CN108690944A - 耐黑变性和耐蚀性优异的热浸镀钢板制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种耐黑变性和耐蚀性优异的热浸镀钢板制造方法，基础带钢进入退火炉预热段时，增加退火炉炉内氧分压至30～80ppm、预热段露点为0～50℃、退火炉炉压为300～500Pa、预热温度为500～700℃；基础带钢进入均热段后，均热段露点控制在‑30～30℃、按体积百分比计氢气含量为15～25％；最后冷却速度控制在20～100℃/s冷却‑基础带钢进入锌锅内生产含Mg热镀锌钢板。其镀层中富Mg的三元共晶相片层间距细小、长度较短、分布均匀，不易产生含Mg的氧化物，具有高的耐蚀性和良好的耐黑变性，在恶劣的环境下，镀层的耐蚀性为传统的热镀纯锌板的2～3倍、甚至更高，且镀层表面组织质量良好。

Description

耐黑变性和耐蚀性优异的热浸镀钢板制造方法
技术领域
本发明涉及热浸镀技术领域，具体涉及一种耐黑变性和耐蚀性优异的热浸镀钢板制造方法。
背景技术
镀锌是钢材防腐最常用也是最有效的方法，然而随着对钢制品耐腐蚀性能要求的不断提高，热镀纯锌已经渐渐的不能满足要求。在Zn-Al合金镀层里加入少量的Mg元素可以大大的提高锌基镀层的防腐性能。热镀Zn-Al-Mg合金镀层由于具有良好的耐蚀性和耐损伤性而具有广阔的应用前景。
黑变是镀锌钢板，尤其是含Mg镀层可能存在的一个比较突出的问题。原因主要包括以下几点：1)锌的阳极活性溶解作用和杂质铅等及其沉淀物的阴极去极化作用，2)锌层表面低的PH值促进了锌层腐蚀的发生和发展，3)镀层板表面形成的腐蚀产物膜上产生的光的干涉现象使得其呈现黑色，4)镀层中的Mg含量较高容易形成颜色较深的氧化物。
目前，解决钢板的黑变可以通过对镀层成分和组织进行优化，或者在镀层表面涂敷一层薄膜进行保护。由于钢板出厂后有不同的用途，镀层表面涂敷的薄膜如果对后续处理工艺有较大影响将大大限制钢板的使用范围。因此，对镀层成分和组织进行优化，从而改善或避免出现黑变是一个有效途径。
专利WO2015198627A1提到，为避免生成Zn11Mg2(易变色)，需要在镀液中添加Ti、B，并控制浸镀温度和镀后冷却速度。该发明认为导致镀层表面黑变的直接因素是由于镀层中生成Zn11Mg2。但由于Ti在Zn中的溶解度很低，添加少量的Ti往往需要很长时间，而且Ti也会使镀层组织粗化。
专利CN107109114A对耐黑变性进行了具体阐述，主要手段为在镀后表面涂敷无铬组合物，所述组合物包括20～70％(重量百分比，以下同)的硅烷改性水分散聚氨酯、0.5～5％的固化剂、0.5～5％的防黑变剂、0.5～5％的防锈剂、0.5～5％的润滑剂以及余量的溶剂。所发明的涂敷层在镀层之上，对后期的使用性能有较大影响。
发明内容
本发明的目的就是针对上述技术的不足，提供一种耐黑变性和耐蚀性优异的热浸镀钢板制造方法，获得表面质量和防腐性能优异的热浸镀钢板，且钢卷在放置过程中不易出现色差。
为实现上述目的，本发明所设计的耐黑变性和耐蚀性优异的热浸镀钢板制造方法，所述热浸镀钢板表面镀层的化学成份按重量百分比包括2.5％～23％的Al、2.5％～12％的Mg及余量Zn，以及不可避免的杂质；所述制造方法包括如下步骤：
1)制备基础带钢；
2)将基础带钢置于退火炉中进入退火炉预热段时，增加退火炉炉内氧分压至30～80ppm、预热段露点为0～50℃、退火炉炉压为300～500Pa、预热温度为500～700℃；基础带钢进入均热段后，均热段露点控制在-30～30℃、按体积百分比计氢气含量为15～25％、稳定炉压为300～500Pa；最后冷却速度控制在20～100℃/s进行冷却；
由于氧分压与预热段露点的控制相关联，在氧分压为30～80ppm下预热段露点可以控制在0℃以上，但是炉压不能过高，否则易发生安全事故，同时，预热温度控制在基础带钢的再结晶温度区间内，高于700℃会导致晶粒长大；在正常的冷轧带钢露点范围内组织生产，对最终的镀层组织影响不大，因此，露点控制的范围较大；氢气含量较低，但不能低于15％，否则会导致基础带钢在退火炉炉鼻子处发生表面氧化，影响可镀性；冷速超过该20～100℃/s区域会导致基础带钢的力学性能不能满足要求。
3)在锌锅内配置好镀液，完成步骤2)后基础带钢进入锌锅内生产含Mg热镀锌钢板。
进一步地，所述步骤2)中，基础带钢通过预热段进入均热段后，基础带钢在退火炉炉鼻子处均热段露点控制困难，因此，炉鼻子处均热段露点控制在-60～-30℃。
进一步地，所述步骤2)中，预热段时，退火炉炉内氧分压为30～38ppm、预热段露点为0～15℃。
进一步地，所述步骤2)中，均热段时，均热段露点控制在0～30℃。
进一步地，所述基础带钢的厚度为1.5～5mm。
由于基础带钢在退火炉内经过时氧分压和露点均较高，基础带钢内的合金元素发生内氧化，表面与镀液的润湿性较好，且不易在锌渣中带入氧化物等杂质，在生产合金元素含量较高的高强钢时有一定的优势。但由于露点较高，易发生基础带钢表面脱碳，随着后续较高的冷却速度又会对基础带钢组织有细化作用。因此适合生产较厚的钢带，尤其是厚度1.5～5mm的基础带钢。
采用本发明的热浸镀钢板制造方法制备的镀层，其镀层的组织由Al初晶、Zn颗粒、Al/MgZn2/Zn三元共晶相组成，其中，枝晶状Al初晶，其面积率为20～50％，总体表现为连续生长。但主轴的生长全部被Zn颗粒或三元共晶打断，打断后的主轴长度为2～12μm，同时，由于主轴的生长被其它相打断，第二轴的生长也被抑制，单个主轴上出现第二轴的个数一般不超过3个；另外，Zn弥散分布于整个组织内，边缘平滑呈颗粒状，且由于易形成三元共晶相，有些Zn颗粒的边界并不清晰，其面积率一般不超过20％，直径在2～8μm之间；三元共晶相多数呈现片层或花瓣形态，片层间距小于1μm，单片长度在1～15μm，从而使得镀层组织细小、分布均匀。
传统的含Mg镀层钢板，可有效提高锌基镀层的耐蚀性，但容易形成颜色较深的氧化物；而本发明制造方法制备的热浸镀钢板，其镀层中富Mg的三元共晶相片层间距细小、长度较短、分布均匀，不易产生含Mg的氧化物，具有高的耐蚀性和良好的耐黑变性，在恶劣的环境下，镀层的耐蚀性为传统的热镀纯锌板的2～3倍、甚至更高，且镀层表面组织质量良好；因此，制备的钢板耐腐蚀性能高，表面状态良好，钢卷在放置过程中不易出现色差。
附图说明
图1为本发明热浸镀钢板镀层表面形貌图；
图2为本发明热浸镀钢板镀层截面形貌图；
图3为本发明热浸镀钢板镀层表面白色腐蚀产物图；
图4为对比例镀层表面黑色腐蚀产物图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
基础钢板经过热轧、冷轧后依次进入退火炉和锌锅，生产含Mg热镀锌钢板。下面所有事实例中镀液按重量百分比包括2.5％～23％的Al、2.5％～12％的Mg及余量Zn，以及不可避免的杂质；退火炉工艺参数见表1其中，氢气含量为体积百分比，镀液成分为重量百分比。各镀层组织构成通过扫描电镜和能谱仪来观察和统计见表2。
表1
表2
如表2的实施例1～实施例6所示，在本发明限定的退火工艺参数的实施例中，镀层组织由Al初晶、Zn颗粒、Al/MgZn2/Zn三元共晶相组成。其中，枝晶状Al初晶面积率为20～50％，主轴长度在2～12μm；Zn颗粒面积率在10～20％，直径在2～8μm；三元共晶相片层间距在0.4～1μm，单片长度在8～15μm。由实施例可知，镀层组织分布均匀，有较高的耐蚀性，如图1、图2所示。由图3可知，镀层表面发生锈蚀后表现为白锈，没有发现黑色的腐蚀产物，该镀层有较好的耐黑变性。
相对地，对于未控制热镀工艺和镀层组织的对比例1～对比例3中，镀层中枝晶状组织尺寸较大，富Mg的三元共晶相有一定的粗化，在与实施例1～实施例6同等的环境下得到的腐蚀产物如图4所示，在生产和存储过程中有较大的黑变倾向。

Claims (5)

1.一种耐黑变性和耐蚀性优异的热浸镀钢板制造方法，所述热浸镀钢板表面镀层的化学成份按重量百分比包括2.5％～23％的Al、2.5％～12％的Mg及余量Zn，以及不可避免的杂质；其特征在于：所述制造方法包括如下步骤：
1)制备基础带钢；
2)将基础带钢置于退火炉中进入退火炉预热段时，增加退火炉炉内氧分压至30～80ppm、预热段露点为0～50℃、退火炉炉压为300～500Pa、预热温度为500～700℃；基础带钢进入均热段后，均热段露点控制在-30～30℃、按体积百分比计氢气含量为15～25％、稳定炉压为300～500Pa；最后冷却速度控制在20～100℃/s进行冷却；
3)在锌锅内配置好镀液，完成步骤2)后基础带钢进入锌锅内生产含Mg热镀锌钢板。
2.根据权利要求1所述耐黑变性和耐蚀性优异的热浸镀钢板制造方法，其特征在于：所述步骤2)中，基础带钢通过预热段进入均热段后，基础带钢在退火炉炉鼻子处均热段露点控制在-60～-30℃。
3.根据权利要求1或2所述耐黑变性和耐蚀性优异的热浸镀钢板制造方法，其特征在于：所述步骤2)中，预热段时，退火炉炉内氧分压为30～38ppm、预热段露点为0～15℃。
4.根据权利要求1或2所述耐黑变性和耐蚀性优异的热浸镀钢板制造方法，其特征在于：所述步骤2)中，均热段时，均热段露点控制在0～30℃。
5.根据权利要求1或2所述耐黑变性和耐蚀性优异的热浸镀钢板制造方法，其特征在于：所述基础带钢的厚度为1.5～5mm。
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