CN108193086A - 新型低碳钢热浸镀锌用含Te和In的锌合金 - Google Patents

Abstract

本发明公开了新型低碳钢热浸镀锌用含Te和In的锌合金及其加工工艺。按照重量百分比，该合金的成分为：Ba:0.2‑0.4wt.%,Ru:0.2‑0.8wt.%,In:0.5‑1.0wt.%,Cu：3.0‑5.0wt.%，Sn:1.0‑2.0wt.%,Te:0.4‑0.8wt.%,余量为锌。本发明有助于对传统热浸镀锌进行底层性质的创新和优化，对整个热浸镀锌行业及其技术的发展与提升具有积极的意义。

Description

新型低碳钢热浸镀锌用含Te和In的锌合金

技术领域

本发明涉及合金技术领域，具体地说，涉及一种锌合金。

背景技术

工业中应用最广泛的钢铁材料，在大气、海水、土壤及建筑材料等环境中使用时，均会发生不同程度的腐蚀。 据统计，全世界每年因腐蚀而损失的钢铁材料大约可占到其总产量的 1/3。 为了保证钢铁制品的正常使用，延长其使用寿命，钢铁的防腐蚀保护技术一直受到人们的普遍重视。

为了使紧固件表面具有某种特殊功能，同时赋予其表面装饰性的外观，所以一般采用镀锌(电镀锌和热浸锌)的方式对其处理。由于锌在干燥空气中不易变化，而在潮湿的空气中，表面能生成一种很致密的碳酸锌薄膜，这种薄膜能有效保护内部不再受到腐蚀。并且当某种原因使镀层发生破坏而露出不太大的基体时，锌与钢基体形成微电池，使紧固件基体成为阴极而受到保护。

电镀锌:锌镀层较厚，结晶细致、均匀且无孔隙，抗腐蚀性良好；电镀所得锌层较纯，在酸、碱等雾气中腐蚀较慢，且有效保护紧固件基体。由于镀锌层具有良好的延展性，因此可进行冷冲、轧制、折弯等各种成型而不损坏镀层。电镀锌所涉及的领域越来越广泛，紧固件产品的应用已遍及机械制造、电子、精密仪器、化工、交通运输、航天等在国民经济中有重大意义。

热浸锌: 它是将表面经清洗、 活化后的钢铁制品浸于熔融的锌液中，通过铁锌之间的反应和扩散，在钢铁制品表面镀覆附着性良好的锌合金镀层。 与其他金属防护方法相比，热浸镀锌工艺在镀层的物理屏障与电化学保护相结合的保护特性上，镀层与基体的结合强度上、镀层的致密性、耐久性、免维护性和经济性及其对制品形状与尺寸的适应性上，具有无可比拟的优势。长期以来，热浸镀锌工艺因其低廉的施镀成本，优良的保护特性和漂亮的外观而备受人们的青睐，广泛应用于汽车、建筑、家电、化工、机械、石油、冶金、轻工、交通、电力、航空和海洋工程等领域。

一般而言,热浸镀锌的防腐蚀寿命是电镀锌使用寿命的40倍以上。因而在更为苛刻的腐蚀性环境下,热浸镀锌得到了更为广泛的应用。钢铁材料有很多类型,每种类型的热镀锌也有它的特点。具体的来说: (1)钢丝含碳量变化范围比较广，既有高碳钢丝，也有低碳钢丝，在镀锌工艺上有着不同要求;(2)由于用途的不同，钢丝的力学性能要求较高。对强度较高的高碳钢丝和中碳钢丝，在镀锌后也要求较高的优良的综合力学性能，强度变化较小;(3)由于性能方面的要求，为了获得优良的综合性能、降低成本，钢丝在进行热镀锌后还要进行拉拔加工。因此，对一些钢丝的热镀锌工艺要兼各以后的拉拔加工。

现阶段国内热浸镀锌领域存在着一些问题，行业整体发展大而不强，还不具备和世界同行业发达国家抗衡的能力，普通产品产能过剩，高端产品依赖进口。工业规模达到世界较大，整体装备和部分技术接近或达到国际先进水平，整体装备工艺技术整体落后，生产效率低，资源能源消耗大。热浸镀锌开发领域落后，不仅仅是热处理加工的基础问题，还和行业上下游息息相关，整体工业落后使得我们的热浸镀锌体系序列开发产生影响。

虽然我国钢材冶炼和加工具有很大的资源优势，但目前绝大多数的钢材热处理企业，均采用传统的热浸镀锌工艺。这类传统材料的压铸工艺很大程度上通过大量的、长周期的反复试验修改才能最终实现工艺目标。故在开发周期、设计质量及其所实现的工艺质量等方面较难保证，使得企业亦无法在竞争激烈的市场中获得更大的突破。开发高品质热浸镀锌用锌合金对于提升我国自主研发精品新材料，占领国际精品新材料市场具有促进作用。对传统热浸镀锌进行底层性质的创新和优化，对整个热浸镀锌行业及其技术的发展与提升具有积极的意义。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术的不足，提供一种可以在460-600度大气条件下使用的新型低碳钢热浸镀锌用含Te和In的锌合金。一般工业化而言,低碳钢钢丝在经过铅浴屈氏体化后拉拔成所需的直径,再经过热浸镀锌进行防腐蚀处理。这种制备工艺容易导致热浸镀锌过程中拉拔后已有的力学性能因为温度的升高而降低,造成材料实际性能的恶化。本专利提出了一种在拉拔前就进行热浸镀锌用合金的开发,这样在拉拔过程中得到的高的力学性能就不会因为随后的热处理过程而大大降低。该方法还具有生产成本低，便于大规模生产的特点。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种新型低碳钢热浸镀锌用含Te和In的锌合金；按照重量百分比，该合金的成分为：Ba: 0.2-0.4wt.%,Ru:0.2-0.8wt.%,In:0.5-1.0wt.%,Cu：3.0-5.0wt.%，Sn:1.0-2.0wt.%,Te:0.4-0.8wt.%,余量为锌。

上述新型低碳钢热浸镀锌用含Te和In的锌合金的制备方法，包括如下步骤：将如上配比的原料加入到大气保护的感应电炉内，并采用碳化硅坩埚；感应加热到500-600度形成合金溶液，并利用电磁搅拌效应充分搅拌10分钟左右；将合金液体在500-600度保温静置10分钟后浇铸到热顶同水平设备内进行半连续铸造成所需要的圆锭，铸锭下移速度为10-20m/min。该铸锭可以当做热浸镀锌用锌合金进行钢材的防腐蚀涂层处理；其中，热浸镀锌的工作温度为460-600度。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

（1）对于低碳钢钢丝而言,一般的热处理方案顺序为:铅浴淬火得到屈氏体;拉拔进行变形处理得到合适直径的钢丝;将钢丝进行热浸镀。这种制备工艺容易导致热浸镀锌过程中拉拔后已有的力学性能因为温度的升高而降低,造成材料实际性能的恶化。传统的热浸镀锌用合金不能采用在拉拔变形前进行热浸镀锌是因为提前进行热浸镀锌后再拉拔容易造成镀锌层的脱落,会严重影响到应用时材料的耐腐蚀能力和使用寿命。本专利提出的新型热浸镀锌用锌合金可以完全克服以上问题,在实际操作中的工序为:铅浴淬火得到屈氏体;将钢丝进行热浸镀锌;拉拔进行变形处理得到合适直径的钢丝。

（2）本发明的锌合金在温度高于400度后熔体表面氧化生成致密的氧化膜和氮化膜。这种致密的熔体表面化合物膜能有效阻止锌蒸汽向大气中的挥发，达到阻止锌在高温下的急剧蒸发和氧化。该锌合金在460-600温度范围内在大气环境下静置5个小时而没有明显的氧化。在对该液态锌合金进行搅拌、吹气等熔体处理过程中，当其表面膜因剧烈搅拌被破坏后，能快速再生，成功阻碍合金的氧化和挥发。

（3）热浸镀锌时钢丝浸于熔融的锌合金中，限制了钢丝和空气的接触，防止了脱碳，可以有效地提高钢丝表面的硬度，减少了裂纹形成和扩展的可能性，改善了钢丝的疲劳性能。镀锌后经过拉拔处理,表面的镀锌层附着能力强。具有镀层均匀，附着力强，使用寿命长等优点。

实施方式

实施例1

一种在460-600度使用新型低碳钢热浸镀锌用含Te和In的锌合金。按重量百分比计，该材料的化学成分为：Ba: 0.3wt.%,Ru:0.5wt.%,In:0.8wt.%,Cu：3.0wt.%，Sn:1.2wt.%, Te:0.5wt.%,余量为锌。制备方法：将如上配比的原料加入到大气保护的感应电炉内，并采用碳化硅坩埚；感应加热到550度形成合金溶液，并利用电磁搅拌效应充分搅拌10分钟左右；将合金液体在550度保温静置10分钟后浇铸到热顶同水平设备内进行半连续铸造成所需要的圆锭，铸锭下移速度为14m/min。该铸锭可以当做热浸镀锌用锌合金进行钢材的防腐蚀涂层处理；其中，热浸镀锌的工作温度为460-600度。

本发明的锌合金在温度高于400度后熔体表面氧化生成致密的氧化膜和氮化膜。这种致密的熔体表面化合物膜能有效阻止锌蒸汽向大气中的挥发，达到阻止锌在高温下的急剧蒸发和氧化。该锌合金在460-600温度范围内在大气环境下静置5个小时而没有明显的氧化。在对该液态锌合金进行搅拌、吹气等熔体处理过程中，当其表面膜因剧烈搅拌被破坏后，能快速再生，成功阻碍合金的氧化和挥发。热浸镀锌时钢丝浸于熔融的锌合金中，限制了钢丝和空气的接触，防止了脱碳，可以有效地提高钢丝表面的硬度，减少了裂纹形成和扩展的可能性，改善了钢丝的疲劳性能。镀锌后经过拉拔处理,表面的镀锌层附着能力强。具有镀层均匀，附着力强，使用寿命长等优点。

实施例2

一种在460-600度使用新型低碳钢热浸镀锌用含Te和In的锌合金。按重量百分比。按重量百分比计，该材料的化学成分为：Ba: 0.2wt.%,Ru:0.6wt.%,In:0.6wt.%,Cu：3.5wt.%，Sn:1.5wt.%, Te:0.6wt.%,余量为锌。制备方法：将如上配比的原料加入到大气保护的感应电炉内，并采用碳化硅坩埚；感应加热到550度形成合金溶液，并利用电磁搅拌效应充分搅拌10分钟左右；将合金液体在550度保温静置10分钟后浇铸到热顶同水平设备内进行半连续铸造成所需要的圆锭，铸锭下移速度为12m/min。该铸锭可以当做热浸镀锌用锌合金进行钢材的防腐蚀涂层处理；其中，热浸镀锌的工作温度为460-600度。

本发明专利的锌合金在温度高于400度后熔体表面氧化生成致密的氧化膜和氮化膜。这种致密的熔体表面化合物膜能有效阻止锌蒸汽向大气中的挥发，达到阻止锌在高温下的急剧蒸发和氧化。该锌合金在460-600温度范围内在大气环境下静置5个小时而没有明显的氧化。在对该液态锌合金进行搅拌、吹气等熔体处理过程中，当其表面膜因剧烈搅拌被破坏后，能快速再生，成功阻碍合金的氧化和挥发。热浸镀锌时钢丝浸于熔融的锌合金中，限制了钢丝和空气的接触，防止了脱碳，可以有效地提高钢丝表面的硬度，减少了裂纹形成和扩展的可能性，改善了钢丝的疲劳性能。镀锌后经过拉拔处理,表面的镀锌层附着能力强。具有镀层均匀，附着力强，使用寿命长等优点。

实施例3

一种在460-600度使用新型低碳钢热浸镀锌用含Te和In的锌合金。按重量百分比。按重量百分比计，该材料的化学成分为：Ba: 0.3wt.%,Ru:0.4wt.%,In:0.8wt.%,Cu：4.2wt.%，Sn:1.8wt.%, Te:0.5wt.%,余量为锌。制备方法：将如上配比的原料加入到大气保护的感应电炉内，并采用碳化硅坩埚；感应加热到550度形成合金溶液，并利用电磁搅拌效应充分搅拌10分钟左右；将合金液体在550度保温静置10分钟后浇铸到热顶同水平设备内进行半连续铸造成所需要的圆锭，铸锭下移速度为16m/min。该铸锭可以当做热浸镀锌用锌合金进行钢材的防腐蚀涂层处理；其中，热浸镀锌的工作温度为460-600度。

本发明专利的锌合金在温度高于400度后熔体表面氧化生成致密的氧化膜和氮化膜。这种致密的熔体表面化合物膜能有效阻止锌蒸汽向大气中的挥发，达到阻止锌在高温下的急剧蒸发和氧化。该锌合金在460-600温度范围内在大气环境下静置5个小时而没有明显的氧化。在对该液态锌合金进行搅拌、吹气等熔体处理过程中，当其表面膜因剧烈搅拌被破坏后，能快速再生，成功阻碍合金的氧化和挥发。热浸镀锌时钢丝浸于熔融的锌合金中，限制了钢丝和空气的接触，防止了脱碳，可以有效地提高钢丝表面的硬度，减少了裂纹形成和扩展的可能性，改善了钢丝的疲劳性能。镀锌后经过拉拔处理,表面的镀锌层附着能力强。具有镀层均匀，附着力强，使用寿命长等优点。

Claims (3)

1.新型低碳钢热浸镀锌用含Te和In的锌合金；按照重量百分比，该合金的成分为：Ba:0.2-0.4wt.%,Ru:0.2-0.8wt.%,In:0.5-1.0wt.%,Cu：3.0-5.0wt.%，Sn:1.0-2.0wt.%, Te:0.4-0.8wt.%,余量为锌。

2.根据权利要求1所述新型低碳钢热浸镀锌用含Te和In的锌合金，其特征在于包括如下步骤：将如上配比的原料加入到大气保护的感应电炉内，并采用碳化硅坩埚；感应加热到500-600度形成合金溶液，并利用电磁搅拌效应充分搅拌10分钟左右；将合金液体在500-600度保温静置10分钟后浇铸到热顶同水平设备内进行半连续铸造成所需要的圆锭，铸锭下移速度为10-20m/min。

3.根据权利要求1所述新型低碳钢热浸镀锌用含Te和In的锌合金，其特征在于包含如下使用步骤：该铸锭可以当做热浸镀锌用锌合金进行钢材的防腐蚀涂层处理；其中，热浸镀锌的工作温度为460-600度。