CN101323941A - 热镀锌钢板的镀锌方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于热镀锌钢板制造领域，所解决的技术问题是提供了一种热镀锌钢板的镀锌方法，该方法具体为钢板经酸洗、退火后进行热镀锌操作；热镀锌操作过程中，入镀浴时钢板温度为455～465℃，锌锅中镀浴温度为450～460℃，镀浴中Fe含量＜0.03％，镀浴中Al含量：0.21～0.25％，机组速度：100～110m/min，钢板冷却速率为0％，高跨温度：235～245℃。上述工艺条件使钢板与锌镀层之间的Fe－Al中间过渡层中Al和Zn的原子浓度Al/Zn比值＞0.9，镀层中不会形成Γ相，δ相较薄，ξ相很少，镀层大部分由η相组成，并形成取向优化的Zn(002)晶粒，使镀层的附着性、抗划性、耐磨性明显提高。

Description

热镀锌钢板的镀锌方法

发明内容

本发明属于热镀锌钢板制造领域，具体涉及一种镀层附着性良好的热镀锌钢板的镀锌方法。

背景技术

热镀锌钢板由于其良好的耐腐蚀性能、优良的涂镀性能和洁净的外观在家用电器、汽车车身用板等制造业中得到了广泛的应用。对热镀锌钢板镀层的要求是镀层与基板的附着力强，冲压变形时不脱落，另外要有良好的焊接性能、耐腐蚀性能和磷化性能，以确保漆膜的附着力和涂漆后的耐腐蚀性。然而，热镀锌钢板在实际应用的冲压加工过程中存在镀层的粉化和剥离等问题，造成了镀层的破坏，进一步影响到镀层的耐腐蚀性和涂着性。

镀锌钢板镀层的附着性除了受基体钢板的成分、工艺条件的影响外，还主要受到镀层的成分和组织结构的影响。粉化和剥离与镀层的化学成分及相结构有关，镀层粉化量随镀层中的铁含量升高而增多。镀层的粉化为Γ相两侧的界面形成微裂纹，扩展后贯穿整个镀层形成。Γ相厚度超过1.0μm时，粉化量随Γ相的厚度增加而增加，将镀层中的铁含量控制在11％左右，就可以阻碍厚的Γ相形成，因此抗粉化性能的主要影响因素是δ相(细晶结构)和ζ相(柱状结构)。δ相硬而脆，对成形性不利，ζ相硬度与基体钢板相当，在形变时利于释放镀层中的残余应力，但其韧性高，易粘在模具上造成镀层表面缺陷或者发生剥离。因此只有当镀层中的ζ相和δ相具有适当比例时，镀层才具有好的成形性。镀层表面ξ相消失而不均匀的致密δ相未出现时的镀层组织是最佳镀层组织。

另外，国外还研究了热镀锌钢板Fe-Al中间层的结构，发现中间层由Fe₂Al₅和FeAl₃组成，并且该层可以延迟Fe-Zn合金层的形成。Zn在Fe-Al中间层晶粒边界的溶解对于中间层的形成起着重要的作用，它直接影响着Fe-Al中间层的形成。

热镀锌钢板的钢基与锌层之间的Fe-Al中间过渡层中的铝含量是衡量镀层粘附强度的一个重要标准。但是，Fe-Al中间过渡层中含有较高的铝量，仅是获得良好镀层粘附力的必要条件，而不是充分条件。因为只有当锌在Fe-Al中间过渡层中的不饱和溶解和形成贫锌固溶体时，此层才能起到粘附作用和阻止Fe-Zn扩散的作用，并形成薄的Fe-Zn合金层，此时，镀层附着性较好。若Zn在Fe-Al中间过渡层中的溶解度达到过饱和并生成了富锌固溶体时，这时中间层中的Al绝对含量虽然没有减少，但是Al的百分含量却显著下降，同时因为锌的过饱和而破坏了Fe-Al中间过渡层的均质性，由此便使中间层丧失了粘附作用和阻止扩散作用，并且形成较厚的Fe-Zn合金层，使锌层的附着力同时变坏。

现有技术中通过改变钢板的成分或通过控制热镀锌钢板的表面粗糙度使表面形成被膜技术来改善镀层与钢基的附着性，但是未取得较好的效果，目前还未出现通过控制镀层的成分和组织结构来改善镀层与钢基的附着性的方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种热镀锌钢板的镀锌方法，通过控制热镀锌工艺镀浴中的铝含量来控制Fe-Al中间过渡层中的Al/Zn比例，减少Fe-Zn合金层的形成，调整镀层的最优晶粒取向，提高镀层的附着性。

本发明的热镀锌钢板的镀锌方法，具体为：钢板经酸洗、退火后进行热镀锌操作；热镀锌操作过程中，入镀浴时钢板温度为455～465℃，锌锅中镀浴温度为450～460℃，镀浴中Fe含量＜0.03％，镀浴中Al含量0.21～0.25％，机组速度100～110m/min，高跨温度：235～245℃，钢板冷却速率为0％。

其中，所述钢板冷却速率为0％是指于空气中自然冷却。

所述钢板以重量百分比计，含有C：0.03～0.07％，Mn：0.01～0.03％，Si：0.19～0.30％，P：0.006～0.019％，S：0.009～0.020％，Al：0.02～0.07％，其余为Fe。

所述钢板厚度为0.8mm，镀锌后锌层重量为180～195g/m²，锌层表面经过SiO₂钝化处理。

本发明的有益效果是：

(1)本发明的热镀锌工艺条件使钢板基材与锌镀层之间的Fe-Al中间过渡层可以阻止Fe、Zn之间的相互扩散，减少Fe-Zn合金层的形成，镀层中不会形成Γ相，δ相较薄，ξ相很少，镀层大部分由η相组成，提高了热镀锌钢板镀层的附着性，镀层锌粉脱落、剥离等现象减少；

(2)本发明的热镀锌工艺条件使热镀锌钢板的镀层晶粒取向优化，镀层的抗划性、耐磨性及附着性能明显提高；

(3)本发明的热镀锌生产工艺简单，成本较低。

附图说明

图1是实验例1典型的镀层剖面电子探针(EPMA1600型)波谱面扫描分析谱图。

图2是实验例1和比较例6镀层中Fe-Al中间过渡层的Al、Zn元素原子百分比变化。

图3是实验例1～5和比较例6～10镀层中Fe-Al中间过渡层的Al、Zn元素平均原子百分比。

图4是实验例1及比较例6镀层中Fe、Zn和Al元素的质量百分比变化及金相组织，(a)实验例1，(b)比较例6。

图5是实验例1及比较例6典型的XRD衍射图谱(a)实验例1、(b)比较例6。

图6是U形弯曲试样形状示意图：1弯曲试验机夹具、2弯曲试样。

图7是实验例1～5和比较例6～10锌粉脱落量均值及方差。

图8是实验例1与比较例6镀层划痕中间位置处轮廓测量结果，1比较例6、2实验例1。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步的阐述。实施例仅用于说明本发明，而不是以任何方式来限制本发明。

实施例1热镀锌钢板实验例1～5和比较例6～10的制备

DX1冷轧钢板厚度为0.8mm，成分为C 0.03～0.07％，Mn 0.01～0.03％，Si 0.19～0.30％，P 0.006～0.019％，S 0.009～0.020％，Al 0.02～0.07％，其余为Fe及不可避免杂质，DX1冷轧钢板经酸洗、退火后，在表1列出的热镀锌工艺条件下进行热镀锌操作，其中锌锅中镀浴初始温度为450℃，镀浴中Fe含量＜0.03％，钢板入镀浴温度：460℃，机组速度：100m/min，高跨温度：240℃，冷却速率为0％，将镀浴中的Al含量调整为0.16～0.18％进行热镀锌操作得到6～10比较例，将镀浴中的Al含量调整为0.21～0.25％进行热镀锌操作得到1～5号实验例。对锌层重量控制到180～195g/m²左右，锌层表面经过SiO₂钝化处理。

表1热镀锌工艺条件

实施例2热镀锌钢板实验例1～5和比较例6～10的性能测定

通过以下方法对镀层的Fe-Al中间过渡层和镀层组织以及镀层抗脱落性能、抗划性、耐磨性等镀层附着性能进行评价。

(1)镀层Fe-Al中间过渡层及组织结构

由于Fe-Al中间过渡层厚度在几十至几百纳米之间，常规的金相制样手段很难将这一中间层显示出来。本发明金相制样采用斜镶样，镶样材料为电木粉，在热镶样机上将3块热镀锌钢板试样用502强力胶粘在一起，磨制和抛光后并排放置在与水平面的倾斜角度呈30。的斜垫块上，钢板整个断面的可视范围大约增大了1倍，各镀层和钢基界面之间的Fe-Al中间层过渡层均明显显示出来。

镀层Fe-Al中间过渡层中各主要元素原子及质量百分比通过电子探针(EPMA1600型)波谱面扫描和点成分分析进行测定。EPMA所用试样全部采用斜镶样的未浸蚀的金相试样。从EPMA面扫描结果看，所有实验例和比较例均具有如图1所示的Fe-Al中间过渡层，两边分别为钢基和锌层。图2示出了典型的实验例试样1和比较例试样6镀层Fe-Al中间过渡层中Al和Zn元素原子百分比变化。图3示出了实验例试样1～6和比较例试样6～10镀层Fe-Al中间过渡层中2～4位置处Al和Zn元素平均原子百分比。表2列出了实验例和比较例各镀层Fe-Al中间过渡层中Al和Zn的原子浓度及Al/Zn比值。从以上结果可见，实验例Fe-Al中间过渡层中Al元素原子百分含量显著大于比较例，Zn元素原子百分含量与比较例相比有所增加，但实验例Al/Zn比值在0.940～1.125之间，而比较例Al/Zn比值在0.421～0.499之间，实验例Al/Zn比值显著大于比较例。

图4示出了实验例1和比较例6镀层中Fe、Zn和Al元素的质量百分比变化及镀层中的金相组织。表2列出了实验例和比较例各镀层的相组织。可见，实验例镀层中δ相和ξ相均较少，纯锌层η相较多；而比较例镀层中均具有较厚的δ相和ξ相，纯锌层η相较薄。

表2热镀锌钢板性能

(2)镀层晶粒取向

镀层表面未作任何处理，在x射线衍射仪(XRD)上分别进行镀层小角衍射(掠射角5°)，测定镀层的衍射峰强度。实验例1及比较例6镀层表面在5°掠射角时的典型衍射图谱见图5。表2列出了各试样Zn(002)峰的衍射强度。可见，热镀锌工艺镀浴中的Al含量控制在0.21～0.25％后，实验例试样1～5镀层晶粒呈现出Zn(002)方向的择优取向，Zn(002)峰的衍射强度显著增强，均大于24000cts。而镀浴中的Al含量控制在0.16～0.18％的比较例6～10中，Zn(002)峰的衍射强度在15000cts以下。

(3)镀层抗脱落性能

通过“U”形弯曲试验来检验镀层的抗脱落性能。弯曲试验按照国标GB/T 232-1999(金属材料弯曲试验方法)进行，试样制备参考GB/T 2975-1998(钢及钢产品力学性能试验取样位置及试样制备)。图6示出了弯曲试样的最终形状。试样用线切割机加工，试验前用乙醇擦拭试样表面，然后在所有试样弯曲部位内外表面粘贴相同大小的透明胶带，试样连同胶带在弯曲试验机上进行弯曲加工，通过胶带收集弯曲部位剥落的锌粉，对各镀层的锌粉脱落量用ICP法进行测量。图7示出了实验例1～5和比较例6～10锌粉脱落量的均值及方差。可见，镀浴中的Al含量在0.21～0.25％之间时，实验例1～5的锌粉脱落量均明显小于比较例6～10。表3根据下述标准对实施例和比较例各试样的镀层抗脱落性能进行评价：◎特别良好(锌粉脱落量：≤0.0100mg)；○良好(锌粉脱落量：在0.0100～0.0300mg之间)；△稍微不良(锌粉脱落量：在0.0300～0.0360mg之间)；×不良(锌粉脱落量：≥0.0440mg)。

(4)镀层抗划性能

镀层抗划性能试验在美国CETR UMT-2型多功能摩擦磨损试验机上完成，抗划性能试验应用划痕试验装置部分，划痕试验的压头为铲形金刚石，头部曲率半径为800μm。划痕试验采用线性增加的加载方式，选用加载载荷从0.5N增加至2N。试验后应用Ambios XP2型轮廓仪测量各镀层试验后的划痕轮廓形貌。图8示出了实验例1与比较例6镀层划痕中间位置处轮廓测量结果。可见，镀浴中的Al含量在0.21～0.25％之间时，实验例中的镀层划痕深度明显小于比较例。表3根据下述标准对实施例和比较例各试样的镀层抗划性能进行评价：

○良好(划痕深度≤7.00μm)

△稍微不良(划痕深度在7.00～8.00μm之间)

×不良(划痕深度≥8.00μm)

(5)镀层耐磨性能

镀层耐磨性能试验在美国CETR UMT-2型多功能摩擦磨损试验机往复滑动摩擦试验平台上完成。上试样(对磨试样)为直径10mm的不锈钢圆球，下试样为热镀锌钢板。往复滑动摩擦磨损试验参数为：法向载荷F_n＝2N，往复位移幅值D＝2mm，相对运动速度V＝2mm/s，运行时间t＝1000s，循环次数N＝500。试验后应用Ambios XP2型轮廓仪测量各镀层试验后的磨痕轮廓形貌。表3列出了实施例和比较例各试样100次摩擦循环后的平均摩擦系数，并根据下述标准对磨痕轮廓进行评价：

○良好(磨痕深度≤8.00μm)

△稍微不良(磨痕深度在8.00～10.00μm之间)

×不良(磨痕深度≥10.00μm)

(6)镀层附着性能综合评价

表3根据下述标准对实施例和比较例各试样的镀层附着性能进行综合评价：○良好(良好○计数在2个以上，稍微不良△最多只有1个)；△稍微不良(良好○计数有1个，稍微不良△计数有2个)；×不良(不良×计数在2个以上或稍微不良△计数有2个，不良×计数有1个)。

表3热镀锌钢板性能评价

由表3的评价结果可知，本发明热镀锌工艺过程中使镀浴中的Al含量控制在0.21～0.25％之间，其他工艺不变的条件下得到的热镀锌钢板(实验例)与以往钢板(比较例)相比，镀层Fe-Al中间过渡层中的Al/Zn比值在0.940～1.125之间，镀层中δ相和ξ相均减少，纯锌层η相增多，并形成取向优化的Zn(002)晶粒，镀层的抗脱落性能、抗划性能和耐磨性能显著提高，镀层与基材的附着性能明显改善。

Claims (4)

1.热镀锌钢板的镀锌方法，钢板经酸洗、退火后进行热镀锌操作，其特征在于：热镀锌操作过程中，入镀浴时钢板温度为455～465℃，锌锅中镀浴温度为450～460℃，镀浴中Fe含量＜0.03％，镀浴中Al含量：0.21～0.25％，机组速度：100～110m/min，钢板冷却速率为0％，高跨温度：235～245℃。

2.根据权利要求1所述的热镀锌钢板的镀锌方法，其特征在于：所述钢板以重量百分比计，含有C：0.03～0.07％，Mn：0.01～0.03％，Si：0.19～0.30％，P：0.006～0.019％，S：0.009～0.020％，Al：0.02～0.07％，其余为Fe。

3.根据权利要求1所述的热镀锌钢板的镀锌方法，其特征在于：所述钢板厚度为0.8mm。

4.根据权利要求1所述的热镀锌钢板的镀锌方法，其特征在于：镀锌后锌层重量为180～195g/m²，锌层表面经过SiO₂钝化处理。

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