CN108396190A - 陶瓷坩埚热浸镀锌用高强度含Ca和Nb锌合金 - Google Patents

Abstract

本发明公开了陶瓷坩埚热浸镀锌用高强度含Ca和Nb锌合金及其加工工艺。按照重量百分比，该合金的成分为：Ca:0.4‑0.6wt.%，Sn:1.5‑1.8wt.%,Nb:1.2‑1.5wt.%,Ge:0.4‑0.6wt.%,Bi:1.0‑2.0wt.%,Ti:0.2‑0.5wt.%,Ni:1.0‑1.5wt.%,W:0.2‑0.4wt.%，余量为锌。该热浸镀锌用合金适合于热浸镀锌中陶瓷坩埚生产工艺,所得产品具有降低锌的非正常消耗,节约成本的作用。

Description

陶瓷坩埚热浸镀锌用高强度含Ca和Nb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

钢铁拥有良好的强度、成型性、生产经济性及可回收性等优点，在工业的建设过程中，占有非常重要的地位。但是钢铁容易与环境发生反应，生成稳定的氧化物或盐类。钢铁的腐蚀降低了钢铁的使用寿命，给人类带来了巨大的经济损失，而且严重污染了环境，因此人们采取了各种防护技术来提高钢铁的防腐性能。

由于锌的标准电极电位负于铁，因此在水和潮湿的空气中镀锌层具有牺牲阳极保护钢基的作用，从而可以大大的延长钢材的使用寿命。在工业上常用的镀锌层有热浸镀锌、电镀锌、机械镀锌和热喷涂（镀）锌等，其中热镀锌约占镀锌总量的95%，热镀锌用锌量在世界范围内占锌产量的40%，在中国约占锌产量的30%左右。

热浸镀锌是延缓钢铁材料环境腐蚀的最有效手段之一，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。与其它金属防护方法相比，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。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。

目前,热镀锌工业中常见的两种热镀锌加热方式:(1)铁锅的外侧加热。这种加热方式锌锅的成本低、制造工艺简单、升温快、维修方便。但是铁锅锌液腐蚀严重，使用寿命极短。(2)陶瓷锌锅的上加热。陶瓷锌锅不与锌液反应，不会生成锌渣，但由于这种材料的导热性差，不能像铁锅那样采用热传导方式外侧加热，因此陶瓷锅的加热方式以上加热为主。

当采用陶瓷坩埚的上加热方式时,锌的非正常消耗尤其严重。在采用上加热时，被加热锌表面在空气中液面温度较高，由于锌液表面和空气直接接触造成锌液表面的挥发和氧化加剧。锌的非正常挥发明显增加了锌耗的非正常值，而且对环境造成了严重的污染。此外,由于覆盖在液锌表面的氧化锌的导热系数低,相当于在上加热过程中引入了一个隔热层,使得热量的从上往下传递更加困难。因而不可避免的导致能耗非正常的增加。热浸镀锌行业为了解决这个问题,必须不停地清除锌液表面产生的氧化锌,并使得新鲜的锌液表面裸露在加热设备下方。而新鲜锌液表面更容易发生氧化,产生更多锌灰，造成了纯锌的大量浪费。据估计,全世界锌产量的40%用于热浸镀锌。由于热浸镀锌加热方式的局限，约40-50%的锌非正常消耗掉。由此造成的浪费是惊人的。

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陶瓷坩埚热浸镀锌用高强度含Ca和Nb锌合金。该合金在此温度区间对钢进行热浸镀锌时，所得镀锌层具有降低锌的非正常消耗,节约成本的作用。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种陶瓷坩埚热浸镀锌用高强度含Ca和Nb锌合金。按重量百分比计，合金的组成为：Ca: 0.4-0.6wt.%，Sn: 1.5-1.8wt.%, Nb: 1.2-1.5wt.%, Ge: 0.4-0.6wt.%, Bi: 1.0-2.0wt.%, Ti: 0.2-0.5wt.%, Ni: 1.0-1.5wt.%, W: 0.2-0.4wt.%，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。

上述陶瓷坩埚热浸镀锌用高强度含Ca和Nb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）本发明专利针对目前陶瓷坩埚热浸镀锌时采用上加热方式造成锌的非正常消耗过大的现状提供了一种材料学的解决方案。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）该合金在热浸镀锌中上加热的环境下可以在表面形成0.01-0.02mm厚的氧化层。该氧化层可以有效地降低加热时的传热障碍,并防止合金的进一步氧化。在长时间的热浸镀锌工业生产中,由于非正常氧化和挥发造成的锌损失维持在2-3%。

（3）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秒之内在钢表面热浸镀上厚度为50-80微米的镀层。该材料在对钢热浸镀锌后，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。

（4）该合金镀层表面光滑、均匀、美观。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。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，特别是对于桥梁构件和电力塔之类的防腐要求高的镀件意义更加重大。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360-450度使用陶瓷坩埚热浸镀锌用高强度含Ca和Nb锌合金。按重量百分比计，合金的化学成分为：Ca: 0.4wt.%，Sn: 1.5wt.%, Nb: 1.2wt.%, Ge: 0.4wt.%, Bi:1.0wt.%, Ti: 0.2wt.%, Ni: 1.0wt.%, W: 0.2wt.%，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5-8/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。

该合金在热浸镀锌中上加热的环境下可以在表面形成0.01-0.02mm厚的氧化层。该氧化层可以有效地降低加热时的传热障碍,并防止合金的进一步氧化。在长时间的热浸镀锌工业生产中,由于非正常氧化和挥发造成的锌损失维持在2-3%。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。该材料在对钢热浸镀锌后，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。

实施例2

一种在360-450度使用陶瓷坩埚热浸镀锌用高强度含Ca和Nb锌合金。按重量百分比计，合金的化学成分为：Ca: 0.5wt.%，Sn: 1.5wt.%, Nb: 1.3wt.%, Ge: 0.5wt.%, Bi:1.4wt.%, Ti: 0.3wt.%, Ni: 1.2wt.%, W: 0.2wt.%，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。

该合金在热浸镀锌中上加热的环境下可以在表面形成0.01-0.02mm厚的氧化层。该氧化层可以有效地降低加热时的传热障碍,并防止合金的进一步氧化。在长时间的热浸镀锌工业生产中,由于非正常氧化和挥发造成的锌损失维持在2-3%。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。该材料在对钢热浸镀锌后，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。

实施例3

一种在360-450度使用陶瓷坩埚热浸镀锌用高强度含Ca和Nb锌合金。按重量百分比计，合金的化学成分为：Ca:0.6wt.%，Sn: 1.8wt.%, Nb:1.5wt.%,Ge:0.6wt.%,Bi:2.0wt.%,Ti:0.5wt.%, Ni: 1.0wt.%, W: 0.2wt.%，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。

该合金在热浸镀锌中上加热的环境下可以在表面形成0.01-0.02mm厚的氧化层。该氧化层可以有效地降低加热时的传热障碍,并防止合金的进一步氧化。在长时间的热浸镀锌工业生产中,由于非正常氧化和挥发造成的锌损失维持在2-3%。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。该材料在对钢热浸镀锌后，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。

Claims (3)

1.一种陶瓷坩埚热浸镀锌用高强度含Ca和Nb锌合金；按照重量百分比，该合金的成分为：Ca: 0.4-0.6wt.%，Sn: 1.5-1.8wt.%, Nb: 1.2-1.5wt.%, Ge: 0.4-0.6wt.%, Bi:1.0-2.0wt.%, Ti: 0.2-0.5wt.%, Ni: 1.0-1.5wt.%, W: 0.2-0.4wt.%，余量为锌。

2.根据权利要求1所述陶瓷坩埚热浸镀锌用高强度含Ca和Nb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所述陶瓷坩埚热浸镀锌用高强度含Ca和Nb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。