CN103429781B - 具有优良的深冲性能和超低温粘合脆性的热浸镀锌钢板及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种即使在超低温下仍具有优良的粘合脆性和优良的深冲性能的热浸镀锌钢板，以及制备该热浸镀锌钢板的方法。本发明涉及一种具有优良的深冲性能和超低温粘合脆性的热浸镀锌钢板及其制备方法，其中热浸镀锌层的晶粒的平均直径为150至400μm，而且该热浸镀锌层的(0001)面的择优取向的程度为3,000至20,000cps(以每秒计数)。
Description
技术领域
本发明涉及一种热浸镀锌钢板，更具体而言，涉及一种具有改善的深冲(deep drawing)性能和低温粘合脆性(low temperature adhesive brittleness)的热浸镀锌钢板，以及制备该热浸镀锌钢板的方法。
背景技术
通常，通过使钢板穿过浴槽中所含有的熔融锌，然后使施用在该钢板上的熔融锌固化来给钢板镀锌。当施用在钢板上的熔融锌固化时，在熔融锌的表面形成粗的树枝状晶粒（被称为锌花）。这种锌花的产生是锌固化的特征。
具体地，当熔融锌固化时，晶体以树枝状从固化的晶核中快速地生长形成镀锌层的基本结构，而且残留在树枝状晶体之间的熔融锌积液（pools）固化。由于这种固化机理，生成了锌花。锌花的尺寸可由在镀敷初始阶段中的镀锌层的基本结构来决定。
这种锌花降低了镀锌层上的涂料的粘合强度和钢板的耐腐蚀性，而且即使涂覆镀锌层，锌花仍使镀锌层的表面粗燥并且损坏镀锌钢板的外观，因为透过涂料仍可看到锌花。
因此，在施用到钢板上的熔融锌固化之前，可在钢板上喷洒无机盐溶液，以使得在钢板上形成的锌花的尺寸最小化。此时，无机盐溶液穿过设置在喷嘴前侧的电极喷洒在钢板上。因为无机盐溶液穿过电极喷洒，无机盐溶液的液滴带有静电因此通过电引力易于附在钢板上以缩小镀锌层的金相结构。磷酸盐溶液被广泛用作所述无机盐溶液。
如上所述，通过在钢板上喷洒带电的磷酸盐溶液的液滴可形成具有150μm或更小锌花的镀层。在这种情况下，钢板可具有美观的外观、涂覆后改善的图像清晰度以及高耐腐蚀性，而且在冲压过程中可防止镀层剥落。
此外，当熔融锌固化时，根据在钢板的表面上如何形成锌的六方晶系晶体，所形成的锌花具有不同的形状。换言之，因为锌的六方晶系晶 体在钢板的不同区域以不同的角度生长，锌花具有不同的形状。
图
1(a)示出了在热浸镀锌钢板上形成的具有150μm或更小尺寸的锌花的热浸镀锌钢板，并且图
1
(b)示出了在热浸镀锌钢板上形成的具有400μm或更大尺寸的锌花的热浸镀锌钢板。对于其上形成有具有400μm或更大尺寸的锌花的图
1(b)的热浸镀锌钢板，相对大的锌晶体随机取向，在脆性方面是有利的，在钢板的外观方面是不利的。
然而，对于其上形成有具有150μm或更小尺寸的锌花的图
1(a)的热浸镀锌钢板，锌花以如此的方式具有相同的结晶取向，以使锌的基面（(0001)面）与钢板的表面平行。已知上述的锌晶体的基面与钢板的表面平行的锌结晶取向在防止腐蚀、黑变以及化学不稳定性方面是最有效的。直到最近，仍在进行改善这些性能的许多努力。
例如，日本专利申请特许公开号：1999-100653公开了通过用喷嘴喷雾将锌花的尺寸调节至60μm至1000μm内的技术，并且日本专利申请特许公开号：1996-188863公开了将锌花的尺寸调节至50μm或更低和表面粗燥度水平调节至0.4μm-1.0μm内的技术。此外，美国专利号：4500561公开了通过使用穿过电场的液滴将锌花的尺寸降至1000μm或更低的技术。
为了降低制造成本、提高稳定性、减少工作时间和使工艺环保的目的，除了使用常见的现有的焊接方法（例如点焊）外，许多汽车制造商最近已尝试使用结构粘合剂来连接钢板，或用其代替焊接方法。
与例如点焊的机械连接方法不同，对于在极地使用汽车的情况，在确定了是否可以在-40℃的低温下使用结构粘合剂连接镀覆钢板之后使用结构粘合剂。然而，如果将粘合剂用于锌晶体的(0001)面与钢板的表面平行因此没有形成锌花的镀锌钢板，则在-40℃的低温或在深冲过程中镀锌层易于从钢板剥落。
如果镀锌层的锌花很小，且镀锌层的(0001)面(基面)用作滑移面或解理面，则镀锌层的脆度增加。因此，如果在钢板上形成的镀锌层具有小的锌花或镀锌层的锌晶体的(0001)面与钢板的表面平行，当钢板被冲压时镀锌层将易于从钢板剥落。
因此，为了应对最近使用结构粘合剂连接热浸镀锌钢板的方法，有必要开发具有改善的外观、深冲性能和低温粘合脆性的热浸镀锌钢板。
发明内容
技术问题
本发明的各方面是通过控制镀锌层的结构和晶粒尺寸提供一种具有改善的深冲性能和低温粘合脆性的热浸镀锌钢板，以及制备该热浸镀锌钢板的方法。
技术方案
根据本发明的一个方面，提供了具有改善的深冲性能和低温粘合脆性的热浸镀锌钢板，该热浸镀锌钢板包括镀锌层，其中镀锌层的晶粒具有150μm至400μm的平均粒径，和该镀锌层的(0001)面择优取向的强度为3000cps至20000cps(以每秒计数)。
根据本发明的另一个方面，提供了制备热浸镀锌钢板的方法，所述方法包括：将熔融锌施用在钢板上；调节施用在钢板上的熔融锌的量；在钢板上喷洒水溶液；冷却该钢板；对钢板进行光整冷轧（skin pass milling）处理，其中水溶液的喷洒包括在钢板上喷洒带电去离子水(demineralized water)。
有益效果
根据本发明，由于带电去离子水的喷洒和光整冷轧处理的高压下率，热浸镀锌钢板的镀锌层的晶粒具有降低的尺寸偏差，镀锌层的锌晶体的(0001)面取向强度可降低，而且镀锌层的双晶(crystallographic twins)的体积分数可增加。因此，该热浸镀锌钢板可具有改善的性能例如深冲性能、弯曲性能和粘合脆性。
附图说明
图
1(a)为示出相关领域内其上形成具有150μm或更小尺寸的锌花的热浸镀锌钢板的晶体结构的示意图，并且图
1(
b
)为示出相关领域内其上形成具有400μm或更大尺寸的锌花的热浸镀锌钢板的晶体结构的示意图。
图
2(a)为示出相关领域内其上形成具有150μm或更小尺寸的锌花的热浸镀锌钢板的(0001)面晶体取向的X-射线分析图，并且图
2(b)为示出相关领域内其上形成具有400μm或更大尺寸的锌花的热浸镀锌钢板的 (0001)面晶体取向的X-射线分析图。
图
3(a)和
3(b)为示出对比实施例1和本发明实施例1的低温粘合脆性评估结果的图像。
最佳实施方式
在下文中，将详细描述本发明。
根据本发明的实施方案，热浸镀锌钢板的镀锌层的晶粒具有150μm至400μm的平均粒径。
如果晶粒的平均粒径小于150μm，由于小的锌花，热浸镀锌钢板可具有完美的外观但是镀锌层将具有不能令人满意的低温粘合脆性。另一方面，如果晶粒的平均粒径大于400μm，即使镀锌层可具有令人满意的低温粘合脆性，该热浸镀锌钢板将具有差的外观和图像清晰度，而且由于粗锌花，在连续冲压过程中镀锌层将易于与热浸镀锌钢板分离。
在本发明的实施方案中，可优选热浸镀锌钢板的镀锌层的晶粒的最小直径为30μm，而且晶粒直径的偏差为晶粒的平均粒径的40%或更低。
如果镀锌层包括具有30μm或更小直径的晶粒，该晶粒可比周围的晶粒更脆，因此裂缝可能从该晶粒开始。此外，当弯曲热浸镀锌钢板时，镀锌层可与热浸镀锌钢板分离，因此可劣化热浸镀锌钢板的可成形性。
如上所述，在本发明的实施方案中，可优选镀锌层的晶粒直径的偏差为晶粒的平均粒径的40%或更低。即，可优选在镀锌层上形成的锌花的尺寸在该范围内是均匀的。如果偏差大于40%且由此锌晶体的尺寸不均匀，当热浸镀锌钢板遭受塑性变形时，镀锌层可受到非均匀的施加力由此可与热浸镀锌钢板部分分离。因此，为防止有关粘合脆性的问题，可优选晶粒直径的偏差为晶粒的平均粒径的40%或更低。
在本发明的实施方案中，可优选热浸镀锌钢板的镀锌层的(0001)面的择优取向的强度为3000cps至20000cps(以每秒计数)。当本发明实施方案的热浸镀锌钢板用在20KV和10mA条件下产生的X-射线辐射时，热浸镀锌钢板的镀锌层的择优取向的强度被测定为3000cps至20000cps。具体地，锌晶体的(0001)面的最大强度被测定为3000cps至20000cps(试样的倾斜角为5°，而且对在0°-360°的旋转角度中以5°为间隔值测 定的强度值平均化)。
参照图
2(a)，相关领域内其上形成具有150μm或更小尺寸的锌花的热浸镀锌钢板的择优取向的强度大于20,000cps，而且参照图
2(b)，相关领域内其上形成具有400μm或更大尺寸的锌花的热浸镀锌钢板的择优取向的强度小于3000cps。
在本发明的实施方案中，(0001)面的择优取向的强度被调节在3000cps至20000cps范围内。如果(0001)面的择优取向的强度小于3000cps，在镀锌层的脆性方面是有利的而由于粗锌花在外观方面是不利的。另一方面，如果(0001)面的择优取向的强度大于20000cps，由于小的锌花，镀锌层的外观可能是良好的，但会劣化镀锌层的深冲性能和低温脆性。
在本发明的实施方案中，可优选热浸镀锌钢板的镀锌层的双晶的体积分数为30%或更大。当热浸镀锌钢板通过光整冷轧过程进行处理时，在镀锌层中可存在双晶，且在具有六方密堆积(HCP)结构的锌晶体中，双晶作为一种重要的塑性变形机制以便于深冲过程和改善脆性特征。如果镀锌层的双晶的体积分数小于30%，则可能不太便于塑性变形，而且当镀锌层的锌晶体的尺寸为150μm至400μm时尤其会劣化热浸镀锌钢板的可加工性。
根据本发明的实施方案现将详细描述制备热浸镀锌钢板的方法。
在本发明的实施方案中，制备热浸镀锌钢板的方法包括：将熔融锌施用在钢板上；调节施用在钢板上的熔融锌的量；在钢板上喷洒水溶液；冷却该钢板；对钢板进行光整冷轧处理。
水溶液的喷洒通过在钢板上喷洒带电去离子水进行。
在本发明的实施方案中，通过将钢板穿过镀锌溶液将熔融锌附在该钢板上进行熔融锌的施用。在本发明的实施方案中，熔融锌的施用不限制于特定的方法或过程。即，使用本发明所属技术领域中通常用于制备热浸镀锌钢板的任何镀锌溶液和处理条件将熔融锌施用在钢板上。镀锌溶液可包括铝(Al)、锑(Sb)和/或铅(Pb)。然而，本发明的实施方案并不限于此。钢板可以是任何种类的钢板。即，可使用在相关领域中用于制备热浸镀锌钢板的任何钢板。
在将熔融锌施用在钢板上之后调节熔融锌的量时，将钢板空气擦拭(air-wiped)以从钢板上除去多余量的镀锌溶液。施用在钢板上的熔融锌 的量可被本发明所属技术领域中这些技术人员调节至任何想要的适合程度。即，施用在钢板上的熔融锌的量不限于任何特定的程度。例如，可根据钢板的目的调节施用在钢板上的熔融锌的量。
在调节施用在钢板上的熔融锌的量之后，通过在钢板上喷洒带电的去离子水进行水溶液的喷洒以固化熔融锌。喷洒带电的去离子水以便形成具有均匀尺寸的锌花的均匀镀锌层。如果溶液带电并以雾的形式喷洒，溶液的液滴与熔融镀锌层碰撞且从熔融镀锌层吸热以利于熔融镀锌层的固化。然而，如果喷洒例如磷酸盐溶液的无机溶液，则熔融镀锌层与核粒子（例如磷酸盐核粒子）的碰撞区域比其它区域更快损失热。因此，在该区域上可形成相对小的锌花，且在其它区域上可形成相对大的锌花以增加锌花尺寸的偏差。
如果锌花尺寸的偏差很大，在深冲过程中，热浸镀锌钢板的镀锌层不能均匀受压，因此裂痕从相对小的锌花处开始。此外，当弯曲热浸镀锌钢板时，镀锌层可从热浸镀锌钢板分离。即，锌花尺寸的大的偏差可劣化热浸镀锌钢板的可成形性。
在本发明的实施方案中，优选带电去离子水以0.3kgf/cm2至5.0kgf/cm2的去离子水注射压力、0.5kgf/cm2至7.0kgf/cm2的空气注射压力以及1/10至8/10的去离子水压/空气压比值通过喷嘴喷洒。
如果在低于0.3kgf/cm2的压力下喷洒去离子水，则锌花不会缩小。如果在高于5.0kgf/cm2的压力下喷洒去离子水，当钢板与去离子水的液滴碰撞时，在钢板上可形成点蚀的标记，由此可损坏钢板的外观。
优选使喷嘴的前侧带电使其具有-1KV至-25KV的电压。如果使喷嘴的前侧带电使其具有小于-1KV的电压，则电引力不足以缩小液滴和锌花。另一方面，如果使喷嘴的前侧带电使其具有大于-25KV的电压，则在镀锌层上可形成小于150μm的锌花，由此劣化了深冲性能和粘合脆性。
在本发明的实施方案中，喷洒去离子水之后，对钢板进行光整冷轧处理。在光整冷轧处理过程中，在镀锌层中形成双晶。以5%或更低的伸长率进行光整冷轧处理。
在本发明的实施方案中，如上描述，优选以5%或更低的伸长率进行光整冷轧处理。在光整冷轧处理过程中，形成双晶，双晶在具有HCP 结构的锌晶体中作为一种重要的处理机制，因为HCP结构具有很少的变形机制。此外，由于通过光整冷轧处理的物理变形，可降低锌晶体(0001)面的择优取向的强度。换言之，如果不进行光整冷轧处理，则镀锌层与钢板之间的结合可能不牢固，钢板的可成形性也可能不好。另一方面，如果以大于5%的伸长率进行光整冷轧处理，则可劣化钢板的性能，即使改善了镀锌层的可成形性和粘合性。
发明的实施方式
现将详细描述本发明的实施例。但是，本发明不限于此。
实施例
在表1中所示的条件下用磷酸盐溶液或去离子水处理热浸镀锌钢板以调节锌花的尺寸。此后，通过以1.0%的伸长率和200吨至240吨的轧制压力的光整冷轧过程处理钢板，而且测量的热浸镀锌钢板的粘合脆性、外观和图像清晰度在表1中示出。
通过对厚度为0.67mm的软IF钢板进行热浸镀锌处理以在钢板上形成镀层密度为70g/m2的镀锌层而制备热浸镀锌钢板。
在热浸镀锌钢板经过光整冷轧过程处理之前，使用光学显微镜和图像分析仪测量和分析在镀锌层上形成的锌花的尺寸和尺寸偏差。在下表1的"锌花尺寸"和"锌花尺寸偏差"栏中示出测量和分析的结果。粘合脆性如下测量：用于汽车结构部件的粘合剂(Henkel Korea,Ltd.的Sealer Terokal5089)粘合两块热浸镀锌钢板，将粘合的热浸镀锌钢板维持在-40℃，用楔子冲击热浸镀锌钢板，且观察热浸镀锌钢板的镀锌层的分离。在表1中，O表示镀锌层没被剥离的情况，Δ表示20%或更少的镀锌层被剥离的情况，且X表示50%或更多的镀锌层被剥离的情况。外观和图像清晰度用肉眼测量，且在表1中用好(O)、中等(Δ)和差(X)表示其结果。
表1
*CS:对比试样
**IS:本发明试样
参照表1，用去离子水处理的本发明试样具有在优选尺寸范围的锌花、在3000cps至20000cps内的择优取向强度、在优选范围内的尺寸偏差、良好的粘合脆性和好的外观。
尽管用去离子水处理的对比试样1具有在优选尺寸范围的锌花，对比试样1具有不可接受地大的锌花尺寸偏差，不可接受地高度的择优取向强度，以及差的粘合脆性。用磷酸盐溶液处理的对比试样2-5具有不满意的粘合脆性或外观。对比试样6，常规的热浸镀锌钢板具有较差外观。
图
3(a)和
3(b)为用于评估对比试样1和本发明试样1的粘合脆性的图像。基于是否残留蓝色粘合剂来评估粘合脆性。参照图3(a)中所示的对比试样1，如圆圈所指，在镀锌层断裂后未残留粘合剂。参照图3(b)中所示的本发明试样1，由于改善的粘合脆性而残留粘合剂。
Claims (7)
1.一种具有改善的深冲性能和超低温粘合脆性的热浸镀锌钢板，该热浸镀锌钢板包含镀锌层，其中镀锌层的晶粒具有150μm至400μm的平均粒径，且镀锌层的(0001)面的择优取向的强度为3000cps至20000cps，以每秒计数，且其中镀锌层的晶粒直径偏差为晶粒的平均粒径的40％或更低。
2.权利要求1的热浸镀锌钢板，其中镀锌层的晶粒具有30μm或更大的直径，而且其直径偏差等于或小于平均粒径的40％。
3.权利要求1的热浸镀锌钢板，其中按照体积分数计，镀锌层包含30％或更多的双晶。
4.一种制备权利要求1-3任一项所述的热浸镀锌钢板的方法，该方法包含：
将熔融锌施用在钢板上；
调节施用在钢板上的熔融锌的量；
在钢板上喷洒水溶液；
冷却该钢板；以及
对钢板进行光整冷轧处理，
其中水溶液的喷洒包括在钢板上喷洒带电去离子水，且
其中通过喷嘴喷洒带电去离子水，且使喷嘴的前侧带电使其具有＞-1KV至-25KV的电压。
5.权利要求4的方法，其中以0.3kgf/cm2至5.0kgf/cm2的去离子水注射压力和0.5kgf/cm2至7.0kgf/cm2的空气注射压力使用喷嘴进行带电去离子水的喷洒。
6.权利要求5的方法，其中以1/10至8/10的去离子水压/空气压比值进行带电去离子水的喷洒。
7.权利要求4的方法，其中以5％或更低的伸长率进行光整冷轧处理。
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