CN108396187A - 对锌锅呈现耐腐蚀性能的热浸镀锌用含B和Zr锌合金 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种对锌锅呈现耐腐蚀性能的热浸镀锌用含B和Zr锌合金及其加工工艺。按照重量百分比，该合金的成分为：Ca：0.6‑0.8wt.%,Ni:0.4‑0.9wt.%,Zr:0.1‑0.2wt.%,Ge：0.3‑0.5wt.%，Sn:2.0‑2.5wt.%,B:0.4‑0.5wt.%,余量为锌。该热浸镀锌用合金用于热浸镀锌时,在360‑450度下会对锌锅起到极其优异的保护作用。使得锌锅的使用寿命增加10倍以上。此外,还具有生产温度低，热浸时间短的优点，便于大规模生产的特点。

Description

对锌锅呈现耐腐蚀性能的热浸镀锌用含B和Zr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

众所周知，在大气腐蚀条件下锌层表面有ZnO、Zn(OH)₂及碱式碳酸锌保护膜，一定程度上减缓锌的腐蚀，这层保护膜（也称白锈）受到破坏又会形成新的膜层。金属材料镀锌处理是一种实用有效的防腐蚀方法，材料经过镀锌以后，由于锌的电极电位比基体材料更高，作为牺牲阳极，有效地保护了基体材料，提高了材料的耐腐蚀性。热浸镀锌是将表面经清洗、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。

热浸镀锌具有一系列的优点：1：）整个钢材表面均受到保护，无论在凹陷处管件内部，溶化锌均很容易均匀的覆盖上。2：）镀锌层的硬度值比钢材还大高，故其抗冲击及抗磨耗性均相当良好。3：）在边角区，锌层往往比其它地方还厚，且有良好的韧性及抗磨耗性。4：）即使因受很大的机械将铁基裸露，周围锌层就会发挥牺牲阳极的功能，来保护此处钢铁，使其不受侵蚀。5：）锌层在大气中的消耗是非常缓慢的，其寿命远超过其它任何涂层。

目前热浸镀锌产品主要有钢板、钢带、钢丝、钢管等，其中热浸镀锌钢板所占比例最大。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。热浸镀工艺因其价格低廉以及性能优良，成为世界各国金属材料主要的防腐方法。随着设备和工艺的进一步优化，以及与其它交叉学科的共同进步，热浸镀技术将不断完善，热浸镀技术的应用将更加广泛，前景会更加广阔。

热浸镀锌生产中，锌液温度大约保持在460℃左右。锌埚用于加热熔解锌锭和盛放锌液，并保持一定的锌液温度便于镀锌。更换锌埚是一个艰巨的任务，因为它会引起整个生产线的停车停产并排出熔融的金属锌。连续热镀锌生产线上锌锅内的各个零部件处于极其严苛、复杂的相互作用恶劣的工作环境中，容易与高温熔融锌液发生扩散、溶解、反应等并最终导致部件尺寸的变化，使整个沉没辊系统失效。因而，锌埚正常工作是热镀锌机组高效率作业的重要因素。影响锌埚寿命的因素主要有锌腐蚀和机械损伤两个方面。所以延长锌埚的使用寿命最好是尽量降低锌液在热浸镀锌过程中对锌锅的腐蚀。

在热浸镀锌领域，人们采用了不同的方式来降低锌液对锌锅的腐蚀速度。一般而言，锌锅在使用之前，可在内壁涂上一层水玻璃，有效地减慢锌对铁的侵蚀速度，从而提高锌锅的使用寿命。还可以在锌锅内部砌筑耐火陶瓷砖。在锌对铁发生腐蚀时，锌锅的耐火陶瓷组成材料发挥了重要的作用。此外，还可以通过净化热浸镀锌用合金液的成分和控制杂质含量来减缓锌锅的锌液腐蚀。比如，磷在锌锅的化学元素中是有害的，它们会导致锌对铁的腐蚀速度加快，从而锌锅的腐蚀速度也随之加快。通过提高热浸镀锌原料的纯度也可以有效地提高锌锅的使用寿命。

但是，这些方法只在一定程度上减缓了锌锅的锌腐蚀。此外，热浸温度高并且热浸时间长，且令锌锅变形甚至开裂的倾向严重。研究制备出对于锌锅以及锌锅内的零部件而言具有优异耐腐蚀能力的热浸镀锌用锌合金，对于解决锌液中的腐蚀、磨损问题，对提高锌锅中零部件的使用寿命，降低生产成本及提高工业生产效率均具有重要意义。

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360-450度大气条件下使用的对锌锅呈现耐腐蚀性能的热浸镀锌用含B和Zr锌合金。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种对锌锅呈现耐腐蚀性能的热浸镀锌用含B和Zr锌合金。按重量百分比计，合金的组成为：Ca： 0.6-0.8wt.%,Ni:0.4-0.9wt.% ,Zr:0.1-0.2wt.%,Ge：0.3-0.5wt.%，Sn:2.0-2.5wt.%, B:0.4-0.5wt.%,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。

上述对锌锅呈现耐腐蚀性能的热浸镀锌用含B和Zr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5-8m/min。该铸锭可以当做热浸镀锌原料用于后续工序的热浸镀锌处理来对钢线进行保护操作，其中热浸镀锌的工作温度为360-450度，热浸时间为15-20秒。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

（1）该锌合金具有极其优异的耐挥发和耐氧化性能，可以达到在400-800度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。

（2）一般热浸镀锌的工作温度为450-580度，热浸镀锌时间为30-60秒。采用本专利的镀锌用合金，在360-450度的低温环境下，就可以在15-20秒之内在高硅含量活性钢表面热浸镀上厚度为50-80微米的镀层。由于工作温度低，热浸时间短，节能效果明显。便于工人操作，年耗费资金也较少，为热浸镀锌生产中的首选方法。

（3）一般而言,钢板通过与锌液反应将锌锅表面的合金层破坏掉而导致铁基体不停的溶解到锌液中。于是锌浴将不断地与锌锅内表面发生反应，加速对锌锅的腐蚀，减少锌锅的寿命，同时会产生更多的锌渣增加锌耗。本合金能够明显地提高锌锅对热浸镀锌液的抗腐蚀能力。在常见的热浸镀锌温度和环境下,采用本合金可以使锌锅的耐腐蚀能力提高近10倍。经过长时间的观测,在360-450度的温度范围内,锌锅在锌液中的腐蚀速度为0.05mm/年以下。因而厚度为40-50mm的锌锅,在采用本专利的合金后使用寿命能达到15年以上。

（4）该材料在对钢丝热浸镀锌后，钢丝可以在随后的拉拔变形中进一步缩径，减径比可以达到30-50%而不会发生镀锌层的过度变形而脱落。因而，该镀层除了具有极其优异的结合强度外，还具有优秀的变形塑性。

具体实施方式

实施例1

一种在360-450度使用对锌锅呈现耐腐蚀性能的热浸镀锌用含B和Zr锌合金。按重量百分比计，合金的化学成分为：Ca： 0.6wt.%,Ni:0.4wt.% ,Zr:0.1wt.%,Ge：0.3wt.%，Sn:2.0wt.%, B:0.4wt.%,余量为锌。合金的制备方法：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热浸镀锌处理来对钢线进行保护操作，其中热浸镀锌的工作温度为360-450度，热浸时间为15-20秒。

该锌合金具有极其优异的耐挥发和耐氧化性能，可以达到在400-800度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。采用本专利的镀锌用合金，在360-450度的低温环境下，就可以在15-20秒之内在高硅含量活性钢表面热浸镀上厚度为50-80微米的镀层。由于工作温度低，热浸时间短，节能效果明显。本合金能够明显地提高锌锅对热浸镀锌液的抗腐蚀能力。在常见的热浸镀锌温度和环境下,采用本合金可以使锌锅的耐腐蚀能力提高近10倍。经过长时间的观测,在360-450度的温度范围内,锌锅在锌液中的腐蚀速度为0.05mm/年以下。因而厚度为40-50mm的锌锅,在采用本专利的合金后使用寿命能达到15年以上。

实施例2

一种在360-450度使用对锌锅呈现耐腐蚀性能的热浸镀锌用含B和Zr锌合金。按重量百分比计，合金的化学成分为：Ca： 0.6wt.%,Ni:0.5wt.% ,Zr:0.1wt.%,Ge：0.4wt.%，Sn:2.4wt.%, B:0.4wt.%,余量为锌。合金的制备方法：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热浸镀锌处理来对钢线进行保护操作，其中热浸镀锌的工作温度为360-450度，热浸时间为15-20秒。

该锌合金具有极其优异的耐挥发和耐氧化性能，可以达到在400-800度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。采用本专利的镀锌用合金，在360-450度的低温环境下，就可以在15-20秒之内在高硅含量活性钢表面热浸镀上厚度为50-80微米的镀层。由于工作温度低，热浸时间短，节能效果明显。本合金能够明显地提高锌锅对热浸镀锌液的抗腐蚀能力。在常见的热浸镀锌温度和环境下,采用本合金可以使锌锅的耐腐蚀能力提高近10倍。经过长时间的观测,在360-450度的温度范围内,锌锅在锌液中的腐蚀速度为0.05mm/年以下。因而厚度为40-50mm的锌锅,在采用本专利的合金后使用寿命能达到15年以上。

实施例3

一种在360-450度使用对锌锅呈现耐腐蚀性能的热浸镀锌用含B和Zr锌合金。按重量百分比计，合金的化学成分为：Ca： 0.8wt.%,Ni: 0.9wt.% ,Zr: 0.2wt.%,Ge：0.5wt.%，Sn:2.5wt.%, B:0.4wt.%,余量为锌。合金的制备方法：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热浸镀锌处理来对钢线进行保护操作，其中热浸镀锌的工作温度为360-450度，热浸时间为15-20秒。

该锌合金具有极其优异的耐挥发和耐氧化性能，可以达到在400-800度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。采用本专利的镀锌用合金，在360-450度的低温环境下，就可以在15-20秒之内在高硅含量活性钢表面热浸镀上厚度为50-80微米的镀层。由于工作温度低，热浸时间短，节能效果明显。本合金能够明显地提高锌锅对热浸镀锌液的抗腐蚀能力。在常见的热浸镀锌温度和环境下,采用本合金可以使锌锅的耐腐蚀能力提高近10倍。经过长时间的观测,在360-450度的温度范围内,锌锅在锌液中的腐蚀速度为0.05mm/年以下。因而厚度为40-50mm的锌锅,在采用本专利的合金后使用寿命能达到15年以上。

Claims (3)

1.一种对锌锅呈现耐腐蚀性能的热浸镀锌用含B和Zr锌合金；按照重量百分比，该合金的成分为：Ca： 0.6-0.8wt.%,Ni:0.4-0.9wt.% ,Zr:0.1-0.2wt.%,Ge：0.3-0.5wt.%，Sn:2.0-2.5wt.%, B:0.4-0.5wt.%,余量为锌。

2.根据权利要求1所述对锌锅呈现耐腐蚀性能的热浸镀锌用含B和Zr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5-8m/min。

3.根据权利要求1所述对锌锅呈现耐腐蚀性能的热浸镀锌用含B和Zr锌合金，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热浸镀锌处理来对钢线进行保护操作，其中热浸镀锌的工作温度为360-450度，热浸时间为15-20秒。