CN104498850A - 一种用于钢带连续热浸镀的镀液及其浸镀方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于钢带连续热浸镀的镀液及其浸镀方法。本发明的用于钢带连续热浸镀的镀液包括：Al：0.5-5质量％、Mg：1-4质量％、余量为Zn和不可避免的杂质，其中，Al与Mg的含量满足以下条件：(Al+Mg)/Mg为1.70-2.30。根据本发明提供的用于钢带连续热浸镀的镀液及其浸镀方法，适用于不同品种钢带的热浸镀并且利用该镀液制备出的锌基合金镀层耐蚀性可以得到极大提高。

Description

一种用于钢带连续热浸镀的镀液及其浸镀方法
技术领域
本发明属于钢带热浸镀及锌基合金技术领域，具体来说，涉及一种用于钢带连续热浸镀的镀液及其浸镀方法。
背景技术
在钢带热浸镀领域，由于锌具有优良的耐腐蚀、导电和导热的性能并且易于加工，尤其是其作为牺牲阳极具有保护钢基的作用，因此大大延长了钢带的使用寿命。热镀锌是当今世界上应用最广泛、性能价格比最优的钢材表面处理方法。
还原法连续热镀锌是当今钢带生产的主要生产方法，随着对热镀锌研究的逐步深入，人们也开始探索增加其它微量元素是否能改善钢带镀层的耐蚀性。在过去几十年里，具有更高耐蚀性能的新型镀层先后被开发出来。
例如，美国伯利恒钢铁公司(Bethlehem Steel Corporation)开发出一种含Al量为55％的铝-锌合金镀层，其在大气(尤其是在海洋大气的环境)下的耐腐蚀性接近镀铝层。而该镀层破损(如划伤、切口等)后对露铁部分(如钢板的切边)也同镀锌层一样具有作为牺牲阳极来保护钢板的作用。另外，这种镀层的涂装性能优于普通的镀锌钢板和镀铝钢板。但是，这种合金镀层含铝高，热浸时铝容易与钢发生剧烈反应，形成较厚的合金层，因此不利于下一步的变形加工，而且浸镀温度较高、能耗大、设备易损坏。
另外，提出一种含Al量为5％的铝-锌合金镀层，其耐蚀性与普通的镀锌层相比也有了大幅度的提高。但是这种镀层的镀液对钢基体的浸润性差，在镀锌过程中容易出现漏镀等缺陷，而且钢带的生产成本高、机械性能差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够解决以上多个技术问题中的至少一个技术问题的用于钢带连续热浸镀的镀液，该用于钢带连续热浸镀的镀液包括：Al：0.5-5质量％、Mg：1-4质量％、余量为Zn和不可避免的杂质，其中，Al与Mg的含量满足以下条件：(Al+Mg)/Mg为1.70-2.30。
其中，上述镀液还可以包括从Si、Ti、RE、B、Ni、V中选择的一种或两种以上。
其中，从Si、Ti、RE、B、Ni、V中选择的一种或两种以上元素的总量可以为0.3质量％以下。
其中，(Al+Mg)/Mg可以为2.10-2.30。
其中，(Al+Mg)/Mg可以为2.25-2.28。
其中，(Al+Mg)/Mg可以为1.70-1.90。
其中，在(Al+Mg)/Mg可以为1.70-1.90的情况下，上述镀液还可以包括：Ti：0.01～0.03质量％、B：0.02～0.04质量％、V：0.08～0.12质量％。
本发明还提供一种浸镀方法，该浸镀方法使用上述用于钢带连续热浸镀的镀液，其中，钢带入锅温度为460℃-550℃，镀液的温度为420℃-520℃，钢带浸镀时间为2-25s，气刀压力为2kPa-90kPa，镀后冷却速度大于8℃/s。
其中，钢带入锅温度可以为510℃-540℃，镀液的温度可以为480℃-520℃，钢带浸镀时间可以为10-20s。
其中，钢带入锅温度与镀液的温度之间的温度差可以小于10℃。
根据本发明提供的用于钢带连续热浸镀的镀液及其浸镀方法，适用于不同品种钢带的热浸镀并且利用该镀液制备出的锌基合金镀层耐蚀性可以得到极大提高。
具体实施方式
在本发明中，如无特别说明，所采用的百分比均为质量百分比。需要说明的是，本发明中没有详细描述的操作均为本领域的现有技术，在此不再赘述。
本发明的用于钢带连续热浸镀的镀液包括：Al：0.5-5质量％、Mg：1-4质量％、余量为Zn和不可避免的杂质，其中，Al与Mg的含量满足以下条件：(Al+Mg)为1.5-9质量％，(Al+Mg)/Mg为1.70-2.30。
采用上述镀液，通过Al、Mg联合作用，能够共同提高镀层的耐蚀性。镀液中Al、Mg含量的比例，也对镀层质量具有明显影响。锌铝镁合金镀层的组织主要由：富Zn相、富Al相、二元共晶相、Zn-Al-MgZn2组成。镀液中Al与Mg的含量满足(Al+Mg)/Mg为1.7-2.3时，镀层表面易于形成组织细小的Zn-MgZn2二元共晶相及Zn-Al-MgZn2三元共晶相，有利于提高镀层耐蚀性。
需要说明的是，Al和Mg两种元素的总含量，会极大地影响到镀层的质量。当镀液中(Al+Mg)质量％＜1.5％时，不能明显的提高镀层的耐蚀性；当镀液中(Al+Mg)质量％＞9％时，合金镀层的脆性增加，硬度增大，不利于镀层的成形性。因此，在本发明中，控制(Al+Mg)的质量％范围为1.5-9质量％。
其中，Mg含量为1-4质量％。其原因在于，当镀液中Mg质量％＜1％时，无法明显地提高镀层的耐蚀性；当镀液中Mg质量％＞4％时，浮渣明显增多，不利于镀层表面的质量控制。Mg含量优选为1.5-3.5质量％，进一步优选为2-3质量％。
另外，Al含量为0.5-5质量％。其原因在于，当镀液中Al质量％＜0.5％时，所生产的合金镀层的耐蚀性无法得到明显提高，而且由于Mg的加入，在镀液表面可能由于Mg的氧化造成浮渣形成较多，不利于镀层表面的质量控制；当镀液中Al质量％＞5％时，镀液中钢带Fe原子溶解速率加快，影响钢带的可焊性。Al含量优选为2-4质量％，进一步优选为2.5-3.5质量％。
通过利用上述镀液能够使生产出的镀层克服现有热浸镀合金镀层的不足，耐蚀性得到极大提高。
另外，在镀液中含有Al：0.5-5质量％、Mg：1-4质量％的情况下，发明人对(Al+Mg)/Mg与所得镀层的耐蚀性的关系进行进一步探讨发现，(Al+Mg)/Mg的比值为大约1.70至大约2.10的范围内时，镀层的耐蚀性与现有锌基合金镀层相比，虽有极大的提高，但是，当(Al+Mg)/Mg的比值落入大约1.80至小于2.10的范围内，所得镀层的耐蚀性基本不再变化。产生这种情况的原因可能是由于上述镀液得到的镀层中的Zn-MgZn2二元共晶相及Zn-Al-MgZn2三元共晶相达到平衡，因此镀层的耐蚀性也基本稳定。
但是，当进一步提高(Al+Mg)/Mg的比值时，发明人意外地发现以下效果：即，当(Al+Mg)/Mg的比值为2.10-2.30时，所得镀层的耐蚀性突然进一步显著提高。其中，当(Al+Mg)/Mg的比值为2.25-2.28时，所得镀层的耐蚀性达到最优。通过对所得镀层结构的分析得知，产生这种情况的原因是由于，所得镀层中的Zn-MgZn2二元共晶相及Zn-Al-MgZn2三元共晶相建立新的平衡态，与(Al+Mg)/Mg的比值为大约1.80至小于2.10的范围内的情况相比，可以推断新的Zn-MgZn2二元共晶相及Zn-Al-MgZn2三元共晶相平衡态有助于进一步提高镀层的耐蚀性。但是，当(Al+Mg)/Mg的比值大于2.30时，Al的相对量较高，也会出现漏镀的问题。
另外，为改善锌基合金镀层组织和提高镀液的流动性，还可以在镀液中选择性地加入Si、Ti、RE(混合稀土元素)、B、Ni、V中选择一种、两种或两种以上的混合元素，所添加的单一或混合元素的总质量％可以为0.3质量％以下。其中，所添加的各元素作用如下：
(a)在镀液中添加Si的作用是降低合金镀层厚度；
(b)在镀液中添加Ti的作用是细化镀层组织、抑制Fe-Zn合金层的快速生长；
(c)在镀液中添加RE(混合稀土)的作用是改善镀液的流动性，提高镀层表面质量；
(d)在镀液中添加B的作用是有利于提高镀层的耐蚀性；
(e)在镀液中添加Ni的作用是抑制合金层的快速生长，并可提高镀层的耐蚀性；
(f)在镀液中添加V的作用是有利于提高镀层的耐蚀性。
需要说明的是，Si、Ti、RE(混合稀土)、B、Ni、V元素可根据需要添加到镀液中，这些元素总质量分数控制在0.3％以下就能得到应有作用。
发明人发现，当镀液中的(Al+Mg)/Mg为1.70-1.90的情况下，如果在该镀液中同时加入Ti：0.01～0.03质量％、B：0.02～0.04质量％、V：0.08～0.12质量％，则所得镀层的耐蚀性最佳。
本发明还提供一种适于上述镀液的浸镀方法，所述方法采用气体还原法进行钢带连续热浸镀生产，具体为：开卷→焊接→清洗→连续退火→热浸镀→气刀吹扫→冷却→矫直→涂油/钝化→卷取的热浸镀工艺，其中，钢带入锅温度为460℃-550℃，镀液的温度为420℃-520℃，钢带浸镀时间为2-25s，气刀压力为2kPa-90kPa，镀后冷却速度为大于8℃/s。
其中，钢带入锅温度优选为510℃-540℃，镀液的温度优选为480℃-520℃，钢带浸镀时间优选为10-20s。另外，当钢带入锅温度与镀液的温度之间的温度差为小于10℃时，更加利于形成具有稳定结构的镀层。
该工艺条件下的浸镀方法与本发明的上述镀液相适应，能够制造出具有优异耐蚀性的镀层的各种钢带。
根据本发明提供的用于钢带连续热浸镀的镀液及其浸镀工艺条件，控制镀液中的Al、Mg及Si、Ti、RE、B、Ni、V含量，采用合适的浸镀工艺，提高了镀层的耐蚀性，并改善了镀层与基体的结合力，适用于生产各种品种热镀锌钢带，具有广阔的应用推广前景。
下面将结合实施例和比较例进一步说明本发明的镀液的优异效果。
实施例1～14以及比较例1～4的镀液的成分如表1所示。
表1 镀液合金成分(wt％)
编号 Al Mg Zn及其它不可避免杂质 Al+Mg (Al+Mg)/Mg
实施例1 0.80 1.00 余量 1.80 1.8
实施例2 1.50 1.50 余量 3.00 2
实施例3 1.50 2.00 余量 3.50 1.75
实施例4 2.00 2.00 余量 4.00 2
实施例5 2.00 2.50 余量 4.50 1.8
实施例6 3.00 3.00 余量 6.00 2
实施例7 3.00 3.50 余量 6.50 1.86
实施例8 4.00 3.50 余量 7.50 2.14
实施例9 5.00 4.00 余量 9.00 2.25
实施例10 2.80 2.18 余量 4.98 2.28
实施例11 3.60 3.00 余量 6.60 2.20
实施例12 1.50 1.37 余量 2.87 2.09
实施例13 4.10 3.74 余量 7.84 2.10
实施例14 2.50 1.92 余量 4.42 2.30
比较例1 3.00 2.27 余量 5.27 2.32
比较例2 0.20 - 余量 - -
比较例3 0.30 0.50 余量 0.80 1.6
比较例4 6.00 5.00 余量 11.00 2.2
将表1中的镀液采用气体还原法进行钢带连续热浸镀生产，具体采用开卷→焊接→清洗→连续退火→热浸镀→气刀吹扫→冷却→矫直→涂油/钝化→卷取的热浸镀工艺，其中，钢带入锅温度为460℃-550℃，镀液的温度为420℃-520℃，钢带浸镀时间为2-25s，气刀压力为2kPa-90kPa，镀后冷却速度＞8℃/s。
将镀好的镀层板按照国标(GB/T10125-1997)进行中性盐雾试验，各试样镀层厚度为60g/m2，检测结果如表2所示。
表2 实施例1～14及比较例1～4镀层耐蚀性
由上述表1和表2可知，与比较例相比，本发明的实施例1～14均具有良好的耐蚀性，并且镀层的表面质量良好。其中，当(Al+Mg)/Mg的比值为2.10-2.30(实施例8～11以及实施例13、14)时，镀层的耐蚀性进一步显著提高。其中，当(Al+Mg)/Mg的比值为2.25-2.28(实施例9和实施例10)时，所得镀层的耐蚀性达到最优。
下面对本发明的镀液中添加了其它成分后的耐蚀性进行讨论。
本发明的实施例15～28的镀液成分见表3。
表3 实施例15～28镀液合金成分(wt％)
将表3中的镀液采用气体还原法进行钢带连续热浸镀生产，具体采用开卷→焊接→清洗→连续退火→热浸镀→气刀吹扫→冷却→矫直→涂油/钝化→卷取的热浸镀工艺，其中，钢带入锅温度为460℃-550℃，镀液的温度为420℃-520℃，钢带浸镀时间为2-25s，气刀压力为2kPa-90kPa，镀后冷却速度＞8℃/s。
将镀好的镀层板按照国标(GB/T10125-1997)进行中性盐雾试验，各试样镀层厚度为60g/m2，检测结果见表4：
表4 实施例15～28镀层耐蚀性
由上述表3和表4可知，在本发明的镀液中加入Si、Ti、RE、B、Ni、V中的一种或两种以上，可以改善镀层的性质。其中，在(Al+Mg)/Mg为1.70-1.90的情况下(实施例23～26)，在镀液中加入Ti：0.01～0.03质量％、B：0.02～0.04质量％、V：0.08～0.12质量％，则镀层的耐蚀性得到极大的改善。而当(Al+Mg)/Mg的值大于1.90时(实施例27和实施例28)，镀层的耐蚀性改善与上述情况相比并不显著。
综上所述，根据本发明的用于钢带连续热浸镀的镀液及其浸镀方法，具有以下技术效果：
(1)利用本发明的镀液，可以在纯锌镀层中添加适量金属镁和铝使得镀层耐蚀性提高。这样不仅可以大大延长镀层的使用寿命，又能通过降低镀层重量减少锌的消耗，而且锌铝镁合金镀层浸镀温度不高，有利于延长设备使用寿命。并且镀液对钢基体浸润性较好，成形性较好。因此具有较高的社会效益和推广应用价值。
(2)本发明针对还原法热镀锌生产工艺，在锌液中添加适量镁和铝及其它微量合金元素，极大的提高了锌基合金镀层钢板的耐蚀性，并且针对本锌基合金镀层，开发了适用于其生产的热浸镀工艺。
虽然已经参照本发明的示例性实施例具体地示出并描述了本发明，但是本领域普通技术人员将理解，在不脱离如所附权利要求和它们的等同物所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以在此做出形式和细节上的各种改变。应当仅仅在描述性的意义上而不是出于限制的目的来考虑实施例。因此，本发明的范围不是由本发明的具体实施方式来限定，而是由权利要求书来限定，该范围内的所有差异将被解释为包括在本发明中。

Claims (10)

1.一种用于钢带连续热浸镀的镀液，其特征在于，所述镀液包括：Al：0.5-5质量％、Mg：1-4质量％、余量为Zn和不可避免的杂质，其中，Al与Mg的含量满足以下条件：(Al+Mg)/Mg为1.70-2.30。
2.根据权利要求1所述的镀液，其特征在于，所述镀液还包括从Si、Ti、RE、B、Ni、V中选择的一种或两种以上。
3.根据权利要求1所述的镀液，其特征在于，从Si、Ti、RE、B、Ni、V中选择的一种或两种以上元素的总量为0.3质量％以下。
4.根据权利要求1所述的用于钢带连续热浸镀的镀液，其特征在于，(Al+Mg)/Mg为2.10-2.30。
5.根据权利要求1所述的用于钢带连续热浸镀的镀液，其特征在于，(Al+Mg)/Mg为2.25-2.28。
6.根据权利要求1所述的用于钢带连续热浸镀的镀液，其特征在于，(Al+Mg)/Mg为1.70-1.90。
7.根据权利要求6所述的镀液，其特征在于，所述镀液还包括：Ti：0.01～0.03质量％、B：0.02～0.04质量％、V：0.08～0.12质量％。
8.一种浸镀方法，其特征在于，所述浸镀方法使用权利要求1～7中的任一项所述的用于钢带连续热浸镀的镀液，其中，钢带入锅温度为460℃-550℃，镀液的温度为420℃-520℃，钢带浸镀时间为2-25s，气刀压力为2kPa-90kPa，镀后冷却速度大于8℃/s。
9.根据权利要求8所述的浸镀方法，其特征在于，钢带入锅温度为510℃-540℃，镀液的温度为480℃-520℃，钢带浸镀时间为10-20s。
10.根据权利要求8所述的浸镀方法，其特征在于，钢带入锅温度与镀液的温度之间的温度差小于10℃。
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