CN101535521B - 具有金属合金镀层的钢带及在钢带上形成该镀层的方法 - 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金属合金镀层的钢带。该金属合金包含铝、锌、硅和镁作为主要元素，该金属合金还包含锶和/或钙以及不可避免的杂质，并且可选地包含作为可考虑的合金元素而添加的其他元素，其中镁的浓度为至少1wt％，而(i)锶或(ii)钙或(iii)锶和钙的浓度大于50ppm。

Description

具有金属合金镀层的钢带及在钢带上形成该镀层的方法
技术领域
本发明涉及一种钢带，它具有在金属合金熔融浴槽中对带材进行热浸镀而形成在带材上的耐腐蚀金属合金镀层。
本发明具体涉及这样一种耐腐蚀金属合金镀层，它包含有铝-锌-硅-镁作为合金中的主要元素，基于此在下面被称为“Al-Zn-Si-Mg合金”，还包含有锶和/或钙以及不可避免的杂质，并且可选地包含有作为可考虑的合金元素而添加的其他元素。
本发明具体地，但不仅仅是，涉及用上述Al-Zn-Si-Mg合金镀覆的钢带，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Al-Zn-Si-Mg合金的钢带，它具有带有小锌花的耐腐蚀镀层，即带有平均锌花尺寸小于0.5mm的镀层。
通常，Al-Zn-Si-Mg合金包含重量百分比在以下范围内的铝、锌、硅和镁元素：
铝：40-60wt％
锌：40-60wt％
硅：0.3-3wt％；以及
镁：0.3-10wt％。
在普通的热浸镀金属镀覆方法中，钢带通常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例如铝-锌-硅合金的熔融金属合金浴槽。热处理炉可以布置成使带材水平行进穿过这些炉子。热处理炉也可以布置成使带材垂直行进穿过这些炉子并且围绕着一系列上下导辊行进。靠近镀覆锅的热处理炉具有向下延伸至浴槽上表面下方的出口炉嘴。通常利用加热感应器来使金属合金在镀覆锅内保持熔融。带材通 常通过浸入到浴槽中的细长炉出口流道或炉嘴形式的出口端部离开这些热处理炉。在浴槽内，带材围绕着一个或更多个沉没辊通过并且向上离开浴槽，而且在它通过浴槽时镀覆有金属合金。在离开镀覆浴槽之后，镀覆有金属合金的带材穿过镀层厚度控制工段，例如气刀或气刮工段，在那里其镀覆表面受到刮擦气流作用以控制镀层的厚度。镀有金属合金的带材然后通过冷却工段并且受到强制冷却。经冷却的镀有金属合金的带材之后可以任选通过让镀覆带材连续通过表皮光轧工段(也被称为平整轧制工段)和拉伸矫直工段来进行精整(condition)。
概括而言，本发明提供一种从镀层的耐腐蚀性、延展性、外观和表面缺陷的综合性能方面与现有产品相比为改进型产品的镀有金属合金的钢带。
术语“表面缺陷”在这里被理解为指由申请人描述为“粗糙镀层”和“针孔未镀覆”缺陷的在镀层表面上的缺陷。
通常，“粗糙镀层”缺陷是指在1mm长的带材上镀层出现明显变化的区域，并且其厚度在10微米和40微米之间变化。
通常，“针孔未镀覆”缺陷为未镀覆的非常小的区域(直径＜0.5mm)。
背景技术
本申请人提交的国际申请PCT/AU2004/000345(WO 2004/083480)披露了一种控制在用铝-锌-硅合金镀覆的钢带上出现上述类型表面缺陷的方法，该合金还可以包含镁，该方法包括以下步骤：让钢带连续穿过热处理炉和熔融铝-锌-硅合金浴槽；并且(a)在热处理炉中对钢带进行热处理；以及(b)在熔融浴槽中对钢带进行热浸镀，由此在钢带上形成金属合金镀层；并且该方法的特征在于将在熔融浴槽中的(i)锶或(ii)钙或(iii)锶和钙的浓度控制为至少2ppm。
该国际申请描述了：(a)申请人认为在熔融浴槽表面上的氧化物是上述表面缺陷产生的一个主要原因；(b)这些表面氧化物是由熔融浴槽中的金属形成的固态氧化物，这是由于在靠近的热处理炉的出口炉嘴中熔融浴槽金属合金与熔融浴槽上方的水蒸气之间反应而形成的；并且(c)这些 表面氧化物在带材进入熔融浴槽穿过该氧化物层时被带材吸附。
该国际申请基于这样的发现，即在熔融浴槽中少量锶和/或钙抑制或改善了形成在炉嘴中的熔浴表面上的氧化物性质，由此减少了在镀覆带材上的表面缺陷数量。
该国际申请的总体教导在于，锶和/或钙的量优选朝着2ppm下限而不是朝着在该国际申请中所提及的150ppm上限。
在自从提交该国际申请之后的进一步工作中，申请人发现熔融浴槽中的镁使形成在熔浴表面上的氧化物比原先预想的更差。这是一个重要问题，因为镁因其能改善镀覆带材的耐腐蚀性而成为金属合金中的重要元素。
发明内容
根据上面说明，申请人认识到，重要的是在Al-Zn-Si-Mg合金中的锶和/或钙的浓度比在Al-Zn-Si合金尤其是镁浓度大于1％的Al-Zn-Si-Mg合金中所需的浓度更高。
申请人还认识到，在包含Al-Zn-Si-Mg合金的熔融金属合金浴槽中的锶和/或钙的浓度存在上限，因为存在以下相关问题：在靠近的热处理炉的出口炉嘴外侧的熔融浴槽表面上氧化物浮渣的形成，以及保持在熔融浴槽中的锶和/或钙的浓度水平-由于锶和钙自身的氧化而出现更大的损失。
在本文中，申请人认为通常对于含有1-5wt％Mg的Al-Zn-Si-Mg合金而言，要求(i)锶或(ii)钙或(iii)锶和钙的浓度大于50ppm并小于100ppm。
概括而言，本发明提供了一种在带材的至少一个表面上具有金属合金镀层的钢带，其中金属合金包含铝、锌、硅和镁(“Al-Zn-Si-Mg”)作为主要元素，还包含锶和/或钙以及不可避免的杂质，其中铝的浓度为40～60wt％，锌的浓度为40～60wt％，硅的浓度为0.3～3wt％，镁的浓度为至少1wt％但小于3wt％，而(i)锶或(ii)钙或(iii)锶和钙的浓度大于50ppm。
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)锶和钙的浓度大于60ppm。
优选的是，(i)锶或(ii)钙或(iii)锶和钙的浓度小于0.2wt％。
更优选的是，(i)锶或(ii)钙或(iii)锶和钙的浓度小于150ppm。
通常，(i)锶或(ii)钙或(iii)锶和钙的浓度小于100ppm。
优选的是，镁浓度为1.5-3wt％。
优选的是，铝、锌、硅和镁合金为例如在Bethlehem钢铁公司提交的国际申请PCT/US00/23164(公开号WO 01/27343)中所述的二硼化钛改性合金。该国际申请的说明书中的内容在这里被引用作为参考。该国际申请披露了二硼化钛减小铝-锌-硅合金的锌花尺寸。
铝、锌、硅和镁合金可以包含其他元素。例如，其他元素可以包括铟、锡、钡、钛、铜、镍、钴和锰中的任意一种或更多种。
优选的是，铝、锌、硅和镁合金不包含有作为可考虑的合金元素的钒和/或铬，即反对它们以痕量存在例如因为在熔融浴槽中出现污染。
术语“不可避免的杂质”在这里被理解为指通常以相对少量存在的元素，不是由于专门加入这些元素而导致的，而是由于标准生产而导致的。
例如，铁是由于带材穿过镀池和锅设备溶解而出现的不可避免的杂质。
优选的是，铁的浓度小于1wt％。
镀有铝、锌、硅和镁镀层合金的带材可以具有小锌花。
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。
带材可以单面镀覆或双面镀覆。
优选的是，带材在其一面或每一面上的金属镀层质量小于80g/m2金属合金。
更优选的是，带材在其一面或每一面上的金属镀层质量小于60g/m2金属合金。
优选的是，在带材的一面或每一面上的平均金属镀层厚度小于20微米。
本发明还提供了一种在钢带的至少一个表面上形成金属合金镀层的方法，其中金属合金包含铝、锌、硅和镁作为主要元素，还包含锶和/或钙以及不可避免的杂质，其中铝的浓度为40～60wt％，锌的浓度为40～60wt％，硅的浓度为0.3～3wt％，镁的浓度为至少1wt％但小于3wt％，而(i)锶或(ii)钙或(iii)锶和钙的浓度大于50ppm，该方法包括以下步骤：让钢带连续穿过热处理炉和包含有所述金属合金的熔融浴槽；并且(a)在热处理炉中对钢带进行热处理；以及(b)在熔融浴槽中对钢带进行热浸镀，由此在钢带上形成金属合金镀层。
优选的是，所述金属合金中的(i)锶或(ii)钙或(iii)锶和钙的浓度大于60ppm。
优选的是，所述金属合金中的(i)锶或(ii)钙或(iii)锶和钙的浓度小于0.2wt％。
更优选的是，(i)锶或(ii)钙或(iii)锶和钙的浓度小于150ppm。
通常，(i)锶或(ii)钙或(iii)锶和钙的浓度小于100ppm。
在所述金属合金中加入锶和/或钙的一种可选方式是规定在铝、锌或预混合铝-锌合金铸锭中的锶和/或钙的最小浓度，提供这些铸锭用来形成熔融浴槽中的铝、锌、硅和镁镀层合金。
另一个选择是，然而不是仅有的另一个选择，向熔融浴槽周期性添加将这些浓度保持在所需浓度的所需量的锶和/或钙。
优选的是，带材在其一面或每一面上的金属镀层的镀层质量小于80g/m2。
更优选的是，带材在其一面或每一面上的金属镀层的镀层质量小于60g/m2。
优选的是，带材在其一面或每一面上的平均镀层厚度小于20微米。
可选的是，带材具有小锌花，即小于0.5mm优选小于0.2mm的锌花，锌花大小采用如在澳大利亚标准AS1733中所述的平均截取距离法测量。
可以通过任意合适的方法步骤，例如在Bethlehem钢铁公司提交的 国际申请PCT/US00/23164(WO 01/27343)中所述那样，通过向熔融浴槽中加入二硼化钛颗粒(包括粉末)来形成小锌花。
优选的是，热处理炉具有延伸进入浴槽中的细长炉出口流道或炉嘴。
根据本发明，还提供了由上述镀覆有金属合金的钢带制成的冷加工产品。
附图说明
图1为根据本发明的方法生产镀覆有Al-Zn-Si-Mg合金的钢带的连续生产线的一个实施方案的示意图。
具体实施方式
下面参照附图对本发明作进一步例举说明，该附图1为根据本发明的方法生产镀覆有Al-Zn-Si-Mg合金的钢带的连续生产线的一个实施方案的示意图。
参照该图1，在开卷工段1将冷轧钢带卷开卷，接着通过焊接机2将连续开卷的带材头尾焊接以形成连续长度的带材。
然后让该带材连续穿过累积器3、带材清洁工段4和炉组件5。
炉组件5包括预热装置、预热还原炉和还原炉。
通过小心控制过程变量来在炉组件5中对带材进行加热处理，所述过程变量包括：(i)炉中的温度曲线；(ii)炉中的还原气体浓度；(iii)通过这些炉的气体流量；以及(iv)带材在这些炉中的停留时间(即线速度)。
控制该炉组件5中的过程变量，使得从带材表面清除氧化铁残余物并且从带材表面清除残余的油和铁屑。
然后通过出口炉嘴让经过热处理的带材向下通入并且穿过包含容纳在镀覆锅6中的熔融金属合金的浴槽，并且将带材镀覆上金属合金。
金属合金为Al-Zn-Si-Mg镀层合金，它包含有：(a)对镀层的耐腐蚀性有帮助的0.5wt％-10wt％的镁；(b)用来减小镀层的锌花尺寸的二硼化钛；以及(c)一起用来减少上述表面缺陷数量的浓度大于50ppm并且小 于0.2wt％的锶和钙。
优选的是，该金属合金不包含钒和/或铬。
通常，该金属合金包含伴随的杂质，例如铁。
通过使用加热感应器(未示出)使金属合金在镀覆锅中保持熔融。
在浴槽内，带材围绕着沉没辊通过并且向上从浴槽中取出。带材的两个表面在通过浴槽时镀覆有浴槽中的金属合金。
在熔融浴槽中形成在带材上的镀层是金属合金形式。
该镀层由于锶和钙而具有相对更少的上述表面缺陷。
该镀层由于二硼化钛而具有较小的锌花。
在离开熔融浴槽6之后，镀覆带材垂直通过气刮工段(未示出)，在那里其镀覆表面受到刮擦气流作用以控制镀层的厚度。
然后镀覆带材通过冷却工段7并且受到强制冷却。
然后经冷却的镀覆带材通过轧制工段8，用来精整镀覆带材的表面。
之后在卷取工段10处将镀覆带材卷取。
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 (20)

1.一种在带材的至少一个表面上具有金属合金镀层的钢带，所述镀层在所述带材的一面或每一面上小于20微米，所述镀层通过让钢带穿过金属合金的熔融浴槽而制备，其中所述金属合金的所述熔融浴槽包含铝、锌、硅和镁作为主要元素，还包含锶和/或钙、不可避免的杂质以及作为可考虑的合金元素存在的其他元素，所述其他元素包含有铟、锡、钡、钛、铜、镍、钴和锰中的任意一种或更多种，其中铝的浓度为40～60wt％，锌的浓度为40～60wt％，硅的浓度为0.3～3wt％，镁的浓度为1.5wt％与3wt％之间，而(i)锶或(ii)钙或(iii)锶和钙的浓度大于50ppm。
2.如权利要求1所述的钢带，其中(i)锶或(ii)钙或(iii)锶和钙的浓度小于0.2wt％。
3.如权利要求1或2所述的钢带，其中(i)锶或(ii)钙或(iii)锶和钙的浓度小于150ppm。
4.如权利要求1或2所述的钢带，其中(i)锶或(ii)钙或(iii)锶和钙的浓度小于100ppm。
5.如权利要求1或2所述的钢带，其中铝、锌、硅和镁合金的所述熔融浴槽不包含钒和/或铬作为可考虑的合金元素，即反对它们以痕量存在。
6.如权利要求1或2所述的钢带，其中铝、锌、硅和镁合金的所述熔融浴槽不包含钒和/或铬作为可考虑的合金元素，即反对它们因为在熔融浴槽中出现污染而以痕量存在。
7.如权利要求1或2所述的钢带，其中铁的浓度小于1wt％。
8.如权利要求1或2所述的钢带，其中所述镀层具有小于0.5mm的小锌花，所述锌花是使用澳大利亚标准AS1733所述的平均截取距离法测定的。
9.如权利要求1或2所述的钢带，其中所述镀层具有小于0.2mm的小锌花，所述锌花是使用澳大利亚标准AS1733所述的平均截取距离法测定的。
10.如权利要求1或2所述的钢带，其中所述带材为单面镀覆或双面镀覆。
11.如权利要求1或2所述的钢带，其中所述带材在其一面或每一面上的金属合金的镀层质量小于80g/m2。
12.一种在钢带的至少一个表面上形成金属合金镀层的方法，所述镀层在所述带材的一面或每一面上小于20微米，其中该金属合金的熔融浴槽包含铝、锌、硅和镁作为主要元素，还包含锶和可选的钙、不可避免的杂质以及作为可考虑的合金元素存在的其他元素，所述其他元素包含有铟、锡、钡、钛、铜、镍、钴和锰中的任意一种或更多种，其中铝的浓度为40～60wt％，锌的浓度为40～60wt％，硅的浓度为0.3～3wt％，镁的浓度为1.5wt％与3wt％之间，而(i)锶或(ii)钙或(iii)锶和钙的浓度大于50ppm，该方法包括以下步骤：让钢带连续穿过热处理炉和所述金属合金的熔融浴槽；并且
(a)在热处理炉中对钢带进行热处理；以及
(b)在熔融浴槽中对钢带进行热浸镀，由此在钢带上形成金属合金镀层。
13.如权利要求12所述的方法，其中(i)锶或(ii)钙或(iii)锶和钙在所述金属合金的所述熔融浴槽中的浓度小于0.2wt％。
14.如权利要求12或13所述的方法，其中(i)锶或(ii)钙或(iii)锶和钙的浓度小于150ppm。
15.如权利要求12或13所述的方法，其中(i)锶或(ii)钙或(iii)锶和钙的浓度小于100ppm。
16.如权利要求12或13所述的方法，其中步骤(b)包括在带材的一面或每一面上形成金属镀层的质量小于80g/m2的镀层。
17.如权利要求12或13所述的方法，其中步骤(b)包括形成具有小于0.5mm的小锌花的镀层，所述锌花是使用澳大利亚标准AS1733所述的平均截取距离法测定的。
18.如权利要求12或13所述的方法，其中步骤(b)包括形成具有小于0.2mm的小锌花的镀层，所述锌花是使用澳大利亚标准AS1733所述的平均截取距离法测定的。
19.由如权利要求1至11中任一项所述的镀覆有金属合金的钢带制成的冷加工产品。
20.一种在带材的至少一个表面上具有金属合金镀层的钢带，所述镀层在所述带材的一面或每一面上小于20微米，所述镀层通过让钢带穿过金属合金的熔融浴槽而制备，其中所述金属合金的所述熔融浴槽包含铝、锌、硅和镁作为主要元素，还包含锶和/或钙、不可避免的杂质以及作为可考虑的合金元素存在的其他元素，所述其他元素包含有铟、锡、钡、钛、铜、镍、钴和锰中的任意一种或更多种，其中铝的浓度为40～60wt％，锌的浓度为40～60wt％，硅的浓度为0.3～3wt％，镁的浓度为1.5wt％与3wt％之间，而(i)锶或(ii)锶和钙的浓度大于50ppm。
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