CN108342617A - 汽车热成型钢耐腐蚀热浸镀含Ca-Ta-Sn锌铝合金 - Google Patents

Abstract

本发明公开了汽车热成型钢耐腐蚀热浸镀含Ca‑Ta‑Sn锌铝合金及其加工工艺。按照重量百分比，该合金的成分为：Ca:0.4‑0.6wt.%,Na:0.2‑0.3wt.%,Y:0.4‑0.6wt.%,Sn:2.0‑2.5wt.%,Al:30.0‑40.0wt.%,Ta:0.6‑0.8wt.%，余量为锌。该材料可以在320‑340度用于钢板的热浸镀锌，且相比于传统的纯锌热浸镀具有更好的耐腐蚀性能。对于提升热成型钢用于汽车的防腐性能具有决定意义,且对汽车的轻量化和节能环保降排具有重大意义。

Description

汽车热成型钢耐腐蚀热浸镀含Ca-Ta-Sn锌铝合金

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

热成形钢板技术是指将钢板经过950度的高温加热之后一次成形，又迅速冷却从而全面提升了钢板强度。屈服度达1000Mpa之高，每平方厘米能承受10吨以上的压力。把这种材料用在车身上，在车身重量几乎没有太大变化情况下，承受力提高了30%。使汽车的刚强度达到全新水准，在欧洲碰撞测试中达到五星级标准。超高强度和高强度车身材料，具有极高的机械安全性。而热成型钢板则主要应用于前、后保险杠骨架以及A柱、B柱等重点部位，在发生撞击时，尤其在正面和侧面撞击时，可有效减少驾驶舱变形，保护驾乘人员的安全。

热浸镀简称热镀。热镀是把被镀件浸入到熔融的金属液体中使其表面形成金属镀层的一种工艺方法。具体是将被镀的钢铁材料浸入熔融的镀层金属中再取出冷却，使其表面形成金属镀层，它广泛用于低熔点金属锌、锡、铝、铅及其合金镀层的生产，主要以防蚀为目的，并有一定装饰作用。锌的熔点很低，只有419.7℃，且在450-480℃的温度范围内就可以浸镀。一般得到的灰色镀层由两个分层构成：外层为锌层，内层是铁一锌金属间化合物层。金属间化合物的生成可以使镀层与基体间呈现冶金结合，附着牢固。由于锌具有良好的延展性，其合金层与钢基附着牢固，因此热镀件可进行冷冲、轧制、拉丝、弯曲等各种成型而不损坏镀层。纯锌层是热镀锌中最富有塑性的一层镀锌层，其性质基本接近于纯锌，具有延展性，所以它富于挠性。

热浸镀锌铝合金的防腐，使镀层既具有电化学保护作用，又具有机涂层的隔离保护作用。镀层综合防护性能好，适应性强，明显地提高了腐蚀性环境下的防腐蚀能力。热浸镀铝锌钢板因其优良的耐热耐腐蚀性能、抗高温氧化性能、耐反射性和外观装饰性能等而得到了广泛的应用。汽车质量的降低与能耗和尾气排放密切相关。因此，汽车轻量化对节能和环保意义重大。为了实现汽车车身轻量化，热成形超高强钢在车身上的应用越来越普遍。随着汽车轻量化的不断发展，热成形钢得到越来越快的发展，普通镀层己满足不了热成形工艺的要求。热浸镀锌铝钢板具有优良的耐热耐腐蚀性能、抗高温氧化性能和外观装饰性能等，得到普遍的应用。

目前国内对锌铝镀层研究甚少，国内汽车制造厂使用的镀锌铝热冲压成形钢主要依靠进口。世界冶金工业结构调整步伐加快，生产的重心将由发达国家向发展中国家转移。目前我国正处于工业化进程中，国民经济各部门的持续、快速发展和产业升级对钢铁产品的品种、质量提出了更高的要求。加快了我国冶金工业的结构调整，将具有重要意义。我国钢材热浸镀锌的发展与世界水平相比还存在一定的差距。现有热镀锌生产线多数存在技术落后、锌耗高、产品产量低、产品质量差、生产成本高、能量耗费大、环保措施不力，常造成严重环境污染等缺点，此类生产线难以满足我国国民经济腾飞的需要。寻求更好的热浸镀锌铝材料是目前热成型钢板热浸镀锌铝应用研究和产业化中的关键问题之一。

通过先进的合金化设计方法便可以解决该类热浸镀锌生产过程中重大的产业问题。合金化设计方法是在热浸镀锌合金中选择和添加合适的合金元素来影响该合金在热浸镀锌和随后的使用过程。因而，如何在锌合金中平衡各种元素的类型和含量，是当前热浸镀锌铝用合金领域亟待解决的问题。该类合金产业化可以获得极大的经济和社会效益。在不久的将来，随着更多工程应用领域拓展，该类新型合金必将在更多的热浸镀锌中得到广泛应用。

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320-340度大气条件下使用的汽车热成型钢耐腐蚀热浸镀含Ca-Ta-Sn锌铝合金。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种汽车热成型钢耐腐蚀热浸镀含Ca-Ta-Sn锌铝合金。按重量百分比计，合金的组成为：Ca:0.4-0.6wt.%,Na:0.2-0.3wt.%,Y:0.4-0.6wt.%,Sn:2.0-2.5wt.%,Al:30.0-40.0wt.%,Ta:0.6-0.8wt.% ,余量为锌。该锌合金在熔炼过程因为挥发和形成炉渣等原因而损失的重量在1.0-2.0wt.%左右。

上述汽车热成型钢耐腐蚀热浸镀含Ca-Ta-Sn锌铝合金的制备方法，包括如下步骤：将如上配比的原料加入到氩气保护的感应电炉内，并采用碳化硅坩埚；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5-8m/min。该铸锭可以当做热浸镀锌原料用于后续工序的薄板热浸镀锌处理，其中热浸镀锌的工作温度为320-340度，热浸时间为10-15秒。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

（1）目前汽车热成型钢热浸镀锌铝材料和生产工艺中仍然存在一些问题，如镀层较厚造成的产品成型性不好，连续镀锌生产线上渣滓多造成的生产成本增大等。尽管已经采用向熔池中加入合金元素，通过改变镀层中金属间化合物的种类和形成顺序来提高镀层质量或渣滓的种类。但是到目前为止，热浸镀锌铝合金中铝浓度控制不好，不但不能够提高产品质量，反而会造成镀层表而出现颗粒，甚至漏镀等缺陷，尤其是在批量热镀生产中。采用本专利保护的汽车热成型板热浸镀锌铝材料及热浸镀工艺，所得镀层不仅工艺简单、操作方便、成本低、涂层均匀致密、还具有附着力强、耐腐蚀性好等优点。

（2）该新型锌合金具有极其优异的耐挥发和耐氧化性能。在热浸镀锌工业生产时，该合金在暴露于大气中时，合金表面会生成一层氧化物和氮化物膜。这些膜结构致密，铺展性强，可以提供优良的保护，防止锌合金熔体的进一步氧化和蒸发。整体而言,采用本专利的合金,锌由于氧化和挥发的非正常消耗可以长时间的维持在3-5wt.%左右。

（3）该材料用于薄板的热浸镀锌的温度为320-340度，热浸时间为10-15秒。相比较而言，传统的热浸镀锌温度为360-450度，热浸时间为30-60秒。由于降低了热浸温度和热浸时间。从节能和降低成本而言，本专利的效果是明显的。该新型热浸镀锌用合金同钢材基体的涂层结合状况明显改善，在受到外加载荷时能够减缓裂纹扩展速率，从而提高界面的结合力。此外，该新型镀层内部组织比较致密，保证了镀层各个区域性能的连续性。

（4）在海洋环境下，该材料的腐蚀速度为2.5×10^-4mm/年。因而在海洋气候下，该材料可以安全使用30年以上而没有明显的腐蚀现象发生。相比而言，普通热浸镀锌用合金的镀锌层在海洋环境下一般工作寿命为5-8年左右。可以预计，该类合金的产业化可以获得极大的经济和社会效益。在不久的将来，随着更多工程应用领域拓展，该类新型合金必将在更多的热浸镀锌中得到广泛应用。

具体实施方式

实施例1

一种在320-340度使用汽车热成型钢耐腐蚀热浸镀含Ca-Ta-Sn锌铝合金。按重量百分比计，合金的化学成分为：Ca:0.4wt.%,Na:0.2wt.%,Y:0.4wt.%,Sn:2.0wt.%,Al:30.0wt.%,Ta:0.6wt.%，余量为锌。合金的制备方法：将如上配比的原料加入到氩气保护的感应电炉内，并采用碳化硅坩埚；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5-8m/min。该铸锭可以当做热浸镀锌原料用于后续工序的薄板热浸镀锌处理，其中热浸镀锌的工作温度为320-340度，热浸时间为10-15秒。

采用本专利保护的汽车热成型板热浸镀锌铝材料及热浸镀工艺，所得镀层不仅工艺简单、操作方便、成本低、涂层均匀致密、还具有附着力强、耐腐蚀性好等优点。在热浸镀锌工业生产时，该合金在暴露于大气中时，合金表面会生成一层氧化物和氮化物膜。这些膜结构致密，铺展性强，可以提供优良的保护，防止锌合金熔体的进一步氧化和蒸发。整体而言,采用本专利的合金,锌由于氧化和挥发的非正常消耗可以长时间的维持在3-5wt.%左右。由于降低了热浸温度和热浸时间。从节能和降低成本而言，本专利的效果是明显的。此外，该新型镀层内部组织比较致密，保证了镀层各个区域性能的连续性。在海洋环境下，该材料的腐蚀速度为2.5×10^-4mm/年。因而在海洋气候下，该材料可以安全使用30年以上而没有明显的腐蚀现象发生。相比而言，普通热浸镀锌用合金的镀锌层在海洋环境下一般工作寿命为5-8年左右。

实施例2

一种在320-340度使用汽车热成型钢耐腐蚀热浸镀含Ca-Ta-Sn锌铝合金。按重量百分比计，合金的化学成分为：Ca: 0.6wt.%,Na: 0.3wt.%,Y:0.6wt.%,Sn:2.5wt.%,Al:40.0wt.%,Ta:0.8wt.%，余量为锌。合金的制备方法：将如上配比的原料加入到氩气保护的感应电炉内，并采用碳化硅坩埚；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5-8m/min。该铸锭可以当做热浸镀锌原料用于后续工序的薄板热浸镀锌处理，其中热浸镀锌的工作温度为320-340度，热浸时间为10-15秒。

采用本专利保护的汽车热成型板热浸镀锌铝材料及热浸镀工艺，所得镀层不仅工艺简单、操作方便、成本低、涂层均匀致密、还具有附着力强、耐腐蚀性好等优点。在热浸镀锌工业生产时，该合金在暴露于大气中时，合金表面会生成一层氧化物和氮化物膜。这些膜结构致密，铺展性强，可以提供优良的保护，防止锌合金熔体的进一步氧化和蒸发。整体而言,采用本专利的合金,锌由于氧化和挥发的非正常消耗可以长时间的维持在3-5wt.%左右。由于降低了热浸温度和热浸时间。从节能和降低成本而言，本专利的效果是明显的。此外，该新型镀层内部组织比较致密，保证了镀层各个区域性能的连续性。在海洋环境下，该材料的腐蚀速度为2.5×10^-4mm/年。因而在海洋气候下，该材料可以安全使用30年以上而没有明显的腐蚀现象发生。相比而言，普通热浸镀锌用合金的镀锌层在海洋环境下一般工作寿命为5-8年左右。

实施例3

一种在320-340度使用汽车热成型钢耐腐蚀热浸镀含Ca-Ta-Sn锌铝合金。按重量百分比计，合金的化学成分为：Ca:0.5wt.%,Na:0.2wt.%,Y:0.5wt.%,Sn:2.4wt.%,Al:35.0wt.%,Ta:0.6wt.%，余量为锌。合金的制备方法：将如上配比的原料加入到氩气保护的感应电炉内，并采用碳化硅坩埚；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5-8m/min。该铸锭可以当做热浸镀锌原料用于后续工序的薄板热浸镀锌处理，其中热浸镀锌的工作温度为320-340度，热浸时间为10-15秒。

采用本专利保护的汽车热成型板热浸镀锌铝材料及热浸镀工艺，所得镀层不仅工艺简单、操作方便、成本低、涂层均匀致密、还具有附着力强、耐腐蚀性好等优点。在热浸镀锌工业生产时，该合金在暴露于大气中时，合金表面会生成一层氧化物和氮化物膜。这些膜结构致密，铺展性强，可以提供优良的保护，防止锌合金熔体的进一步氧化和蒸发。整体而言,采用本专利的合金,锌由于氧化和挥发的非正常消耗可以长时间的维持在3-5wt.%左右。由于降低了热浸温度和热浸时间。从节能和降低成本而言，本专利的效果是明显的。此外，该新型镀层内部组织比较致密，保证了镀层各个区域性能的连续性。在海洋环境下，该材料的腐蚀速度为2.5×10^-4mm/年。因而在海洋气候下，该材料可以安全使用30年以上而没有明显的腐蚀现象发生。相比而言，普通热浸镀锌用合金的镀锌层在海洋环境下一般工作寿命为5-8年左右。

Claims (3)

1.一种汽车热成型钢耐腐蚀热浸镀含Ca-Ta-Sn锌铝合金；按照重量百分比,该合金的成分为:Ca:0.4-0.6wt.%,Na:0.2-0.3wt.%,Y:0.4-0.6wt.%,Sn:2.0-2.5wt.%,Al:30.0-40.0wt.%,Ta:0.6-0.8wt.% ,余量为锌。

2.根据权利要求1所述汽车热成型钢耐腐蚀热浸镀含Ca-Ta-Sn锌铝合金，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5-8m/min。

3.根据权利要求1所述汽车热成型钢耐腐蚀热浸镀含Ca-Ta-Sn锌铝合金，其特征在于包含如下加工步骤：该铸锭可以当做热浸镀锌原料用于后续工序的钢板热浸镀锌处理，其中热浸镀锌的工作温度为320-340度，热浸时间为10-15秒。