CN108396192A - 一种降低锌非正常消耗的高强度含Li锌合金 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种降低锌非正常消耗的高强度含Li锌合金及其加工工艺。按照重量百分比，该合金的成分为：Li:0.2‑0.4wt.%,Ca:0.1‑0.2wt.%,Ge:0.5‑0.8wt.%,Sn:2.0‑3.0wt.%,Mo:0.2‑0.4wt.%，Bi:0.5‑0.8wt.%,B:0.01‑0.03wt.%，余量为锌。该热浸镀锌用合金用于热浸镀锌时,在360‑450度下会显著的降低锌的非正常消耗。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

一种降低锌非正常消耗的高强度含Li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。

在热镀锌工业中，由于加热方式和设备材料的限制，锌的非正常消耗惊人，全世界锌产量40%用于热镀锌。由于热镀锌加热方式和设备材料的局限，使约40-50%的锌被浪费掉。非正常锌耗的主要来源于三个方面:1:)锌铁反应:铁锅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。2:)锌液表面的挥发和氧化:在采用上加热时，锌液表面的挥发和氧化加剧。锌的挥发不仅增加了非正常锌耗，而且污染了环境。由于锌液表面被氧化产生的氧化锌导热系数小，覆盖在锌液表面相当一个隔热层，使表面的热量进一步向下传导更加困难，导致能耗加大。3:)由于锌温不准、不均，使产品的镀层均匀性差，由产品产生的锌渣多，同样造成纯锌的大量浪费。由于陶瓷坩埚纵向温度梯度大,锌液表面比内部温度高30度左右,这种浪费尤其突出。

本专利提供了一种降低锌非正常消耗的高强度含Li锌合金。通过控制锂含量并同时添加微量元素，来大大降低热浸镀锌时锌的非正常消耗。在可以得到常见镀锌层镀锌质量的同时,可以有效地降低锌液对铁坩埚的侵蚀,防止上加热时锌的过度挥发和氧化,以及具备优异的锌液温度均匀性。可以预计，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360-450度大气条件下使用的降低锌非正常消耗的高强度含Li锌合金。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种降低锌非正常消耗的高强度含Li锌合金。按重量百分比计，合金的组成为：Li:0.2-0.4wt.%,Ca: 0.1-0.2wt.%,Ge:0.5-0.8wt.%,Sn:2.0-3.0wt.%,Mo:0.2-0.4wt.%，Bi:0.5-0.8wt.%,B:0.01-0.03wt.%，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。

上述降低锌非正常消耗的高强度含Li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）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20倍。经过长时间的观测,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50个月以上。当该合金用于上加热式热浸镀锌时,在表面会形成厚度为0.01-0.05mm的氧化层。这些构成会有效地降低锌的进一步挥发和氧化。因为氧化层厚度的极大降低,上加热时锌液内部的温度会更加均匀,镀锌层的质量会明显的提高。整体而言,采用本专利的合金,锌的非正常消耗可以长时间的维持在3-5wt.%左右,而一般热浸镀锌的锌非正常消耗量可以达到40wt.% 。

（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秒之内在高硅含量活性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。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。

具体实施方式

实施例1

一种在360-450度使用降低锌非正常消耗的高强度含Li锌合金。按重量百分比计，合金的化学成分为：Li:0.2wt.%,Ca: 0.1wt.%,Ge:0.5wt.%,Sn:2.0wt.%,Mo:0.2wt.%，Bi:0.5wt.%,B:0.01wt.%，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。

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20倍。经过长时间的观测,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50个月以上。当该合金用于上加热式热浸镀锌时,在表面会形成厚度为0.01-0.05mm的氧化层。这些构成会有效地降低锌的进一步挥发和氧化。因为氧化层厚度的极大降低,上加热时锌液内部的温度会更加均匀,镀锌层的质量会明显的提高。整体而言,采用本专利的合金,锌的非正常消耗可以长时间的维持在3-5wt.%左右,而一般热浸镀锌的锌非正常消耗量可以达到40wt.% 。

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。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。由于工作温度低，热浸时间短，节能效果明显。

实施例2

一种在360-450度使用降低锌非正常消耗的高强度含Li锌合金。按重量百分比计，合金的化学成分为：Li:0.3wt.%,Ca: 0.1wt.%,Ge:0.6wt.%,Sn:2.5wt.%,Mo:0.3wt.%，Bi:0.6wt.%,B:0.02wt.%，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。

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20倍。经过长时间的观测,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50个月以上。当该合金用于上加热式热浸镀锌时,在表面会形成厚度为0.01-0.05mm的氧化层。这些构成会有效地降低锌的进一步挥发和氧化。因为氧化层厚度的极大降低,上加热时锌液内部的温度会更加均匀,镀锌层的质量会明显的提高。整体而言,采用本专利的合金,锌的非正常消耗可以长时间的维持在3-5wt.%左右,而一般热浸镀锌的锌非正常消耗量可以达到40wt.% 。

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。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。由于工作温度低，热浸时间短，节能效果明显。

实施例3

一种在360-450度使用降低锌非正常消耗的高强度含Li锌合金。按重量百分比计，合金的化学成分为：Li:0.4wt.%,Ca: 0.2wt.%,Ge:0.8wt.%,Sn:3.0wt.%,Mo:0.4wt.%，Bi:0.8wt.%,B:0.01wt.%，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。

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20倍。经过长时间的观测,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50个月以上。当该合金用于上加热式热浸镀锌时,在表面会形成厚度为0.01-0.05mm的氧化层。这些构成会有效地降低锌的进一步挥发和氧化。因为氧化层厚度的极大降低,上加热时锌液内部的温度会更加均匀,镀锌层的质量会明显的提高。整体而言,采用本专利的合金,锌的非正常消耗可以长时间的维持在3-5wt.%左右,而一般热浸镀锌的锌非正常消耗量可以达到40wt.% 。

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。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。由于工作温度低，热浸时间短，节能效果明显。

Claims (3)

1.一种降低锌非正常消耗的高强度含Li锌合金；按照重量百分比，该合金的成分为：Li:0.2-0.4wt.%,Ca: 0.1-0.2wt.%,Ge:0.5-0.8wt.%,Sn:2.0-3.0wt.%,Mo:0.2-0.4wt.%，Bi: 0.5-0.8wt.%,B:0.01-0.03wt.%，余量为锌。

2.根据权利要求1所述降低锌非正常消耗的高强度含Li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所述降低锌非正常消耗的高强度含Li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。