CN102712988B - 金属镀覆钢带 - Google Patents
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Abstract
一种具有Al-Zn-Si合金镀层的钢带，所述Al-Zn-Si合金镀层含有0.3wt%-10wt%的Mg和0.005wt%-0.2wt%的V。
Description
技术领域
本发明涉及带材、特别是钢带，该带材具有含铝、锌和硅的合金的耐腐蚀金属合金镀层，在此基础上，下面称为“Al-Zn-Si合金”。
本发明具体但不排他地涉及耐腐蚀金属合金镀层，其含有铝、锌、硅和镁作为合金镀层中的主要元素，在此基础上，下面称为“Al-Zn-Si-Mg合金”。该合金镀层可以包含作为有意添加的合金添加剂或作为不可避免的杂质存在的其它元素。
本发明具体但不排他地涉及镀覆有上述Al-Zn-Si-Mg合金的钢带，并且该钢带能够冷成型（例如轧制成型）为最终用途产品，例如屋面产品。
通常，本发明的Al-Zn-Si-Mg合金包含其重量百分比为如下范围的元素Al、Zn、Si和Mg：
Al： 40%-60%
Zn： 30%-60%
Si： 0.3%-3%
Mg： 0.3%-10%。
更通常，本发明的Al-Zn-Si-Mg合金包含其重量百分比为如下范围的元素Al、Zn、Si和Mg：
Al： 45%-60%
Zn： 35%-50%
Si： 1.2%-2.5%
Mg： 1.0%-3.0%。
根据最终用途，可以在金属镀覆带材的一个或两个表面上涂覆例如聚合物涂料。在这点上，所述金属镀覆带材可自身作为最终产品出售，或者可以在其一个或两个表面上施用涂料镀层并作为经涂覆的最终产品出售。
本发明具体但不排他地涉及钢带，该钢带镀覆有上述Al-Zn-Si-Mg合金并且任选镀覆有涂料，之后冷成型（例如轧制成型）为最终用途产品，比如建筑产品（例如型材壁和屋面板）。
本发明具体但不排他地涉及包含钢带的冷成型（例如轧制成型）最终用途产品（例如型材壁和屋面板），该钢带镀覆有上述Al-Zn-Si-Mg合金并且任选镀覆有涂料。
背景技术
通常，通过热浸镀方法在钢带上形成耐腐蚀金属合金镀层。
在普通的热浸镀金属镀覆方法中，钢带通常穿过一个或多个热处理炉，之后进入并且穿过装在镀覆锅中的熔融金属合金浴。
通常使用加热感应器使金属合金在镀覆锅中保持熔融状态。带材通常通过浸入到浴中的细长的炉出口斜道或喷嘴形式的出口端部分离开热处理炉。在浴内，钢带绕着一个或多个浸入导辊（sink rolls）穿过浴并且从浴中向上穿出，在它穿过浴时镀覆金属合金。
在离开镀覆浴（coating bath）之后，镀覆了金属合金的带材通过镀层厚度控制工段、例如气刀或气刮工段，在那里镀覆表面受到刮擦气体的喷射，以控制镀层的厚度。
然后，镀覆有金属合金的钢带通过冷却段进行强制冷却。
之后可视情况，经过冷却的镀覆金属合金的钢带相继通过光整冷轧段（也称为表面光轧段）和拉伸矫直段进行精整。在卷取工段处卷取精整过的钢带。
在钢带上的Al-Zn-Si合金镀层中提供铝和锌用于抗腐蚀。
在钢带上的Al-Zn-Si合金镀层中提供铝、锌和镁用于抗腐蚀。
在热浸镀方法中，在上述两种合金类型中提供硅以防止在钢带和熔融镀层之间出现过度合金化（excessive alloying）。一部分硅参与四元合金层形成，但是大部分硅在固化期间沉淀析出成为针状纯硅颗粒。这些针状硅颗粒也存在于镀层的枝晶间区域中。
已在澳大利亚和其它地方广泛用于建筑产品、尤其是型材壁和屋面板许多年的一种耐腐蚀金属镀层组分为包含55%Al的Al-Zn-Si合金组分。该型材板通常通过将带涂层的金属合金镀覆带材冷成型而制成。通常，通过将带涂层的带材轧制成型制造出该型材板。
几年前专利文献中已经提出在这种已知的55%Al-Zn-Si镀层组分中加入Mg，例如以新日本制铁株式会社（Nippon Steel Corporation）的名义申请的美国专利6,635,359。但在澳大利亚市场上，钢带上的Al-Zn-Si-Mg合金镀层尚无法商购。
上面的说明不应视为承认在澳大利亚或其它地方中的公知常识。
发明内容
本申请人已经发现，镁和钒增强了55%Al-Zn-Si合金金属镀覆钢带的腐蚀性能的特定方面。
尤其是，本申请人已经发现，当在55%Al-Zn-Si镀层组分中含有Mg时，Mg通过改变在海洋或酸雨环境中所形成的腐蚀产物特性，为产品性能带来一定的有益效果，例如改善了割边防护（cut-edge protection）。通过本申请人进行的研究工作（包括由本申请人进行的全面加速腐蚀试验和室外暴露试验），证明了对腐蚀性能方面的这一改进。对于镁的加入，对具有涂料镀层的金属镀覆钢在边缘根切（edge undercutting）水平方面的改进比起在海洋环境下金属镀层的裸露表面腐蚀方面的改进更为明显。
本申请人也已经发现，当在Al-Zn-Si合金镀层组分中含有V时，V对产品性能带来一定的有益效果。本申请人已经发现，对于各种环境，在室外暴露中测定的裸露（未涂覆）金属镀覆钢带表面的质量损失水平减少了平均33%。不同于镁，在裸露（未涂覆）表面的镀层损失方面的改进远远高于在具有涂料镀层的金属镀覆钢带的边缘根切水平方面的改进。
本发明为金属带材、特别是钢带，所述钢带具有Al-Zn-Si合金镀层，该镀层含有0.3wt%-10wt%的Mg和0.005wt%-0.2wt%的V，从而利用该镀层的腐蚀性能的上述互补方面。
更具体而言，Mg和V的加入使带材的裸露质量损失（bare mass loss）和经涂覆的金属镀层带材的边缘根切得以改进，达到比分别更多地单独加入各相应元素所能获得的更高的水平。
所述镀层合金可以为Al-Zn-Si-Mg合金，该Al-Zn-Si-Mg合金包含其重量百分比为如下范围的元素Al、Zn、Si和Mg：
Al： 40%-60%
Zn： 30%-60%
Si： 0.3%-3%
Mg： 0.3%-10%。
所述镀层合金可以为Al-Zn-Si-Mg合金，该Al-Zn-Si-Mg合金包含其重量百分比为如下范围的元素Al、Zn、Si和Mg：
Al： 45%-60%
Zn： 35%-50%
Si： 1.2%-2.5%
Mg： 1.0%-3.0%。
所述镀层合金可含有低于0.15wt%的V。
所述镀层合金可含有低于0.1wt%的V。
所述镀层合金可含有至少0.01wt%的V。
所述镀层合金可含有至少0.03wt%的V。
所述镀层合金可含有其他元素。
所述其他元素可作为不可避免的杂质和/或作为有意添加的合金添加剂存在。
举例来说，所述镀层合金可含有Fe、Cr、Mn、Sr和Ca中的任何一种或多种。
所述镀层可为单层，而非多层。
所述镀层可为不包含非平衡相的镀层。
所述镀层可为不包含非晶相的镀层。
所述经镀覆金属带材在合金镀层外表面上可具有涂料镀层。
同时，本发明为包含钢带的冷成型（例如轧制成型）最终用途产品（例如型材壁和屋面板），该钢带镀覆有上述镀层合金并且任选镀覆有涂料。
附图说明
参照附图对本发明作进一步例举说明，其中：
图1为根据本发明的方法生产Al-Zn-Si-Mg合金镀覆钢带的连续作业线的一个实施方式的示意图；以及
图2为示出各镀覆合金间比较的阳极Tafel曲线图，所述镀覆合金包括如本发明所述的合金镀层的实施方式。
具体实施方式
参照图1，在使用中，在开卷工段1将冷轧钢带卷开卷，接着通过焊接机2将连续开卷长度的带材头尾焊接以形成连续长度的带材。
然后将该带材连续穿过累积器3（accumulator）、带材清洁段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，在炉组件5中对带材进行热处理，所述过程变量包括：（i）炉中的温度曲线；（ii）炉中的还原气浓度；（iii）通过炉的气体流量；以及（iv）带材在炉中的停留时间（即线速度）。
控制炉组件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。
然后使经过热处理的带材向下通过出口炉嘴，通入并且穿过装在镀覆锅6中的包含Al-Zn-Si-Mg合金的熔融浴，使带材镀覆Al-Zn-Si-Mg合金。通过使用加热感应器（未示出）使Al-Zn-Si-Mg合金在镀覆锅中保持熔融。在浴内，带材绕着浸入导辊穿过浴并从浴中向上穿出。在带材穿过浴时，它的两个表面均镀覆Al-Zn-Si-Mg合金。
在离开镀覆浴6后，带材垂直通过气刮工段（未示出），带材的镀覆表面在该工段处受到刮擦气体的喷射，以控制镀层的厚度。
然后，镀覆带材通过冷却段7并且受到强制冷却。
然后，经冷却的镀覆带材通过轧制段8，用来精整镀覆带材的表面。
之后在卷取工段10处卷取所述镀覆带材。
如上所述，本发明基于本申请人对钢带上已知的55％Al-Zn-Si合金镀层进行的研究工作，所述研究工作发现镁和钒增强了所述镀覆钢带的腐蚀性能的特定方面。
所述研究工作包括在酸性和海洋环境下的一段较长时间的室外暴露试验和加速腐蚀试验。
图2中的阳极Tafel曲线图表明了部分所述研究工作的结果。所述曲线图显示出3种合金组分的电流密度(“J”-以A/cm2为单位)的对数随电极电位(以伏为单位)的变化情况。所述曲线显示出对于如下镀层的研究工作的结果：(a)已知的55％Al-Zn-Si合金(“AZ”)；(b)含有Ca的Al-Zn-Si-Mg合金(“AM(Ca)”)；和(c)如本发明的一个实施方式所述含有V的Al-Zn-Si-Mg合金(“AM(V)”)。
图2的曲线对合金镀层(a)、(b)和(c)的腐蚀性能进行了比较。所述曲线和由本申请人得到的其它结果表明：
(a)相比于其它合金镀层，本发明的AM(V)合金镀层在给定的腐蚀电位下具有较低的腐蚀电流(AM(V)相对于AM(Ca)改进了1.5-2倍)；
(b)相比于AM(Ca)，本发明的AM(V)合金镀层具有更高的腐蚀电位(分别为+0.03V和+0.11V)；
(c)相比于AM(Ca)，本发明的AM(V)合金镀层具有更高的点蚀电位(pitting potential)(分别为+0.04V和+0.18V)；以及
(d)相比于AM(Ca)，本发明的AM(V)合金镀层在阳极极化(anodic polarisation)下具有显著更低的氧化电流；在-0.25V时，对于AM(V)而言，所述氧化电流低约20000倍。
在合金层的阳极溶解抗性方面的这些改进意味着，当本发明的合金镀层暴露至腐蚀物(盐、酸和溶解氧)时，金相(metallurgical phase)将以缓慢的速率腐蚀，并且腐蚀模式将广泛化，而不大会倾向于局部化
和点蚀腐蚀模式。这些性质将赋予最终用途产品更长的寿命，这是因为红锈侵蚀（red rust staining）、金属镀层起泡（metal coating blistering）和衬底穿孔（substrate perforation）的可能性较小。
在不背离本发明的精神和范围的情况下，可对如上所述的本发明作各种修改。
Claims (8)
1.一种钢带，所述钢带具有Al-Zn-Si合金镀层，所述Al-Zn-Si合金镀层包含其重量百分比为如下范围的元素Al、Zn、Si、Mg和V：
2.如权利要求1所述的钢带，其中，所述镀层合金为Al-Zn-Si-Mg合金，所述Al-Zn-Si-Mg合金包含其重量百分比为如下范围的元素Al、Zn、Si和Mg：
3.如权利要求1或2所述的钢带，其中，所述合金镀层含有低于0.15wt%的V。
4.如权利要求1或2所述的钢带，其中，所述合金镀层含有低于0.1wt%的V。
5.如权利要求1或2所述的钢带，其中，所述合金镀层含有至少0.03wt%的V。
6.如权利要求1或2所述的钢带，其中，所述合金镀层含有作为不可避免的杂质和/或作为有意添加的合金添加剂存在的其它元素。
7.如权利要求1或2所述的钢带，其中，所述合金镀层为单层。
8.一种冷成型最终用途产品，所述产品包含在前的任一项权利要求所述的钢带。
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