CN102400141A - 一种合金化镀锌钢板制造方法及其合金化镀锌钢板 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种合金化镀锌钢板的制造方法，其特征在于：在连续热浸镀生产线上，带钢出熔融镀液并经过气刀吹扫之后，纳米粉末输送装置将纳米铁粉均匀输送到带钢表面并与处于熔融状态的镀层相结合，而后进入合金化炉进行合金化，出合金化炉后风冷，在镀层表面形成一层铁-锌合金化的表面层。纳米粉末输送装置为电场发生装置，安装在连续热浸镀生产线带钢出气刀后。在不改变现有连续热浸镀锌生产线工艺布置的情况下，利用纳米铁粉对热浸镀层进行纳米表面改性，提高了合金化热镀锌钢板的成型性能。
Description
技术领域
本发明涉及连续带钢热浸镀技术领域，特别涉及一种成型性能优良的合金化热浸镀锌钢板制造方法及其成型性能优良的合金化热浸镀锌钢板。
背景技术
普通镀锌板在应用于汽车工业的过程中，相比冷轧板防腐蚀性能有了很大改进，但随着标准对汽车用板材性能要求的不断提高，镀锌板已经不能满足要求。日本新日铁、神户制钢等企业先后开发了合金化热镀锌钢板，并实现了在汽车领域的广泛应用。
合金化镀锌板是镀层含铝量较低的镀锌板在出锌锅之后经过气刀在镀层没有凝固之前进入合金化加热炉，通过镀层锌、基体铁之间的扩散形成锌铁合金镀层。与普通镀锌板相比较，合金化镀锌板具有自身的许多优点。
合金化镀锌板具有更好的耐腐蚀性、耐热性、涂装性、焊接性和涂漆后防锈能力，由于合金化镀层的硬度较高，还具有较好的抗刮擦性能。与Zn2Fe或Zn2Ni合金电镀钢板相比，合金化热镀锌钢板成本更为低廉。
但合金化热镀锌钢板也有其不足之处，合金化镀层的组成相主要是锌铁合金，锌铁合金在室温下基本都是脆性的，因此镀层在成型时易发生的两个主要缺陷是镀层的粉化和剥离。如何解决合金化镀锌板成型性能较差问题，也成为合金化镀锌板研究的重点。
另外，由于合金化过程是由钢板表面与镀层的结合部位开始的铁-锌扩散过程，因此造成此部位的合金化反应最为充分，生成的合金化产物铁含量高、硬度大、塑性差，极易产生镀层的崩落。如果能够使得合金化反映由外表面向内进行，合金化反应后表面具有很高的硬度和铁含量，而钢板与镀层的结合部位保留塑性及粘附性能较好的铁-铝化合物，将有助于提高合金化镀锌板抗粉化、剥离。
纳米技术的诞生使材料的硬度和韧性同时得到很大提高，在此基础上通过先进材料处理技术使具有高硬度、高化学稳定性能等诸多优点的纳米颗粒均匀弥散地分布于金属基体表面，这样就可以进一步提高材料的硬度与耐磨耐蚀性能同时又能够保证材料的韧性不下降，从而大幅度提高材料的耐磨耐蚀性能。纳米涂层由于其硬度和韧性的同时提高使得涂层的耐磨损性能得以提高，同时纳米涂层的划痕抗力提高，摩擦系数减小，这些都有利于纳米涂层提高耐磨性，纳米颗粒的引入，可以提供更多的形核核心，细化镀层微观组织，提高镀层成型性能。
传统的热喷涂纳米结构涂层主要存在两个问题：①纳米颗粒的输送问题。纳米粉体是不能直接用于热喷涂的，否则会产生烧损和飞扬等问题，并且由于纳米材料本身的表面与界面效应，纳米颗粒极易团聚，流动性差，会给输送管道造成一定的堵塞。②纳米颗粒的烧结长大问题。纳米粒子比表面积大，表面活性高，致使熔点下降，喷涂过程中容易烧结长大而改变性状，最终影响到涂层中纳米晶结构的保持。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明所要解决的技术问题是提供一种可提高现有合金化镀锌钢板的表面硬度，改善合金化镀锌板抑制层和镀层的塑性，成型性能优良的合金化热浸镀锌钢板制造方法及其成型性能优良的合金化热浸镀锌钢板。
本发明的主要内容如下：
一种合金化镀锌钢板制造方法，其特征在于，在连续热浸镀生产线上，在带钢出熔融镀液并经过气刀吹扫之后，纳米粉末输送装置将纳米铁粉均匀输送到带钢表面并与处于熔融状态的镀层相结合，而后进入合金化炉进行合金化，出合金化炉后风冷，在镀层表面形成一层铁-锌合金化的表面层。
纳米粉末输送装置安装在连续热浸镀生产线带钢出气刀以后，镀层没有凝固之前；该装置为一套电场发生装置，生产时将纳米铁粉均匀送入电场，纳米铁粉在电场的作用下向熔融镀层运动并结合。
电场的强度依所需镀层中的厚度、铁含量、纳米粉末尺寸、带钢运行速度等参数调整，范围控制在10KV～100KV。
镀液中含有0.16％～0.25％的铝，其余为锌和一些不可避免的杂质。
纳米铁粉可以是纯铁粉，也可以铁-锌金属间化合物粉末。
带钢出气刀之后的温度应高于440℃，优选440～600℃以上。
带钢在合金化炉中的温度控制在450℃～550℃，时间控制在10秒～40秒。
纳米铁粉的尺寸范围为10nm～100nm。
一种成型性能优良的合金化热浸镀锌钢板，其特征在于，合金化镀层的表面由具有高硬度的铁-锌金属间化合物组成，镀层从表面向内部铁含量依次降低，镀层与钢板的结合部位为塑性、韧性较好的铁-铝化合物。
选择纳米铁粉是要利用其纳米尺寸效应，对镀层进行纳米改性，尺寸增加，纳米尺寸效应消失，且尺寸过大将影响浸润和合金化的效果。
电场的强度依据带钢的运行速度、镀层厚度、纳米颗粒的尺寸而进行调整，目的在于保证镀层中的颗粒具有一定的分布密度，一般选择10KV～100KV。
锌液中含有0.16％～0.25％的铝，铝含量过低，不利于形成完整的抑制层，过高会引起斑点等表面缺陷。
纳米铁粉可以是纯铁粉，也可以铁-锌金属间化合物粉末，如果选择铁-锌合金粉末，锌含量不应超过50％，否则影响表面层的硬度、耐腐蚀性能。
钢板出气刀之后的温度应高于镀层金属熔点440℃以上，优选440～600℃以上。这是因为必须保证有一定的过热度，才能够保证镀液的流动性，可以与纳米颗粒进行充分的浸润、结合。
带钢在合金化炉中的温度控制在450℃～550℃，时间控制在10秒～40秒。时间过短或者温度过低，合金化反应不能进行完全；时间过长或者温度过高，易于过合金化，破坏抑制层，使成型性能恶化。
在不改变现有连续热浸镀锌生产线工艺布置的情况下，利用纳米铁粉对热浸镀层进行纳米表面改性，提高了合金化热镀锌钢板的成型性能。
具体实施方式
实施例1：
纳米铁粉改性合金化热浸镀锌钢板
选择粒径为50nm～100nm的纳米铁粉，在钢板以450℃的温度出气刀之后，以100KV的电压将粉末输送到镀锌板表面，与熔融状态的锌液结合，锌液中的铝含量为0.20％，在500℃左右合金化处理30秒，之后风冷，形成合金化镀层钢板。
得到的合金化热浸镀锌钢板可以满足汽车构件复杂成型的性能要求。
实施例2：
纳米铁-锌合金粉改性合金化热浸镀锌钢板
选择粒径为10nm～50nm的纳米铁-锌合金粉，粉末锌含量为20％，在钢板以460℃的温度出气刀之后，以70KV的电压将粉末输送到镀锌板表面，与熔融状态的锌液结合，锌液中的铝含量为0.22％，在520℃左右合金化处理20秒，之后风冷，形成合金化镀层钢板。
得到的合金化热浸镀锌钢板可以满足汽车构件复杂成型的性能要求。
实施例3：
纳米铁粉改性合金化热浸镀锌钢板
选择粒径为30nm～80nm的纳米铁粉，粉末锌含量为20％，在钢板以470℃的温度出气刀之后，以50KV的电压将粉末输送到镀锌板表面，与熔融状态的锌液结合，锌液中的铝含量为0.25％，在530℃左右合金化处理15秒，之后风冷，形成合金化镀层钢板。
得到的合金化热浸镀锌钢板可以满足汽车构件复杂成型的性能要求。
Claims (8)
1.一种合金化镀锌钢板的制造方法，其特征在于：在连续热浸镀生产线上，带钢出熔融镀液并经过气刀吹扫之后，纳米粉末输送装置将纳米铁粉均匀输送到带钢表面并与处于熔融状态的镀层相结合，而后进入合金化炉进行合金化，出合金化炉后风冷，在镀层表面形成一层铁-锌合金化的表面层。
2.根据权利要求1所述的合金化镀锌钢板的制造方法，其特征在于：所述的纳米粉末输送装置为电场发生装置，安装在连续热浸镀生产线带钢出气刀后。
3.根据权利要求1或2所述的合金化镀锌钢板的制造方法，其特征在于：所述的纳米铁粉是纯铁粉或铁-锌金属间化合物粉末。
4.根据权利要求1或2所述的合金化镀锌钢板的制造方法，其特征在于：镀液中含有0.16％～0.25％的铝，其余为锌和不可避免的杂质。
5.根据权利要求1或2所述的合金化镀锌钢板的制造方法，其特征在于：带钢出气刀之后的温度在440～600℃。
6.根据权利要求1或2所述的合金化镀锌钢板的制造方法，其特征在于：所述的纳米铁粉为10～100nm。
7.根据权利要求1或2所述的合金化镀锌钢板的制造方法，其特征在于：所述的带钢在合金化炉中的温度控制在450～550℃，时间控制在10～40秒。
8.一种根据权利要求1或2所述制造方法生产的合金化镀锌钢板，其特征在于：合金化镀层的表面由具有高硬度的铁-锌金属间化合物组成，镀层从表面向内部铁含量依次降低，镀层与钢板的结合部位为塑性、韧性较好的铁-铝化合物。
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