CN105887146A - 一种家用燃气器具用镀层钢带的生产方法 - Google Patents

Abstract

一种家用燃气器具用镀层钢带的生产方法：以的DC03热轧酸洗卷为原料，进行反复冷轧后脱脂；第一次退火；制带：开卷、分条并去除毛刺；电镀Ni‑Co合金；常规水洗并烘干；物理气相沉积；进行离子注入；第二次退火；自然冷至室温后卷取。本发明钢带的抗拉强度为500~550 MPa，延伸率为34~38%，表面粗糙度为0.04~0.07µm，镜面反射率为99.2~99.7%，在室内大气环境下暴露4000 d后失光率不超过0.2%；对于燃气器具面板所需钢带，抗拉强度为400~450 MPa，延伸率为42~47%；表面粗糙度为0.02~0.05µm，镜面反射率为99.55~99.95%，在室内大气环境下暴露3600 d后，失光率不超过0.3%。

Description

一种家用燃气器具用镀层钢带的生产方法

技术领域

本发明涉及一种钢带的生产方法，具体地属于一种用于生产家用燃气器具的镀层钢带的生产方法。

背景技术

燃气器具一般是指以煤气、液化石油气、天然气为主要燃料的日常家用品，主要包括燃气灶、热水器、壁挂炉等。随着国家经济的高速发展，人们的生活质量持续提升，对家用燃气器具的使用安全性和文化品味的要求也日益提高。以高档灶具为例，业内一般采用高品质的不锈钢作原料进行生产，不同部位对原料性能的要求也不尽相同。其内部引火装置由于靠近火源，出于安全的考虑，要求原料用钢必须具有良好的耐磨性能和耐热性能。其外观面板出于装饰和造型的需要，要求原料用钢具有良好的表面性能、涂镀性能和冲压成形性能。但是，高品质不锈钢存在着两个明显的不足：基于实现产品使用性能的需要，原料钢种添加了大量的合金元素，一方面导致原料成本大幅上升；另一方面也引起原料冶炼、轧制、热处理及产品成形的难度明显加大。某种程度上，这限制了产品的进一步推广。因此，从市场角度来看，很有必要对现有原材料进行改进，以提高产品的性价比。

近年来，由于材料制备工艺水平的不断提高，镀层钢带因其成本低、性能好逐渐引起业内的广泛关注，已成为替代不锈钢的重要材料，并获得广泛应用。

经检索：

中国专利公开号为CN104805484A的文献，公开了一种Cu-Ni/Ni-Ag双复合镀层极薄钢带的生产方法。该文献以SPHC热轧酸洗卷为原料，采用二次冷轧＋一次退火+电镀Cu-Ni+热喷涂Ni-Ag＋二次退火的工艺进行生产。所得钢带的厚度为0.2~0.3 mm，抗拉强度为330~380 MPa，延伸率为34~38%，表面生成了一层均匀致密、附着力强、厚度为7~10 µm的Cu-Ni/Ni-Ag双复合镀层，镀层表面硬度为90~100 HV，粗糙度为0.15~0.30 µm，镜面反射率为88~95%，电阻率为6.5~8.7 µΩ∙cm，热导率为6~10 W/cm∙°C。产品的导电和导热性能良好。但是，该镀层钢带采用贵金属Ag，对生产家用燃气器具而言，其成本和价格更高，更加难以推广。此外，该镀层钢带硬度低，耐磨性能差。特别是Ni-Ag合金中的Ag长时间暴露在空气中后容易失去金属光泽，装饰性变差，导致表面性能差。

中国专利公开号为CN104988456A的文献，公开了一种Cu-Sn/Sn-Au双复合镀层极薄钢带的生产方法。该文献以SPCC冷轧钢板作为原料，采用一次退火＋一次冷轧+热喷涂Cu-Sn＋二次退火+热喷涂Sn-Au＋三次退火的工艺进行生产。所得钢带的厚度为0.1~0.2mm，抗拉强度为300~350 MPa，延伸率为38~45%。表面生成了一层均匀致密、附着力强、厚度为8~12 µm的Cu-Sn/Sn-Au双复合镀层，镀层呈现光亮的金黄色，表面硬度为100~120 HV，粗糙度为0.1~0.2 µm，镜面反射率为94~99%，在常规环境下放置720 d后，镀层失光率不超过0.5%，电阻率为14~18 µΩ∙cm，热导率为60~75 W/m∙°C，在350~400 °C下保持480 h后，表面氧化面积不超过0.1%，硬度值变化率不超过0.3%。虽然产品的表面性能、导电性能、导热性能良好，但是，该镀层钢带采用贵金属Au，对生产家用燃气器具而言，其成本和价格更高，更加难以推广。此外，该镀层钢带硬度低，耐磨性能差。特别是Au-Sn二元合金是由许多脆硬性的中间相组成，产品的加工成形性能存在不足。

发明内容

本发明针对现有技术存在的不足，提供一种家用燃气器具镀层钢带的生产方法，即对于燃气器具内部引火装置所需钢带的抗拉强度为500~550 MPa，延伸率为34~38%，表面粗糙度为0.04~0.07 µm，镜面反射率为99.2~99.7%，在室内大气环境下暴露4000 d后失光率不超过0.2%；对于燃气器具面板所需钢带，抗拉强度为400~450 MPa，延伸率为42~47%；表面粗糙度为0.02~0.05 µm，镜面反射率为99.55~99.95%，在室内大气环境下暴露3600 d后，失光率不超过0.3%。

实现上述目的的措施：

一种家用燃气器具用镀层钢带的生产方法，其步骤：

1) 以普通的DC03热轧酸洗卷作为原料，进行9或10道次冷轧反复轧制，控制总压下率为93~97%，然后常规脱脂；

2) 在全氢保护气氛下进行第一次退火，控制退火温度为630~670 °C，保温时间为60~70 min；

3) 进行制带：

A、开卷、分条并去除毛刺；

B、电镀Ni-Co合金，镀液为NiSO₄+CoSO₄酸性水溶液，控制NiSO₄和CoSO₄的浓度比例为1.3~2.3：1，电流密度为3.5~4.5 A/dm²，电镀时间为3~5 min；

C、进行常规水洗并烘干至钢带表面无水分；

D、进行物理气相沉积，其中：制备内部引火装置所需钢带时，物理气相沉积W-Mo合金，控制W和Mo的质量百分比分别为65~85%和35~15%，沉积速率为0.7~0.8 µm/min，沉积时间为12~15 min；制备面板所需钢带时，物理气相沉积Ti，控制沉积速率为0.5~0.6 µm/min，沉积时间为6~10 min；

E、进行离子注入：其中：制备内部引火装置所需钢带时，离子注入Cr，并控制注入能量为60~80 keV，Cr的注入剂量为(3~6)×10¹⁸/cm²；制备面板所需钢带时，双离子注入Al-Mg，控制注入能量为80~120 keV，Al的注入剂量为(5~8)×10¹⁷/cm²，Mg的注入剂量为(3~6)×10¹⁷/cm²；

F、 在全氢保护气氛下进行第二次退火，其中：制备内部引火装置所需钢带时，控制退火温度为550~600 °C，保温时间为40~50 min；制备面板所需钢带时，控制退火温度为600~650 °C，保温时间为60~70 min；

G、自然空冷至室温后卷取。

针对现有工艺存在的问题，本发明通过大量试验及研究，提出既采用普通的DC03热轧酸洗卷为原料，冷轧后，采用“电镀+物理气相沉积+离子注入”工艺进行生产。

之所以这样选择，是因为：

首先，以普通的DC03热轧酸洗卷作为原料。与其它普通的合金钢相比，其完全可以保证钢带的力学性能。由于DC03不含合金元素，因而保证了原料钢种成本较低。此外，DC03钢中C、Mn、Si含量较低，可以保证基材的表面质量和涂镀性能；同时，钢中较低的P和S含量，可以保证产品具有良好的冲压成形及焊接性能。用钢带作基材，替代高品质不锈钢，其生产成本会大幅降低。

其次，热轧酸洗卷通过一次冷轧+一次退火工序来保证冷轧原料的厚度、力学性能和表面质量。在这里，通过增加冷轧轧制道次数和总压下率，以增强基材表面的光洁度，降低粗糙度，以有利于后续的镀层更加均匀和平整，提高镀层的稳定性。

后续采用“电镀+物理气相沉积+离子注入”的工艺。但是对于家用燃气器具不同部位的用钢带工艺上可有所不同，如对于用于内部引火处所需钢带，则可采取：

一是一次退火结束后，先在钢基上电镀一层Ni-Co合金，形成内镀层。这里，选用Ni-Co合金，是因为其硬度较高，具有良好的耐磨性能和化学稳定性。同时，其表面性能良好，具有银白色的外观，适合于进一步的装饰。此外，Ni-Co合金还具有一定的耐热性能，有利于后续的热喷涂工序。因此，Ni-Co合金适合作为内镀层。之所以采用电镀工艺，是因为Ni-Co合金容易从水溶液中电沉积，操作简便，成本较低。

二是电镀Ni-Co合金完成后，再物理气相沉积一层W-Mo合金，形成外镀层。这里，选用W-Mo合金，是因为该合金耐热性能和耐磨性能较好。此外，合金中的W和Mo可以和内镀层中的Ni和Co分别形成Ni-W、Ni-Mo、Co-W和Co-Mo合金，上述四种合金同样具有优良的耐热性能和耐磨性能。强烈的相互作用也使内镀层和外镀层结合更加牢固，提高了镀层的稳定性。因此，W-Mo合金适合作为外镀层。之所以采用物理气相沉积工艺，是因为：一方面，W-Mo合金熔点很高，如果采用常规的热喷涂工艺，能耗很大，且极易损伤设备。另一方面，W和Mo等难熔金属不能从其盐的水溶液中单独沉积出纯金属镀层，只能与铁系元素(Fe、Co、Ni)实现诱导共沉积，因而难以形成纯粹的W-Mo合金。此外，这种共沉积方式不仅操作繁琐，对环境要求苛刻，并且所得到的合金在结构和性能上很不稳定，因而不能采用常规的电镀工艺进行制备。所以，只能选择在真空条件下进行物理气相沉积。该工艺避免了水、空气等环境介质的干扰，保证了W-Mo镀层表面的纯净度，不会影响后续的涂镀或掺杂等工序。此外，与电镀或热喷涂相比，物理气相沉积所得到的镀层厚度精确可控，提高了镀层的致密性，减少了浪费。

三是物理气相沉积W-Mo合金完成后，再进行离子注入Cr，使Cr元素掺杂到镀层内部。通过这种方式，一是形成高耐热性和高耐磨性的Ni-Co-W(Mo)-Cr合金。特别是在火焰燃烧部位，加入Cr可以提高镀层的高温抗氧化性能，保持不变色。二是掺杂的Cr可以进一步提高钢的表面性能，更好地用于装饰。这里，用离子注入Cr来替代传统的Cr镀层，既可以保证产品性能，又能减少Cr用量，降低了成本。

四是在离子注入Cr完成后，再进行第二次退火。既可以调节产品的力学性能，降低镀层的内应力；又能清洁镀层表面，保证光洁度；还能促进镀层的合金化过程，提高镀层的表面性能。

如对于外观面板所需钢带，则可采取：

一是在电镀Ni-Co合金完成后，先在钢基上物理气相沉积一层金属Ti，形成Ti镀层，以保证钢带的表面性能和涂镀性能。由于纯粹的Ti及Ti合金较为昂贵，用较薄的Ti镀层来替代，其成本将会大幅下降，但表面性能和涂镀性能却不会受到太大影响。之所以选择物理气相沉积工艺，是因为：一方面，Ti属于难熔金属，熔点很高，采用常规的热喷涂，不仅能耗较大，且极易损伤设备。此外，在空气中，Ti表面极易形成一层极薄、致密的惰性氧化层，不适合涂镀；另一方面，在水溶液中，Ti不能以纯金属镀层形式沉积出来，因而不能通过常规电镀来镀Ti。选择在真空条件下进行物理气相沉积，避免了水、空气等环境介质的干扰，保证了Ti镀层表面的纯净度，不会影响后续的涂镀或掺杂等工序。此外，与电镀或热喷涂相比，物理气相沉积所得到的镀层厚度精确可控，提高了镀层的致密性，减少了浪费。

二是在物理气相沉积金属Ti完成后，再进行双离子注入Al-Mg，使Al元素和Mg元素掺杂到Ti镀层表面。通过这种方式，进一步提高Ti镀层的表面硬度，增强其耐磨性和耐蚀性。由于Ti、Al、Mg都是银白色的轻金属，某些物理和化学性质相似，因而整个镀层的表面性能可以与纯粹的Ti合金或Al-Mg合金相媲美，整个Ti-Al-Mg镀层具有重量轻、耐蚀性强、光泽度高、易于涂色、成本适中、加工性能好等优点。并且，通过掺杂Al和Mg还可以减少Ti的用量，从而降低成本。这里选用离子注入工艺，而不是其它，是因为：一方面，由于和Ti相似，Al与Mg都很容易在空气形成较薄且致密的惰性氧化膜，且不能在水溶液中以纯金属镀层形式沉积出来，因而只能在真空条件下将Al和Mg注入到Ti镀层内部，而不能采用常规的热喷涂或电镀工艺。另一方面，从装饰效果来看，由于Ti镀层的影响更显著一些，因而只能将Al和Mg注入到Ti镀层内部，而不是在Ti镀层表面继续形成普通的Al-Mg镀层，因而就没有使用物理气相沉积工艺。

三是在双离子注入Al-Mg完成后，再进行第二次退火。既可以调节产品的力学性能，降低镀层的内应力；又能清洁镀层表面，保证光洁度；还能促进镀层的合金化过程，提高镀层的表面性能。

与现有普通钢带相比，本发明申请的钢带，其厚度为0.45~0.55 mm。

对于燃气器具内部引火装置所需钢带，抗拉强度为500~550 MPa，延伸率为34~38%；表面生成了一层厚度为15~20 µm的光亮Ni-Co/W-Mo-Cr复合镀层，表面粗糙度为0.04~0.07 µm，镜面反射率为99.2~99.7%，在室内大气环境下暴露4000 d后，失光率不超过0.2%，表面性能良好；镀层表面硬度为60~65 HRC，经反复擦拭8000次以后，其硬度值变化率不超过0.1%，耐磨性能良好；应变硬化指数n为0.37~0.45，塑性应变比r为2.5~2.8，成形性能良好；置于在500 °C环境下1200 h后，抗拉强度和硬度值变化率均不超过0.5%，表面氧化面积不超过0.3%，耐热性能良好。

对于燃气器具外观面板所需钢带，抗拉强度为400~450 MPa，延伸率为42~47%；表面生成了一层厚度为3~6 µm的光亮Ni-Co/Ti-Al-Mg镀层，表面粗糙度为0.02~0.05 µm，镜面反射率为99.55~99.95%，在室内大气环境下暴露3600 d后，失光率不超过0.3%，腐蚀面积比例不超过0.8%，表面性能及耐蚀性能良好；镀层表面硬度为55~60 HRC，经反复擦拭6000次以后，其硬度值变化率不超过0.1%，耐磨性能良好；应变硬化指数n为0.3~0.4，塑性应变比r为2.0~2.4，成形性能良好。

产品性能良好，完全满足生产家用燃气器具的需要。

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冷轧工艺参数列表；

表2为本发明各实施例及对比例的制带工艺参数列表；

表3为本发明各实施例及对比例的产品性能列表。

本发明各实施例均按照如下步骤生产：

1) 以普通的DC03热轧酸洗卷作为原料，进行9或10道次冷轧反复轧制，控制总压下率为

93~97%，然后常规脱脂；

2) 在全氢保护气氛下进行第一次退火，控制退火温度为630~670 °C，保温时间为60~70 min；

3) 进行制带：

A、开卷、分条并去除毛刺；

B、电镀Ni-Co合金，镀液为NiSO₄+CoSO₄酸性水溶液，控制NiSO₄和CoSO₄的浓度比

例为1.3~2.3：1，电流密度为3.5~4.5 A/dm²，电镀时间为3~5 min；

C、进行常规水洗并烘干至钢带表面无水分；

D、进行物理气相沉积，其中：

制备内部引火装置所需钢带时，物理气相沉积W-Mo合金，控制W和Mo的质量

百分比分别为65~85%和35~15%，沉积速率为0.7~0.8 µm/min，沉积时间为12~15 min；

制备面板所需钢带时，物理气相沉积Ti，控制沉积速率为0.5~0.6 µm/min，沉积时

间为6~10 min；

E、进行离子注入：其中：

制备内部引火装置所需钢带时，离子注入Cr，并控制注入能量为60~80 keV，Cr的

注入剂量为(3~6)×10¹⁸/cm²；

制备面板所需钢带时，双离子注入Al-Mg，控制注入能量为80~120 keV，Al的注入

剂量为(5~8)×10¹⁷/cm²，Mg的注入剂量为(3~6)×10¹⁷/cm²；

F、 在全氢保护气氛下进行第二次退火，其中：

制备内部引火装置所需钢带时，控制退火温度为550~600 °C，保温时间为40~50 min；

制备面板所需钢带时，控制退火温度为600~650 °C，保温时间为60~70 min；

G、自然空冷至室温后卷取。

表1 本发明各实施例和对比例的冷轧工艺参数

表2 本发明各实施例和对比例的制带工艺参数(内部引火装置所需钢带)

续表2 本发明各实施例和对比例的制带工艺参数(外观面板所需钢带)

表3 本发明各实施例和对比例的产品性能(内部引火装置所需钢带)

续表3-1 本发明各实施例和对比例的产品性能(内部引火装置所需钢带)

续表3-2 本发明各实施例和对比例的产品性能(外观面板所需钢带)

续表3-3 本发明各实施例和对比例的产品性能(外观面板所需钢带)

从表3可以看到，本发明申请的钢带，其厚度为0.45~0.55 mm，抗拉强度为400~550MPa，延伸率为34~47%；表面生成了一层厚度为15~20 µm的光亮Ni-Co/W-Mo-Cr复合镀层或3~6 µm的光亮Ni-Co/Ti-Al-Mg镀层，表面粗糙度为0.02~0.07 µm，镜面反射率为99.2~99.95%，在室内大气环境下暴露3600~4000 d后，失光率不超过0.3%，表面性能良好；镀层表面硬度为55~65 HRC，经反复擦拭6000~8000次以后，其硬度值变化率不超过0.1%，耐磨性能良好；应变硬化指数n为0.3~0.45，塑性应变比r为2.0~2.8，成形性能良好；置于在500 °C环境下1200 h后，抗拉强度和硬度值变化率均不超过0.5%，表面氧化面积不超过0.3%，耐热性能良好。产品性能良好，完全满足生产家用燃气器具的需要。

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)

1.一种家用燃气器具用镀层钢带的生产方法，其步骤：

1) 以普通的DC03热轧酸洗卷作为原料，进行9或10道次冷轧反复轧制，控制总压下率为93~97%，然后常规脱脂；

2) 在全氢保护气氛下进行第一次退火，控制退火温度为630~670 °C，保温时间为60~70 min；

3) 进行制带：

A、开卷、分条并去除毛刺；

B、电镀Ni-Co合金，镀液为NiSO₄+CoSO₄酸性水溶液，控制NiSO₄和CoSO₄的浓度比例为1.3~2.3：1，电流密度为3.5~4.5 A/dm²，电镀时间为3~5 min；

C、进行常规水洗并烘干至钢带表面无水分；

D、进行物理气相沉积，其中：制备内部引火装置所需钢带时，物理气相沉积W-Mo合金，控制W和Mo的质量百分比分别为65~85%和35~15%，沉积速率为0.7~0.8 µm/min，沉积时间为12~15 min；制备面板所需钢带时，物理气相沉积Ti，控制沉积速率为0.5~0.6 µm/min，沉积时间为6~10 min；

E、进行离子注入：其中：制备内部引火装置所需钢带时，离子注入Cr，并控制注入能量为60~80 keV，Cr的注入剂量为(3~6)×10¹⁸/cm²；制备面板所需钢带时，双离子注入Al-Mg，控制注入能量为80~120 keV，Al的注入剂量为(5~8)×10¹⁷/cm²，Mg的注入剂量为(3~6)×10¹⁷/cm²；

F、 在全氢保护气氛下进行第二次退火，其中：制备内部引火装置所需钢带时，控制退火温度为550~600 °C，保温时间为40~50 min；制备面板所需钢带时，控制退火温度为600~650 °C，保温时间为60~70 min；

G、自然空冷至室温后卷取。