CN108441695A - 一种面渣型钢板热浸镀锌铝Ca-Al-Bi锌铝合金 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种面渣型钢板热浸镀锌铝Ca‑Al‑Bi锌铝合金及其加工工艺。按照重量百分比，该合金的成分为：Ca:0.4‑0.6wt.%,Na:0.2‑0.4wt.%,In:0.3‑0.5wt.%,Co:0.5‑0.8wt.%,Al:30.0‑38.0wt.%,Bi:0.6‑0.8wt.%，余量为锌。该材料可以在320‑340度用于钢板的热浸镀锌，且相比于传统的纯锌热浸镀具有更好的耐腐蚀性能。可以用于海洋平台用钢的热浸镀锌保护，且随着更多工程应用领域拓展必将在更多的热浸镀锌中得到广泛应用。

Description

一种面渣型钢板热浸镀锌铝Ca-Al-Bi锌铝合金

技术领域

本发明涉及合金技术领域，具体地说，涉及一种锌合金。

背景技术

锌的电位比铁负，在发生电化学腐蚀时，锌可作为牺牲阳极对钢铁实施阴极保护。热镀锌能显著提高钢铁抗大气腐蚀性能，镀锌层能够给钢铁提供物理屏障的保护，将钢铁与腐蚀介质隔离开来。热镀锌的工艺简单，将钢铁连续或分批次地浸入融熔的锌或锌合金浴中，即可获得热镀锌层。热浸镀锌具有以下的特点：⑴可获得厚镀层，耐腐蚀性能好。⑵镀层附着性好，镀后可以进行适当的成型，焊接和涂装等加工处理。

近年来，人们尝试将批量热镀锌运用在建筑结构及钢筋、桥梁、通信铁塔、造船、矿山机械等方面，并取得了良好的效果，拓宽了批量热镀锌的应用前景，同时也促使批量热镀锌工艺技术越发完善。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。

二十一世纪，钢铁产品仍将是人类社会最主要的不可替代的结构材料和产量最大、覆盖面最广的功能材料。世界冶金工业结构调整步伐加快，生产的重心将由发达国家向发展中国家转移。目前我国正处于工业化进程中，国民经济各部门的持续、快速发展和产业升级对钢铁产品的品种、质量提出了更高的要求。加快了我国冶金工业的结构调整，将具有重要意义。

我国钢材热浸镀锌的发展与世界水平相比还存在一定的差距。现有热镀锌生产线多数存在技术落后、锌耗高、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。寻求更好的热浸镀锌材料是目前热浸镀锌钢板应用研究和产业化中的关键问题之一。

随着工业的发展，对热浸镀产品提出了更多的要求，如更高的耐蚀性能等。因此，热浸镀锌铝合金应运而生，成为热浸镀技术的研究热点之一。然而，目前热浸镀锌铝材料和生产工艺中仍然存在一些问题，如镀层较厚造成的产品成型性不好，连续镀锌生产线上渣滓多造成的生产成本增大等。尽管已经采用向熔池中加入合金元素，通过改变镀层中金属间化合物的种类和形成顺序来提高镀层质量或渣滓的种类。但是到目前为止，热浸镀锌铝合金中铝浓度控制不好，不但不能够提高产品质量，反而会造成镀层表而出现颗粒，甚至漏镀等缺陷，尤其是在批量热镀生产中。

通过先进的合金化设计方法便可以解决该类热浸镀锌生产过程中重大的产业问题。合金化设计方法是在热浸镀锌合金中选择和添加合适的合金元素来影响该合金在热浸镀锌和随后的使用过程。因而，如何在锌合金中平衡各种元素的类型和含量，是当前热浸镀锌用合金领域亟待解决的问题。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320-340度大气条件下使用的面渣型钢板热浸镀锌铝Ca-Al-Bi锌铝合金。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种面渣型钢板热浸镀锌铝Ca-Al-Bi锌铝合金。按重量百分比计，合金的组成为：Ca:0.4-0.6wt.%,Na:0.2-0.4wt.%,In:0.3-0.5wt.%,Co:0.5-0.8wt.%,Al:30.0-38.0wt.%,Bi:0.6-0.8wt.%，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。

上述面渣型钢板热浸镀锌铝Ca-Al-Bi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320-340度，热浸时间为10-15秒。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

（1）该新型锌合金具有极其优异的耐挥发和耐氧化性能。在热浸镀锌工业生产时，该合金在暴露于大气中时，合金表面会生成一层氧化物和氮化物膜。这些膜结构致密，铺展性强，可以提供优良的保护，防止锌合金熔体的进一步氧化和蒸发。整体而言,采用本专利的合金,锌由于氧化和挥发的非正常消耗可以长时间的维持在3-5wt.%左右。

（2）热浸镀锌所用的锌液中的合金元素与钢件发生剧烈的反应。当镀液中的铁含量超过液相的饱和溶解度时，就会积聚在一起形成铁的金属间化合物，这是形成锌渣的主要原因。熔池中产生的锌渣根据密度不同分为面渣和底渣。如果化合物密度较小，属于面渣浮于熔池表面，在生产过程中可采用工具捕捞除渣。相反，密度大的化合物在熔池中积聚长大沉入底部形成底渣，底渣只能停机打捞。该合金在320-340度用于热浸镀锌时，锌渣主要分布于锌池上层，而传统热浸镀锌用Galvalume合金的锌渣多为分布于底层的底渣。此外，锌渣多由颗粒尺寸较大的多边形颗粒构成，数量较多，产生聚集，便于打捞。

（3）该材料用于薄板的热浸镀锌的温度为320-340度，热浸时间为10-15秒。相比较而言，传统的热浸镀锌温度为360-450度，热浸时间为30-60秒。由于降低了热浸温度和热浸时间。从节能和降低成本而言，本专利的效果是明显的。在海洋环境下，该材料的腐蚀速度为1.8×10^-5mm/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环境中腐蚀元素浓度逐渐增大海洋环境下一般工作寿命为5-8年左右。热浸镀锌铝合金的防腐，使镀层既具有电化学保护作用，又具有机涂层的隔离保护作用，镀层综合防护性能好，适应性强，明显地提高了腐蚀性环境下的防腐蚀能力。

（4）该合金有工艺简单、操作方便、成本低、涂层均匀致密、附着力强、耐腐蚀性好等优点。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。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320-340度使用面渣型钢板热浸镀锌铝Ca-Al-Bi锌铝合金。按重量百分比计，合金的化学成分为：Ca:0.4wt.%,Na:0.2wt.%,In:0.3wt.%,Co:0.5wt.%,Al:30.0wt.%,Bi:0.6wt.%，余量为锌。合金的制备方法：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320-340度，热浸时间为10-15秒。

采用本专利的合金,锌由于氧化和挥发的非正常消耗可以长时间的维持在3-5wt.%左右。该合金在320-340度用于热浸镀锌时，锌渣主要分布于锌池上层，而传统热浸镀锌用Galvalume合金的锌渣多为分布于底层的底渣。此外，锌渣多由颗粒尺寸较大的多边形颗粒构成，数量较多，产生聚集，便于打捞。该材料用于薄板的热浸镀锌的温度为320-340度，热浸时间为10-15秒。相比较而言，传统的热浸镀锌温度为360-450度，热浸时间为30-60秒。由于降低了热浸温度和热浸时间。从节能和降低成本而言，本专利的效果是明显的。在海洋环境下，该材料的腐蚀速度为1.8×10^-5mm/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环境中腐蚀元素浓度逐渐增大海洋环境下一般工作寿命为5-8年左右。热浸镀锌铝合金的防腐，使镀层既具有电化学保护作用，又具有机涂层的隔离保护作用，镀层综合防护性能好，适应性强，明显地提高了腐蚀性环境下的防腐蚀能力。

实施例2

一种在320-340度使用面渣型钢板热浸镀锌铝Ca-Al-Bi锌铝合金。按重量百分比计，合金的化学成分为：Ca: 0.6wt.%,Na: 0.4wt.%,In:0.5wt.%,Co:0.8wt.%,Al:38.0wt.%,Bi:0.8wt.%，余量为锌。合金的制备方法：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320-340度，热浸时间为10-15秒。

采用本专利的合金,锌由于氧化和挥发的非正常消耗可以长时间的维持在3-5wt.%左右。该合金在320-340度用于热浸镀锌时，锌渣主要分布于锌池上层，而传统热浸镀锌用Galvalume合金的锌渣多为分布于底层的底渣。此外，锌渣多由颗粒尺寸较大的多边形颗粒构成，数量较多，产生聚集，便于打捞。该材料用于薄板的热浸镀锌的温度为320-340度，热浸时间为10-15秒。相比较而言，传统的热浸镀锌温度为360-450度，热浸时间为30-60秒。由于降低了热浸温度和热浸时间。从节能和降低成本而言，本专利的效果是明显的。在海洋环境下，该材料的腐蚀速度为1.8×10^-5mm/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环境中腐蚀元素浓度逐渐增大海洋环境下一般工作寿命为5-8年左右。热浸镀锌铝合金的防腐，使镀层既具有电化学保护作用，又具有机涂层的隔离保护作用，镀层综合防护性能好，适应性强，明显地提高了腐蚀性环境下的防腐蚀能力。

实施例3

一种在320-340度使用面渣型钢板热浸镀锌铝Ca-Al-Bi锌铝合金。按重量百分比计，合金的化学成分为：Ca:0.5wt.%,Na:0.3wt.%,In:0.4wt.%,Co:0.6wt.%,Al:35.0wt.%,Bi:0.6wt.%，余量为锌。合金的制备方法：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320-340度，热浸时间为10-15秒。

采用本专利的合金,锌由于氧化和挥发的非正常消耗可以长时间的维持在3-5wt.%左右。该合金在320-340度用于热浸镀锌时，锌渣主要分布于锌池上层，而传统热浸镀锌用Galvalume合金的锌渣多为分布于底层的底渣。此外，锌渣多由颗粒尺寸较大的多边形颗粒构成，数量较多，产生聚集，便于打捞。该材料用于薄板的热浸镀锌的温度为320-340度，热浸时间为10-15秒。相比较而言，传统的热浸镀锌温度为360-450度，热浸时间为30-60秒。由于降低了热浸温度和热浸时间。从节能和降低成本而言，本专利的效果是明显的。在海洋环境下，该材料的腐蚀速度为1.8×10^-5mm/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环境中腐蚀元素浓度逐渐增大海洋环境下一般工作寿命为5-8年左右。热浸镀锌铝合金的防腐，使镀层既具有电化学保护作用，又具有机涂层的隔离保护作用，镀层综合防护性能好，适应性强，明显地提高了腐蚀性环境下的防腐蚀能力。

Claims (3)

1.一种面渣型钢板热浸镀锌铝Ca-Al-Bi锌铝合金；按照重量百分比，该合金的成分为：Ca:0.4-0.6wt.%,Na:0.2-0.4wt.%,In:0.3-0.5wt.%,Co:0.5-0.8wt.%,Al:30.0-38.0wt.%,Bi:0.6-0.8wt.%，余量为锌。

2.根据权利要求1所述面渣型钢板热浸镀锌铝Ca-Al-Bi锌铝合金，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所述面渣型钢板热浸镀锌铝Ca-Al-Bi锌铝合金，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钢板热浸镀锌处理，其中热浸镀锌的工作温度为320-340度，热浸时间为10-15秒。