CN108411236A - 高碳钢表面耐腐蚀无锌花型热浸镀含y锌合金 - Google Patents

Abstract

本发明公开了高碳钢表面耐腐蚀无锌花型热浸镀含Y锌合金及其加工工艺。按照重量百分比，该合金的成分为：Li：0.8‑1.0wt.%,Y:0.2‑0.5wt.%,Si:1.0‑2.0wt.%,In：1.0‑1.5wt.%，Sc:0.2‑0.3wt.%,Er：0.1‑0.2wt.%,余量为锌。该合金的研制将可以解决工业热浸镀锌生产中镀件表面锌花产生的现象。还具有生产成本低，便于大规模生产的特点。

Description

高碳钢表面耐腐蚀无锌花型热浸镀含Y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

工业中应用最广泛的钢铁材料，在大气、海水、土壤及建筑材料等环境中使用时，均会发生不同程度的腐蚀。据统计，全世界每年因腐蚀而损失的钢铁材料大约可占到其总产量的1/3。为了保证钢铁制品的正常使用，延长其使用寿命，钢铁的防腐蚀保护技术一直受到人们的普遍重视。

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。

热镀锌的质量与许多因素有关，包括钢件的化学成分，锌浴的合金成分，镀锌温度、操作工艺等。钢板的热浸镀层表面在凝固时均出现镀层金属的结晶花纹，这种结晶花纹对镀锌板尤为明显，呈现出美丽的锌结晶的外观，因而成为热镀锌板外观的重要特征，通常称此结晶花纹为锌花。这种镀锌板表面液态锌在冷却结晶之后形成美观的锌花，并成为镀锌板的特殊标志，在建筑行业广泛使用。但是, 热镀锌钢板进行涂装时，锌花引起的表面凸凹不平在涂漆后仍然清晰可见，从而影响了产品的表面质量，限制了正常锌花热镀锌钢板的应用。

高碳钢常称工具钢 , 含碳量从0.60%至1.70%, 可以淬火和回火。高碳钢在经适当热处理或冷拔硬化后，具有高的强度和硬度、高的弹性极限和疲劳极限，但焊接性能和冷塑性变形能力差。由于含碳量高，水淬时容易产生裂纹。一般在淬火后经中温回火或正火或在表面淬火状态下使用。主要用于制造弹簧和耐磨零件。高碳钢是目前应用最为广泛的钢种,也是热浸镀锌的主要对象。根据汽车等行业的较高要求，人们很早就提出消除高碳钢锌花和使锌花细化的设想，但是到目前为止并没有一种高效而又简洁的生产方法或者加工工艺。

本专利提供了一种新型表面无锌花高碳钢热浸镀锌用锌合金。通过控制锂含量并同时添加微量元素，来大大提高高碳钢表面的锌液在凝固时的形核和长大。在控制锌花以及有害相的形成和粗化，并同时维持现有热浸镀锌层的力学性能。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高碳钢表面耐腐蚀无锌花型热浸镀含Y锌合金。该合金的研制将可以解决工业热浸镀锌生产中镀件表面锌花产生的现象。还具有生产成本低，便于大规模生产的特点。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种高碳钢表面耐腐蚀无锌花型热浸镀含Y锌合金。按重量百分比计，合金的组成为：Li： 0.8-1.0wt.%,Y:0.2-0.5wt.%,Si:1.0-2.0wt.%,In：1.0-1.5wt.%，Sc:0.2-0.3wt.%,Er：0.1-0.2wt.%,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。

上述高碳钢表面耐腐蚀无锌花型热浸镀含Y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5-10m/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30-40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高碳钢热浸镀锌锌花的产生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）热镀锌钢结构件标准规定，镀锌件的镀锌层厚度需保证在30-60微米，以保证镀件的耐腐蚀性及良好的粘附性。另外，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30-40秒之内在高碳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）镀锌板按表面外观形貌分为有锌花和无锌花两种。一般锌层越高越贵，相同锌层无花比有花贵。从市场需求考虑，生产无锌花产品经济收益高。采用本专利保护的合金,可以在常规热浸镀锌生产线上就可以在高碳钢表面生产出无锌花的热浸镀锌产品。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20年左右。

具体实施方式

实施例1

一种在360-450度使用高碳钢表面耐腐蚀无锌花型热浸镀含Y锌合金。按重量百分比计，合金的化学成分为：Li： 0.8wt.%,Y:0.2wt.%,Si:1.2wt.%,In：1.4wt.%，Sc:0.2wt.%,Er：0.1wt.%,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5-10m/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30-40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30-40秒之内在高碳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。采用本专利保护的合金,可以在常规热浸镀锌生产线上就可以在高碳钢表面生产出无锌花的热浸镀锌产品。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20年左右。

实施例2

一种在360-450度使用高碳钢表面耐腐蚀无锌花型热浸镀含Y锌合金。按重量百分比计，合金的化学成分为：Li： 0.8wt.%,Y:0.4wt.%,Si:1.6wt.%,In：1.2wt.%，Sc: 0.3wt.%,Er： 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5-10m/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30-40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30-40秒之内在高碳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。采用本专利保护的合金,可以在常规热浸镀锌生产线上就可以在高碳钢表面生产出无锌花的热浸镀锌产品。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20年左右。

实施例3

一种在360-450度使用高碳钢表面耐腐蚀无锌花型热浸镀含Y锌合金。按重量百分比计，合金的化学成分为：Li： 0.9wt.%,Y:0.4wt.%,Si:1.5wt.%,In：1.2wt.%，Sc:0.2wt.%,Er：0.1wt.%,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5-10m/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30-40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30-40秒之内在高碳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。采用本专利保护的合金,可以在常规热浸镀锌生产线上就可以在高碳钢表面生产出无锌花的热浸镀锌产品。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20年左右。

Claims (3)

1.一种高碳钢表面耐腐蚀无锌花型热浸镀含Y锌合金；按照重量百分比，该合金的成分为：Li： 0.8-1.0wt.%,Y:0.2-0.5wt.%,Si:1.0-2.0wt.%,In：1.0-1.5wt.%，Sc:0.2-0.3wt.%, Er：0.1-0.2wt.%,余量为锌。

2.根据权利要求1所述高碳钢表面耐腐蚀无锌花型热浸镀含Y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5-10m/min。

3.根据权利要求1所述高碳钢表面耐腐蚀无锌花型热浸镀含Y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30-40秒。