內，帶鋼在爐內的時間控制在6-18秒，讓帶鋼表面鎂與鋅充分擴散形成 MgZn2 或 Mg2Zn11 相；
[0013]6)帶鋼經過涂油或鈍化表面處理后卷取。
[0014]優選地,所述氮氣氣刀的氮氣純度為99.999%,氣刀壓力為200-500bar,氣刀距離鋅液面的高度為100-600mm，角度為O至-5度。
[0015]優選地，步驟5)中，合金化爐的溫度控制在350_380°C。
[0016]本方法采用了往鋅液中添加1-6%的Mg，鎂的添加能在熱鍍鋅層就形成一定量鋅鎂合金相，提高鍍層耐蝕性，但是由于鎂存在易燃以及冶煉等因素，鋅液中鎂的添加量非常有限。因此，結合后續的真空鍍鎂及合金化工藝，能極大提高鋅鎂合金鍍層中的鎂含量以及鋅鎂合金相總量，提高鍍層耐蝕性。鍍鎂工藝中，必須嚴格控制真空度以及氧含量，這主要是因為鎂蒸汽易燃易爆。鍍鎂厚度可在0.3-2 μ m范圍內選擇，在該范圍內形成的鋅鎂合金相耐蝕性更高。合金化溫度則是依據鋅鎂合金擴散實驗所確定，實驗證實，330°C條件以下，鋅和鎂之間難以互擴散形成鋅鎂合金，350°C條件下擴散6-18秒，鋅和鎂能充分互擴散形成鋅鎂合金相，而從380°C開始，不僅鋅和鎂互擴散更充分，基板中鐵也和鋅開始擴散鋅鐵相，脆性鋅鐵相的形成對鍍層附著力不利，因此，合金化溫度控制在350-380°C更有利于提高鍍層的附著力。
[0017]通過與現有技術相比，本發明的有益效果如下:
[0018]I)本發明首次將熱鍍鋅與真空鍍鎂的工藝相結合，并對鍍鋅、鍍鎂、合金化的工藝參數進行改進，得到的鍍鋅鎂合金鋼板表現出了極佳的耐蝕性，它的耐紅銹能力是具有同等厚度鍍層鋼板的3-10倍。
[0019]2)本發明中的鋅鎂合金鍍層與基板的結合力好，避免了基板中鐵與鋅的擴散及脆性鋅鐵合金相的形成，從而避免了鍍層的粉化傾向。由于表面鋅鎂合金層硬度大且非常致密，因此該鍍層具有相對更低的表面摩擦系數，對沖壓成形更有利。
[0020]3)本發明中鋅鎂合金鍍層中鎂含量高，鋅鎂合金層厚度大，可達1-4 μ m，這是傳統熱鍍鋅鎂工藝或電鍍鋅鎂工藝難以獲得的。
[0021]4)生產周期短，效率高，產品具備“薄鍍層、高耐蝕”特點，成本低，易實現工業化大生產。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0022]圖1是本發明中的真空鍍鎂槽的結構示意圖。圖中:1_真空鍍鎂槽，2-蒸發坩堝，3-管道，4-開口控制閥，5-工作輥。
[0023]圖2是不同合金化溫度處理后鋅鎂合金板XRD衍射圖譜。
[0024]圖3是不同溫度合金化處理后的三個試樣與電鍍鋅試樣在5 % NaCl中的極化曲線對比。
【具體實施方式】
[0025]以下結合實施例對本發明做進一步說明，但不應以此限制本發明的保護范圍。
[0026]實施例1
[0027]一種熱鍍鋅鎂合金鋼板的生產方法，其步驟如下:
[0028]I)以IF鋼為基板，規格為0.8 X 1700m。
[0029]2)基板首先經過表面清洗(依次熱水漂洗、電解清洗、堿洗)，全面去除表面殘留后進入退火爐進行再結晶退火處理，退火溫度為820°C。
[0030]3)將退火完畢后的帶鋼溫度控制在470°C，進入鋅鍋進行熱鍍鋅處理，鍍鋅時帶鋼運行速度控制在150m/min，鋅鍋溫度控制在460°C，鋅液中鋁的重量含量控制在0.21%，鎂的重量含量控制在I %，其余為鋅及不可避免的雜質，其中雜質Fe必須控制在0.01 %以下，表面鋅層的厚度通過調節氮氣氣刀的壓力來控制，氮氣氣刀的氮氣純度為99.999%，氣刀壓力為400bar，氣刀高度為300mm，角度為O度，鍍后帶鋼表面鋅層厚度為20 μ m。
[0031]4)熱鍍鋅完后的帶鋼經冷卻后進入真空鍍鎂槽(圖1所示)，真空鍍鎂槽中，帶鋼在工作輥的帶動下沿水平方向運行，真空鍍鎂槽的上下兩面各設有7個與蒸發坩堝連通的管道，真空鍍鎂槽的真空度控制在IX 10_5托以下，真空鍍鎂槽內雜質氧的含量控制在20ppm以下，蒸發坩堝的溫度控制在680°C，坩堝內為金屬鎂，通過加熱使鎂蒸發后形成蒸汽沉積在帶鋼表面，帶鋼表面沉積鎂的厚度控制在I μ m,鎂的沉積速度通過調節帶鋼運行速度和坩堝的開口控制閥來控制，沉積完畢后進入合金化爐。
[0032]5)合金化爐采用輻射電加熱方式，合金化爐的電加熱功率為1600kw，溫度控制在350°C，帶鋼在爐內的時間控制在18秒，讓帶鋼表面鎂與鋅充分擴散形成MgZn2 ；
[0033]6)帶鋼經過涂油表面處理后卷取，涂油規格為1.0g/m2。
[0034]如圖2所示為不同溫度處理后鋅鎂合金板XRD衍射圖譜。從中可看出，在330°C合金化處理試樣表面并無鋅鎂合金相生成，表面主要為Mg和Zn。當熱處理溫度提高至350°C與380°C后，表面相組成發生了明顯變化，標定結果表明主要有兩種類型合金相生成，一是鋅鎂合金相MgZn2，其典型特征是在2 Θ為19.667,20.785及22.261處出現了三個衍射峰，分別對應MgZnJ^ (100)、(002)與(101)三個晶面，說明本發明中的鋅鎂合金試樣經合金化退火處理形成的鋅鎂合金相主要為MgZn2。退火過程中Mg和Zn互擴散形成MgZn2或Mg2Zn11兩種金屬間化合物是鍍層耐蝕性提高的主要原因。
[0035]如圖3所示為不同溫度合金化處理后的三個試樣與傳統熱鍍方法制備的電鍍鋅鎂合金試樣(EG)在5% NaCl中的極化曲線對比，M330、M350, M380分別代表在330°C、350°C、380°C合金化處理。從圖中可以看出鋅鎂合金鍍層試樣EG試樣的自然腐蝕電位有較大負移。此外，在腐蝕初始階段，鋅鎂合金板自腐蝕電流相對EG試樣較大，因此在初始階段應該具有相對較大的腐蝕速度。但隨著腐蝕的進行，鋅鎂合金鍍層試樣極化曲線上出現了明顯鈍化現象，陽極極化電流隨電壓的增大而基本保持不變，表明此時試樣表面形成了鈍化膜。鍍層鈍化膜的形成能有效保護基體，降低腐蝕速度。而EG試樣未出現任何鈍化現象，表明鋅鎂合金鍍層試樣具有相對更好耐蝕性。
[0036]鹽霧試驗結果表明，本實施例中的鋅鎂合金板耐紅銹能力高達150h，是采用常規熱鍍方法制備的同等鍍層厚度鋅鎂合金板的5倍。采用90度V彎檢測方法檢測鋅鎂合金板的鍍層附著力結果為I級，附著力良好。采用型號為MTS-1ndentor xp的納米壓痕儀檢測表面摩擦系數，進行八次實驗取平均值，測得其表面摩擦系數為0.28，低于傳統熱鍍鋅鎂合金板表面平均值水平0.4。
[0037]實施例2
[0038]1.一種熱鍍鋅鎂合金鋼板的生產方法，其步驟如下:
[0039]I)選擇冷軋DP帶鋼作為基板；
[0040]2)基板首先經過表面清洗，去除表面殘留后進入退火爐，在840°C進行再結晶退火處理，以獲得所需要的力學性能；
[0041]3)將退火完畢后的帶鋼溫度控制在530°C，進入鋅鍋進行熱鍍鋅處理，鍍鋅時帶鋼運行速度控制在95m/min，鋅鍋溫度控制在458°C，鋅液中鋁的重量含量控制在0.19%，鎂的重量含量控制在3%，其余為鋅及不可避免的雜質，其中雜質Fe必須控制在0.01%以下，表面鋅層的厚度通過調節氮氣氣刀的壓力來控制，鍍后帶鋼表面鋅層厚度為ΙΟΟμπι;
[0042]4)熱鍍鋅完后的帶鋼經冷卻后進入真空鍍鎂槽，真空鍍鎂槽中，帶鋼沿水平方向運行，真空鍍鎂槽的上下兩面各設有6個與蒸發坩堝連通的管道，真空鍍鎂槽的真空度控制在IX 10_5托以下，真空鍍鎂槽內雜質氧的含量控制在20ppm以下，蒸發坩堝的溫度控制在80(TC，坩堝內為金屬鎂，通過加熱使鎂蒸發后形成蒸汽沉積在帶鋼表面，帶鋼表面沉積鎂的厚度控制在2 μ m，鎂的沉積速度通過調節帶鋼運行速度和坩堝開口控制閥來控制，沉積完畢后進入合金化爐；
[0043]5)合金化爐采用輻射電加熱方式，合金化爐的電加熱功率為2500kw，溫度控制在5500C，帶鋼在爐內的時間控制在6秒，讓帶鋼表面鎂與鋅充分擴散形成MgZn2或Mg2Zn11相；
[0044]6)帶鋼經過鈍化表面處理后卷取。
[0045]鹽霧試驗結果表明，本實施例中的鋅鎂合金板耐紅銹能力高達140h，是采用常規熱鍍方法制備的同等鍍層厚度鋅鎂合金板的4-5倍。采用90度V彎檢測方法檢測鋅鎂合金板的鍍層附著力結果為I級，附著力良好。采用型號為MTS-1ndentor xp的納米壓痕儀檢測表面摩擦系數，進行九次實驗取平均值，測得其表面摩擦系數為0.31，低于傳統熱鍍鋅鎂合金板表面平均值水平0.4。
[0046]實施例3
[0047]一種熱鍍鋅鎂合金鋼板的生產方法，其步驟如下:
[0048]I)選擇冷軋TRIP帶鋼作為基板；
[0049]2)基板首先經過表面清洗，去除表面殘留后進入退火爐，在780°C進行再結晶退火處理；
[0050]3)將退火完畢后的帶鋼溫度控制在485°C，進入鋅鍋進行熱鍍鋅處理，鍍鋅時帶鋼運行速度控制在60m/min，鋅鍋溫度控制在462°C，鋅液中鋁的重量含量控制在0.25%，鎂的重量含量控制在6%，其余為鋅及不可避免的雜質，其中雜質Fe必須控制在0.01%以下，表面鋅層的厚度通過調節氮氣氣刀的壓力來控制，鍍后帶鋼表面鋅層厚度為40μπι;
[0051]4)熱鍍鋅完后的帶鋼經冷卻后進入真空鍍鎂槽，真空鍍鎂槽中，帶鋼沿水平方向運行，真空鍍鎂槽的上下兩面各設有10個與蒸發坩堝連通的管道，真空鍍鎂槽的真空度控制在IX 10_5托以下，真空鍍鎂槽內雜質氧的含量控制在20ppm以下，蒸發坩堝的溫度控制在670°C，坩堝內為金屬鎂，通過加熱使鎂蒸發后形成蒸汽沉積在帶鋼表面，帶鋼表面沉積鎂的厚度控制在0.3 μ m，鎂的沉積速度通過調節帶鋼運行速度和坩堝的開口控制閥來控制，沉積完畢后進入合金化爐；
[0052]5)合金化爐采用輻射電加熱方式，合金化爐的電加熱功率為1300kw，溫度控制在360°C，帶鋼在爐內的時間控制在10秒，讓帶鋼表面鎂與鋅充分擴散形成MgZn2或Mg2Zn11相；
[0053]6)帶鋼經過涂油表面處理后卷取。
[0054]鹽霧試驗結果表明，本實施例中的鋅鎂合金板耐紅銹能力高達170h，是采用常規熱鍍方法制備的同等鍍層厚度鋅鎂合金板的5倍以上。采用90度V彎檢測方法檢測鋅鎂合金板的鍍層附著力結果為I級，附著力良好。采用型號為MTS-1ndentor xp的納米壓痕儀檢測表面摩擦系數，進行十次實驗取平均值，測得其表面摩擦系數為0.27，低于傳統熱鍍鋅鎂合金板表面平均值水平0.4。
【權利要求】
1.一種熱鍍鋅鎂合金鋼板的生產方法，其特征在于包括以下步驟: 1)選擇冷軋IF、DP、TRIP帶鋼作為基板； 2)基板首先經過表面清洗，去除表面殘留后進入退火爐，在780-840°C溫度范圍內進行再結晶退火處理，以獲得所需要的力學性能； 3)將退火完畢后的帶鋼溫度控制在460-530°C范圍內，進入鋅鍋進行熱鍍鋅處理，鍍鋅時帶鋼運行速度控制在60-150m/min，鋅鍋溫度控制在450-468°C，鋅液中鋁的重量含量控制在0.16-25 %，鎂的重量含量控制在1-6 %，其余為鋅及不可避免的雜質，其中雜質Fe必須控制在0.01%以下，表面鋅層的厚度通過調節氮氣氣刀的壓力來控制，鍍后帶鋼表面鋅層厚度為20-100μπι; 4)熱鍍鋅完后的帶鋼經冷卻后進入真空鍍鎂槽，真空鍍鎂槽中，帶鋼沿水平方向運行，真空鍍鎂槽的上下兩面各設有4-10個與蒸發坩堝連通的管道，真空鍍鎂槽的真空度控制在IX 10_5托以下，真空鍍鎂槽內雜質氧的含量控制在20ppm以下，蒸發坩堝的溫度控制在670-8000C，坩堝內為金屬鎂，通過加熱使鎂蒸發后形成蒸汽沉積在帶鋼表面，帶鋼表面沉積鎂的厚度控制在0.3-2 μ m，鎂的沉積速度通過調節帶鋼運行速度和坩堝開口控制閥來控制，沉積完畢后進入合金化爐； 5)合金化爐采用輻射電加熱方式，合金化爐的電加熱功率為1300-2500kw，溫度控制在350-550°C范圍內，帶鋼在爐內的時間控制在6-18秒，讓帶鋼表面鎂與鋅充分擴散形成MgZn2 或 Mg2Zn11 相； 6)帶鋼經過涂油或鈍化表面處理后卷取。
2.根據權利要求1所述熱鍍鋅鎂合金鋼板的生產方法，其特征在于:所述氮氣氣刀的氮氣純度為99.999%，氣刀壓力為200-500bar，氣刀距離鋅液面的高度為100-600mm，角度為O至-5度。
3.根據權利要求1所述熱鍍鋅鎂合金鋼板的生產方法，其特征在于:步驟5)中，合金化爐的溫度控制在350-380°C。
【文檔編號】C23C2/40GK104328370SQ201410630778
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年11月11日 優先權日:2014年11月11日
【發明者】顏飛, 黃勇, 陳曉海, 譚運剛, 李金 , 毛利川, 蘇衍戰, 李祥, 鐘榮飛 申請人:武漢鋼鐵(集團)公司