CN108396196A

CN108396196A - 冷冲压无锌花热浸镀用Na-Er-Mo锌铝合金

Info

Publication number: CN108396196A
Application number: CN201810601083.8A
Authority: CN
Inventors: 杨长江
Original assignee: Guangzhou Xianzhi Technology Co Ltd
Current assignee: Guangzhou Xianzhi Technology Co Ltd; Guangzhou Yuzhi Technology Co Ltd
Priority date: 2018-06-12
Filing date: 2018-06-12
Publication date: 2018-08-14

Abstract

本发明公开了冷冲压无锌花热浸镀用Na‑Er‑Mo锌铝合金。按照重量百分比,该合金的成分为:Na:0.5‑0.6wt.%,Mg:3.0‑4.0wt.%,Ca:1.5‑1.8wt.%,Al:25.0‑28.0wt.%,Se:0.1‑0.2wt.%,Er:0.2‑0.4wt.%,B:0.1‑0.2wt.%,Mo:0.3‑0.5wt.%，余量为锌。该热浸镀锌铝合金及其工艺解决了热浸镀锌铝合金应用研究和产业化中的关键问题。并使得最终产品具备极其优异的耐腐蚀性能和无锌花的表面状态。因而该材料必将在不久的将来得到更为广泛的应用。

Description

冷冲压无锌花热浸镀用Na-Er-Mo锌铝合金

技术领域

本发明涉及合金技术领域，具体地说，涉及一种锌铝合金。

背景技术

国际贸易中90%以上的运力靠海洋运输。海洋平台是油气资源开发的重要支柱，海上风电是近年来大力发展的新能源。因此，大力发展海洋工程防腐材料和技术，对于保障海洋工程和船舶的服役安全与可靠性，降低重大灾害性事故的发生，延长海洋构筑物的使用寿命具有重大意义。

在海洋环境中服役的基础设施和重要工业设施的腐蚀问题严重，特别是船舶与海洋平台的腐蚀问题更加突出，腐蚀已经成为影响船舶、近海工程、远洋设施服役安全、寿命、可靠性的最重要因素，引起世界各国政府和工业界的高度重视。由于海洋环境的恶略性，纯锌镀层钢丝已很难满足要求，需要使用高质量的耐腐蚀产品。

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。

随着对热镀锌产品内在质量、外观质量、使用质量的要求不断提高，传统的热浸镀锌已经不能完全满足现有的日益严重的环境腐蚀需要。目前而言，更具有防腐能力的热浸镀合金体系是锌铝合金。热浸镀锌铝合金既有铝元素把钢基与环境分隔的屏障保护作用，又有锌元素优异的电化学防护性能，在各种大气中的抗蚀能力是同厚度热镀。锌层的2-3倍，其加工成型性、涂挂性优于热浸镀锌产品和工艺。

当热浸镀锌铝合金在腐蚀性环境下工作时,合金热浸镀层的腐蚀产物(碱式碳酸锌铝水合物等)逐渐积附在粉末间的孔隙和基体的表面上，这些碱式碳酸锌铝水合物难溶于水，它们覆盖在涂层表面形成一层致密的凝胶状薄膜阻碍了氧原子、水分子等到达铁基体表面。可见,热浸镀锌铝合金镀层对腐蚀介质有良好的屏蔽作用，可以减弱了电化学腐蚀速度，使铁基体的消耗速度显著降低，从而也提高了涂层的阴极保护效率。

在生产过程中，当镀锌带从锌锅出来后，经气刀的喷吹，大量锌液被吹回锌锅，这时带钢表面还有锌合金，呈液态附在钢板表面，在钢板表面形成大量结晶核，随着钢板上升冷却，使结晶核慢慢长成锌花。冷却速度越快锌花越小，冷却速度越慢锌花越大。锌花只是具有观赏价值，无实际使用价值，相反在防腐蚀方面并不好。发达国家都实行小锌花和无锌花镀锌钢板。

我国钢材热浸镀锌铝的发展与世界水平相比还存在一定的差距。现有热镀锌铝生产线多数存在技术落后、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。寻求更好的材料设计方法成为解决热浸镀锌钢板应用研究和产业化中的关键问题之一。此外，通过先进的材料学设计也是解决热浸镀锌铝用合金在热浸镀锌生产过程中重大问题的解决方向之一。可以预计,新型的热浸镀锌铝用合金能解决如上的工业难题,在不久的将来该类材料必将在更多的使用领域得的广阔的应用。

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420-480度大气条件下使用的冷冲压无锌花热浸镀用Na-Er-Mo锌铝合金。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种冷冲压无锌花热浸镀用Na-Er-Mo锌铝合金。按重量百分比计，合金的组成为Na:0.5-0.6wt.%,Mg:3.0-4.0wt.%,Ca:1.5-1.8wt.%,Al:25.0-28.0wt.%,Se:0.1-0.2wt.%,Er:0.2-0.4wt.%,B:0.1-0.2wt.%,Mo:0.3-0.5wt.%，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。

上述冷冲压无锌花热浸镀用Na-Er-Mo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420-480度，热浸时间为30-60秒。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

（1）锌花分大锌花、小锌花和无锌花三种状态，通过影响锌熔体结晶状态达到不同表面效果。耐腐蚀性能是由锌层厚度决定的,机械性能是由基板决定的。凡是能够影响锌花形核和生长的因素都能够影响最终的锌花尺寸，而这些因素中最主要的就是形核率和生长方式。影响形核率的因素包括过冷度和钢板表面状态，影响生长方式的因素是合金元素的含量。传统的热浸镀锌铝合金在生产过程中受到生产工艺波动影响很大，造成锌花的尺寸和分布极不均匀。主要原因是基板的表面质量和镀锌工艺。轧制时上下轧辊的粗糙度不一致致使基板的上下板面粗糙度不一致，可能引起上下板面锌花大小不均。镀锌时上下板面冷却速度不同、气刀刀唇到带钢上下板面的距离不一致、上下板面气刀的风速和风量不同等都会造成上下板面锌花大小不均。此外，镀锌的脱脂效果不佳和退火炉内的还原性气氛不足等会影响板面反射率，使锌层粘附降低，锌花大。

（2）本专利申请保护的热浸镀锌铝合金可以完全解决实际生产中锌花的难题，并使得最终热浸镀产品具有优异的耐腐蚀能力。该合金的工艺特点是对生产工艺并不敏感，当热轧板板面覆盖氧化铁皮沿带钢成规律型波动、带钢划伤或炉辊结瘤等，这些缺陷并不会增加锌花的结晶点。由于优化了锌熔体的结晶形核和长大过程，使得最终产品处于无锌花的状态。另外，当气刀与带钢不平行，出现夹角时，也不易产生带钢横断面上的锌花。

（3）该合金具有接近共晶组织，拥有最佳的抗蚀性能和加工变形性能。因而可以在热浸镀锌铝合金后快冷，能有效地控制初生相的产生，并细化组织。此外，该合金的生产工艺的最大优点是工艺流程短、能耗物耗低、镀锅成分和镀层显微组织容易控制。镀层致密均匀、施工成本低、无环境污染等突出优点，其使用寿命为常规热浸镀锌铝合金镀层的3-5倍，防腐工艺费用仅比常规费用高出50%左右。

（4）该热浸镀锌铝合金经过合金成分优化后，可以有效地减少液相和固相间的表面张力，从而可得到光滑均匀无光斑的镀层。同时，合金元素可以净化晶界面减少晶间腐蚀。该合金的腐蚀电位与热浸镀锌层基本相同，但其腐蚀电流仅是传统锌合金镀层的0.3-0.4。该合金镀层的耐盐雾、耐二氧化硫以及耐湿热试验性能均比热浸镀锌层好，其耐腐蚀能力存在明显优势，使用较薄的锌铝合金镀层可以得到相同甚至更好的防腐效果。由于镀层和铁基体结合紧密,所形成的化合物层和基体的密度相差不明显，因而该热浸镀锌铝合金层具有优异的冷冲压性能。采用该热浸镀锌铝合金制备的镀板，可以在随后的冷变形中进行轧制或者冲压，变形量可以达到40-50%而没有明显的镀层脱落或者因冷变形而造成的耐腐蚀性能下降的现象。因而本专利申请保护的合金扩大了加工的灵活性，对于多个工业领域具有积极意义。

具体实施方式

实施例1

一种冷冲压无锌花热浸镀用Na-Er-Mo锌铝合金。按重量百分比计，合金的组成为Na:0.5wt.%,Mg:3.0wt.%,Ca:1.5wt.%,Al:25.0wt.%,Se:0.1wt.%,Er:0.2wt.%,B:0.1wt.%,Mo:0.3wt.%，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。上述冷冲压无锌花热浸镀用Na-Er-Mo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420-480度，热浸时间为30-60秒。

该热浸镀锌铝合金经过合金成分优化后，可以有效地减少液相和固相间的表面张力，从而可得到光滑均匀无光斑的镀层。同时，合金元素可以净化晶界面减少晶间腐蚀，对提高腐蚀抗力。该合金的腐蚀电位与热浸镀锌层基本相同，但其腐蚀电流仅是传统锌合金镀层的0.3-0.4。该合金镀层的耐盐雾、耐二氧化硫以及耐湿热试验性能均比热浸镀锌层好，其耐腐蚀能力存在明显优势，使用较薄的锌铝合金镀层可以得到相同甚至更好的防腐效果。由于镀层和铁基体结合紧密,所形成的化合物层和基体的密度相差不明显，因而该热浸镀锌铝合金层具有优异的冷冲压性能。采用该热浸镀锌铝合金制备的镀板，可以在随后的冷变形中进行轧制或者冲压，变形量可以达到40-50%而没有明显的镀层脱落或者因冷变形而造成的耐腐蚀性能下降的现象。因而本专利申请保护的合金扩大了加工的灵活性，对于多个工业领域具有积极意义。

实施例2

一种冷冲压无锌花热浸镀用Na-Er-Mo锌铝合金。按重量百分比计，合金的组成为Na:0.6wt.%,Mg:4.0wt.%,Ca:1.8wt.%,Al:28.0wt.%,Se:0.2wt.%,Er:0.4wt.%,B:0.2wt.%,Mo: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。上述冷冲压无锌花热浸镀用Na-Er-Mo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420-480度，热浸时间为30-60秒。

实施例3

一种冷冲压无锌花热浸镀用Na-Er-Mo锌铝合金。按重量百分比计，合金的组成为Na:0.5wt.%,Mg:3.5wt.%,Ca:1.6wt.%,Al:26.0wt.%,Se:0.1wt.%,Er:0.3wt.%,B:0.1wt.%,Mo: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。上述冷冲压无锌花热浸镀用Na-Er-Mo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420-480度，热浸时间为30-60秒。

Claims

1.一种冷冲压无锌花热浸镀用Na-Er-Mo锌铝合金；按照重量百分比,该合金的成分为:Na:0.5-0.6wt.%,Mg:3.0-4.0wt.%,Ca:1.5-1.8wt.%,Al:25.0-28.0wt.%,Se:0.1-0.2wt.%,Er:0.2-0.4wt.%,B:0.1-0.2wt.%,Mo:0.3-0.5wt.%，余量为锌。

2.权利要求1所述冷冲压无锌花热浸镀用Na-Er-Mo锌铝合金，其特征在于包括如下冶炼步骤：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。

3.据权利要求1所述冷冲压无锌花热浸镀用Na-Er-Mo锌铝合金，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420-480度，热浸时间为30-60秒。