CN103602940A - 热镀锌镀层合金化退火的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种热镀锌镀层合金化退火的方法，包括：将完成热镀锌的钢卷在加热炉中进行加热；将加热后的钢卷在均热段炉中进行缓慢冷却；将缓慢冷却后的钢卷在均热炉中进行快速冷却；将快速冷却后的钢卷在冷却塔中进行缓慢冷却获得成品。本发明提供的一种热镀锌镀层合金化退火的方法，通过控制合金化退火过程的加热速度、加热温度、均热段缓慢冷却速度、均热段缓慢冷却结束温度、均热段快速冷却速度和均热段快速冷却结束温度，可以制备获得以 相为主的热镀锌合金化镀层相结构。
Description
技术领域
本发明涉及钢铁冶炼技术领域，特别涉及一种热镀锌镀层合金化退火的方法。
背景技术
随着汽车车身对耐蚀性要求的提高，镀锌汽车板被越来越多的用于汽车生产。电镀锌汽车板的表面质量最好，但是镀层厚度较薄，无法满足耐蚀性发展的需要。热镀锌汽车板的镀层厚度较厚，耐蚀性很好，但是纯锌层的焊接性能、涂装性能和抗石击性能较差。合金化退火是将热镀锌板在热镀锌后再加热到一定温度，通过基板中的铁与镀锌层中的锌之间的相互扩散相变，形成了锌-铁合金层。该镀层具有良好的焊接性能、涂装性能和抗石击性能。锌-铁合金层中依据铁、锌相互扩散的程度不同，通常会形成Γ、Γ1、δ、ζ等不同的镀层组织，上述镀层组织中的铁含量范围依次降低，其中Γ、Γ1和ζ相是脆性相，而δ是塑性相。如果镀层组织的控制不合理，锌铁合金层在冲压时容易出现粉化的现象。
为了提高合金化镀层的抗粉化性能，公开号为101376956，公开日为2009年3月4日，发明名称为“控制合金化热镀锌钢板镀层相结构的方法及合金化热镀锌钢板的”，该专利指出应当控制Γ、Γ1相的厚度以及ζ的含量，镀层中应当以δ相为主。为了获得以δ相为主的镀层相结构，该专利提出在加热段之后采用如图1所示的先高温后低温、倾斜的合金化退火工艺。均热段开始时的最高温度为460～530℃，均热段结束时的低温处温度范围为430～510℃。但是，该专利对加热段的加热速度和冷却段的冷却速度没有提出限制。此外，对于合金元素含量较多的先进高强钢，该专利没有考虑合金元素对合金化退火工艺的影响。因此，该专利的合金化退火方法具有一定的不合理性。
公开号为202530142U，公开日为2012年11月14日的中国专利提出了一种带钢热镀锌后的气雾冷却装置，可以被用于合金化镀锌产品的生产，对热镀锌合金化产品的镀层粉化问题有较为明显的改善，但是其中并未详细阐述合金化镀锌的退火方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种可以获得以δ相为主的热镀锌合金化镀层相结构的热镀锌镀层合金化退火的方法。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种热镀锌镀层合金化退火的方法包括：将完成热镀锌的钢卷在加热炉中进行加热；
将加热后的钢卷在均热段炉中进行缓慢冷却；
将缓慢冷却后的钢卷在均热炉中进行快速冷却；
将快速冷却后的钢卷在冷却塔中进行缓慢冷却获得成品。
进一步地，所述将完成热镀锌的钢卷在加热炉中进行加热时，所述加热炉的加热速度的控制在10-25K/s，加热结束时的温度范围为460-580℃。
进一步地，对于IF钢和铝镇静钢，所述加热结束时的温度范围为460-510℃；
对于高强IF钢和C-Mn钢，所述加热结束时的温度范围为500-540℃；
对于先进高强钢，所述加热结束时的温度范围为540-580℃。
进一步地，所述将加热后的钢卷在均热段炉中进行缓慢冷却时，冷却速度控制在2-5K/s，缓慢冷却结束时的温度范围为440-550℃。
进一步地，对于IF钢和铝镇静钢，所述缓慢冷却结束时的温度范围为440-470℃；
对于高强IF钢和C-Mn钢，所述缓慢冷却结束时的温度范围为470-510℃；
对于先进高强钢，所述缓慢冷却结束时的温度范围为500-550℃。
进一步地，所述将缓慢冷却后的钢卷在均热炉中进行快速冷却时，冷却速度控制在10-25K/s，快速冷却结束时的温度范围为300-420℃。
进一步地，对于IF钢和铝镇静钢，所述快速冷却结束时的温度范围为300-350℃；
对于高强IF钢和C-Mn钢，所述快速冷却结束时的温度范围为350-380℃；
对于先进高强钢，所述快速冷却结束时的温度范围为370-420℃。
进一步地，所述先进高强钢包括DP钢及TRIP。
本发明提供的一种热镀锌镀层合金化退火的方法，通过控制合金化退火过程的加热速度、加热温度、均热段缓慢冷却速度、均热段缓慢冷却结束温度、均热段快速冷却速度和均热段快速冷却结束温度，可以制备获得以δ相为主的热镀锌合金化镀层相结构。
附图说明
图1为现有技术中的热镀锌镀层合金化退火方法的温度控制曲线示意图；
图2为本发明实施例提供的热镀锌镀层合金化退火方法的温度控制曲线示意图；
图3为铁-锌相图的富Zn角；
图4为使用本发明实施例提供的退火方法制造的合金化镀锌IF钢通过扫描电镜观察的截面镀层相结构照片；
图5为使用本发明实施例提供的退火方法制造的合金化镀锌IF钢通过扫描电镜观察的表面镀层相结构照片。
其中，如图2所示，T1是带钢进入合金化炉时的温度，T2为带钢在合金化炉中加热达到的最高温度，T3为带钢在均热段缓慢冷却结束时的温度，T4是带钢在均热段快速冷却结束时的温度，T5是带钢达到冷却塔顶辊时的温度。
具体实施方式
本发明实施例提供的一种热镀锌镀层合金化退火的方法，包括：
步骤S1:将完成热镀锌的钢卷在加热炉中进行加热；
步骤S2:将加热后的钢卷在均热段炉中进行缓慢冷却；
步骤S3:将缓慢冷却后的钢卷在均热炉中进行快速冷却；
步骤S4:将快速冷却后的钢卷在冷却塔中进行缓慢冷却获得成品。
本发明实施例提供的热镀锌镀层合金化退火方法的温度控制曲线示意图如图2所示。
其中，步骤S1中将完成热镀锌的钢卷在加热炉中进行加热时，加热炉的加热速度的控制在10-25K/s，加热结束时的温度范围为460-580℃，具体的，对于IF钢和铝镇静钢，所述加热结束时的温度范围为460-510℃；对于高强IF钢和C-Mn钢，所述加热结束时的温度范围为500-540℃；对于先进高强钢，所述加热结束时的温度范围为540-580℃。
根据大量工业生产实践的结果，加热段的加热速度和均热段的冷却速度对合金化镀层中的各相形成有重要影响。为了避免加热过程中优先形成ζ相而不是δ相，必须提高加热段的加热速度，使得温度迅速通过ζ相形成温度区间而达到δ相的形成温度区间。为了避免加热太快导致带钢宽度和长度方向温度不均而出现热瓢曲，必须控制加热段的加热速度上限。经验表明，合适的加热速度范围为10-25K/s。加热速度太低，容易在镀锌层表面生成较多的ζ相，钢板成形性能较差。而加热速度太高，则容易出现热瓢曲等板型不良缺陷。
根据铁-锌相图，如图3所示，ζ相大量形成的温度区间一般在425-440℃，而δ相大量形成的温度区间在460℃以上，因此为了保证获得以δ相为主的热镀锌合金化镀层相结构，加热段加热结束时的温度需要达到460-540℃。特别的，对于IF钢和铝镇静钢，含有的合金元素很少，最高加热温度控制范围为460-510℃；对于高强IF钢和C-Mn钢，由于含有较多的Mn和P，会阻碍合金化的速度，因此需要较高的最高加热温度，其加热段加热结束时的温度需要达到500-540℃。而对于含有较多Mn、Si、Cr、Mo等合金元素的先进高强钢（如DP钢，TRIP钢等），铁-锌的相互扩散受到合金元素的明显阻碍，工业生产表明δ相的形成温度区间达到540℃以上，因此加热段加热结束时的温度最好控制在540-580℃，以确保δ相的形成。
步骤S2中将加热后的钢卷在均热段炉中进行缓慢冷却时，冷却速度控制在2-5K/s，缓慢冷却结束时的温度范围为440-550℃，具体的，对于IF钢和铝镇静钢，所述缓慢冷却结束时的温度范围为440-470℃；对于高强IF钢和C-Mn钢，所述缓慢冷却结束时的温度范围为470-510℃；对于先进高强钢，所述缓慢冷却结束时的温度范围为500-550℃。
为了使得铁-锌相互扩散充分进行而生成δ相，在加热段达到结束时的最高温度后需要一段缓慢冷却，让钢卷在440℃以上进行均热保温。一般的，缓慢冷却的冷却速度太快，会诱发镀层中的部分δ相转变为ζ相。而如果缓慢冷却段的冷却速度太低，则会使得缓慢冷却结束温度太高，不利于后续的快速冷却降温。同时，太慢的冷却速度也意味着较慢的机组速度，不利于机组产能的发挥。所以本发明实施例将缓慢冷却阶段的冷却速度控制在2-5K/s，缓慢冷却结束时的温度范围为440-550℃。
步骤S3中将缓慢冷却后的钢卷在均热炉中进行快速冷却时，冷却速度控制在10-25K/s，快速冷却结束时的温度范围为300-420℃，具体的，对于IF钢和铝镇静钢，所述快速冷却结束时的温度范围为300-350℃；对于高强IF钢和C-Mn钢，所述快速冷却结束时的温度范围为350-380℃；对于先进高强钢，所述快速冷却结束时的温度范围为370-420℃。
因为在缓慢冷却结束时，镀层中已经形成了以δ相为主的镀层结构。为了稳定该镀层结构，必须以较快的冷却速度冷却到425℃以下，确保δ相不会转变为ζ相和Γ、Γ1相。而冷却速度太高，一方面难以在产线实现，另一方面也容易出现热瓢曲等板型不良缺陷。实验表明，合适的快速冷却速度范围为10～25K/s，快速冷却结束时的温度范围为300-420℃。
步骤S4:将快速冷却后的钢卷在冷却塔中进行缓慢冷却获得成品。
下面通过具体实施例对本发明进行进一步说明。
实施例1
厚度为0.8mm的IF钢汽车板，其基板化学成分质量百分数含量为：C：0.0020%，Si：0.01%，Mn：0.11%，P：0.010%，S：0.009%，N：0.0021%，Als：0.040%，Ti：0.020%，Nb：0.015%。通过气刀吹扫后，镀层重量为52g/m2，工艺速度为140m/min。经加热炉以14K/s的速度加热到460℃，然后以2.3K/s的速度缓冷到440℃，然后再以21.8K/s的速度快冷到300℃，整个合金化过程的时间是19.2秒。带钢到达顶辊时的温度为230℃，所制钢板的镀层性能如表1所示，镀层截面的相结构如图4所示，镀层表面的相结构如图5所示，改进后的钢板镀层抗粉化性能优良。
实施例2
厚度为1.5mm的高强IF钢汽车板，其基板化学成分质量百分数含量为：C：0.0018%，Si：0.09%，Mn：0.10%，P：0.05%，S：0.008%，N：0.0030%，Als：0.030%，Ti：0.025%。通过气刀吹扫后，锌层重量为43g/m2，工艺速度为100m/min。经加热炉以20K/s的速度加热到520℃，然后以4.1K/s的速度缓冷到470℃，然后再以13.3K/s的速度快冷到350℃，整个合金化过程的时间是27秒，带钢到达顶辊时的温度为250℃，所制钢板的镀层性能如表1所示，改进后的钢板镀层抗粉化性能优良。
实施例3
厚度为1.0mm的DP钢汽车板，其基板化学成分质量百分数含量为：C：0.10%，Si：0.20%，Mn：1.50%，P：0.020%，S：0.004%，N：0.0020%，Als：0.035%，Cr：0.20%，Mo：0.21%。通过气刀吹扫后，锌层重量为63g/m2，工艺速度为80m/min。经加热炉以22.7K/s的速度加热到570℃，然后以3.7K/s的速度缓冷到515℃，然后再以12.9K/s的速度快冷到370℃，整个合金化过程的时间是33.7秒，带钢到达顶辊时的温度为280℃，所制钢板的镀层性能指标如表1所示，改进后的钢板镀层抗粉化性能优良。
表1
其中，镀层抗粉化等级*用60度V弯实验测量，分为1-5级，1级最好，5级最差，1-3级为合格。
实施例4
厚度为1.2mm的C-Mn钢汽车板，其基板化学成分质量百分数含量为：C：0.09%，Si：0.06%，Mn：1.40%，P：0.020%，S：0.005%，N：0.0020%，Als：0.035%，。通过气刀吹扫后，锌层重量为53g/m2，工艺速度为90m/min。经加热炉以25.1K/s的速度加热到530℃，然后以3.9K/s的速度缓冷到505℃，然后再以14.1K/s的速度快冷到360℃，整个合金化过程的时间是30.3秒，带钢到达顶辊时的温度为270℃，所制钢板的镀层性能指标如表1所示，改进后的钢板镀层抗粉化性能优良。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (8)
1.一种热镀锌镀层合金化退火的方法，其特征在于，包括：
将完成热镀锌的钢卷在加热炉中进行加热；
将加热后的钢卷在均热段炉中进行缓慢冷却；
将缓慢冷却后的钢卷在均热炉中进行快速冷却；
将快速冷却后的钢卷在冷却塔中进行缓慢冷却获得成品。
2.如权利要求1所述的退火方法，其特征在于：
所述将完成热镀锌的钢卷在加热炉中进行加热时，所述加热炉的加热速度的控制在10-25K/s，加热结束时的温度范围为460-580℃。
3.如权利要求2所述的退火方法，其特征在于：
对于IF钢和铝镇静钢，所述加热结束时的温度范围为460-510℃；
对于高强IF钢和C-Mn钢，所述加热结束时的温度范围为500-540℃；
对于先进高强钢，所述加热结束时的温度范围为540-580℃。
4.如权利要求1所述的退火方法，其特征在于：
所述将加热后的钢卷在均热段炉中进行缓慢冷却时，冷却速度控制在2-5K/s，缓慢冷却结束时的温度范围为440-550℃。
5.如权利要求4所述的退火方法，其特征在于：
对于IF钢和铝镇静钢，所述缓慢冷却结束时的温度范围为440-470℃；
对于高强IF钢和C-Mn钢，所述缓慢冷却结束时的温度范围为470-510℃；
对于先进高强钢，所述缓慢冷却结束时的温度范围为500-550℃。
6.如权利要求1所述的退火方法，其特征在于：
所述将缓慢冷却后的钢卷在均热炉中进行快速冷却时，冷却速度控制在10-25K/s，快速冷却结束时的温度范围为300-420℃。
7.如权利要求6所述的退火方法，其特征在于：
对于IF钢和铝镇静钢，所述快速冷却结束时的温度范围为300-350℃；
对于高强IF钢和C-Mn钢，所述快速冷却结束时的温度范围为350-380℃；
对于先进高强钢，所述快速冷却结束时的温度范围为370-420℃。
8.如权利要求3、5、7任一项所述的退火方法，其特征在于：
所述先进高强钢包括DP钢及TRIP。
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