CN104947023B - 无粉化厚规格锌铁合金化板的生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无粉化厚规格锌铁合金化板的生产方法，解决了现有厚规格锌铁合金化板存在的粉化严重、切损量大等问题。技术方案包括将厚度为1.6‑2.0mm带钢在连续生产线上经退火、镀锌、合金化、平整、切割步骤得到锌铁合金化板；其中所述镀锌步骤中，控制锌液温度在460±5℃，浸锌时间5‑7s，锌液铝含量在0.12～0.14wt％；本发明工艺简单，能有效解决粉化级别过高和亮边问题、降低生产成本。

Description

无粉化厚规格锌铁合金化板的生产方法

技术领域

本发明涉及治金行业，具体的说是一种锌铁合金化板的生产方法。

背景技术

普通的镀锌层是由内部紧挨钢基的合金层和外部表面光滑并带有美丽锌花的纯锌层组成。根据需要，可通过一定处理方法，把纯锌层转化为铁-锌合金层σ₁相。这种处理方法称为镀锌层合金化处理，或称镀锌板的锌层退火。

经过合金化处理的热镀锌板，其表面失去锌花光泽，而呈现出银白色或者暗灰色的外观。镀锌层的韧性与处理前无显著变化，可以进行较复杂的弯曲成型加工，这种产品具有良好的焊接性、涂敷性、耐热性和耐蚀性。目前合金化产品使用越来越普遍，厚规格的合金化产品市场需求量大，广泛应用于各个领域，应用前景极为广阔。

在锌铁相互扩散的合金化过程中，最初形成的是含铁量较低的ζ相，当延长加热时间或者升高炉温时，镀层结构很快发生相变，即由ζ---σ_p---σ_k---γ，镀层表面色泽也发生相应的变化，即由灰白色---灰色---暗灰色---深灰色，同时镀层中的含铁量也在逐渐升高。合金化可能出现四种典型的镀层结构，ζ+σ_p相的含铁量为6.7～10.8％，σ_p+σ_k相(图4)为9.9～13.0％，σ_k相(图5)为14.0％，，γ相为21.4％。通过耐蚀试验、黏附试验、涂漆试验等都已证实，ζ+σ_p相是合金化最理想的镀层结构。欲获得加工性良好的合金化产品，在生产中必须要控制合金化度，镀层结构应为ζ+σ_p相。在实际生产厚规格合金化产品过程中，很难达到镀层结构ζ+σ_p相的要求。

合金化镀锌板经过合金化退火处理后，镀层表面容易产生剥离现象。镀层剥离有两种类型：第一种是以粉末形式脱落，即粉化；第二种是以鳞片形式脱落，即剥落。粉化是由于镀层内部失效而形成颗粒状物，颗粒尺寸一般小于镀层厚度；剥落是由于镀层与基板界面之间附着失效而形成的片状颗粒，颗粒尺寸一般与镀层厚度相近或者大于镀层厚度。无论是粉化还是剥落均会造成镀层的破坏，不仅会影响涂敷性，而且还会严重影响其耐蚀性，因此必须杜绝。在镀锌机组实际生产过程中，1.5mm及以下的薄规格合金化产品的合金化镀层由于机组速度快，合金化时间短，粉化现象较易得到控制，但是厚规格(厚度为1.6-2.0mm)机组速度慢，合金化时间长，合金化镀层极易产生粉化现象，如何控制好镀层粉化是生产的关键。

目前，生产厚规格合金化产品时，粉化级别过高和亮边问题的矛盾比较突出，采取的有效办法是降低合金化功率，让板面中间部位合金层保持在ζ+σ₁相，但这样带钢边部处于η相(纯锌层)+ζ相(FeZn₁₃)+σ₁相(FeZn₇)，合金化效果不明显，有明显的η相层。如果保证边部合金层保持ζ+σ1相，带钢中间由于过合金化，可能会形成ζ相(FeZn₁₃)+σ₁相(FeZn₇)+γ相(Fe₃Zn₂₁)，上述两种情况都会影响整个板面的合金化效果。为了消除这一缺陷，现有的办法是采取边部欠合金化，然后将边部合金化不均匀的部位进行切边，保证用户使用的合金化产品镀层结构全部为ζ+σ₁相。但是这样就会造成一定量的切损量，造成成本的大幅度上升。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述技术问题，提供一种工艺简单，能有效解决粉化级别过高和亮边问题、降低生产成本、能实现连续在线生产的无粉化厚规格锌铁合金化板的生产方法。

技术方案包括将厚度为1.6-2.0mm带钢在连续生产线上经退火、镀锌、合金化、平整、切割步骤得到锌铁合金化板；

所述镀锌步骤中，控制锌液温度在460±5℃，浸锌时间5-7s，锌液铝含量在0.12～0.14wt％；

所述合金化步骤中，经锌镀后的带钢进入合金化炉，控制合金化炉内高频感应功率在480-540KW，在3-8S之内将镀锌后的带钢加热到500℃以上，然后进行保温，控制保温时间为10-15s，保温温度为440—480℃。

所述带钢在连续生产线上的运行速度为35-60m/min。

发明人对现有的厚规格锌铁合金化板的生产过程进行了深入的研究，发现合金化镀锌板的抗粉化性主要是由于其组织决定的。当镀层中合金化度较高时，Fe₃Zn₁₀较多，在加工时易产生龟裂，当镀层中的裂纹因外应力的作用，扩大到Fe₃Zn₁₀相时，便会很快发生粉末状脱落。当镀层合金化度较低时，FeZn₁₃较多，它具有一定的延展性，可以防止裂纹的传播，从而可防止粉末状脱落，但是FeZn₁₃在冲压成型时，特别是在较高的表面压力下滑动成型时，由于其摩擦系数较大，滑动阻力较大，从而产生剥离性脱落。可见合金层的抗粉化性和抗剥离性是对应的。

因此，冲压成形性良好的合金化板，其镀层的最佳结构应该以含铁量适中的FeZn₇为主，或者在其基础上有较薄的FeZn₁₃存在，即ζ+σ_p相，镀层的平均含铁量保持在质量百分数8-12％之间。

为实现上述目标，发明人进行了如下改进：

在退火步骤中：

(1)控制退火炉温：退火温度过高，在经过冷却段后表面的温度被降低，但是钢基内部的核心温度依然较高，该核心温度在出锌锅后，会将热量散发到钢基表面，从而影响锌液温度和合金化的所需要的能量，会导致锌液温度升高和过合金化等现象。由于退火温度是决定钢基的组织性能的关键因素，所以退火温度必须满足钢种的力学性能要求。在根据各个钢种所需要的退火温度不同，将退火温度按照下限进行控制，即保证钢基的力学性能，又保证不能过高的热量带入到镀锌和合金化工序中。

在镀锌步骤中：

(1)控制锌液温度：温度升高能加快锌—铁合金层之间的扩散速度，随着锌液温度的升高，相的形成速度也在迅速增长。但是当达到480℃之后，γ相的晶体将牺牲σ₁相的晶体而长大，从而会导致镀锌层变脆。因此，将锌液温度稳定在460±5℃，有利于镀层各个相间的稳定，此时的镀层结构由η相(纯锌层)+ζ相(FeZn₁₃)+σ₁相(FeZn₇)+γ相(Fe₃Zn₂₁)组成。若锌液温度波动，将会对合金层的理想金相结构带来影响。

(2)锌液中含铝量为0.1～0.2％(质量百分数)时，会引起镀层的显著变化，随着铝含量的提高，镀层的附着力会明显升高，并且能够防止生成大量的锌渣或者超厚的锌铁化合物。另外一方面，含铝量为0.1％时，镀层结构中γ相和σ₁相的厚度可以减少到不加铝时的78％；含铝量为0.16％时，镀层结构中γ相和σ₁相的厚度可以减少到不加铝时的0.8％，含铝量为0.2％时，即可消除γ相和σ₁相，使镀层仅有η相和ζ相。所以在生产厚规格合金化产品时，即要保证镀层的附着力良好，不能产生过多的底渣，又要保留σ₁相。因此，要求锌液铝含量在0.12～0.14％(质量百分数)，能同时满足镀层附着力质量和镀层结构的需要。如果铝含量过低，则会使镀层与钢基之间的结合力下降，并且有产生底渣的倾向。如果铝含量过高，将会阻碍锌-铁之间的扩散，从而达不到合金化产品的形态。

在合金化步骤中：

(1)控制带钢的快速升温时间

经镀锌步骤后的镀锌板在镀层发生凝固之前，进入合金化炉，控制合金化炉内高频感应功率在480-540KW，在3-8S之内把镀锌后的带钢加热至500℃以上，优选加至500-560℃，快速升温的目的是将纯锌层全部转化为铁-锌合金层，升温过快会使合金化炉的温度高，导致出合金化炉后，合金化依然再进行，导致过合金化现象，并且浪费能源。过慢会使冷却速度高于加热速度，造成合金化不足。采用高频率感应加热方式，可以对电流渗透深度进行控制，使大量涡流仅仅在镀锌板表面的锌层中进行流动，以降低逆变器的输出功率，并且可以达到带钢表面合金层均匀无色差。

经过合金化炉后，η相纯锌层基本消失，镀层结构变成了ζ+σ₁相，但此时，ζ和σ₁相之间的比例成了反映粉化指标的关键因素。将ζ相与σ₁相的X射线强度比成为值，把Z值描述镀层合金化的定量指标Z＝ζ相衍射强度/σ₁相衍射强度。镀层中含铁量越低则合金化度Z值越大，采用上述方法可以获得良好的粉化性能，在厚规格产品生产过程中，镀层结构为ζ+σ_p相，含铁量控制在12％以内，而Z值在0.2以上。

(2)控制保温的温度和时间

在合金化炉内的保温时间控制在10-15秒，保温温度为440—480℃，从而满足锌铁合金化板的性能需要和合金层镀层的均匀性，保温时间过长会使合金化时间延长，导致过合金化现象；过短会使合金化时间不足，导致欠合金化现象。保温温度过高会使镀层快速合金化，并导致γ相(Fe₃Zn₂₁)的大量产生，影响粉化结果；过低会使镀层η相(纯锌层)不能完全消除，产生合金化不均匀的现象。

由于本发明生产方法为连续在线生产，机组速度影响镀锌时间和保温时间相关，因此所述带钢在连续生产线上的运行速度为35-60m/min，可以满足厚规格合金化产品的镀锌时间和合金化保温时间。

通过本发明方法可以使整个厚规格的合金化板面的镀层结构都为ζ+σ₁相，有效解决镀层粉化问题，镀层粉化改判率发明前为50％左右，降低到发明后的2.5％左右，大大降低生产成本，实现厚规格产品的批量接单，并满足用户的要求。

附图说明

图1是实施例1中镀锌后带钢的显微结构图(放大1000倍)。

图2是实施例1中带钢经合金化后的表面形貌图(放大500倍)。

图3是实施例1中锌铁合金化板的镀层剖面的组织结构图(放大1000倍，为ζ+σ_p相图)。

图4为σ_p+σ_k相图。

图5为σ_k相图。

图6为γ相图。

图7为ζ+σ_p镀层断口形貌图。

图8为γ镀层断口形貌图。

具体实施方式

实施例1：

1)退火：将厚度为2.0mm带钢在连续生产线上先进行退火，带钢在连续生产线上的运行速度为39m/min，预热炉温度650℃，还原退火温度为730℃，入锌锅温度461℃。

2)镀锌：对退火后的带钢进行镀锌，控制锌液温度在460℃，锌液铝含量在0.13wt％，浸锌时间为7秒，得到镀锌板显微结构图见图1。

3)合金化：经镀锌后的带钢(即镀锌板)在镀层凝固之前进入合金化炉，高频感应功率设置在480KW，在5S之内将镀锌板加热到530℃，然后进行保温，控制保温时间为14s，保温温度为420℃，得到合金化板微观表面形貌见图2。

4)平整：对合金化板进行平整，采用粗糙度Ra为2.0的平整辊，系统轧制力吨数设置为200吨，保证板面的平直度和降低表面的粗糙度。

5)切割：根据用户要求尺寸进行切割，对此时的带钢表面进行剖面，得到锌铁合金化板镀层断口的组织结构图见图7。

实施例2

1)退火：将厚度为1.8mm带钢在连续生产线上先进行退火，连续生产线上的运行速度为42m/min，预热炉温度650℃，还原退火温度为735℃，入锌锅温度462℃。

2)镀锌：对退火后的带钢进行镀锌，控制锌液温度在460℃，锌液铝含量在0.135wt％，浸锌时间为6秒，得到镀锌板。

3)合金化：经镀锌后的带钢(即镀锌板)在镀层凝固之前进入合金化炉，高频感应功率设置在510KW，在5S之内将镀锌板加热到520℃，然后进行保温，控制保温时间为13s，保温温度为430℃，得到合金化板。

4)平整：对合金化板进行平整，采用粗糙度Ra为2.0的平整辊，系统轧制力吨数设置为200吨，保证板面的平直度和降低表面的粗糙度。

5)切割：根据用户要求尺寸进行切割，得到锌铁合金化板。

实施例3

1)退火：将厚度为1.7mm带钢在连续生产线上先进行退火，带钢在连续生产线上的运行速度为48m/min，预热炉温度650℃，还原退火温度为740℃，入锌锅温度463℃。

2)镀锌：对退火后的带钢进行镀锌，控制锌液温度在462℃，锌液铝含量在0.125wt％，浸锌时间为6秒，得到镀锌板。

3)合金化：经镀锌后的带钢(即镀锌板)在镀层凝固之前进入合金化炉，高频感应功率设置在530KW，在5S之内将镀锌板加热到520℃，然后进行保温，控制保温时间为12s，保温温度为440℃，得到合金化板。

4)平整：对合金化板进行平整，采用粗糙度Ra为2.0的平整辊，系统轧制力吨数设置为200吨，保证板面的平直度和降低表面的粗糙度。

5)切割：根据用户要求尺寸进行切割，得到锌铁合金化板。

实施例4

1)退火：将厚度为1.6mm带钢在连续生产线上先进行退火，带钢在连续生产线上的运行速度为51m/min，预热炉温度650℃，还原退火温度为745℃，入锌锅温度463℃。

2)镀锌：对退火后的带钢进行镀锌，控制锌液温度在462℃，锌液铝含量在0.125wt％，浸锌时间为5秒，得到镀锌板。

3)合金化：经镀锌后的带钢(即镀锌板)在镀层凝固之前进入合金化炉，高频感应功率设置在540KW，在4S之内将镀锌板加热到510℃，然后进行保温，控制保温时间为11s，保温温度为450℃，得到合金化板。

4)平整：对合金化板进行平整，采用粗糙度Ra为2.0的平整辊，系统轧制力吨数设置为200吨，保证板面的平直度和降低表面的粗糙度。

5)切割：根据用户要求尺寸进行切割，得到锌铁合金化板。

比较例：

1)退火：将厚度为2.0mm带钢在连续生产线上先进行退火，带钢在连续生产线上的运行速度为44m/min，预热炉温度650℃，还原退火温度为750℃，入锌锅温度470℃。

2)镀锌：对退火后的带钢进行镀锌，控制锌液温度在465℃，锌液铝含量在0.140wt％，浸锌时间为6秒，得到镀锌板显微结构图见图1。

3)合金化：经镀锌后的带钢(即镀锌板)在镀层凝固之前进入合金化炉，高频感应功率设置在700KW，在5S之内将镀锌板加热到550℃，然后进行保温，控制保温时间为14s，保温温度为500℃，得到合金化板微观表面形貌见图6。

4)平整：对合金化板进行平整，采用粗糙度Ra为2.0的平整辊，系统轧制力吨数设置为200吨，保证板面的平直度和降低表面的粗糙度。

5)切割：根据用户要求尺寸进行切割，对此时的带钢表面进行剖面，得到锌铁合金化板镀层断口的组织结构图见图8。

评价：

图1为实施例1中镀锌板(镀锌后的带钢)的显微结构图，图中可以看到镀锌板在合金化前含有η相ζ相和σ₁相，而合金化的目的就是消除η相，保留ζ相和σ₁相，并且含铁量控制在8～12％(质量百分数)；图2是实施例1中镀锌板经合金化后的表面形貌图；图3为实施例1方法制得的合金化板在放大1000倍的情况合金化组织结构微观图，该组织结构为ζ+σ₁相，是理想的合金化镀层。经检测，该产品含铁量在9.6％，粉化级别为1.5级，产品质量良好。

Claims (3)

1.一种无粉化厚规格锌铁合金化板的生产方法，将厚度为1.6-2.0mm带钢在连续生产线上经退火、镀锌、合金化、平整、切割步骤得到锌铁合金化板；其特征在于，

所述镀锌步骤中，控制锌液温度在460±5℃，浸锌时间5-7s，锌液铝含量在0.12～0.14wt％；

所述合金化步骤中，经镀锌后的镀锌板在镀层凝固之前进入合金化炉，控制合金化炉内高频感应功率在480-540KW，在3-8S之内将镀锌后的带钢加热到500-560℃，然后进行保温，控制保温时间为10-15s，保温温度为440—480℃。

2.如权利要求1所述的无粉化厚规格锌铁合金化板的生产方法，其特征在于，所述退火步骤中，控制带钢的退火温度为730-760℃。

3.如权利要求1或2所述的无粉化厚规格锌铁合金化板的生产方法，其特征在于，所述带钢在连续生产线上的运行速度为35-60m/min。