CN108486415A - 一种热浸镀锌铝镁镀液及其热浸镀后的钢板及钢板的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种热浸镀锌铝镁镀液及其热浸镀后的钢板及钢板的制备方法。所述热浸镀锌铝镁镀层钢板，包括基板和镀层，形成所述镀层的镀液包括以下化学成分及重量百分比：Al：2～5％，Mg：1～3％，Ti：0.01～0.05％，Fe：≤0.02，Cd：≤0.002％，Cr：≤0.002％其余为Zn和不可避免的杂质。基板经脱脂、漂洗、烘干连续退火处理后进行热镀锌，得到一种新型高表面质量和高耐蚀的镀层钢板。

Description

一种热浸镀锌铝镁镀液及其热浸镀后的钢板及钢板的制备 方法

技术领域

本发明属于热浸镀钢板加工技术领域，具体涉及一种热浸镀锌铝镁镀液及其热浸镀后的钢板及钢板的制备方法。

背景技术

热浸镀锌能够显著提高钢铁材料的防腐蚀性能，是一种重要的防腐蚀方法。镀锌层可以对基体材料起到物理性的隔离保护也可起到电化学保护的作用。热镀锌板具有良好的冲压性能、涂装性、焊接性等特性，广泛应用于家电、汽车、建筑等行业。然而，随着用户对钢板耐蚀性的要求逐渐提高，传统的热浸镀锌板很难满足用户需求，迫切需要开发一种新型的热浸镀锌层，进一步提高镀层的防护效果。

目前的锌铝镁镀层中均添加了铝、镁元素，但铝、镁的含量普遍较高。由于Mg含量越高，越容易引起氧化而形成较多锌渣，导致镀层表观不良，并且在不经过表面处理时，正常储存条件下非常容易发生黑变。铝含量太高会影响镀层的附着性，还会使底渣增加，影响钢板的表面质量。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种热浸镀锌铝镁镀液及其热浸镀后的钢板及钢板的制备方法。通过设计合金镀液的成分、浸镀工艺及镀后冷却速度，制备出一种高表面质量、高耐蚀性的新型热浸镀锌铝镁镀层钢板。

本发明采取的技术方案为：

一种热浸镀锌铝镁镀液，所述热浸镀锌铝镁镀液包括以下化学成分及重量百分比：Al：2～5％，Mg：1～3％，Ti：0.01～0.05％，Fe：≤0.02，Cd：≤0.002％，Cr：≤0.002％其余为Zn和不可避免的杂质。

所述热浸镀锌铝镁镀液的制备方法为：将纯锌锭、含20wt％铝元素的锌锭Zn-20％Al、含10wt％镁元素的锌锭Zn-10％Mg和含1wt％钛元素的锌锭Zn-1％Ti按照比例混合经常规方法熔炼铸锭后制备出所述镀液成分的合金锭，并将合金锭置于锌锅中熔化，得到所述热浸镀锌铝镁镀液。

进一步地，所述熔化的温度为500～600℃，熔化保温时间为2h，得到的镀液降温至455～465℃待用。

以上成分中，Al对生成Fe-Zn合金层的反应有很强的阻滞作用，Al的阻滞作用是由于在钢基表面形成了致密的Fe-Al金属间化合物同时抑制Fe-Zn合金层的生长，Al含量过高会使底渣增加，因此本发明将Al的含量限制在2～5％；镁对镀层耐蚀性有重要影响，在3％以下范围内，Mg含量越高，镀层耐蚀性越高，但Mg含量过高，造成浮渣增多，Mg的烧损严重，使制造成本升高，因此，本发明将Mg含量控制在1～3％；钛能够细化镀层晶粒，对提高镀层耐蚀性具有一定作用，Ti＜0.01％时，镀层组织细化不明显，Ti＞0.05％时，镀层表面质量下降，因此，本发明将Ti含量控制在0.01～0.05％。

本发明还提供了一种热浸镀锌铝镁镀层钢板，包括基板和镀层，所述镀层由所述基板在上述镀液中热浸镀形成。

所述基板包括以下化学成分及重量百分比：C：≤0.060％，Si：≤0.040％，Mn：0.10～0.25％，P：≤0.015％，S：≤0.010％，Als：0.035。

本发明还提供了所述热浸镀锌铝镁镀层钢板的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

S1、基板经脱脂、漂洗和烘干处理；

S2、将步骤S1处理后的基板进行连续退火；

S3、将基板浸入锌锅在所述的镀液中进行热浸镀，浸镀后冷却即可得到所述热浸镀锌铝镁镀层钢板。

所述步骤S1中，脱脂槽内脱脂液质量浓度为1.5～3.0％，脱脂温度为60～80℃。为保证钢板的表面清洁度，去除钢板表面轧制油及残余铁粉，钢板需进行脱脂清洗。脱脂液浓度＜1.5％，脱脂温度＜60℃，钢板清洗不佳；脱脂液浓度＞3.0％，脱脂温度＞80℃，易造成资源浪费，故脱脂槽内脱脂液质量浓度为1.5～3.0％，脱脂温度为60～80℃。

所述步骤S2中，退火炉保护气氛为：N₂+H₂，所述氢气的体积分数为5～15％；退火温度为740～760℃；保温时间为30～90s；露点-30±5℃。

连续退火是为了消除冷轧工序带来的“加工硬化”现象，提升钢板的力学性能。为提升钢板的浸镀性，防止钢板在加热过程中发生氧化，所以需控制退火炉内气氛和炉内露点。H₂含量＜5％，表面氧化不能完全还原，影响钢板浸镀性；H₂＞15％，实验过程中具有一定危险性，所以连续退火炉保护气氛为N₂+(5％～15％)H₂(体积分数)。露点过高易造成钢板表面氧化，影响浸镀性；露点过低，对退火炉密封性要求较高，较难控制，露点设置为-30±5℃。由于冷轧低碳钢板的再结晶温度为740～760℃，故退火温度设置为740～760℃，保温时间为30～90s，退火温度低于740℃，退火时间低于30s，钢板未完成完全再结晶，强度偏高，冲压性能较差；退火温度高于760℃，退火时间高于90s，易造成能耗增加，并且带钢易出现瓢曲等缺陷。

进一步地，所述步骤S2中，退火温度优选为748～752℃；保温时间优选为52～78s。

所述步骤S3中，基板入锌锅温度为450～500℃；镀液温度为440～480℃；浸镀时间3～5s；浸镀后以5～30℃/s冷却至室温。

钢带的入锌锅温度控制在比锌锅温度略高的范围，如果带钢温度过低，则会使钢带附近的锌液发生冷却，锌液流动性下降，不利于浸镀；带钢入锌锅温度过高，导致锌锅温度超过控制范围，扰乱锌锅温度场，所以基板入锌锅温度为450～500℃。镀液温度＜440℃镀液黏度较高、流动性较差，不利于浸镀；镀液温度＞480℃易导致Mg烧损严重、铁溶解量增加，影响镀液中的合金元素含量，所以镀液温度设置为440～480℃；浸镀时间过长会导致硬脆的Fe-Zn合金层生长过厚，镀层韧性降低，浸镀时间过短不利于锌液的附着性，因此浸镀时间设定为3～5s；带钢在浸镀后需要快速冷却，使表面镀层凝固。冷速过低导致表面镀层晶粒较大，耐蚀性较差；冷速过高易导致表面镀层产生裂纹，因此浸镀后以5～30℃/s冷却至室温。

进一步地，所述步骤S3中，基板入锌锅温度优选为456～471℃；镀液温度为优选448～452℃；浸镀时间3～5s；浸镀后以12～24℃/s冷却至室温。

进一步地，所述步骤S3中，基板入锌锅温度优选为476～493℃；镀液温度优选为461～474℃；浸镀时间3～5s；浸镀后以15～20℃/s冷却至室温。

本发明通过设计镀层成分、热浸镀温度及镀后冷却速度等，分析在所述镀层成分下的热浸镀锌铝镁镀层的表面形貌及耐蚀效果，获得一种新型高表面质量和高耐蚀的镀层钢板，根据本发明的方法得到的锌铝镁镀层钢板耐蚀性与常规锌铝镁镀层钢板相差不大，比传统镀锌板高5～10倍。

附图说明

图1为实施例1中的热浸镀锌铝镁镀层的宏观表面形貌；

图2为比较例1中的热浸镀锌铝镁镀层的宏观表面形貌；

图3为实施例1中的热浸镀锌铝镁镀层的微观表面形貌；

图4为比较例1中的热浸镀锌铝镁镀层的微观表面形貌；

图5为实施例1中的锌铝镁镀层盐雾腐蚀1000h的表面腐蚀状态；

图6为比较例1中的锌铝镁镀层盐雾腐蚀1000h的表面腐蚀状态；

图7为比较例2中的纯锌镀层盐雾腐蚀24h(a)、100h(b)的表面腐蚀状态。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行详细说明。

一种热浸镀锌铝镁镀层钢板，包括基板和镀层，形成各实施例和比较例中的热浸镀锌铝镁镀层钢板的镀层的镀液成分和基板成分如表1和表2所示。

表1各实施例和比较例中的镀层化学成分及重量百分比(％)

	Al	Mg	Ti	Fe	Cd	Cr	Si	Zn
									实施例1	3.0	3.0	0.02	0.01	0.001	0.002	-	余量
实施例2	3.0	1.0	0.01	0.015	0.002	0.001	-	余量
									实施例3	5.0	2.0	0.05	0.02	0.001	0.002	-	余量
比较例1	11.0	3.0	-	0.015	0.003	0.002	0.2	余量
									比较例2	0.2	-	-	0.015	-	-	-	余量

表2各实施例和比较例中的基板化学成分及重量百分比

各实施例和比较例中的热浸镀锌铝镁镀层钢板的制备方法如下，工艺参数如表3所示，合金锭的原料及重量百分比配比如表4所示：

S1、制备所述镀液成分的合金锭，并将合金锭置于锌锅中熔化，得到镀液；

S2、基板经脱脂、漂洗和烘干处理；

S3、将步骤S2处理后的基板进行连续退火，退火炉气氛含量(5～15％)H₂+N₂；

S4、将基板入锌锅进行热浸镀，浸镀后冷却即可得到所述热浸镀锌铝镁镀层钢板。

表3各实施例和比较例中的热浸镀锌铝镁镀层钢板的工艺参数

	实施例1	实施例2	实施例3	比较例1	比较例2
						脱脂液浓度，％	2.0	3.0	1.5	1.5	1.5
脱脂温度，℃	60	60	80	70	70
						退火温度，℃	750	740	760	700	750
保温时间，s	60	30	90	50	60
						氢气含量，％	5	10	15	5	5
基板入锌锅温度，℃	450	470	500	500	465
						热浸镀温度，℃	440	460	480	480	460
浸镀时间，s	3	4	5	5	3
						镀后冷却速度，℃/s	15	5	30	10	10

表4各实施例和比较例中的合金锭的原料及重量百分比(wt％)

	纯锌锭	Zn-20％Al	Zn-10％Mg	Zn-1％Ti	Al-10％Si
						实施例1	54.98	15	30	0.02	-
实施例2	74.99	15	10	0.01	-
						实施例3	54.95	25	20	0.05	-
比较例1	22	46	30	-	2
						比较例2	99	1	-	-	-

本发明所述生产方法生产的新型热浸镀锌铝镁镀层钢板的镀层表面平整光亮，无锌渣等缺陷，晶粒细化明显，表面光泽明显优于比较例1所述镀层。图1、2分别为实施例1、比较例1中的热浸镀锌铝镁镀层的宏观表面形貌，图3、4分别为实施例1、比较例1中的热浸镀锌铝镁镀层的微观表面形貌，镀层组织细密，MgZn₂相呈六边形，分布在镀层表面。从图1～4可以看出：本发明所述镀层表面平整，同比较例1相比具有高亮度，高光泽度，具有高的表面质量。

图5、6、7分别为实施例1、比较例1、比较例2的中性盐雾腐蚀后表面腐蚀状态。由图可看出：本发明所述镀层经过盐雾腐蚀1000h后表面无红锈产生，其耐蚀性同比较例1锌铝镁镀层差异不大，同比较例2相比耐蚀性具有明显优势，耐蚀性是比较例2镀层的5～10倍。

综上所述，按照本发明公开的方法得到的热浸镀锌铝镁镀层钢板的热浸镀层组织均匀，表面平整、光亮、无锌渣；中性盐雾腐蚀1000h无红锈，耐腐蚀性能与比较例1差别不大，是比较例2传统镀锌板的5～10倍。

上述参照实施例对一种热浸镀锌铝镁镀液及其热浸镀后的钢板及钢板的制备方法进行的详细描述，是说明性的而不是限定性的，可按照所限定范围列举出若干个实施例，因此在不脱离本发明总体构思下的变化和修改，应属本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种热浸镀锌铝镁镀液，其特征在于，所述热浸镀锌铝镁镀液包括以下化学成分及重量百分比：Al：2～5％，Mg：1～3％，Ti：0.01～0.05％，Fe：≤0.02，Cd：≤0.002％，Cr：≤0.002％其余为Zn和不可避免的杂质。

2.一种热浸镀锌铝镁镀层钢板，包括基板和镀层，其特征在于，所述镀层由所述基板在权利要求1所述的镀液中热浸镀形成。

3.根据权利要求2所述的热浸镀锌铝镁镀层钢板，其特征在于，所述基板包括以下化学成分及重量百分比：C：≤0.060％，Si：≤0.040％，Mn：0.10～0.25％，P：≤0.015％，S：≤0.010％，Als：0.035。

4.根据权利要求2或3所述的热浸镀锌铝镁镀层钢板的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

S1、基板经脱脂、漂洗和烘干处理；

S2、将步骤S1处理后的基板进行连续退火；

S3、将基板浸入锌锅在权利要求1所述的镀液中进行热浸镀，浸镀后冷却即可得到所述热浸镀锌铝镁镀层钢板。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，脱脂槽内脱脂液质量浓度为1.5～3.0％，脱脂温度为60～80℃。

6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，退火炉保护气氛为：N₂+H₂，所述氢气的体积分数为5～15％；退火温度为740～760℃；保温时间为30～90s；露点-30±5℃。

7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，退火温度为748～752℃；保温时间为52～78s。

8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中，基板入锌锅温度为450～500℃；镀液温度为440～480℃；浸镀时间3～5s；浸镀后以5～30℃/s冷却至室温。

9.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中，基板入锌锅温度为456～471℃；镀液温度为448～452℃；浸镀时间3～5s；浸镀后以12～24℃/s冷却至室温。

10.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中，基板入锌锅温度为476～493℃；镀液温度为461～474℃；浸镀时间3～5s；浸镀后以15～20℃/s冷却至室温。