CN108441700A - 无锌花型热浸镀锌铝用上渣式Ca-B-V锌铝合金 - Google Patents

Abstract

本发明公开了无锌花型热浸镀锌铝用上渣式Ca‑B‑V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:0.3‑0.5wt.%,Mg:2.0‑3.0wt.%,Ce:0.2‑0.4wt.%,Al:32.0‑35.0wt.%,V:0.2‑0.4wt.%,Y:0.1‑0.2wt.%,B:0.2‑0.3wt.%,余量为锌。该材料的开发和产业化，对于加快我国冶金工业结构调整，提高竞争力具有重要意义。

Description

无锌花型热浸镀锌铝用上渣式Ca-B-V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

当金属和周围介质接触时，由于发生化学和电化学作用而引起的破坏叫做金属的腐蚀。金属被腐蚀后，在外形、色泽以及机械性能方面都将发生变化，造成设备破坏、管道泄漏、产品污染，酿成燃烧或爆炸等恶性事故以及资源和能源的严重浪费，使国民经济受到巨大的损失。据统计，每年由于金属腐蚀造成的钢铁损失约占当年钢产量的10-20%。钢材腐蚀事故引起的停产、停电等间接损失就更无法计算。

镀锌钢板是为防止钢板表面遭受腐蚀，延长其使用寿命，在钢板表面涂以一层金属锌。镀锌是一种经常采用的经济而有效的防腐方法。热镀锌是由较古老的热镀方法发展而来的，自从 1836 年法国把热镀锌应用于工业以来，已经有一百四十年的历史了。然而，热镀锌工业是近三十年来伴随冷轧带钢的飞速发展而得到了大规模发展。随着工业的发现，热镀锌产品已经运用到很多领域，热镀锌的优点在于防腐年限长久，适应环境广泛一直是很受欢迎的防腐处理方法。被广泛运用与电力铁塔、通信铁塔、铁路、公路防护、路灯杆、船用构件、建筑钢结构构件、变电站附属设施、轻工业等。

热镀锌原理是将铁件清洗干净，然后溶剂处理，烘干后浸入锌液中，铁与熔融锌反应生成合金化的锌层。其流程为：脱脂-水洗- 酸洗-助镀-烘干-热浸镀锌-分离-冷却钝化。

热镀锌的优点: 1）处理费用低：热浸镀锌防锈的费用要比其它漆料涂层的费用低； 2）持久耐用：在郊区环境下，标准的热镀锌防锈的厚度，可保持长时间不必修补；在市区或近海区域，标准的热镀锌防锈层则可保持多年不必修补；3）可靠性好：镀锌层与钢材间是冶金结合，成为钢表面的一部分，因此镀层的持久性较为可靠；4）镀层的韧性强：镀锌层形成一种特别的冶金结构，这种结构能承受在运送及使用时受到机械损伤；5）全面性保护：镀件的每一部分都能镀上锌，即使在凹陷处、尖角及隐藏处都能全面地受。

随着生产技术的不断发展，热镀纯锌工艺已不再能满足要求。向锌液中添加微量元素或大量元素，以提高镀层的耐腐蚀性能、结合力、美观程度，已经成为国内外研究的热点。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。热浸镀铝锌钢板因其优良的耐热耐腐蚀性能、抗高温氧化性能、耐反射性和外观装饰性能等而得到了广泛的应用。

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。

目前国内制造厂使用的相关技术主要依靠进口。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。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。开发新型热浸镀锌铝用合金极其加工工艺，对于加快我国冶金工业结构调整，提高估计竞争力将具有重要意义。

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无锌花型热浸镀锌铝用上渣式Ca-B-V锌铝合金。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种无锌花型热浸镀锌铝用上渣式Ca-B-V锌铝合金。按重量百分比计，合金的组成为：Ca:0.3-0.5wt.%,Mg:2.0-3.0wt.%,Ce:0.2-0.4wt.%,Al:32.0-35.0wt.%,V:0.2-0.4wt.%,Y:0.1-0.2wt.%,B:0.2-0.3wt.%,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。

上述无锌花型热浸镀锌铝用上渣式Ca-B-V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）热浸镀锌过程中发生十分复杂的化学反应，产生锌渣、锌灰等。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上渣和底渣。如果化合物密度较小，属于上渣浮于熔池表面，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。该合金在用于热浸镀锌时，锌渣主要分布于锌池上层。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。不仅降低了生产成本，还可以大大简化生产工序。

（2）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。

（3）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铝合金镀层的0.2-0.3。这说明本专利合金镀层对钢基体能提供同样的阳极牺牲防护，但其消耗要慢5倍，从而能提供更长的牺牲防护时间。因而在常见的腐蚀性环境下，该材料可以安全使用20年以上而没有明显的腐蚀现象发生。热浸镀锌钢板表面锌花的存在会产生很多质量问题，这主要是因为锌花边界是排列混乱的区域，也是化学性质最活泼的地方。锌花会使用于热成型钢在涂漆后产生一些损伤。采用该热浸镀锌合金，就可以在传统的热浸镀锌生产线上对钢进行无锌花热浸镀锌加工。所得产品在表面进行冲压变形和喷涂操作后完全不会出现锌花带来的产品质量低下的现象。

（4）该新型热浸镀锌铝用合金同钢丝具有优异的涂层界面结构。在受到外加载荷时能够减缓裂纹扩展速率，从而提高界面的结合力。该新型合金镀层内部组织比较致密，保证了镀层各个区域性能的连续性。浸锌层表面清洁、无伤痕，表面应光滑、无锌渣、无粘渣和露铁现象。该产品质量相对稳定，比较适宜进行大规模生产。还能够活化钢铁表面，有效提升镀锌质量。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

一种无锌花型热浸镀锌铝用上渣式Ca-B-V锌铝合金。按重量百分比计，合金的组成为：Ca:0.3wt.%,Mg:2.0wt.%,Ce:0.2wt.%,Al:32.0wt.%,V:0.2wt.%,Y:0.1wt.%,B:0.3wt.%,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420-480度，热浸时间为30-60秒。

该合金在用于热浸镀锌时，锌渣主要分布于锌池上层。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。不仅降低了生产成本，还可以大大简化生产工序。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铝合金镀层的0.2-0.3。这说明本专利合金镀层对钢基体能提供同样的阳极牺牲防护，但其消耗要慢5倍，从而能提供更长的牺牲防护时间。因而在常见的腐蚀性环境下，该材料可以安全使用20年以上而没有明显的腐蚀现象发生。该新型热浸镀锌铝用合金同钢丝具有优异的涂层界面结构。在受到外加载荷时能够减缓裂纹扩展速率，从而提高界面的结合力。该新型合金镀层内部组织比较致密，保证了镀层各个区域性能的连续性。浸锌层表面清洁、无伤痕，表面应光滑、无锌渣、无粘渣和露铁现象。该产品质量相对稳定，比较适宜进行大规模生产。还能够活化钢铁表面，有效提升镀锌质量。

实施例2

一种无锌花型热浸镀锌铝用上渣式Ca-B-V锌铝合金。按重量百分比计，合金的组成为：Ca: 0.5wt.%,Mg: 3.0wt.%,Ce:0.4wt.%,Al:35.0wt.%,V:0.4wt.%,Y:0.2wt.%,B:0.3wt.%,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420-480度，热浸时间为30-60秒。

该合金在用于热浸镀锌时，锌渣主要分布于锌池上层。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。不仅降低了生产成本，还可以大大简化生产工序。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铝合金镀层的0.2-0.3。这说明本专利合金镀层对钢基体能提供同样的阳极牺牲防护，但其消耗要慢5倍，从而能提供更长的牺牲防护时间。因而在常见的腐蚀性环境下，该材料可以安全使用20年以上而没有明显的腐蚀现象发生。该新型热浸镀锌铝用合金同钢丝具有优异的涂层界面结构。在受到外加载荷时能够减缓裂纹扩展速率，从而提高界面的结合力。该新型合金镀层内部组织比较致密，保证了镀层各个区域性能的连续性。浸锌层表面清洁、无伤痕，表面应光滑、无锌渣、无粘渣和露铁现象。该产品质量相对稳定，比较适宜进行大规模生产。还能够活化钢铁表面，有效提升镀锌质量。

实施例3

一种无锌花型热浸镀锌铝用上渣式Ca-B-V锌铝合金。按重量百分比计，合金的组成为：Ca:0.4wt.%,Mg:2.5wt.%,Ce:0.3wt.%,Al:32.0wt.%,V:0.3wt.%,Y:0.1wt.%,B:0.3wt.%,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420-480度，热浸时间为30-60秒。

该合金在用于热浸镀锌时，锌渣主要分布于锌池上层。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。不仅降低了生产成本，还可以大大简化生产工序。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铝合金镀层的0.2-0.3。这说明本专利合金镀层对钢基体能提供同样的阳极牺牲防护，但其消耗要慢5倍，从而能提供更长的牺牲防护时间。因而在常见的腐蚀性环境下，该材料可以安全使用20年以上而没有明显的腐蚀现象发生。该新型热浸镀锌铝用合金同钢丝具有优异的涂层界面结构。在受到外加载荷时能够减缓裂纹扩展速率，从而提高界面的结合力。该新型合金镀层内部组织比较致密，保证了镀层各个区域性能的连续性。浸锌层表面清洁、无伤痕，表面应光滑、无锌渣、无粘渣和露铁现象。该产品质量相对稳定，比较适宜进行大规模生产。还能够活化钢铁表面，有效提升镀锌质量。

Claims (3)

1.一种无锌花型热浸镀锌铝用上渣式Ca-B-V锌铝合金；按照重量百分比,该合金的成分为: Ca:0.3-0.5wt.%,Mg:2.0-3.0wt.%,Ce:0.2-0.4wt.%,Al:32.0-35.0wt.%,V:0.2-0.4wt.%,Y:0.1-0.2wt.%,B:0.2-0.3wt.%,余量为锌。

2.根据权利要求1所述无锌花型热浸镀锌铝用上渣式Ca-B-V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所述无锌花型热浸镀锌铝用上渣式Ca-B-V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420-480度，热浸时间为30-60秒。