CN104018080A

CN104018080A - 一种抗拉强度≥950MPa的Zn-Al复合镀层捆带及其生产方法

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Publication number: CN104018080A
Application number: CN201410281981.1A
Authority: CN
Inventors: 黄菲; 陶军晖; 张兆丽; 何振华; 吴远东; 王丹
Original assignee: Wuhan Iron and Steel Group Corp
Current assignee: Wuhan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2014-06-23
Filing date: 2014-06-23
Publication date: 2014-09-03
Anticipated expiration: 2034-06-23
Also published as: CN104018080B

Abstract

一种抗拉强度≥950MPa的Zn-Al复合镀层捆带，其组分及wt%为：C：0.06~0.16%，Mn：0.40~1.00%，Si：≤0.010%，P：≤0.010%，S：≤0.010%，Nb：0.040~0.060%，V：0.030~0.050%，Ti：0.050~0.070%，Als：0.055~0.080%；生产步骤：冶炼并连铸成坯，及进行常规铸坯加热；热轧；常规酸洗；进行冷轧；常规电解脱脂；制带。本发明产品的厚度为0.9mm，抗拉强度不低于950MPa，延伸率不低于10%，反复弯曲次数不少于10次(R=5mm)；产品表面生成了一层均匀致密、附着力强、厚度为3~4μm的Zn-Al复合镀层，使其置于酸性气氛中，540天不发生明显锈蚀，完全满足酸性气氛下钢材打捆包装的要求。

Description

一种抗拉强度≥950MPa的Zn-Al复合镀层捆带及其生产方法

技术领域

本发明涉及一种捆带及其生产方法，具体地属于一种抗拉强度≥950 MPa的Zn-Al复合镀层捆带及其生产方法。

背景技术

我国许多地区常年以煤炭作为燃料，产生的热量用于保障正常的工业生产和生活用电。但是其燃烧后，会生成大量的SO₃、SO₂、H₂S、CO₂等强腐蚀性的酸性气体，排放到大气中后会产生严重的酸雨现象。因此，在上述地区长时间存放和运输钢卷时，捆带除了要具有较好的力学性能外，还必须具有优良的耐蚀性能。

常规的发蓝或涂漆捆带由于防护膜较薄，即使在中性气氛下，耐蚀能力都极其有限，使用周期一般都不超过60天。面对酸性气氛更是无能为力，耐蚀能力更差，使用周期更短。相对而言，镀锌捆带的耐蚀能力较强，一般可达180天，但同样存在不适应酸性气氛的缺点。这是因为Zn是一种比较活泼的金属，在酸性气氛中易发生化学反应，引起腐蚀。

镀铝捆带的基材一般是普通的冷轧板，成本低廉。然而，一旦铝层表面出现严重的划伤和擦伤，会使基材暴露在空气中，由于缺乏防护，很容易发生锈蚀，进而大大缩短产品的使用周期。另一方面，普通的冷轧板在轧制完成后，表面仍然较为粗糙，这在一定程度上会影响镀铝层的稳定性和致密性。

就镀锌工艺本身来说，主要有热镀锌和电镀锌两种。热镀锌由于是在450 °C左右高温下进行，锌层形成速度较快，厚度较大，导致锌耗偏高。同时，由于后续的热镀铝工序是在700 °C左右进行，连续进行两个类似退火的热处理，不仅能耗较大，而且会导致产品的强度大幅降低，力学性能得不到保证。而电镀锌是在常温下进行生产，能耗较低、且不会影响产品的力学性能，并还可以通过调节电流密度精确控制锌层的厚度，减少不必要的锌耗，使生产成本降低。

经检索：

公开号为CN103805852A的中国专利公开了一种高强度镀铝捆带及其制造方法。原料钢种采用如下设计：C：0.10~0.20%，Mn：0.50~1.20%，Si≤0.010%，P≤0.010%，S≤0.010%，Ti：0.020~0.050%，Nb：0.020~0.050%，Als：0.040~0.070%。通过热镀铝工艺进行生产，产品的厚度为0.70 mm，抗拉强度为900~930 MPa，延伸率为10~12%，在酸性和高盐环境下，360天不发生明显锈蚀。但是仍为在普通的冷轧板进行热镀铝，一旦铝层表面出现严重的划伤或划痕，将很容易发生锈蚀，缩短产品的使用周期。

经对以上现有技术的分析，本发明认为如果在捆带表面生成一层惰性的钝化膜，则可以显著提高产品在酸性气氛下的耐蚀性能。经反复研究及试验，选择采用Zn-Al复合镀层能够解决上述问题。这是因为：一是在基材上先电镀锌，可以大幅提高基材的耐蚀能力；二是由于Zn和Al之间的化学作用较强，镀锌后，锌层表面的粗糙度较低，较光滑，适合镀铝，使铝层不容易发生脱落现象，即稳定性和致密性得到提高。

发明内容

本发明针对酸性气氛下钢材打捆包装的需要，提供一种抗拉强度≥950 MPa，抗酸腐蚀能力强的Zn-Al复合镀层捆带及其生产方法。

本申请为了实现上述目的，进行了大量的试验及分析，经过优化选择，采用添加适量合金元素Nb、V、Ti的原料钢种及电镀锌、热镀铝工艺进行生产。这里，钢种中添加适量的Nb、V、Ti，以保证产品的力学性能；通过电镀锌和热镀铝，极大提高了基材和产品的耐蚀性能以及防护层的稳定性与致密性。

实现上述目的的措施：

一种抗拉强度≥950 MPa的Zn-Al复合镀层捆带，其组分及重量百分比为：C：0.06~0.16%，Mn：0.40~1.00%，Si：≤0.010%，P：≤0.010%，S：≤0.010%，Nb：0.040~0.060%，V：0.030~0.050%，Ti：0.050~0.070%，Als：0.055~0.080%，其余为Fe及不可避免的杂质。

生产一种抗拉强度≥950 MPa的Zn-Al复合镀层捆带的方法，其步骤：

1) 冶炼并连铸成坯，及进行常规铸坯加热；

2) 进行热轧：

A、进行粗轧，控制粗轧开轧温度为1140~1210 °C；

B、进行精轧，控制精轧终轧温度为1130~1180 °C；

C、进行卷取，控制卷取温度为640~670 °C；卷取后，热轧钢板厚度控制为3.5±0.1 mm；

3) 进行常规酸洗，使钢板表面无氧化铁皮；

4) 进行冷轧，采用10道次反复轧制，控制总压下率为73~76%，轧制结束后，冷轧钢板厚度控制为0.90±0.01 mm；

5) 进行常规电解脱脂；

6) 进行制带：

A、脱脂冷轧钢板开卷后进行分条并去除毛刺；

B、在20~30 °C下进行电镀锌，控制电流密度为15~25 A/dm²；

C、进行水洗并烘干；

D、进行热镀铝，控制温度为700~740 °C，时间为30~60 s；

E、进行风冷、水洗和烘干；

F、进行卷取。

本发明中各元素及主要工序的作用：

碳：碳(C)是影响捆带力学性能的重要元素，一般来说，C含量高于0.16%，捆带的强度和硬度也越高，但脆性也随之增加，同时耐蚀性能也会下降。C含量低于0.06%，又很难保证产品的强度和硬度。因此，在本发明中，C含量要求控制在0.06~0.16%。

锰：锰(Mn)是钢中的有益元素，作为脱氧剂，可以有效去除钢液中的氧。同时，通过与钢液中的硫结合形成硫化锰，很大程度上消除了硫在钢中的有害影响。但Mn含量高于1.0%，将降低捆带的塑性和韧性，且导致生产成本上升。Mn含量低于0.40%，脱氧和除硫的效果变得不佳。因此，在本发明中，Mn含量要求控制在0.40~1.00%。

硅：硅(Si)也是钢中的有益元素，具有很强的固溶强化作用，能提高捆带的强度和硬度。但Si含量太高，将使捆带的塑性和韧性显著下降，同时严重影响产品表面质量。Si含量太低，将削弱强化作用，影响产品的强度和硬度。因此，在本发明中，Si含量要求控制在≤0.010%。

磷：磷(P)是钢中的有害元素，容易引起严重的偏析，降低捆带的韧性，导致发生脆断。此外，过高的P含量将显著降低捆带的焊接性能，一般应予以去除。因此，在本发明中，P含量要求控制在≤0.010%。

硫：硫(S)是钢中的有害元素，容易引起热脆，降低捆带的韧性，并严重削弱捆带的焊接性能，一般应予以去除。因此，在本发明中，S含量要求控制在≤0.010%。

铌、钒、钛：铌(Nb)、钒(V)和钛(Ti)作为合金元素，可以细化晶粒，提高产品的强度、平衡塑性和韧性。含量太低，起不到应有的作用。含量太高，则会造成生产成本大大增加，并且恶化钢板性能。因此，在本发明中，Nb 含量要求控制在0.040~0.060%，V含量要求控制在0.030~0.050%，Ti含量要求控制在0.050~0.070%。

铝：铝(Al)是钢中的有益元素，作为脱氧剂可以细化晶粒，改善捆带的韧性。因此，在本发明中，Al含量要求控制在0.055~0.080%。

冷轧工序

热轧酸洗卷分切后采用10道次反复轧制，控制总压下率为73~76%，冷轧至厚度为0.90±0.01 mm。轧制完成后，进行脱脂，以除去冷轧原料表面的油污。之所以采用10道次，是因为可以增加钢带表面的光洁度，有利于提高电镀锌层的稳定性。同时，在原料中含有Nb、V、Ti等合金元素的情况下，适当增加轧制道次，降低道次压下率，有利于减少轧制难度及对轧辊的损耗，保护轧制设备。

制带工序

脱脂冷轧原料在完成开卷、分条并去除毛刺后，先进行电镀锌，再进行热镀铝。这里，电镀锌在常温20~30 °C下完成，采用ZnSO₄酸性电镀液，通过控制电流密度来控制锌层厚度，电流密度为15~25 A/dm²。电镀后，水洗并烘干。然后再进行热镀铝，温度为700~740 °C，时间为30~60 s，通过气刀控制铝层厚度。完成后，进行风冷，随后水洗、烘干并卷取。之所以采用这种工艺，是因为在基材上先镀锌，可以大幅提高基材的耐蚀能力。由于Zn和Al之间的化学作用较强，镀锌后，锌层表面的粗糙度较低，比较光滑，适合镀铝，铝层不容易发生脱落，稳定性和致密性得到提高。同时，也兼顾了产品的力学性能。

与现有普通捆带相比，本发明产品的厚度为0.9 mm，抗拉强度不低于950 MPa，延伸率不低于10%，反复弯曲次数不少于10次(R=5 mm)；产品表面生成了一层均匀致密、附着力强、厚度为3~4 μm的Zn-Al复合镀层，使其置于酸性气氛中，540天不发生明显锈蚀，完全满足酸性气氛下钢材打捆包装的要求。

具体实施方式

下面对本发明予以详细描述：

表1为本发明各实施例及对比例的化学成分列表；

表2为本发明各实施例及对比例的轧制工艺参数列表；

表3为本发明各实施例及对比例的制带工艺参数及力学性能情况列表；

表4为本发明各实施例及对比例的耐蚀性能情况列表。

本发明各实施例按照以下步骤生产：

1) 冶炼并连铸成坯，及进行常规铸坯加热；

2) 进行热轧：

A、进行粗轧，控制粗轧开轧温度为1140~1210 °C；

B、进行精轧，控制精轧终轧温度为1130~1180 °C；

3) 进行常规酸洗，使钢板表面无氧化铁皮；

5) 进行常规电解脱脂；

6) 进行制带：

A、脱脂冷轧钢板开卷后进行分条并去除毛刺；

B、在20~30 °C下进行电镀锌，控制电流密度为15~25 A/dm²；

C、进行水洗并烘干；

D、进行热镀铝，控制温度为700~740 °C，时间为30~60 s；

E、进行风冷、水洗和烘干；

F、进行卷取。

表1 本发明各实施例及对比例的化学成分(wt%)

表2 本发明各实施例及对比例的轧制工艺参数

表3 本发明各实施例及对比例的制带工艺参数及产品性能

表4 本发明各实施例及对比例的耐蚀性能

从表3及表4中可以看出，本发明申请的捆带，其抗拉强度为950~975 MPa；延伸率为10~12%；反复弯曲次数(R=5 mm)为10~12次；复合镀层厚度为3~4 μm；在温度23~28 °C、相对湿度80~90%、酸度pH4.7~5.3、暴露时间540 d的情况下，表面未发生明显腐蚀。产品性能完全满足使用要求。

上述实施例仅为最佳例举，而并非是对本发明的实施方式的限定。

Claims

1.一种抗拉强度≥950 MPa的Zn-Al复合镀层捆带，其组分及重量百分比为：C：0.06~0.16%，Mn：0.40~1.00%，Si：≤0.010%，P：≤0.010%，S：≤0.010%，Nb：0.040~0.060%，V：0.030~0.050%，Ti：0.050~0.070%，Als：0.055~0.080%，其余为Fe及不可避免的杂质。

2.生产权利要求1所述的一种抗拉强度≥950 MPa的Zn-Al复合镀层捆带的方法，其步骤：

1) 冶炼并连铸成坯，及进行常规铸坯加热；

2) 进行热轧：

A、进行粗轧，控制粗轧开轧温度为1140~1210 °C；

B、进行精轧，控制精轧终轧温度为1130~1180 °C；

3) 进行常规酸洗，使钢板表面无氧化铁皮；

4) 进行冷轧，采用10道次反复轧制，控制总压下率为73~76%，轧制结束厚度控制在0.90±0.01 mm；

5) 进行常规电解脱脂；

6) 进行制带：

A、脱脂冷轧钢板开卷后进行分条并去除毛刺；

B、在20~30 °C下进行电镀锌，控制电流密度为15~25 A/dm²；

C、进行水洗并烘干；

D、进行热镀铝，控制温度为700~740 °C，时间为30~60 s；

E、进行风冷、水洗和烘干；

F、进行卷取。