CN101517118A - 镀覆有金属的钢带 - Google Patents

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Abstract

本发明披露了一种在带材的至少一个表面上具有铝－锌－硅合金镀层的钢带。所述钢带的特征在于所述铝－锌－硅合金包含小于1.2wt％的硅，还包含镁。本发明还披露了一种在钢带上形成铝－锌－硅合金镀层的方法。所述方法包括下列步骤：让钢带向上行进穿过容纳有铝－锌－硅合金浴且在底壁设有开口的镀覆锅；以及在钢带上形成合金镀层。所述方法的特征在于将钢带在镀覆锅中浸入铝－锌－硅合金浴的停留时间最小化。

Description

镀覆有金属的钢带
本发明涉及一种钢带，它具有在镀覆金属的熔融浴中对带材进行镀覆而形成在带材上的耐腐蚀金属镀层。
本发明具体地，但不仅仅是，涉及镀覆有金属的钢带，它能冷加工(例如轧制)为终端产品，例如屋顶用的产品。
本发明更具体地，但不仅仅是，涉及上述类型的镀覆有金属的钢带，它具有带有小锌花的耐腐蚀金属镀层，即带有平均锌花尺寸小于0.5mm的镀层。
本发明更具体地，但不仅仅是，涉及上述类型的镀覆有金属的钢带，它具有带有小锌花并包含铝-锌-硅合金的耐腐蚀金属镀层，其中铝-锌-硅合金包含有相对较低浓度的硅，还包含有镁。
用于镀覆钢带的普通铝-锌-硅合金通常包含重量百分比在以下范围内的铝、锌和硅元素：
铝：45.0-60.0；
锌：37.0-46.0；以及
硅：1.2-2.3。
普通的铝-锌-硅合金还可以包含其它元素，例如，经常作为杂质的铁、矾和铬中的任意一种或更多种。
通常，钢带上的铝-锌-硅合金镀层利用热浸镀金属镀覆方法形成。
在普通热浸镀金属镀覆方法中，钢带穿过一个或更多个热处理炉，之后进入并且穿过保持在镀覆锅中的熔融铝-锌-硅合金浴。当钢带穿过熔融浴时在钢带上形成铝-锌-硅合金镀层。
在广泛使用的普通方法中，钢带向下进入熔融浴并围绕熔融浴中的一个或更多个沉没辊行进，之后向上离开熔融浴。
此外提出了在镀覆锅的底壁中设置开口，并且使钢带垂直向上行进穿过该开口进入熔融浴，之后离开熔融浴。该方法在于利用电磁堵塞装置来防止熔融铝-锌-硅合金向下经由开口从镀覆锅中流出。
申请人已进行研究和开发工作以使用于特定终端应用的铝-锌-硅合金以及在钢带上由这些合金形成的镀层的成分和微型结构最优化，并且使在钢带上形成这种镀层的镀覆操作最优化。
在研究和开发工作期间完成了本发明，本发明的重点在于铝-锌-硅合金中硅的影响以及在钢带上形成这种金属镀层的镀覆操作，本发明的一个目的是在金属镀层中实现低浓度的硅，第二个目的是形成带有小锌花的镀层。
术语“小锌花”在这里被理解为指其锌花小于0.5mm优选小于0.2mm的镀有金属的带材，锌花是使用如在澳大利亚标准AS1733所述的平均截取距离法测定的。
申请人在工作过程中发现，降低硅浓度，使其低于常规的上述最小值1.2wt％的优点在于改善了耐腐蚀性能并形成了小锌花，而缺点在于在钢带与铝-锌-硅合金镀层之间生长了铝、锌和铁的金属间合金层。
已知的是，含有相对高的铝成分的铝-锌-硅合金镀层(如镀覆钢产品)由于添加硅而防止在整个镀层变成铝、锌和铁合金的金属镀覆期间出现剧烈的放热反应。这种镀层会非常易碎且无商业价值。
此外已知的是，在没有添加硅的情况下放热反应如此剧烈以致于热钢基体呈现鲜红色，而且有时镀层真的会燃烧。
本发明基于申请人已发现通过以下要点可以抑制金属间合金层生长：(a)将镁添加到铝-锌-硅合金成分中；和/或(b)减少钢带浸入镀覆浴的停留时间。
就要点(a)而言，根据本发明的镀覆钢带包括在带材的至少一个表面上的铝-锌-硅合金镀层，其特征在于所述铝-锌-硅合金包含小于1.2wt％的硅，还包含镁。
优选的是，硅浓度为0.2-0.5wt％，并且镁浓度为0.5-8wt％。
优选的是，硅浓度为至少0.2wt％并小于1.2wt％，而镁浓度为0.5-1wt％。
优选的是，硅浓度为至少0.2wt％。
除抑制金属间合金层生长之外，将镁添加到铝-锌-硅合金还改善了镀层的耐腐蚀性能。
优选的是，所述镀层具有如在这里所述的小锌花，即小于0.5mm优选小于0.2mm的锌花，锌花尺寸采用如在澳大利亚标准AS1733中所述的平均截取距离法测量。
小锌花尺寸改善了镀层的延展性，并弥补了镁对镀层延展性产生的不利影响。
优选的是，镁浓度为小于8wt％。
优选的是，镁浓度为小于3wt％。
优选的是，镁浓度为至少0.5wt％。
优选的是，镁浓度为1wt％-3wt％。
更优选的是，镁浓度为1.5wt％-2.5wt％。
优选的是，铝-锌-硅合金为例如在Bethlehem钢铁公司提交的国际申请PCT/US00/23164(WO 01/27343)中所述的二硼化钛改性的合金，并因二硼化钛而包含高达0.5wt％的硼。该国际申请披露了二硼化钛减小铝-锌-硅合金的锌花尺寸。该国际申请的说明书中公开的内容在这里被引用作为参考。
所述铝-锌-硅合金可以包含其它元素。
优选的是，所述铝-锌-硅合金包含锶和/或钙。
将锶和/或钙添加到铝-锌-硅合金中大大减少了申请人描述为“粗糙镀层”和“针孔未镀覆”缺陷的表面缺陷数量，并且抵消了由于镁而导致的这些表面缺陷数量的增加。
锶和钙可以单独添加或组合添加。
优选的是，(i)锶或(ii)钙或(iii)锶和钙的浓度为至少2ppm。
优选的是，(i)锶或(ii)钙或(iii)锶和钙的浓度为小于0.2wt％。
优选的是，(i)锶或(ii)钙或(iii)锶和钙的浓度为小于100ppm。
更优选的是，(i)锶或(ii)钙或(iii)锶和钙的浓度为不超过50ppm。
优选的是，所述铝-锌-硅合金不包含矾和/或铬作为可考虑的合金元素，即反对它们以痕量存在例如因为在熔融浴中出现污染而作为不可避免的杂质。
就上述要点(b)而言，申请人已发现，让钢带向上行进穿过容纳有铝-锌-硅合金浴且在底壁设有开口的镀覆锅的上述镀覆方法是减少钢带在镀覆锅中浸入铝-锌-硅合金浴的停留时间的有效选择。
因此，根据本发明，在钢带上形成铝-锌-硅合金镀层的方法包括下列步骤：让钢带向上行进穿过容纳有铝-锌-硅合金浴且在底壁设有开口的镀覆锅；以及在带材上形成合金镀层；该方法的特征在于将钢带在镀覆锅中浸入铝-锌-硅合金浴的停留时间最小化。
优选的是，上述停留时间为小于0.75秒。
更优选的是，上述停留时间为小于0.5秒。
优选的是，上述停留时间为至少0.2秒。
优选的是，铝-锌-硅合金为上述包含低浓度硅的合金，并且可选为包含镁的合金。
根据本发明，在钢带上形成铝-锌-硅合金镀层的方法还可以包括以下步骤：让钢带连续穿过热处理炉和熔融的铝-锌-硅合金浴；并且(a)在热处理炉中对钢带进行热处理；以及(b)在熔融浴中对钢带进行热浸镀并在钢带上形成带有小锌花的合金镀层。
优选的是，热处理炉具有延伸进入熔融浴中的细长炉出口流道或炉嘴。
根据本发明，还可以提供由上述镀覆有金属的钢带制成的冷加工产品。
正如上文所述，本发明基于申请人所进行的研究和开发工作。
该工作包括一系列试验，设计为用于评估铝-锌-硅合金中硅和镁对钢带试件上合金镀层的微型结构的影响，更具体的是对锌花尺寸和金属间合金层生长的影响。
使用包含如下重量百分比的铝-锌-硅合金来进行试验：
(a)0.5Si，0.0Mg；
(b)0.5Si，2.0Mg；
(c)0.28Si，0.0Mg；以及
(d)0.28Si，2.0Mg。
在钢带试件上镀覆上述合金，然后对各试件进行评估。
试验结果一览显示在下面的表1和图1的显微照片中。
申请人发现试件具有铝-锌-硅合金镀层以及在镀层与钢基体之间的金属间合金层。
表1
  Si成分(wt％) 锌花尺寸(mm)-0.0wt％Mg 锌花尺寸(mm)-2.0wt％Mg   金属间合金层厚度(mm)-0.0wt％Mg   金属间合金层厚度(mm)-2.0wt％Mg
  0.5   0.3   0.29   5μm，个别地方10μm   2-3μm，个别地方6μm
  0.28   0.2   0.19 10μm，个别地方15μm   2-3μm，个别地方8μm
显微照片示出了各试件的钢基体、基体上的金属间合金层以及金属间合金层上的镀层(在显微照片中被称作“Al/Zn层”)。
由表1和显微照片可知：
(a)金属间合金层的厚度随着Si浓度减少而增加--对包含0.0wt％Mg的两种不同Si浓度的试件进行比较可知；
(b)包含2.0wt％Mg的试件的金属间合金层的生长明显小于包含0.0wt％Mg的试件；
(c)在包含2.0wt％Mg的试件中，Si浓度使金属间合金层的厚度变化很小；以及
(d)具有较低的0.28wt％Si浓度的试件形成较小锌花。
在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对上述优选实施方案作出许多变型。

Claims (24)

1.一种在钢带的至少一个表面上具有铝-锌-硅合金镀层的钢带，其特征在于所述铝-锌-硅合金包含小于1.2wt％的硅，还包含镁。
2.如权利要求1所述的钢带，其中硅浓度为0.2-0.5wt％，并且镁浓度为0.5-8wt％。
3.如权利要求1或2所述的钢带，其中硅浓度为至少0.2wt％且小于1.2wt％，并且镁浓度为0.5-1wt％。
4.如前面权利要求中任一项所述的钢带，其中硅浓度为至少0.2wt％。
5.如前面权利要求中任一项所述的钢带，其中所述镀层具有如在这里所述的小锌花。
6.如前面权利要求中任一项所述的钢带，其中镁浓度为小于8wt％。
7.如前面权利要求中任一项所述的钢带，其中镁浓度为小于3wt％。
8.如前面权利要求中任一项所述的钢带，其中镁浓度为至少0.5wt％。
9.如前面权利要求中任一项所述的钢带，其中镁浓度为1wt％-3wt％。
10.如前面权利要求中任一项所述的钢带，其中镁浓度为1.5wt％-2.5wt％。
11.如前面权利要求中任一项所述的钢带，其中所述铝-锌-硅合金为如在这里所述的二硼化钛改性的合金。
12.如前面权利要求中任一项所述的钢带，其中所述铝-锌-硅合金包含锶和/或钙。
13.如权利要求12所述的钢带，其中(i)锶或(ii)钙或(iii)锶和钙的浓度为至少2ppm。
14.如权利要求12或13所述的钢带，其中(i)锶或(ii)钙或(iii)锶和钙的浓度为小于0.2wt％。
15.如权利要求12～14中任一项所述的钢带，其中(i)锶或(ii)钙或(iii)锶和钙的浓度为小于100ppm。
16.如权利要求12～15中任一项所述的钢带，其中(i)锶或(ii)钙或(iii)锶和钙的浓度为不超过50ppm。
17.如前面权利要求中任一项所述的钢带，其中所述铝-锌-硅合金不包含矾和/或铬作为可考虑的合金元素，即反对它们以痕量存在例如因为在熔融浴中出现污染而作为不可避免的杂质。
18.一种在钢带上形成铝-锌-硅合金镀层的方法，其包括下列步骤：让钢带向上行进穿过容纳有铝-锌-硅合金浴且在底壁设有开口的镀覆锅；以及在钢带上形成合金镀层；所述方法的特征在于，将钢带在镀覆锅中浸入铝-锌-硅合金浴的停留时间最小化。
19.如权利要求18所述的方法，其中所述停留时间为小于0.75秒。
20.如权利要求19所述的方法，其中所述停留时间为小于0.5秒。
21.如权利要求18～20中任一项所述的方法，其中所述停留时间为至少0.2秒。
22.如权利要求18～21中任一项所述的方法，其中所述铝-锌-硅合金包含小于1.2wt％的硅，并且可选为包含镁的合金。
23.如权利要求18～22中任一项所述的方法，其中所述铝-锌-硅合金包含镁。
24.如权利要求18～22中任一项所述的方法，还包括以下步骤：让钢带连续穿过热处理炉和熔融的铝-锌-硅合金浴；并且
(a)在热处理炉中对钢带进行热处理；以及
(b)在熔融浴中对钢带进行热浸镀并在钢带上形成带有小锌花的合金镀层。
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