CN105925936B - 一种高档门窗用轻金属复合镀层钢带的生产方法 - Google Patents

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Abstract

一种高档门窗用轻金属复合镀层钢带的生产方法：冷轧工序：以普通的Q215热轧酸洗卷作为原料，冷轧并常规脱脂；退火；制带工序：开卷、分条并去毛刺；物理气相沉积金属Al；物理气相沉积Ti‑Mg；化学着色；水洗及烘干后自然冷至室温；卷取。本发明生产的钢带，Rel为480~530MPa，延伸率为39~43%，应变硬化指数n为0.37~0.47，塑性应变比r为2.5~3.0，产品表面镀层表面硬度为58~62 HRC，镀层表面为鲜艳的蓝色或绿色。经反复擦拭10000次，硬度值变化率不超过0.1%。经与热镀锌普板的对比试验，在大气环境下暴露5400 d时，失光率不会超过0.2%，腐蚀面积比例不超过0.5%，表面性能及耐蚀性能良好。

Description

一种高档门窗用轻金属复合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，具体地属于一种高档门窗用轻金属复合镀层钢带的生产方法。
背景技术
近年来，随着国民收入的逐步增长，人们对居家环境的要求也日益提高。因此，大量高档门窗开始应用于房屋装饰，以提升住宅的文化底蕴和商业价值。以往生产高档门窗通常以轻金属Al-Mg合金为主要材料，其具有重量轻、耐蚀性强、光泽度高、易于涂色、成本适中等优点。然而，Al-Mg合金也存在一些不足：强度较低、耐磨性差、不易成形。长时间使用后，门窗的拉锁、边框、滑道、转轴等部位容易产生永久变形，不仅影响正常的开关，且容易导致门窗出现整体坍塌。此外，该合金中的组成元素Al和Mg都是普通的金属材料，作为装饰性用途，其文化底蕴仍有所欠缺。
有鉴于此，目前某些高档门窗开始采用高品质的Ti-Mg合金进行生产，它除了具有Al-Mg合金的优良性能外，强韧性要好得多，因而克服了前者力学性能、耐磨性能不足的缺点。但是，与Al-Mg合金一样，Ti-Mg合金同样难以成形，加工更加困难，必须通过焊接等加工工序，才能制造出复杂的门窗结构，这些额外的过程导致其价格昂贵。此外，作为一种稀有的战略金属，由于自身的物理化学特性，Ti的提炼和铸造过程相当困难，生产成本颇高，导致价格不菲。保守的估计，Ti合金的价格至少是Al-Mg合金的五倍以上。如果整个门窗完全使用纯粹的Ti-Mg合金，其高昂的生产成本将会极大限制其自身的市场推广。因此，从经济的角度来看，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、性能好逐渐引起世人的广泛关注，已成为替代稀有金属的重要材料，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∙℃。产品的导电和导热性能良好。但是，该镀层钢带采用战略金属Ni和贵金属Ag，对生产高档门窗而言，其成本和价格更高，更加无法推广。此外，该镀层钢带厚度薄、力学性能不足、硬度低，一旦用于门窗，短期使用后就会发生严重变形和坍塌。因此，该镀层钢带完全没有应用的可能。
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0.1~0.2 mm，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8~12µm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∙℃，在350~400 ℃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，由于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及焊接性能存在不足。此外，该镀层钢带采用贵金属Au，对生产高档门窗而言，其成本和价格更高，更加无法推广。此外，该镀层钢带厚度薄、力学性能不足、硬度低，一旦用于门窗，短期使用后就会发生严重变形和坍塌。因此，该镀层钢带完全没有应用的可能。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种在满足使用性能的前提下，污染小、能耗低、性价比高、工序简单的高档门窗用轻金属复合镀层钢带的生产方法。
实现上述目的的措施：
一种高档门窗用轻金属复合镀层钢带的生产方法，其步骤：
1) 进行冷轧工序：
A、以普通的Q215热轧酸洗卷作为原料，进行12或13道次冷轧反复轧制，控制总压下率为90~95%，然后常规脱脂；
B、在全氢保护气氛下进行退火，控制退火温度为590~640℃，保温时间为35~50min；
2) 进行制带工序：
A、开卷、分条并去除毛刺；
B、进行物理气相沉积金属Al，控制沉积速率为0.3~0.4 µm/min，沉积时间为15~20min；
C、进行物理气相沉积Ti-Mg合金，控制Ti和Mg的质量百分比分别为50~70%和50~30%，沉积速率为0.4~0.5 µm/min，沉积时间为10~15 min；
D、进行化学着色，着色剂为K3Fe(CN)6与K4Fe(CN)6的混合水溶液，并控制K3Fe(CN)6与K4Fe(CN)6混合比例为1~1.2：1，着色时间为20~30 min，着色温度为70~80℃；
E、经常规水洗及烘干后自然冷却至室温；
F、卷取。
本发明为了实现上述目的，进行了大量的试验及分析，经过优化选择，采用普通的Q215热轧酸洗卷作为原料，采用“物理气相沉积Al+物理气相沉积Ti-Mg+化学着色”工艺进行生产。
本发明之所以选择普通的Q215热轧酸洗卷作为原料，是因为：采用普通的Q215热轧酸洗卷作为原料，其与其它普通的合金钢相比，完全可以保证钢带的力学性能，且由于其不含合金元素，因而能使原料钢种成本较低；此外，还由于钢中C、Mn、Si含量较低，可以保证基材的表面质量和涂镀性能；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。此外，用其钢带作基材，能在其表面形成良好的复合镀层，以替代纯粹的合金，这既解决了合金成形难的问题，也大幅降低了生产成本。
本发明之所以采用冷轧+退火工序来保证冷轧原料的厚度、力学性能和表面质量，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。
本发明之所以在退火结束后，先在基材上进行物理气相沉积一层金属Al，形成Al内镀层。这是因为：一方面，Al和钢的亲和力较强，可以保护钢基，增强其耐蚀性能，避免因为基材的锈蚀导致整个镀层出现裂纹、凹坑等表面质量缺陷影响稳定性；另一方面，由于Ti、Mg和钢的亲和力较差，通过Al内镀层，借助Al-Ti和Al-Mg原子之间强烈的相互作用，可以在钢带表面形成稳定的复合镀层。之作以采用物理气相沉积工艺，是因为：在空气中，Al表面极易形成一层极薄、致密的惰性氧化层，不适合后续的涂镀；在水溶液中，Al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Al；而常规的热喷涂Al或热浸镀Al，不仅能耗大，且Al表面氧化更为严重。选择在真空条件下进行物理气相沉积，能避免水、空气等环境介质的干扰，保证Al镀层表面的纯净度，不会影响后续的涂镀等工序。此外，与电镀或热喷涂相比，物理气相沉积能提高镀层的致密性，减少浪费。
本发明之所以在物理气相沉积金属Al后，再继续沉积一层Ti-Mg合金形成外镀层。这是因为与纯粹的Ti-Mg合金相比，Ti-Mg合金镀层的表面性能可以与前者相媲美，因而可以大幅减少合金，特别是Ti的用量，显著降低生产成本。之所以采用物理气相沉积工艺，是由于Ti和Mg在空气中，表面都极易形成一层极薄、致密的惰性氧化层，不需要后续的涂镀。在水溶液中，Ti和Mg都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-Mg合金；而常规的热喷涂Ti-Mg合金，不仅能耗较大，并且合金表面氧化更为严重。选择在真空条件下进行物理气相沉积，其能避免水、空气等环境介质的干扰，保证Ti-Mg镀层表面的纯净度，不会影响后续的涂镀等工序。与电镀或热喷涂相比，物理气相沉积能提高镀层的致密性，减少浪费。
在物理气相沉积Ti-Mg合金后，继续进行化学着色。这是因为：Al、Ti、Mg都是银白色的轻金属，即使形成合金，虽然光亮，但其外观仍然是银白色，色彩比较单调，缺乏美感。因此，通过在铁氰化钾(K3Fe(CN)6)+亚铁氰化钾(K4Fe(CN)6)水溶液中进行着色，可以形成鲜艳的蓝色或绿色，装饰性显著增强，从而提高了门窗的文化品位和档次。
与现有普通钢带相比，本发明生产的钢带，其厚度为0.7~0.8 mm，抗拉强度为480~530 MPa，延伸率为39~43%，力学性能良好。应变硬化指数n为0.37~0.47，塑性应变比r为2.5~3.0，成形性能良好。产品表面形成一层厚度为10~17 µm的复合镀层，镀层表面硬度为58~62 HRC，经反复擦拭10000次以后，其硬度值变化率不超过0.1%，耐磨性能良好。整个镀层表面呈现鲜艳的蓝色或绿色，根据常规与热镀锌普板的对比试验得出，在大气环境下暴露5400 d时，失光率不会超过0.2%，腐蚀面积比例不超过0.5%，表面性能及耐蚀性能良好。产品性能完全满足生产高档门窗的需要。
具体实施方式
下面对本发明予以详细描述：
表1为本发明各实施例和对比例的冷轧工艺参数列表；
表2为本发明各实施例和对比例的制带工艺参数列表；
表3为本发明各实施例和对比例的产品性能列表。
本发明各实施例均按照以下步骤生产：
1) 进行冷轧工序：
A、以普通的Q215热轧酸洗卷作为原料，进行12或13道次冷轧反复轧制，控制总压下率为90~95%，然后常规脱脂；
B、在全氢保护气氛下进行退火，控制退火温度为590~640℃，保温时间为35~50min；
2) 进行制带工序：
A、开卷、分条并去除毛刺；
B、进行物理气相沉积金属Al，控制沉积速率为0.3~0.4 µm/min，沉积时间为15~20min；
C、进行物理气相沉积Ti-Mg合金，控制Ti和Mg的质量百分比分别为50~70%和50~30%，沉积速率为0.4~0.5 µm/min，沉积时间为10~15 min；
D、进行化学着色，着色剂为K3Fe(CN)6与K4Fe(CN)6的混合水溶液，并控制K3Fe(CN)6与K4Fe(CN)6混合比例为1~1.2，着色时间为20~30 min，着色温度为70~80℃；
E、经常规水洗即烘干后自然冷却至室温；
F、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
表3 本发明各实施例和对比例的产品性能
续表3 本发明各实施例和对比例的产品性能
从表3可以看到，本发明申请的钢带，其厚度为0.7~0.8 mm，抗拉强度为480~530MPa，延伸率为39~43%，力学性能良好。应变硬化指数n为0.37~0.47，塑性应变比r为2.5~3.0，成形性能良好。产品表面形成一层厚度为10~17 µm的复合镀层，镀层表面硬度为58~62HRC，经反复擦拭10000次以后，其硬度值变化率不超过0.1%，耐磨性能良好。整个镀层表面呈现鲜艳的蓝色或绿色；根据常规与热镀锌普板的对比试验得出，在大气环境下暴露5400d时，失光率不超过0.2%，腐蚀面积比例不超过0.5%，说明表面性能及耐蚀性能良好。产品性能完全满足生产高档门窗的需要。
本具体实施方式仅为最佳例举，并非对本发明技术方案的限制性实施。

Claims (1)

1.一种高档门窗用轻金属复合镀层钢带的生产方法，其步骤：
1) 进行冷轧工序：
A、以普通的Q215热轧酸洗卷作为原料，进行12或13道次冷轧反复轧制，控制总压下率为90~95%，然后常规脱脂；
B、在全氢保护气氛下进行退火，控制退火温度为590~640℃，保温时间为35~50 min；
2) 进行制带工序：
A、开卷、分条并去除毛刺；
B、进行物理气相沉积金属Al，控制沉积速率为0.3~0.4 µm/min，沉积时间为15~20min；
C、进行物理气相沉积Ti-Mg合金，控制Ti和Mg的质量百分比分别为50~70%和50~30%，沉积速率为0.4~0.5 µm/min，沉积时间为10~15 min；
D、进行化学着色，着色剂为K3Fe(CN)6与K4Fe(CN)6的混合水溶液，并控制K3Fe(CN)6与K4Fe(CN)6混合比例为1~1.2：1，着色时间为20~30 min，着色温度为70~80℃；
E、经常规水洗及烘干后自然冷却至室温；
F、卷取。
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