CN108929991A

CN108929991A - 一种热浸镀高锰钢及其制造方法

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Publication number: CN108929991A
Application number: CN201710383388.1A
Authority: CN
Inventors: 金鑫焱; 钟勇; 胡广魁
Original assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2017-05-26
Filing date: 2017-05-26
Publication date: 2018-12-04
Anticipated expiration: 2037-05-26
Also published as: US11377712B2; CA3064637C; US20200216927A1; JP6882531B2; KR20200003175A; CA3064637A1; JP2020521056A; EP3636790B1; WO2018214683A1; EP3636790A4; EP3636790A1; CN108929991B

Abstract

一种热浸镀高锰钢及其制造方法，所述高锰钢包括钢基板和位于钢基板表面的镀层；所述钢基板的芯部组织为奥氏体，钢基板的表层为铁素体细晶粒层，所述铁素体细晶粒层中含有Al的氧化物，并且所述热浸镀高锰钢钢基板含有质量百分含量为10～30％的Mn元素、1‑2％的Al元素以及0.4‑0.8％的C元素。本发明热浸镀高锰钢具有高强度、高延伸率，并且可镀性和镀层附着性强的优点。

Description

一种热浸镀高锰钢及其制造方法

技术领域

本发明涉及高强钢，尤其涉及一种热浸镀高锰钢及其制造方法。

背景技术

先进高强钢是满足汽车轻量化、提高碰撞安全性的最佳材料。随着世界各钢铁公司在先进高强钢开发方面的不断深入，具有更高强度、同时具有更高延伸率的钢种已陆续被开发出来。

在先进高强钢家族中，有一种高锰钢因具有孪晶诱发塑(twinning inducedplasticity，TWIP)的特性，即使当抗拉强度达到1000MPa以上时，断裂延伸率依然可以高达50％以上，因此特别适合既要求高强度又要求高成形性的汽车零件制造。该钢的特点是在钢中加入较高的Mn含量，在室温下获得全奥氏体组织。目前有Fe-Mn-Si-Al系、Fe-Mn-C系、Fe-Mn-Al-C系等，其共同的特点是Mn含量高，通常Mn元素质量百分含量范围为6-30％。

但是冷轧高锰钢表面容易发生锈蚀，因此希望在高锰钢表面镀覆上金属镀层避免钢材受到腐蚀，其中最典型的镀层为热镀锌。然而，高锰钢的高锰成分设计，使其热镀锌成为一种挑战。这是因为当带钢在还原气氛中退火时，虽然气氛对Fe是还原性的，但是对Mn、Si、Al等元素是氧化性的，因此在带钢退火过程中，这些合金元素会富集到带钢表面形成影响锌液润湿性的氧化膜，从而导致漏镀或者镀层结合力较差。

为了消除合金元素表面富集对先进高强钢锌液润湿性的不利影响，目前公开的解决方法主要有改善成分设计、控制退火气氛、在退火前预镀金属、浸入镀液前酸洗等。

改善成分设计除了尽量降低有害元素的含量外，还可以通过添加其它元素改变Mn元素的表面富集状态，现有技术中的添加元素有Sb、Sn等。

例如，中国专利公开号CN101346489B公开名称为“高耐蚀性的高Mn钢板及对该钢板镀锌的制造方法”的中国专利文献公开了一种具有高耐蚀性的高锰热浸镀钢板及制造方法。该专利限定基底钢板按重量％计含有5-35％Mn，可通过选择添加0.005-0.05％时的Sb、Sn、As或Te元素中的一种或多种抑制Al、Si、Mn等元素扩散到钢基板表面，从而有效的防止未涂镀及提高镀层的均匀性。

又例如，中国专利公开号CN103890215A公开名称为“具有优越可焊性的高锰钢以及由其制造热浸镀锌钢板的方法”的中国专利文献公开了一种具有优越镀层粘附性的高锰钢。该专利利用Sn在高温退火下并不氧化，而是沉积在钢板表面的特性，抑制了铁基质中易于氧化的元素例如Al、Mn、Si等的表面扩散，从而降低了表面氧化物的厚度并且改变了表面氧化物的组成，到达改善可镀锌的效果，Sn的添加量被限定为0.06-0.2％。

控制退火气氛是另外一种改善先进高强钢可镀性的方法，主要包括控制退火气氛露点，调节退火气氛中H₂、H₂O的含量等，当Mn、Si元素含量较低时，调节上述参数对可镀性有一定的改善作用，但对于Mn含量很高的高锰钢的效果不明显。

例如，中国专利公开号CN101506403B公开名称为“为含有6重量％至30重量％的Mn的热轧或冷轧钢带镀覆金属保护层的方法”的中国专利文献公开了一种为热轧钢带或冷轧钢带镀覆金属保护层的方法。该方法的特征在于：为了在所述钢带上产生基本不存在氧化次层的金属保护层，按照各退火温度T_G，以如下关系式来调节所述退火气氛中的水含量％H2O与氢气含量％H2的比值％H2O/％H2，所述关系式为：％H2O/％H2≤8·10^-15·T_G ^3.529。事实上，为了满足上述关系式，H2含量必须非常高(如50％，甚至100％)，而传统的热镀锌生产线加热炉内的H2含量通常只有1-10％。

又例如，中国专利公开号CN102421928B公开名称为“对含2-35重量％Mn的扁钢制品进行热浸镀层的方法和扁钢制品”的中国专利文献公开了一种采用锌或锌合金对含2-35重量％Mn的扁钢制品进行热浸镀层的方法。该方法的退火气氛含有0.01-85体积％的H2、H2O和其余的N2、以及由技术条件决定的不可避免的杂质，该退火气氛的露点在-70℃和+60℃之间，其中，H2O/H2的比值符合：8·10^-15·T_G ^3.529≤H2O/H2≤0.957，从而在扁钢制品上生成厚度为20-400nm，至少分段式覆盖该扁钢制品的Mn混合氧化物层。虽然常规热镀锌线加热炉内气氛容易满足以上关系式，但当带钢表面存在20-400nm的Mn混合氧化物时，可镀锌改善效果十分有限。

又例如，中国专利公开号CN101760712B公开名称为“镀覆表面品质优良的高锰钢的热浸镀锌钢板的制造方法”的中国专利文献公开了一种以高锰钢为基质制造镀覆表面品质优良的高锰钢热浸镀锌钢板的方法。该方法的关键是，将含Mn 5～35wt％的高锰钢在露点为-20～-40℃的还原氛围气中以的加热温度加热10～40秒进行选择氧化，形成锰的内部氧化物，在表面形成多孔性的锰的表面氧化物，然后在露点为-40～-60℃的还原氛围气中以800～850℃的温度加热，使表面氧化物还原，然后浸于Al浓度为0.21～0.25wt％的镀锌浴中进行镀覆。虽然当露点-20～-40℃时，有少量的Mn元素形成内氧化，但是在后续-40～-60℃的还原气氛中加热到800～850℃时，Mn的外氧化依然十分严重，可镀性无法改善。

预镀是另外一种改善高强钢可镀性的方法，通过在退火前的钢板表面预镀Fe、Cu、Ni、Al等金属，控制退火过程中Si、Mn等氧化物形成在钢基板与预镀层的界面上，从而避免在表面的富集。

例如，韩国公开号KR2011066689A公开日名称为“镀覆性能优异的热镀锌高锰钢的制造方法”的韩国专利文献公开了一种镀覆高锰钢的方法，其主要特征是在退火前在高锰钢表面预镀Ni，从而减少退火后带钢表面的Mn富集。

又例如，中国专利公开号CN100577843C公开名称为“钢带镀层方法以及设有所述镀层的钢带”的中国专利文献公开了一种镀覆钢带的方法，所述钢带以重量％计包含Mn：6-30％、所述方法的特征在于，在最终退火之前将铝层施加于所述钢带上，在最终退火之后，将所述镀层施加于所述铝层上。该方法的关键是需要在退火前的高锰钢表面先镀上一层铝(可选PVD的方法，铝层厚度50-1000nm)，起到抑制Mn元素的外氧化的作用。该预镀方法的不足之处在于效率非常低，很难满足工业化连续生产的要求，不仅如此，预镀设备的硬件投资也会非常高。

酸洗方法主要是使带钢通过酸洗洗掉退火过程中形成的表面元素富集，从而消除表面氧化物对镀锌的不利影响。

例如，中国专利公开号CN101730752B公开名称为“对AHSS或者UHSS带材进行热浸镀锌的方法以及所得带材”的中国专利文献公开了一种对双相钢、相变诱发塑性钢、相变诱发塑性辅助双相钢或者孪生诱发塑性钢带材进行热浸镀锌的方法，其特征在于，在对该带材进行热浸镀锌之前，对该带材进行酸洗并随后加热到低于连续退火温度的温度，该低于连续退火温度的温度在400℃到600℃之间，其中在加热到低于连续退火温度的温度期间或之后并且在热浸镀锌之前将带材中的Fe还原，并且其中在加热带材期间或之后并且在带材还原之前，在气氛中提供过量的O2。

又例如，中国专利公开号CN101952474B公开名称为“对含6-30重量％的锰的热轧或冷轧扁钢制品镀金属保护层的方法”的中国专利文献公开了一种对含6-30重量％的锰的热轧或冷轧扁钢制品镀金属保护层的方法。该方法的主要特征在于，使扁钢制品在进入到热浸镀熔池之前先进行酸洗处理，在酸洗处理中，使扁钢制品经过至少两个酸洗池，从而使粘附在扁钢制品上的氧化锰清除。经过酸洗后的扁钢制品在浸入到熔池之前需先进行干燥处理以避免酸液进入到熔浸镀层处理设备中，同时还需要将扁钢制品重新加热到入池温度，且为了避免在扁钢制品浸入到熔池之前重新产生损害镀层结果的氧化物形成，需要控制表面温度在加热过程中不超过700℃。

然而，常规的热镀锌机组的布置通常是加热、均热、冷却、热浸镀、再冷却。以上两个专利的方法都是将均热后的带钢先冷却到酸洗温度(通常应至少低于100℃)，再进行酸洗，随后再加热到浸入熔池的温度进行热浸镀，加上酸洗段、再加热段及必要的温度均衡段，工业生产线会很长，装备的成本将非常高。

高锰钢以其高强度的同时具有高延伸率的优异性能已经获得了钢铁行业和汽车行业的高度关注，未来热浸镀高锰钢应用前景广阔。因此若能提供一种经济的热浸镀高锰钢及其制造方法，解决高锰钢可镀性的问题，获得镀层表面质量优异、镀层粘附性优良的热浸镀高锰钢，则对促进高锰钢的产业化应用及汽车轻量化有重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种热浸镀高锰钢及其制造方法，该热浸镀高锰钢具有镀层表面质量优异、镀层附着性良好、耐蚀性优异的优点。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种热浸镀高锰钢，其包括钢基板和位于钢基板表面的镀层；其中，所述钢基板的芯部组织为奥氏体，钢基板的表层为铁素体细晶粒层，所述铁素体细晶粒层中含有Al的氧化物；所述热浸镀高锰钢钢基板含有质量百分含量为10～30％的Mn、1-2％的Al以及0.4-0.8％的C。

本发明所述的铁素体细晶粒层可以使得所述的热浸镀高锰钢具有优异的可镀性及镀层附着性。

由于高锰钢中的Mn元素在热浸镀前的退火过程中会形成严重的表面MnO富集层，该MnO富集层会影响钢板的可镀性(即镀层表面质量差)和镀层的附着性(即镀层与钢基板结合力较差，易脱落)。

为解决上述热浸镀高猛钢的两个问题，本发明在高Mn含量的钢基板表层设计为铁素体细晶粒层，由于铁素体细晶粒层中的Mn远低于钢基板的Mn含量，从而避免了热浸镀之前的退火过程中在铁素体细晶粒层表面形成MnO富集层，相当于在普通的铁素体钢表面进行热浸镀，因此钢板的可镀性(表面质量)和镀层附着性(结合力)都会得到大大改善。

进一步，所述的铁素体细晶粒层的厚度为0.2-5μm。

当铁素体细晶粒层厚度<0.2μm时，无法有效抑制Mn和Al元素的外氧化，当其厚度>5μm时，需要更长的退火保温时间，因此本发明控制铁素体细晶粒层的厚度为0.2-5μm。

进一步，当铁素体细晶粒层的晶粒尺寸>5μm时，会导致铁素细晶粒层过厚，因此本发明控制铁素体细晶粒层的晶粒尺寸≤5μm。

进一步，所述铁素体细晶粒层的晶粒尺寸小于钢基板奥氏体的晶粒尺寸，这是因为在铁素细晶粒层中存在Mn、Al氧化物颗粒，抑制了铁素体晶粒长大。

进一步，所述的铁素体细晶粒层的Mn含量低于钢基板的Mn含量。这是因为在一次退火的工艺条件下，钢基板表层的Mn扩散至钢板表面，从而在钢基板表层形成了贫锰层。通常铁素体细晶粒层的Mn含量≤5％，优选的，铁素体细晶粒层的Mn含量可以控制为≤2％。

进一步，所述铁素体细晶粒层的Al含量高于钢基板的Al含量，这是因为在一次退火的工艺条件下，钢基板中一部分的Al扩散至钢板表层，导致钢板表层的Al含量升高。当钢基板Al含量为1-2％时，优选的，铁素体细晶粒层的Al含量＞1％，且Al含量＜5％。

进一步，所述的铁素体细晶粒层的C含量低于钢基板C含量。这是因为在一次退火工艺条件下，钢基板表层会发生脱碳反应，从而形成表层脱碳层。优选的，铁素体细晶粒层的C含量≤0.2％。

进一步地，所述钢基板的微观组织为奥氏体。

进一步地，所述钢基板的化学元素质量百分含量为：Mn：10-30％，Al：1-2％，C：0.4-0.8％，余量为Fe和其它不可避免的杂质。

本发明热浸镀高锰钢钢基板的成分设计中：

Mn：是有效的奥氏体稳定化元素。在高锰钢中，Mn的作用与C类似，可有效提高材料层错能，降低马氏体转变温度Ms，提高奥氏体稳定性。另外，与普通碳钢中Mn的作用不同，在高锰奥氏体钢中，Mn含量的提高会导致材料强度的降低，因此，在确保材料奥氏体稳定性的前提下，需要尽量降低Mn含量。因此本发明限定Mn元素的质量百分比含量为10-30％。

Al：可有效改善材料的抗延迟开裂性能，但是Al的加入会显著恶化钢材的冶炼和连铸性能，极易导致连铸时堵水口。而且在冶炼和连铸过程中，大量Al2O3的形成会降低钢液流动性，以导致卷渣、板坯开裂等问题。在确保材料延迟开裂性能合格的前提下，Al含量需要尽量降低。

C：是钢中最有效的奥氏体稳定化元素，可有效提高材料层错能，抑制奥氏体相变，从而提高奥氏体稳定性。在高锰钢中，加入适量的C，可在相同水平的奥氏体稳定下，显著降低Mn含量，从而降低材料成本。

进一步，本发明所述的热浸镀高锰钢的屈服强度为450-650MPa，抗拉强度为950-1100MPa，断裂延伸率＞50％。

本发明提所述的热浸镀高锰钢的制造方法，包括步骤：

(1)制造带钢

(2)一次退火和酸洗

(3)二次退火和热浸镀；

其中，步骤(2)一次退火和酸洗在连续退火生产线上进行。将带钢在连续退火生产线上加热至均热温度600～750℃，均热时间为30～600s，其中退火气氛为N₂、H₂混合气体，H₂体积含量为0.5～10％，露点为-20～+20℃，；将退火后的带钢冷却至100℃以下，并经过H离子浓度为0.1～5％的酸液进行酸洗，酸液温度为50～70℃，酸洗时间1～10s；再经过漂洗烘干后卷取。

步骤(3)二次退火和热浸镀在连续热镀锌生产线上进行。将步骤(2)所获得的带钢在热浸镀生产线上进行二次退火并完成热浸镀，二次退火均热温度为600～850℃，均热时间为60～360s，退火气氛为N₂、H₂混合气体，H₂体积含量为2～10％，露点为-60～+10℃；将带钢冷却至380～500℃后浸入镀液进行热浸镀。

本发明通过控制一次退火的均热温度、时间、退火气氛露点使得Mn元素在表面形成氧化锰层，在钢基板的表层形成贫锰和脱碳的铁素体细晶粒层，之后用酸洗的方法将一次退退火后钢板表面的氧化锰层洗掉，保留钢基板表层的铁素体细晶粒层。在二次退火时，利用钢板表层的铁素体细晶粒层获得良好的可镀性。

在所述步骤(2)中限定均热温度为600-750℃，是因为：当均热温度低于600℃时，钢基板表层Mn元素形成表面富集的量有限，从而无法形成钢基板表层贫锰层，无法获得表层铁素体细晶粒层，；当均热温度高于750℃时，Mn元素会在钢基板表层铁素体层中形成大量的氧化物，从而恶化表层铁素体细晶粒层的成形性。进一步优选的，步骤(2)中的均热温度为650-700℃。

进一步，在所述步骤(2)中，退火气氛露点限定为-20℃～+20℃。这是因为，在上述退火气氛露点范围内，退火气氛对Fe是还原的，但是对Mn是氧化物的。当露点低于-20℃时，钢基板表层的铁素体细晶粒层厚度<0.2μm，当露点高于+20℃时，钢基板表层铁素体细晶粒层会形成大量的Mn的内氧化颗粒，从而会影响表层的性能。优选的，退火气氛露点为-10℃～+10℃。

优选的，步骤(2)中的均热保温时间限定为30-600s，优选为30-180s。

优选的，步骤(2)中的退火气氛为N₂、H₂混合气体，H2体积含量为0.5-10％。

在步骤(2)中的酸洗浓度、温度、时间的控制原则是将表面的氧化锰层洗掉而保留表层铁素体细晶粒层，因此酸液浓度过高，酸液温度过高以及酸洗停留的时间过长，都会将钢基板表层的铁素体细晶粒层洗掉。若退火过程中形成的氧化锰过厚，而酸洗不够，则残留的氧化物层也不利于步骤(3)的热浸镀。因此酸液浓度范围为0.1-5％，酸洗温度为50-70℃，酸洗时间为1-10s。

步骤(3)中的退火工艺参数可以在很宽的范围内进行选择，不需要特别控制退火气氛，采用常规的退火气氛均可获得与普通铁素体材料相同的可镀性。这是因为在步骤(2)中获得的钢板表面已经存在0.2-5μm的铁素体细晶粒层，在二次退火过程中使用常用的退火温度、保温时间和退火气氛露点，钢板表层铁素体细晶粒层中已无易外氧化外的Mn元素，且钢基板中的Mn元素并不能越过铁素体细晶粒层在表面形程氧化锰层，钢基板中的锰元素仅在表层铁素体细晶粒层中形成少量内氧化。换句话说，对于经过步骤(2)处理的钢板，表面状态相当于普通的软钢的表面状态，从而在较宽的工艺参数范围内都不会出现可镀性差的情况。

优选的，步骤(3)中的退火温度可选择600～850℃，保温时间60～360s，退火气氛H2含量为2～10％，退火气氛露点为-60～+10℃。

进一步，在所述步骤(3)中，镀液成分的质量百分含量为0.1≤Al≤6％，0＜Mg≤5％，余量为Zn及其它不可避免的杂质。

在本发明所述的热浸镀高锰钢的制造方法中，镀液中添加0.1-6％的Al的目的是当带钢浸入锌锅时，镀液中的Al首先和带钢反应形成阻挡层，从而抑制Zn和Fe之间的扩散，避免形成对镀层成形性能有不利影响的锌铁合金相。镀液中添加Mg有利于进一步提高镀层的耐蚀性，然而Mg含量超过5％，则表面氧化增加，不利于生产，因此，本发明限定Mg在0-5％。并且Al、Mg含量过高镀层硬度增加，会恶化镀层的成形性能。

优选的，带钢入锌锅温度比镀液温度高0-10℃。

优选的，镀液温度为420-480℃。

本发明的有益效果在于：

(1)通过在钢基板表层形成铁素体细晶粒层，解决了高锰钢可镀性差的问题，实现了高锰钢良好的可镀性及镀层附着性，从而提高了高锰钢的耐蚀性。

(2)本发明所述的热浸镀高锰钢的制造方法可以在现有的连退火和连续热浸镀生产线上实现，而无需做较大调整，具有很好的推广应用前景。

附图说明

图1为本发明所述的热浸镀高锰钢的结构示意图。

图2为本发明所述的热浸镀高锰钢热浸镀之前的组织。

图3为本发明实施例2的截面金相照片。

图4为对比例2的截面金相照片。

图5为对比例6的截面金相照片。

图6为实施例2一次退火后表层截面金相上O、Al、Mn元素的面分布图。

图7为对比例6一次退火后表层截面金相上O、Al、Mn元素的面分布图。

图8为实施例2在一次退火后、一次退火并酸洗后、二次退火后以及对比例2在一次退火后的表面Mn元素深度分布曲线。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明所述的热浸镀高锰钢及其制造方法做进一步的解释和说明，然而该解释和说明并不对本发明的技术方案构成不当限定。

图1显示了本发明所述的热浸镀高锰钢的结构。如图1所示，本发明所述的热浸镀高锰钢包括钢基板1和位于表面的镀层2，所述钢基板1的芯部组织11为奥氏体，钢基板1的表层12为铁素体细晶粒层。

图2显示了本发明所述的热浸镀高锰钢在热浸镀之前的组织。如图2所示，所述钢基板1的芯部组织11为奥氏体，钢基板1的表层12为铁素体细晶粒层，且铁素体的晶粒尺寸小于钢基板奥氏体的晶粒尺寸。

表1列出了实施例1-20的热浸镀高锰钢以及对比例1-12的常规钢板的化学成分质量百分比，余量为Fe及不可避免的杂质。

从表1可以看出，成分I、II、III中化学成分质量百分含量范围控制在：C：0.4～0.8％，Mn：10～30％，Al：1.0～2.0％，Si≤0.5％，P≤0.02％，S≤0.01％，N≤0.01％。成分IV的C、Mn含量在上述成分范围之外。

表1单位wt％

	C	Mn	Al	Si	N	P	S
								I	0.6	16	1.5	0.09	0.02	0.007	0.006
II	0.4	28	1.6	0.5	0.021	0.017	0.005
								III	0.8	12	1.2	0.13	0.018	0.005	0.005
IV	0.3	7	1	0.2	0.011	0.008	0.01

实施例1-20中的热浸镀高锰钢采用以下步骤制得：

(1)制造带钢；

(2)一次退火和酸洗：将带钢在连续退火生产线上加热至均热温度600～750℃，均热时间为30～600s，其中退火气氛为N2、H2混合气体，H2体积含量为0.5～10％，露点为-20～+20℃，；将退火后的带钢冷却至100℃以下，并经过H离子浓度为0.1～5％的酸液进行酸洗，酸液温度为50～70℃，酸洗时间1～10s；再经过漂洗烘干后卷取；

(3)二次退火和热浸镀：将步骤(2)所获得的带钢在热浸镀生产线上进行二次退火并完成热浸镀，二次退火均热温度为600～850℃，均热时间为60～360s，退火气氛为N2、H2混合气体，H2体积含量为2～10％，露点为-60～+10℃；将带钢冷却至380～500℃后浸入镀液进行热浸镀。

表2列出了实施例1-20中的热浸镀高锰钢以及对比例1-12的常规钢板的具体工艺参数。

图3显示了本发明所述的热浸镀高锰钢实施例2的截面金相。如图3所示，包括钢基板1、钢基板表层的铁素体细晶粒层2以及覆盖在2上的镀层1。

图4显示了未采用本发明所述的热浸镀高锰钢制造方法的对比例2的截面金相。如图4所示，当退火气氛露点为-40℃时，在钢基板的表层未形成铁素体细晶粒层，虽然钢基板表面镀上了镀层，但镀层附着性较差。

图5显示了未采用本发明所述的热浸镀高锰钢制造方法的对比例6的截面金相。如图5所示，当一次退火温度为800℃，且退火气氛露点为+10℃时，虽然钢基板表层形成了铁素体细晶粒层，但该层中出现了粗大的氧化物颗粒，影响了表层的成形性。

图6显示了本发明所述的热浸镀高锰钢实施例2在一次退火后表层截面金相上O、Al、Mn元素面分布图。如图6所示，当退火温度为680℃，退火气氛露点为0℃，保温时间为170s时，经过一次退火后，钢板表面形成了氧化锰层；在氧化锰层下方形成了贫锰的铁素体细晶粒层；Al在铁素体细晶粒层中形成氧化铝，主要呈片状分布在铁素体晶界，且片状的长度方向与钢板表面接近垂直；同时在铁素体细晶粒层中Mn的氧化物并不明显。

图7显示了未采用本发明所述的热浸镀高锰钢制造方法的对比例6在一次退火后表层截面金相上O、Al、Mn元素面分布图。如图7所示，当退火温度为800℃，退火气氛露点为+10℃时，保温时间180s时，虽然在钢基板表层也形成了细晶粒铁素体层，但是铁素体层中铝的氧化呈无序分布，形态以颗粒状和条状为主，同时在铁素体层中出现尺寸较大的Mn的氧化物，上述特征将对钢板表层的成型性能产生不利的影响。

图8显示了实施例2在一次退火后、一次退火并酸洗后、二次退火后以及对比例2在一次退火后的表面Mn元素深度分布曲线。其中：

A为对比例2一次退火气氛露点为-40℃时的退火钢板，钢基板表面氧化锰较薄，钢基板表层贫锰层并不明显。

B为实施例2经过露点为0℃一次退火后的钢板，钢基板表面存在约0.5μm厚的氧化锰，钢基板表层存在约1μm厚的贫锰层；B1为一次退火带钢B经过酸洗后的表面Mn元素深度分布，钢基板表面的氧化锰被酸洗掉，钢基板表层的贫锰层保留。

B2为经过酸洗后的B1带钢经过步骤(3)二次退火后带钢的表面Mn元素深度分布，B2带钢表面有少量的Mn富集，但远低于带钢A。基于图8所示表面不同阶段带钢表面状态的变化，因B2带钢表面的Mn元素富集远低于对比例2，因此其可镀性大大提高。

表3列出了实施例1-20中的热浸镀高锰钢板以及对比例1-12的常规钢板的各性能参数及组织特征。

其中，可镀性的判断方法是：使用肉眼直接观察镀后带钢外观。若表面无明显露铁则可镀性良好(用○表示)，若表面有明显露铁则可镀性较差(用×表示)。

镀层附着性的检测方法是：在带钢上取长200mm、宽100mm的试样，进行180度折弯后压平，使用胶带粘折弯位置。若无锌层被胶带粘下或者被胶带粘过的折弯面镀层表面不起毛，则表示镀层附着性良好(用○表示)；如有镀层被胶带粘下或者被胶带粘过后的折弯面镀层起毛，则表示镀层附着性较差(用×表示)

由表3可以看出，实施例1-20的屈服强度为450-650MPa，抗拉强度为950-1100MPa，断裂延伸率>50％；实施例1-20铁素体细晶粒层的厚度为0.2-5μm，铁素体细晶粒层的晶粒尺寸≤5μm；并且可镀性以及镀层附着性均优于对比例1-10。

这是因为：当实施例在步骤(2)中在钢基板表层形成了铁素体细晶粒层，从而在步骤(3)中抑制了钢基板中的Mn扩散至钢板表面，有利于镀液中Al和铁素体细晶粒层形成有效的Fe-Al阻挡层，从而可获得良好的可镀性和镀层附着性。

另外，对比例11-12因未采用本发明所限定的钢基板成分和制造方法，虽然可镀性和镀层附着性良好，但不具备钢基板为奥氏体，钢基板表层为铁素体细晶粒层的组织特征。

需要注意的是，以上列举的仅为本发明的具体实施例，显然本发明不限于以上实施例，随之有着许多的类似变化。本领域的技术人员如果从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种热浸镀高锰钢，包括钢基板和位于钢基板表面的镀层；其特征在于：所述钢基板的芯部组织为奥氏体，钢基板的表层为铁素体细晶粒层，所述铁素体细晶粒层中含有Al的氧化物；所述钢基板含有质量百分含量为10～30％的Mn、1-2％的Al及0.4-0.8％的C。

2.如权利要求1所述的热浸镀高锰钢，其特征在于，所述铁素体细晶粒层的厚度为0.2-5μm。

3.如权利要求1或2所述的热浸镀高锰钢，其特征在于，所述铁素体细晶粒层的晶粒尺寸≤5μm。

4.如权利要求1或2或3所述的热浸镀高锰钢，其特征在于，所述铁素体细晶粒层的晶粒尺寸小于钢基板奥氏体晶粒尺寸。

5.如权利要求1或2或3或4所述的热浸镀高锰钢，其特征在于，所述铁素体细晶粒层的Mn含量低于钢基板Mn含量。

6.如权利要求1至5任一项所述的热浸镀高锰钢，其特征在于，所述铁素体细晶粒层的Mn含量≤5％。

7.如权利要求1至6任一项所述的热浸镀高锰钢，其特征在于，所述铁素体细晶粒层的Mn含量≤2％。

8.如权利要求1至7任一项所述的热浸镀高锰钢，其特征在于，所述铁素体细晶粒层的Al含量高于钢基板Al含量。

9.如权利要求1至8任一项所述的热浸镀高锰钢，其特征在于，所述铁素体细晶粒层的Al含量＞1％。

10.如权利要求1至9任一项所述的热浸镀高锰钢，其特征在于，所述铁素体细晶粒层的Al含量＜5％。

11.如权利要求1至10任一项所述的热浸镀高锰钢，其特征在于，所述细晶铁素体层的C含量低于钢基板C含量。

12.如权利要求1至11任一项所述的热浸镀高锰钢，其特征在于，所述细晶铁素体层的C含量≤0.2％。

13.如权利要求1所述的热浸镀高锰钢，其特征在于，所述镀层的厚度为5-200μm。

14.如权利要求1至13任一项所述的热浸镀高锰钢，其特征在于，所述热浸镀高锰钢的屈服强度在450-650MPa，抗拉强度在950-1100MPa，断裂延伸率在50％以上。

15.如权利要求1-14任一项所述的热浸镀高锰钢的制造方法，其特征是，

包括如下步骤：

1)制造带钢

2)一次退火和酸洗

将带钢在连续退火生产线上加热至均热温度600～750℃，均热时间为30～600s，其中，退火气氛为N₂、H₂混合气体，H₂体积含量为0.5～10％，露点为-20～+20℃；将退火后的带钢冷却至100℃以下，并经过H离子浓度为0.1～5％的酸液进行酸洗，酸液温度为50～70℃，酸洗时间1～10s；再经过漂洗烘干后卷取；

3)二次退火和热浸镀

将步骤(2)所获得的带钢在热浸镀生产线上进行二次退火并完成热浸镀，二次退火均热温度为600～850℃，均热时间为60～360s，退火气氛为N₂、H₂混合气体，H₂体积含量为2～10％，露点为-60～+10℃；将带钢冷却至380～500℃后浸入镀液进行热浸镀。

16.如权利要求15所述的热浸镀高锰钢的制造方法，其特征在于，步骤(2)中所述的均热温度为600～700℃。

17.如权利要求15所述的热浸镀高锰钢的制造方法，其特征在于，步骤(2)中所述的均保温时间为30～180s。

18.如权利要求15所述的热浸镀高锰钢的制造方法，其特征在于，步骤(2)中所述的退火气氛露点为-10～+10℃。

19.如权利要求15所述的热浸镀高锰钢的制造方法，其特征在于，步骤(3)中所述的镀液成分的质量百分含量为：0.1≤Al≤6％，0＜Mg≤5％，余量为Zn及其它不可避免的杂质。

20.如权利要求15所述的热浸镀高锰钢的制造方法，其特征在于，步骤(3)中所述的退火气氛露点为-60～-20℃。

21.如权利要求15所述的热浸镀高锰钢的制造方法，其特征在于，步骤(3)中所述镀液温度为420～480℃。