CN106591717B - 一种改善中高锰钢可镀性的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种改善中高锰钢可镀性的方法，将中高锰钢基体浸入镀浴中进行热镀，所述中高锰钢基体中添加有微量合金元素，所述微量合金元素包括Sn、Sb、Pb、As；其中，以所述中高锰钢基体的重量为基础计：所述微量合金元素Sn的含量范围为0‑0.05重量％；所述微量合金元素Sb的含量范围为0‑0.05重量％；所述微量合金元素Pb的含量范围为0‑0.05重量％；所述微量合金元素As的含量范围为0‑0.05重量％；所述微量合金元素Sn+Sb+Pb+As的总含量为0.005‑0.1重量％。本发明方法可显著改善中高锰钢的可镀性，提高镀层质量。
Description
技术领域
本发明属于钢镀层技术领域，尤其涉及一种改善中高锰钢可镀性的方法。
背景技术
中高锰钢属于第三代汽车钢，为了适应汽车轻量化、安全、低能耗、低成本的发展要求而提出新型的低碳中锰钢，其化学成分表现在具有较低的碳质量分数(0.08％～0.20％)和适中的锰质量分数(4.0％～6.0％)，组织调控方向表现在以多相、亚稳、多尺度为特征的M3织构，力学性能上表现在具有30GPa〃％以上的强塑积。而在高锰成分范围内，可以获得由铁素体和高锰奥氏体构成的超细晶显微组织，强塑积达到50GPa〃％。
镀锌的钢具有阴极保护特性，由于锌比铁具有更低的氧化还原电势，当镀锌的钢暴露在环境中时，锌优先于钢被腐蚀，使得钢受到保护。此外，由于镀层被氧化而在钢表面形成较致密的氧化产物，也可以将钢与环境隔离开，因此镀锌钢极大提高了钢的耐腐蚀性，因此也普遍应用。
然而，中高锰钢中普遍含有3％-40％的锰，在退火过程中锰元素极易与气氛中残留的氧发生反应，在钢基体表面形成锰的氧化膜，阻碍钢基体与锌液之间的冶金反应，使得钢基体的可镀性下降，造成镀层质量下降，甚至发生漏镀缺陷。目前，解决高强钢可镀性的方法包括：改变退火过程中的气氛，例如使用极低露点温度，以及采用氧化-还原工艺；镀前对基板表面进行处理，例如酸洗和闪镀等。然而，采用以上方法增加了工艺处理步骤，且对中高锰钢的可镀性改善有限，均未达到良好的效果。
发明内容
针对现有技术中的上述缺陷，本发明的主要目的在于提供一种改善中高锰钢可镀性的方法，所述方法可显著改善中高锰钢的可镀性，提高镀层质量。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种改善中高锰钢可镀性的方法，将中高锰钢基体浸入镀浴中进行热镀，所述中高锰钢基体中添加有微量合金元素，所述微量合金元素包括Sn、Sb、Pb、As；其中，以所述中高锰钢基体的重量为基础计：
所述微量合金元素Sn的含量范围为0-0.05重量％；
所述微量合金元素Sb的含量范围为0-0.05重量％；
所述微量合金元素Pb的含量范围为0-0.05重量％；
所述微量合金元素As的含量范围为0-0.05重量％；
所述微量合金元素Sn+Sb+Pb+As的总含量为0.005-0.1重量％。
作为进一步的优选，所述方法还包括：在所述镀浴中添加微量元素，所述微量元素包括Ca、Ba；其中，以所述镀浴的重量为基础计：
所述微量元素Ca的含量范围为0-0.001重量％；
所述微量元素Ba的含量范围为0-0.001重量％；
所述微量元素Ca+Ba的总含量为0.0001-0.001重量％。
作为进一步的优选，所述中高锰钢基体中的锰元素含量范围为3重量％到40重量％。
作为进一步的优选，所述中高锰钢基体中的成分包括：
0.3-0.6重量％的C；
3-40重量％的Mn；
1-3重量％的Al；
0.005-0.1重量％的Sn+Sb+Pb+As。
作为进一步的优选，所述钢基体选自钢板、钢丝和钢管。
作为进一步的优选，所述镀浴为热浸镀锌合金镀浴。
作为进一步的优选，所述热浸镀锌合金镀浴的成分包括：
1-5重量％的Al；
0.0001-0.001重量％的Ca+Ba；
其余为Zn。
作为进一步的优选，所述方法还包括：将所述中高锰钢基体从所述镀浴中转移出来进行气体吹扫冷却并调整镀层的量。
作为进一步的优选，所述镀浴中的杂质含量为0-1重量％。
作为进一步的优选，经热浸镀后的中高锰钢的镀层表面的每平方分米的漏镀点为0-2个。
本发明的有益效果是：
(1)本发明在中高锰钢基体中添加有微量合金元素，所述微量合金元素包括Sn、Sb、Pb、As；其中，Sn、Sb、Pb和As都是表面活性元素，在钢基体中容易在界面和表面发生聚集。同时，这几种元素与氧之间的亲和力很弱，不容易被氧化。因此，在钢基体中适量添加这几种合金元素，可以促使其在退火过程中聚集到钢基体的表面，从而阻碍氧与钢基体中锰的化学反应，减少表面的氧化膜，提高了中高锰钢的可镀性。此外，在中高锰钢中添加微量Sn、Sb、Pb和As元素不会影响Mn对奥氏体的稳定作用，也对Mn在钢基体中的扩散无明显阻碍作用，因此对中高锰钢的塑性指标无恶性影响。同时，本发明设置了所述微量合金元素Sn+Sb+Pb+As的总添加量为0.005-0.1重量％，避免了由于Sn、Sb、Pb和As在晶体界面的聚集而容易造成的钢基体的晶界脆性及对强度和低温脆性的影响。
(2)本发明在所述镀浴中添加微量元素，所述微量元素包括Ca、Ba；微量的Ca和Ba会与锌合金镀浴中的Zn发生化学反应，形成微量的金属间化合物，这些金属间化合物被浸入的钢基体表面捕获后分布在钢基体表面，增大了镀浴与钢基体之间的反应面积，同时提供了均匀的形核核心，有利于镀浴在钢基体表面的凝固形核和生长，提高了镀层与钢基体的结合力，从而改善可镀性。同时，本发明设置了Ca、Ba的添加量，避免了金属间化合物会影响镀浴的流动性，以及容易团聚长大造成锌渣缺陷的副作用。
(3)本发明可将中高锰钢基体从镀浴中转移出来进行气体吹扫冷却并调整镀层的量。
附图说明
图1为本发明实施例改善中高锰钢可镀性的方法的流程示意图。
图2为Ca和Zn的二元相图。
图3为Ba和Zn的二元相图。
具体实施方式
本发明通过提供一种改善中高锰钢可镀性的方法，解决了现有技术中中高锰钢可镀性差及镀层质量差的缺陷。
为了解决上述缺陷，本发明实施例的主要思路是：
如图1所示，本发明实施例改善中高锰钢可镀性的方法，将中高锰钢基体浸入镀浴中进行热镀，所述中高锰钢基体中添加有微量合金元素，所述微量合金元素包括Sn、Sb、Pb、As；其中，以所述中高锰钢基体的重量为基础计：
所述微量合金元素Sn的含量范围为0-0.05重量％；
所述微量合金元素Sb的含量范围为0-0.05重量％；
所述微量合金元素Pb的含量范围为0-0.05重量％；
所述微量合金元素As的含量范围为0-0.05重量％；
所述微量合金元素Sn+Sb+Pb+As的总含量为0.005-0.1重量％。
本发明实施例的热浸镀钢可通过在中高锰钢基体的表面形成锌合金镀层获得。中高锰钢基体的实例包括多种构件，例如钢板、钢丝、钢管等。镀层可通过热浸镀形成。
中高锰钢基体中通常包含Fe、C、Mn、Si、Al等作为组成元素，其中Mn含量范围为3-40％，根据设计要求的不同而发生变化。一般认为Mn含量低于7％为中锰钢，高于7％为高锰钢。根据本发明的要求，在中高锰钢基体中添加微量合金元素，所述微量合金元素的含量范围如前所述。
Sn、Sb、Pb和As都是表面活性元素，在钢基体中容易在界面和表面发生聚集。同时，这几种元素与氧之间的亲和力很弱，不容易被氧化。因此，在钢基体中适量添加这几种合金元素，可以促使其在退火过程中聚集到钢基体的表面，从而阻碍氧与钢基体中锰的化学反应，减少表面的氧化膜，提高了中高锰钢的可镀性。此外，在中高锰钢中添加微量Sn、Sb、Pb和As元素不会影响Mn对奥氏体的稳定作用，也对Mn在钢基体中的扩散无明显阻碍作用，因此对中高锰钢的塑性指标无恶性影响。然而需要注意到，Sn、Sb、Pb和As在晶体界面的聚集容易造成钢基体的晶界脆性，对强度有一定的影响，对低温脆性有较大负面作用。因此本发明中进一步将这几种合金元素的添加量上限进行了规定，以求达到最佳的可镀性效果及镀层质量。
例如，如果中高锰钢基体中Sn、Sb、Pb和As的含量少于0.005重量％，则无法起到在中高锰钢钢基体表面聚集的作用，中高锰钢钢基体在退火时会继续与气氛中的氧元素反应形成氧化膜。而在Sn、Sb、Pb和As的含量大于0.05％或Sn、Sb、Pb和As的总和大于0.1重量％时，则会出现显著的晶界脆性问题。
为了让本发明之上述和其它目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举数实施例，来说明本发明所述之改善中高锰钢可镀性的方法。
实施例
本发明实施例改善中高锰钢可镀性的方法，将中高锰钢基体浸入镀浴中进行热镀，所述中高锰钢基体中添加有微量合金元素，所述微量合金元素包括Sn、Sb、Pb、As；其中，以所述中高锰钢基体的重量为基础计：
所述微量合金元素Sn的含量范围为0-0.05重量％；
所述微量合金元素Sb的含量范围为0-0.05重量％；
所述微量合金元素Pb的含量范围为0-0.05重量％；
所述微量合金元素As的含量范围为0-0.05重量％；
所述微量合金元素Sn+Sb+Pb+As的总含量为0.005-0.1重量％。
使用厚度为0.80mm宽度为1200mm的中高锰钢钢板作为中高锰钢基体；所述中高锰钢基体中的锰元素含量范围为3重量％到40重量％，除了上述微量合金元素外，其余为Fe及其他必要合金元素以及不可避免杂质。
本发明实施例方法还可包括：在所述镀浴中添加微量元素，所述微量元素包括Ca、Ba；其中，以所述镀浴的重量为基础计：
所述微量元素包含Ca的含量范围为0-0.001重量％；
所述微量元素包含Ba的含量范围为0-0.001重量％；
所述微量元素Ca+Ba的总含量为0.0001-0.001重量％。
所述镀浴为热浸镀锌合金镀浴，除了上述微量元素外，其余为Zn及其他必要合金元素以及不可避免杂质，例如杂质Pb、Sb、Cd、Cu、Sn、Mn。这些不可避免杂质的含量优选尽可能低，并且这些不可避免的杂质的总含量基于热浸镀锌合金镀浴的重量计，优选地为1重量％或更少。
如果热浸镀锌合金镀浴中Ca和Ba的含量少于0.0001重量％，由金属间化合物数量不足，对提高可镀性没有影响，而在Ca和Ba含量大于0.001重量％的情况下，由产生的金属间化合物数量太多，会急剧恶化热浸镀锌合金镀浴的流动性，形成大量锌渣缺陷，由此造成可镀性也会急剧恶化。
本发明实施例方法还可包括：热镀后，本发明实施例可将中高锰钢基体从热浸镀锌合金镀浴中转移出来进行气体吹扫冷却并调整镀层的量。
本发明实施例1-11分别在中高锰钢基体中添加了不同配比的微量合金元素以及在热浸镀锌合金镀浴中添加了不同配比的微量元素Ca+Ba，具体如表1所示，实施例12为对比例，其中的高锰钢基体中未添加微量合金元素以及在热浸镀锌合金镀浴中未添加微量元素。在实施例1-11以及对比例12的热浸镀锌合金镀浴中对相应实施例的中高锰钢基体进行了热浸镀得到多个成品。
表1
对上述实施例及对比例1-12热浸镀得到的成品进行评估实验，所述评估实验结果具体如下表2所示：
表2
可镀性的评估标准如下：
以显微镜的方式对热浸镀钢的镀层表面外观进行观察，根据以下标准进行评估：
◎：所观察到的漏镀点每平方分米少于2个位置。
○：所观察到的漏镀点每平方分米少于5个位置而超过2个位置。
×：所观察到的漏镀点每平方分米大于5个位置。
对镀层质量的评估标准如下：
将热浸镀钢板切割为40mm×120mm尺寸试样，对试样进行180度折弯实验，以肉眼方式观察折弯外缘的镀层表面，根据以下标准进行评估：
◎：镀层表面没有破裂
○：镀层表面有破裂，破裂位置距离钢板边缘不超过6mm。
×：镀层表面有破裂，破裂位置距离钢板边缘大于6mm。
上述本申请实施例中的技术方案，至少具有如下的技术效果或优点：
(1)本发明在中高锰钢基体中添加有微量合金元素，所述微量合金元素包括Sn、Sb、Pb、As；其中，Sn、Sb、Pb和As都是表面活性元素，在钢基体中容易在界面和表面发生聚集。同时，这几种元素与氧之间的亲和力很弱，不容易被氧化。因此，在钢基体中适量添加这几种合金元素，可以促使其在退火过程中聚集到钢基体的表面，从而阻碍氧与钢基体中锰的化学反应，减少表面的氧化膜，提高了中高锰钢的可镀性。此外，在中高锰钢中添加微量Sn、Sb、Pb和As元素不会影响Mn对奥氏体的稳定作用，也对Mn在钢基体中的扩散无明显阻碍作用，因此对中高锰钢的塑性指标无恶性影响。同时，本发明设置了所述微量合金元素Sn+Sb+Pb+As的总添加量为0.005-0.1重量％，避免了由于Sn、Sb、Pb和As在晶体界面的聚集而容易造成的钢基体的晶界脆性及对强度和低温脆性的影响。
(2)本发明在所述镀浴中添加微量元素，所述微量元素包括Ca、Ba；微量的Ca和Ba会与锌合金镀浴中的Zn发生化学反应，形成微量的金属间化合物，这些金属间化合物被浸入的钢基体表面捕获后分布在钢基体表面，增大了镀浴与钢基体之间的反应面积，同时提供了均匀的形核核心，有利于镀浴在钢基体表面的凝固形核和生长，提高了镀层与钢基体的结合力，从而改善可镀性。同时，本发明设置了Ca、Ba的添加量，避免了金属间化合物会影响镀浴的流动性，以及容易团聚长大造成锌渣缺陷的副作用。
(3)本发明可将中高锰钢基体从镀浴中转移出来进行气体吹扫冷却并调整镀层的量。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (5)
1.一种改善中高锰钢可镀性的方法，其特征在于：将中高锰钢基体浸入镀浴中进行热镀，所述中高锰钢基体中添加有微量合金元素，所述微量合金元素包括Sn、Sb、Pb、As；其中，以所述中高锰钢基体的重量为基础计：
所述微量合金元素Sn的含量范围为0-0.005重量％；
所述微量合金元素Sb的含量范围为0-0.005重量％；
所述微量合金元素Pb的含量范围为0-0.005重量％；
所述微量合金元素As的含量范围为0-0.005重量％；
所述微量合金元素Sn+Sb+Pb+As的总含量为0.005-0.1重量％；
在所述镀浴中添加微量元素，所述微量元素包括Ca、Ba；其中，以所述镀浴的重量为基础计：
所述微量元素Ca的含量范围为0-0.001重量％；
所述微量元素Ba的含量范围为0-0.001重量％；
所述微量元素Ca+Ba的总合量为0.0001-0.001重量％；
所述中高锰钢基体中的成分包括：
0.3-0.6重量％的C；
3-40重量％的Mn；
1-3重量％的Al；
0.005-0.1重量％的Sn+Sb+Pb+As；
所述镀浴为热浸镀锌合金镀浴，所述热浸镀锌合金镀浴的成分包括：
1-5重量％的Al；
0.0001-0.001重量％的Ca+Ba；
其余为Zn。
2.根据权利要求1所述的改善中高锰钢可镀性的方法，其特征在于：所述钢基体选自钢板、钢丝和钢管。
3.根据权利要求1所述的改善中高锰钢可镀性的方法，其特征在于：所述镀浴中的杂质含量为0-1重量％。
4.根据权利要求1所述的改善中高锰钢可镀性的方法，其特征在于：所述方法还包括：将所述中高锰钢基体从所述镀浴中转移出来进行气体吹扫冷却并调整镀层的量。
5.根据权利要求1-4任一项所述的改善中高锰钢可镀性的方法，其特征在于：经热浸镀后的中高锰钢的镀层表面的每平方分米的漏镀点为0-2个。
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