CN101466860B - 以热镀锌为目的的高强度钢带的连续退火和制备的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及以在液态金属浴中进行热浸镀为目的的高强度钢带的连续退火和制备的方法，根据该方法，在至少两个工段中处理所述钢带，如果从钢带前进的方向来看，所述工段依次包括：所谓加热与保温的工段，其中在氧化性气氛下进行钢带的加热以及随后在给定的退火温度下的保温；所谓冷却与传送的工段，其中在还原性气氛下，退火的钢带至少被冷却并且在前个工段中形成的氧化物层中所存在的氧化铁被完全还原；将氧化性气氛与还原性气氛分隔，在加热与保温工段中保持50-1000ppm的受控氧含量，并且在冷却与传送工段中保持受控氢含量为小于4％，优选小于0.5％的值。
Description
技术领域
本发明涉及以在液态金属浴中进行热浸镀为目的的高强度钢带的连续退火和制备的新方法，所述热浸镀优选为镀锌(galvanisation)或所谓“镀锌退火(galvannealing)”的处理。
背景技术
这里考虑的技术领域是在由锌或锌合金组成的镀浴中通过连续进给合金元素含量高的钢带，尤其是HSS钢(高强度钢)带而进行镀锌的领域。这种被认为难于镀锌的特殊钢为例如合金元素(铝、锰、硅、铬等)含量可达或超过2％的钢、“双相”不锈钢、TRIP、TWIP(高达25％的Mn和3％的Al)等。这种钢带通常要切割并经过冲压、卷折等而成型，以便用于例如汽车或建筑领域。
众所周知，某些钢由于其特定的表面反应性而不能对镀锌或镀锌退火处理作出良好的反应。镀锌能力基本上取决于在浸入液态金属浴之前对残留的轧制油的良好去除以及防止过度的表面氧化。因此，在连续镀锌工艺过程中可能遇到液态锌对含金元素含量高的钢品种缺乏浸润性的问题。这种锌的浸润性的降低是由于在钢带表面的外层(最外表面(extrême surface))中存在选择性氧化物层而造成的。这些选择性氧化物是在浸入锌浴之前的连续退火过程中由合金元素的偏析及其被水蒸汽氧化而形成的。水蒸气是在此由冷轧板材上总是存在的氧化铁被退火炉的气氛中所含的氢还原而形成的。
因此，人们致力于消除外部模式的选择性氧化或使其迁移到钢的内部，达到表面外层之下1或2μm，以便可以使几乎纯的金属铁层暴露于液态锌中，而不依赖于合金组成并且有利于锌或锌合金层的附着。这种结果可以通过不同的方法获得：-在高温保温过程中升高露点(例如JP-A-2005/068493)，从而使合金元素的选择性氧化从外部模式转变为内部模式；-通过提高例如直焰炉燃烧器中的空气/可燃气体之比，在加热阶段将铁全部氧化，然后在高温保温过程中用氢还原成金属铁(例如JP-A-2005/023348、JP-A-07034210等)，或用钢中的游离碳还原，该游离碳在必要时扩散穿过氧化物层并与该层表面上的氧交换(例如参见BE-A-1014997)；-预沉积铁或镍(例如JP-A-04280925、JP-A-2005/105399)。
这些方法通常要求在高温保温阶段在对于钢来说的还原性气氛中工作，这需要低的露点和高氢含量(高达气氛气体的75％)，而氢是一种昂贵的气体。这些方法都可改善高强度钢的可镀锌性，其效果明显但不充分，尤其是在含有例如大量硅(约1.5重量％)的某些钢的情况下。此外，需要进行预沉积的方法成本太高。
根据现有技术中已知方法的一个实例，镀锌用的钢带的退火制备装置在钢带的前进方向上通常包括：-第一(预)加热工段，该工段保证将钢带加热到这样一个温度：该温度使得可以形成其厚度(约50纳米)适合于其随后还原的氧化物膜；该工段处于通过添加空气或氧气而成为氧化性的气氛中，例如，在直焰炉的情况下为空气/可燃气体混合物的形式，或者在辐射炉的情况下仅为空气的形式；-第二退火工段，该工段通过常规闸(sas)与该加热工段相分隔，在该第二退火工段中钢带保持在退火的高温下并且该工段处于过压的惰性气氛中以防止加热工段的气体进入其中；-第三还原工段，该工段同样通过常规闸与第二工段相分隔，并且处于相对于后者轻微减压但相对于环境轻微过压的气氛下；该工段用于完成退火周期(保温周期结束)，在通过浸入泵转移到液态金属浴中之前将钢带冷却并任选地进行过时效；在这个区域中，在第一工段中形成的氧化物层理想地被露点很低的氢/惰性气体气氛完全还原。
当然，也有更简单或更复杂的退火炉，典型地包括一到四个不同的工段，以实现(预)加热、保温、冷却、过时效等各个功能。
发明内容
本发明的目的是指供一种可以克服现有技术的缺陷的方案。
特别地，本发明的目的是提供一种更经济的以高强度钢镀锌为目的的制备和退火的方法，所述镀锌在采用或不采用镀锌退火型处理伴随的热处理的情况下进行。
本发明的另一目的是提供一种用于镀锌的高强度钢的制备方法，该钢不具有脆性缺陷。
特别地，本发明的目的是提供一种在无添加氢的封闭气氛下的退火方法。
本发明的补充目的是在冷却和浸入锌浴之前的连续退火的完全氧化步骤过程中防止钢带表面最外层中的合金元素发生选择性氧化。
本发明涉及以在液态金属浴中进行热浸镀为目的的高强度钢带的连续退火和制备的方法，根据该方法，在至少两个工段中处理所述钢带，如果从钢带前进的方向来看，所述工段依次包括：-所谓加热与保温的工段，其中在包含空气(或氧气)/非氧化性或惰性气体的混合物的氧化性气氛下进行钢带的加热以及随后在给定的退火温度下的保温，以在钢带的表面上形成氧化物薄膜，该薄膜的厚度受到控制，优选在0.02和0.2μm之间，所述钢带的加热要么通过直焰进行，要么通过辐射进行；-所谓冷却与传送的工段，其中在其传送到镀浴中之前，在包含低含量氢气和惰性气体混合物的还原性气氛下，退火的钢带至少被冷却并且在该加热与保温工段中形成的氧化物层中所存在的氧化铁完全还原成金属铁，所述两个工段通过常规闸彼此分隔；其特征在于，至少部分地将氧化性气氛与还原性气氛分隔，在加热与保温工段中保持50-1000ppm的受控氧含量，并且在冷却与传送工段中保持受控氢含量为小于4％，优选小于0.5％的值。
“氧化铁完全还原”应当理解为是指氧化铁还原至少98％。
有利地，在加热与保温工段中保持50-400ppm的受控氧含量。
根据本发明的第一个优选实施方式，氧化性气氛与还原性气氛的分隔是通过氧化性气氛的过压来实现的，以便由于这种过压而由钢带携带穿过该闸到达冷却与传送工段中的氧气与冷却气氛中包含的氢气完全反应形成水蒸汽。
根据本发明的第二个优选实施方式，使在被引向上游的热气流中携带的在冷却与传送工段中存在的氢气与来自加热与保温工段的氧气反应以形成水蒸汽。在这种情况下，冷却与传送工段相对于加热与保温工段保持过压。由于过压气体不能向液态金属浴逸漏，因此它实际上向着加热与保温工段运动。
根据本发明，对加热与保温工段中形成的氧化物层的氧含量的控制要么通过改变供应给直焰加热装置的含助燃空气的气体混合物来实现，要么在辐射或感应加热的情况下通过空气(或氧气)/惰性气体混合物的受控注入来实现。
优选地，非氧化性或惰性气体为氮气或氩气。
有利地，液态金属为锌或其合金之一。
仍有利地，加热与保温工段不存在还原性气氛。
优选地，热浸镀方法为镀锌或镀锌退火处理。
根据本发明，无论加热与保温工段中还是冷却与传送工段中的气氛均具有小于或等于-10℃，优选小于或等于-20℃的露点。
根据一种优选的操作方式，将钢带加热到650℃至1200℃的温度，这也是保温温度。
根据另一种优选的操作方式，然后以10至100℃/s的冷却速度将钢带冷却至高于450℃的温度。
具体实施方式
本发明所提出的经济方法着眼于在不添加氢的情况下实现为镀锌做准备的退火步骤，氢是一种比更常见的诸如氮的气体昂贵十倍的气体，它还是强度钢产生严重脆性缺陷的原因。
本发明旨在对所有品种的强度钢实现完美镀锌。为了避免最外表面的合金元素氧化，提出在高温下板材的整个(预)加热与保温期间内在炉中注入空气/氮气混合物。
因此该方法不需要象其它方法(例如JP-A-2003/342645)中那样分隔整个加热/保温部分中的气氛，在所述其它方法中，在炉的这个部分中包括有减压反应区。
空气/氮气混合物中所含的氧气将在退火工段中引起两种同时的且竞争性的反应：-在最外表面上氧将铁氧化，同时氧化铁由于表面铁的扩散而增长。因此，当氧化铁薄层存在于钢板表面上时，除了锰以外，其它合金元素在钢/氧化铁的界面被阻隔。-随后，氧化铁由于游离碳向钢/氧化铁界面扩散而被还原。
当合金元素向钢/氧化铁界面迁移时，它们还参与氧化铁的还原。
不过加热/保温部分的空气/氮气气氛应当与钢带的冷却与传送步骤的非氧化性气氛分隔并部分地隔离，直到锌浴前。为此，优选将氧化性气氛保持在相对于非氧化性气氛的过压状态下，使得由板材携带的氧与冷却工段气氛中所含的氢完全反应。
在这种配置中，其中含有1.2％铝的钢将会例如在一种在氮气中含有100ppm氧气的气氛中加热并退火到800℃的温度。在保温1分钟后，将钢板在一种含有4％氢气和0.1％水蒸汽的气氛中以50℃/s的速度冷却到500℃，所述气氛对应于-20℃的露点。然后将该钢板在470℃的温度下引入含有0.2％铝并保持在460℃的锌浴中。浸入3秒后，使镀层干燥以保持8μm的锌层。这样的锌沉积物因而是完全浸润性的，并且具有的附着质量可与普通低碳钢所得到的相当。
为了列举另一个实施例，可将相同的工艺应用于其中含1.5％硅的钢。不过在这种情况下，在加热/保温步骤中应将氧含量提高到300ppm，以得到相当的结果。这种氧含量的提高是必需的，因为硅在钢/氧化铁界面处形成氧化硅屏障而抑制了铁的扩散。
另一种实施方式是从锌浴向加热工段建立常规流(flux habituel)，并使传送/冷却工段中所含的极低含量的氢(＜0.5％)与加热/保温部分的氧反应形成水蒸汽。可以在保温工段的出口处补充氧，以将进入的氢中和，使用的含量总是远离危险范围即爆炸范围(空气中含4％H2)。
在冷却工段中实际上不需要高的氢含量，因为钢中的碳足以将加热/保温部分中形成的氧化铁薄层还原，并且由此制得的金属铁将保证钢板浸入镀浴中时锌的良好浸润性。
为了有效，这种方法应当将炉中氧含量控制在50至1000ppm范围内。这是因为，含量太低将不能形成足以阻止合金元素向最外表面扩散的氧化铁层，而氧含量太高则会形成太厚的氧化铁层，这将不能在接近锌浴的冷却与传送步骤过程中被还原。该氧含量优选处于50至400ppm范围内。
本发明具有若干优点，尤其是：-在加热-保温区域中添加的氢的量比现有技术少得多，甚至不添加，这构成了大的实施经济性并且保证获得具有更少脆性缺陷的高强度钢；-不再将加热工段与在退火温度下的保温工段相分隔，这可以节约闸，并且可以任选地避免将气体气氛控制装置分成两份；-从镀层附着性或钢带浸润性的角度来看，这种方法比现有技术中已知的方法有效得多。-使用的气体气氛对装置(例如辐射管)的脆化作用低，尤其是在降低其氢含量以后。
Claims (12)
1.以在液态金属浴中进行热浸镀为目的的高强度钢带的连续退火和制备的方法，根据该方法，在至少两个工段中处理所述钢带，如果从钢带前进的方向来看，所述工段依次包括：
-所谓加热与保温的工段，其中在包含空气或氧气/非氧化性或惰性气体混合物的氧化性气氛下将钢带加热到650℃至1200℃的温度，随后在也被称作退火温度的这个温度下保温，以在钢带的表面上形成氧化物薄膜，该薄膜的厚度受到控制，所述钢带的加热要么通过直焰进行，要么通过辐射进行；
-所谓冷却与传送的工段，其中在其传送到镀浴中之前，在包含低含量氢气和惰性气体混合物的还原性气氛下，退火的钢带以10至100℃/s的冷却速度被冷却至高于450℃的温度并且在该加热与保温工段中形成的氧化物层中所存在的氧化铁完全还原成金属铁，所述两个工段通过常规闸彼此分隔；
其特征在于，至少部分地将氧化性气氛与还原性气氛分隔，在加热与保温工段中保持50-1000ppmv的受控氧含量，并且在冷却与传送工段中保持受控氢含量为小于4vol％的值，
其中该薄膜的厚度在0.02和0.2μm之间。
2.权利要求1的方法，其特征在于在加热与保温工段中保持50-400ppmv的受控氧含量。
3.权利要求1或2的方法，其特征在于氧化性气氛与还原性气氛的分隔是通过氧化性气氛的过压来实现的，以便由钢带携带穿过该闸的氧气与冷却气氛中包含的氢气完全反应形成水蒸气。
4.权利要求1或2的方法，其特征在于使在被引向上游的热气流中携带的相对于加热与保温工段过压的冷却与传送工段中所存在的氢气与来自加热与保温工段的氧气反应以形成水蒸气。
5.权利要求1的方法，其特征在于，对加热与保温工段中形成的氧化物层的氧含量的控制要么通过改变供应给直焰加热装置的含助燃空气的气体混合物来实现，要么在辐射的情况下通过空气或氧气/惰性气体混合物的受控注入来实现。
6.权利要求1的方法，其特征在于，非氧化性或惰性气体是氮气或氩气。
7.权利要求1的方法，其特征在于，液态金属为锌或其合金之一。
8.权利要求1的方法，其特征在于，加热与保温区域不存在还原性气氛。
9.权利要求1的方法，其特征在于，热浸镀方法为镀锌或镀锌退火处理。
10.权利要求1的方法，其特征在于，加热与保温工段以及冷却与传送工段中的气氛具有小于或等于-10℃的露点。
11.权利要求1的方法，其特征在于，在冷却与传送工段中保持受控氢含量为小于0.5vol％的值。
12.权利更求10的方法，其特征在于，加热与保温工段以及冷却与传送工段中的气氛具有小于或等于-20℃的露点。
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