CN101476099B

CN101476099B - 一种适用于钢材批量热浸镀锌的方法

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Publication number: CN101476099B
Application number: CN2009100368968A
Authority: CN
Inventors: 许乔瑜; 曾秋红
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2009-01-22
Filing date: 2009-01-22
Publication date: 2010-12-01
Anticipated expiration: 2029-01-22
Also published as: CN101476099A

Abstract

本发明公开了一种适用于钢材批量热浸镀锌的方法，将钢材在由两种二元中间合金配制的锌合金镀浴中进行批量热浸镀锌。锌合金镀浴成分的配方为：含锰0.3％～0.5％、含铈0.005％～0.03％，其余为锌。两种二元中间合金成分的配方为：锌锰二元中间合金中，锰含量为2％～3％，其余为锌；锌铈二元中间合金中，铈含量为2％～3％，其余为锌。该合金镀层工艺简单，合金锌浴成分容易控制；可有效抑制含硅活性钢的镀层超厚生长，提高镀层耐腐蚀性能，较大幅度延缓白锈的生成，并消除锌锰合金镀层表面杂乱不均一的颜色，使得镀层更加光亮平滑；采用廉价的合金元素，可降低生产成本；工艺简单，无需改变原有热浸镀锌设备，有利于钢材批量热浸镀锌规模化生产。

Description

一种适用于钢材批量热浸镀锌的方法

技术领域

本发明属于钢材热浸镀锌合金技术领域。更具体的，本发明涉及适用于钢材批量热浸镀锌的方法。

背景技术

钢铁因其高强度、延展性好等诸多优点是世界上产量最大、而又应用最广泛的金属材料，但其缺点是易腐蚀。热浸镀锌是最传统而又可靠的金属防护方法之一。目前大量用于热浸镀锌的钢大都是含硅量较高的镇静钢和半镇静钢(称为活性钢)。钢中硅的存在会影响镀层中各相层的生长，使镀层出现灰暗、超厚和粘附性差等现象，大大降低镀层的外观质量和性能。近年来，为了解决热镀锌过程中因含硅活性钢引起的镀层超厚生长问题，提出了多种解决方案，其中很常见的是往锌浴中添加微量合金元素，通过合金元素的作用来控制铁锌反应，以获得理想的镀层。因此发展了锌铝合金、锌镍合金等热浸镀锌技术。其中，锌铝合金能得到表面光亮的镀层，但无法抑制含硅活性钢的镀层超厚生长，锌镍合金能抑制含硅活性钢的镀层超厚生长，但由于镍的价格较高，提高了锌镍中间合金的生产成本。

在锌浴中添加价格低廉的锰也能有效抑制含硅活性钢的镀层超厚生长，但是所得到的锌锰合金镀层虽然具有更佳的耐蚀性及适当的厚度，可是镀层表面的氧化膜偏厚，颜色杂乱不均一，色泽灰暗，影响了镀层的外观。因此，锌锰合金镀层的推广应用受到了限制。

发明内容

本发明的目的在于通过在添加锰的基础上再往锌浴中添加稀土铈的方法，提供一种既能解决钢中硅对热浸镀锌层质量的不利影响，又能消除由于锰的添加而带来的不均一颜色，使镀层更加光亮并提高镀锌层耐蚀性能的批量热浸镀锌工艺方法。

为达上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种适用于钢材批量热浸镀锌的方法，包括如下步骤和工艺条件：

(1)二元中间合金炼制：按重量比例称取二元中间合金锰和锌、铈和锌，分别置于石墨坩埚中，分别炼制；其中，锌锰二元中间合金中，锰重量含量为2％～3％，其余为锌，锌锰中间合金的熔炼温度为780～800℃，保温时间3～4小时；锌铈二元中间合金中，铈重量含量为2％～3％，其余为锌，锌铈中间合金的熔炼温度为760～780℃，保温时间2～3小时；各中间合金液经保温后，再经过搅拌、静置和去除合金液表面的灰渣，浇注成中间合金锭；

(2)锌浴成分配制：将锌锅中的锌熔化并保持温度在445～455℃，再加入中间合金，使得锌浴中含锰0.3％～0.5％(重量)、含铈0.005％～0.03％(重量)；

(3)预处理：将钢材进行除油、除锈、助镀和烘干预处理；

(4)热浸镀锌：在温度为445～455℃的条件下，将钢材在由锌锰和锌铈中间合金配制的锌合金镀浴中进行批量热浸镀锌。

所述步骤(3)热浸镀锌后还包括锌浴成分的检测与调整：通过检测、调整各二元中间合金的加入量，维持合金锌浴的成分稳定。所述的检测是采用比色法检测合金锌浴成分。

所述的预处理是在60～70℃温度条件下，5％NaCl水溶液中对钢材进行碱洗除油；用温度50℃清水对钢材进行水洗；在温度为20～30℃条件下15％HCl中对钢材进行酸洗除锈；用20～30℃的清水将钢材进行再水洗；在温度为80℃的70wt％NH₄Cl+30wt％ZnCl水溶液助镀剂中对钢材进行助镀，助镀时间2～3分钟；在温度为110～130℃条件下对钢材进行烘干，时间2～5分钟。

本发明中间合金采用二元合金，即分别炼制锌锰、锌铈两种二元中间合金。在浸镀之前，按比例在锌浴中分别加入二元中间合金。在热浸镀锌过程中，通过定期分析锌浴成分的变化，调节各二元中间合金的添加量，以使锌浴成分保持稳定。

相对于现有技术，本发明的有益效果是：通过定期锌浴成分检测，采取分别添加二元中间合金的方式，解决锌浴中各合金元素消耗速度不同的问题，使合金锌浴成分容易控制；可有效抑制含硅活性钢的镀层超厚生长，提高镀层耐腐蚀性能，较大幅度延缓白锈的生成，并消除锌锰合金镀层表面杂乱不均一的颜色，使得镀层更加光亮平滑；采用廉价的合金元素，可降低生产成本；工艺简单，无需改变原有热浸镀锌设备，有利于钢材批量热浸镀锌规模化生产。

附图说明

图1为含0.10％Si钢分别在450℃纯Zn浴、Zn-0.5％Mn合金浴和Zn-0.5％Mn-0.03％Ce合金浴中热浸镀5min后获得的镀层厚度的柱状图。

图2为热浸镀纯Zn、Zn-0.5％Mn和Zn-0.5％Mn-0.03％Ce镀层在5％NaCl盐雾腐蚀8小时后镀层白锈覆盖面积的柱状图。

图3分别为(a)Zn-0.5％Mn和(b)Zn-0.5％Mn-0.03％Ce镀层表面形貌照片。

图4为热浸镀纯Zn、Zn-0.5％Mn和Zn-0.5％Mn-0.03％Ce镀层在5％NaCl溶液中的极化曲线。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步的描述，但是本发明要求保护的范围并不局限于实施例表示的范围。

实施例1

镀锌用钢为含0.10％Si钢板，化学成分见以下表1。热浸镀锌方法包括如下步骤和工艺条件：

(1)二元中间合金炼制：按重量比例称取锰和锌、铈和锌，分别置于石墨坩埚中，分别炼制。其中：锌锰二元中间合金中的锰重量含量为3％，锌锰中间合金的熔炼温度为800℃，保温时间3小时；锌铈二元中间合金中的铈重量含量为2.6％，锌铈中间合金的熔炼温度为770℃，保温时间2.5小时。各中间合金液经保温后，再经过搅拌、静置和去除合金液表面的灰渣，然后浇注成中间合金锭。

(2)锌浴成分配制：将锌锅中的锌熔化并保持温度在450℃，再加入中间合金，获得含锰0.5％、含铈0.03％的锌浴。

(3)预处理：将钢材进行除油、除锈、助镀和烘干预处理；具体是(a)在5％NaCl水溶液(60℃)中对钢材进行碱洗除油；(b)用温度50℃清水对钢材进行水洗；(c)在15％HCl(室温25℃)中对钢材进行酸洗除锈；(d)用室温25℃清水将钢材进行再水洗；(e)在温度为80℃的70wt％NH₄Cl+30wt％ZnCl水溶液助镀剂中对钢材进行助镀，助镀时间2分钟；(f)在温度120℃下对钢材进行烘干，时间3分钟。

(4)热浸镀锌：在温度450℃的合金锌浴中对钢材进行热浸镀锌，时间5分钟。

表1实验用钢的化学成分(质量分数，％)

对比测试1

将上述0.10％Si钢板分别在450℃纯锌浴以及含锰0.5％的合金锌浴中热浸镀5分钟的试验。步骤和工艺条件与实施例1相同。

对实施例1以及对比测试1的镀锌钢板进行镀层厚度测试，从镀锌钢板上锯出小块样品，对其横截面进行磨制、抛光、腐蚀，在金相显微镜下用带有刻度的目镜，测量样品中的镀层厚度。三种镀锌结果如图1所示，可以看出在纯锌浴中加入锰后，起到了减薄镀层的作用。再加入铈后，镀层厚度稍有增加，但减薄效果得到维持。

用盐雾腐蚀试验法评价镀层耐腐蚀性能，试验采用YWX/Q-150型盐雾箱，参照ISO-3768标准，腐蚀溶液为5％NaCl水溶液，溶液的pH值为6.5～7.2，盐雾箱内温度为35±2℃，喷雾量的大小为1～2mL/(80cm²·h)。结果如图2所示，可以看出Zn-0.5％Mn-0.03％Ce合金镀层可以较大幅度延缓白锈的生成，耐腐蚀性能明显提高。

Zn-0.5％Mn镀层和Zn-0.5％Mn-0.03％Ce镀层表面形貌照片比较如图3所示，可以看出，添加铈可消除锌锰镀层表面的不均一的颜色，获得光亮的镀层。

镀层的电化学极化曲线的比较如图4所示，表2为相应的电化学极化参数。从图4和表2可以看出，锌浴添加合金元素后使镀层表面的自腐蚀电位E_corr提高，极化电阻R_p增大，腐蚀电流密度J_corr减小。表明本实施例Zn-0.5％Mn-0.03％Ce合金镀层在5％NaCl溶液中发生自发腐蚀的倾向比纯锌镀层小，合金元素对镀锌层的电化学腐蚀具有抑制作用。

表2热浸镀锌及锌合金镀层电化学极化参数

实施例2

镀锌用钢为Q235含(0.22％Si)钢板，采用的方法包括如下步骤和工艺条件：

(1)二元中间合金炼制：按重量比例称取锰和锌、铈和锌，分别置于石墨坩埚中，分别炼制。其中：锌锰二元中间合金中的锰含量为2％，锌锰中间合金的熔炼温度为790℃，保温时间3小时；锌铈二元中间合金中的铈含量为3％，锌铈中间合金的熔炼温度为760℃，保温时间3小时。各中间合金液经保温后，再经过搅拌、静置和去除合金液表面的灰渣，然后浇注成中间合金锭。

(2)锌浴成分配制：将锌锅中的锌熔化并保持温度在445℃，再加入中间合金，获得含锰0.4％、含铈0.005％的锌浴。

(3)预处理：将钢材进行除油、除锈、助镀和烘干预处理；具体是(a)在5％NaCl水溶液(70℃)中对钢材进行碱洗除油；(b)用温度50℃清水对钢材进行水洗；(c)在15％HCl(室温25℃)中对钢材进行酸洗除锈；(d)用室温25℃清水将钢材进行再水洗；(e)在温度为80℃的70wt％NH₄Cl+30wt％ZnCl水溶液助镀剂中对钢材进行助镀，助镀时间2分钟；

(f)在温度125℃下对钢材进行烘干，时间3分钟。

(4)热浸镀锌：在温度445℃的合金锌浴中对钢材进行热浸镀锌，时间5分钟。

实施例3

镀锌用钢为含Q235含(0.22％Si)钢板，采用的方法包括如下步骤和工艺条件：

(1)二元中间合金炼制：按重量比例称取锰和锌、铈和锌，分别置于石墨坩埚中，分别炼制。其中：锌锰二元中间合金中的锰含量为2.5％，锌锰中间合金的熔炼温度为780℃，保温时间4小时；锌铈二元中间合金中的铈含量为2％，锌铈中间合金的熔炼温度为780℃，保温时间2小时。各中间合金液经保温后，再经过搅拌、静置和去除合金液表面的灰渣，然后浇注成中间合金锭。

(2)锌浴成分配制：将锌锅中的锌熔化并保持温度在455℃，再加入中间合金，获得含锰0.3％、含铈0.02％的锌浴。

(3)预处理：将钢材进行除油、除锈、助镀和烘干预处理；具体是(a)在5％NaCl水溶液(65℃)中对钢材进行碱洗除油；(b)用温度50℃清水对钢材进行水洗；(c)在15％HCl(室温25℃)中对钢材进行酸洗除锈；(d)用室温25℃清水将钢材进行再水洗；(e)在温度为80℃的70wt％NH₄Cl+30wt％ZnCl水溶液助镀剂中对钢材进行助镀，助镀时间2分钟；(f)在温度110℃下对钢材进行烘干，时间4分钟。

(4)热浸镀锌：在温度455℃的合金锌浴中对钢材进行热浸镀锌，时间5分钟。

对比测试2～3

对实施例2和实施例3的镀锌钢板进行镀层厚度测试，从镀锌钢板上锯出小块样品，对其横截面进行磨制、抛光、腐蚀，在金相显微镜下用带有刻度的目镜，测量样品中的镀层厚度。结果见表3所示。综合实施例1～3的镀层厚度测量值，可以看出，不同含硅量的钢在纯锌浴中热浸镀时，镀层较厚，在锌浴中加入锰、铈后，有效地降低了镀层厚度。

用盐雾腐蚀试验法评价镀层耐腐蚀性能，试验采用YWX/Q-150型盐雾箱，参照ISO-3768标准，腐蚀溶液为5％NaCl水溶液，溶液的pH值为6.5～7.2，盐雾箱内温度为35±2℃，喷雾量的大小为1～2mL/(80cm²·h)。各镀层的白锈的出现结果见表2，可以看出，在锌浴中加入0.3％～0.5％锰、0.005％～0.03％铈后，可以较大幅度延缓白锈的出现，耐腐蚀性能明显提高。

表3实施例1～3热浸镀锌层厚度及腐蚀数据

Claims

1.一种适用于钢材批量热浸镀锌的方法，其特征在于包括如下步骤和工艺条件：

(3)预处理：将钢材进行除油、除锈、助镀和烘干预处理；

2.根据权利要求1所述的适用于钢材批量热浸镀锌的方法，其特征在于所述步骤(3)热浸镀锌后还包括锌浴成分的检测与调整：通过检测、调整各二元中间合金的加入量，维持合金锌浴的成分稳定。

3.根据权利要求2所述的适用于钢材批量热浸镀锌的方法，其特征在于所述的检测是采用比色法检测合金锌浴成分。