CN109023133A - 一种热镀锌合金钢板及其制备方法 - Google Patents

一种热镀锌合金钢板及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于合金钢板技术领域，具体涉及一种热镀锌合金钢板及其制备方法，一种热镀锌合金钢板，包括基板和附着于基板表面的锌层，所述基板含有C、Nb、In、P、Al、B、Mn、S以及Fe和不可避免的杂质，镀锌时在基板表面形成MnAl2O4层、Fe2Al5层以及NbC层，减少了粉化现象的发生概率；一种热镀锌合金钢板的制备方法，包括如下步骤(1)对基板进行氧化处理(2)抛光打磨处理(3)连续热浸镀锌，氧化处理可抑制Si在钢板表面的氧化所需的铁氧化物量；抛光处理，既可有效去除基板表面形成的氧化层，又可去除由于基板的缺陷，使基板表面更加平整而减少粉化程度的情况。

Description

一种热镀锌合金钢板及其制备方法
技术领域
本发明属于合金钢板技术领域，具体涉及一种热镀锌合金钢板及其制备方法。
背景技术
近年来，随着汽车、家电等领域的发展，由于热镀锌合金钢板防锈性好，应用也越来越多。
为保证热镀锌合金钢板的硬度，需保证高的Fe含量，然而当Fe含量提高后，热镀锌后在镀层界面容易出现粉化现象。
日本特开平10-46305号公报为解决粉化问题，限制钢中的Si、P的含量，虽然限制Si、P的含量可以一定程度上缓解粉化问题，但难以满足钢板的高强度化、延展性的确保等材质的必要特性。
中国专利ZL201380033876.X为解决粉化问题，在镀层中吸入有钢基的晶粒，通过钢基晶粒抑制镀层中的裂纹的发展，进而抑制伴随压缩变形的镀层剥离量，从而一定程度上缓解了粉化，但由于其将钢基晶粒吸入镀层，容易产生红锈。
基于此，本申请人经过长期研究、试验，得出基板组分及热镀锌加工工艺条件对粉化问题的影响，既能减少粉化现象又不至于增加红锈生成机率。
发明内容
为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种热镀锌合金钢板，该热镀锌合金钢板呈现出好的抗粉化性且成本低；本发明的另一目的在于提供一种热镀锌合金钢板的制备方法，该制备方法简单、易操作且制备成本低。
本发明的目的通过下述技术方案实现：一种热镀锌合金钢板，包括基板和附着于基板表面的锌层，所述基板含有如下质量百分比的元素C：0.03～0.20％、Nb：0.01～0.03％、In:0.005～0.03％、P：0.01～0.02％、Al：0.5～2.0％、B：0.001～0.002％、Mn：1.0～3.0％、S：0～0.01％，Si：0～2.0％，余量由Fe和不可避免的杂质。
本发明通过加入上述元素，并严格控制比例，镀锌时在基板表面形成MnAl2O4，MnAl2O4在较高露点下可变成Al2O3后能起到减缓Fe和Zn的反应速度；另外，Al和Fe反应可在基板表层形成Fe2Al5抑制层，进一步减缓了Fe和Zn的反应；再者，由于原料中加入了Nb元素，镀锌时，可在基板表面形成NbC层，也能在一定程度上减缓Fe和Zn的反应速度，因此通过上述多种抑制层的形成，有效降低Zn、Fe原子的扩散速度，进而在基板表面减少Γ相的形成，从而减少了粉化现象的发生概率。
优选的，所述基板含有如下质量百分比的元素C：0.05～0.15％、Nb：0.01～0.03％、In:0.01～0.03％、P：0.01～0.02％、Al：1.0～2.0％、B：0.001～0.002％、Mn：1.5～2.5％、S：0～0.01％，余量由Fe和不可避免的杂质。
更为优选的，所述基板含有如下质量百分比的元素C：0.10～0.13％、Nb：0.02％、In:0.02％、P：0.01～0.02％、Al：1.5％、B：0.001～0.002％、Mn：1.5～2.5％、S：小于0.01％，余量由Fe和不可避免的杂质。
最为优选的，所述Si的质量百分比为0.5～2.0％。
本发明通过在基板原料中加入Si元素，并严格控制比例，镀锌退火时，在基板表面形成含有Fe-C-Mn-Si的多层精细氧化结构，有效减缓Fe和Zn的反应速度，从而减少基板表面Γ相的形成，进而减少粉化现象的出现。
一种热镀锌合金钢板的制备方法，包括如下步骤：(1)对基板进行氧化处理；(2)对氧化处理后的基板进行抛光打磨处理；(3)对抛光打磨处理后的基板实施连续热浸镀锌。
由于Si在基板表面氧化形成的氧化层会抑制Fe与Zn的润湿性，本发明对基板进行氧化处理，氧化处理后可抑制Si在钢板表面的氧化所需的铁氧化物量；对氧化处理后的基板进行抛光处理，一来可有效去除基板表面形成的氧化层，二来可去除由于基板的缺陷，使得基板表面更加平整而消除基板缺陷引起的镀层厚度不同加剧粉化程度的情况。
进一步的，步骤(1)中氧化处理为：在O2体积浓度为1000～3000ppm，温度为500～750℃的条件下氧化30min～2h。
本发明通过对O2浓度、温度和氧化时间的严格控制，可有效抑制Si在钢板表面的氧化所需的铁氧化物量，从而减少基板表面Si氧化层的形成。
进一步的，步骤(2)中所述抛光处理为机械抛光处理。
用机械抛光处理一来可快速消除基板缺陷，二来机械抛光成本低且环保。
进一步的，所述机械抛光处理为先进行粗抛光处理，再进行精抛光处理。
本发明对基板先进行粗抛光，再进行精抛光，使得去除氧化层和基板表面缺陷的效果更好。
进一步的，步骤(3)中连续热浸镀锌的镀锌液包括Al、Zn和其他杂质元素。
本发明通过在镀锌液中加入Al元素，镀锌时，在基板表面形成Fe-Al-Zn三元合金或Fe-Al合金，能降低Fe、Zn的扩散速度，使得反应变慢，通过退火温度和时间的控制，在基板表面减少Γ相的形成，从而减少粉化现象的出现概率。
进一步的，所述镀锌液中Al元素的质量百分比为0.1～0.15％。
本发明通过控制镀锌液中的含Al重量在0.1～0.15％之间，使得镀锌时在基板表面形成连续的Fe-Al合金层，既能减缓Fe、Zn原子的扩散速度，减少镀层中的Γ相形成，又不至于完全阻止Fe-Zn反应，延缓合金化的进程，迫使镀锌时间延长而引起Γ相的形成，从而有效较少粉化现象的发生概率。
进一步的，步骤(3)中所述连续热浸镀锌温度为510～530℃。
试验表明，通过控制热镀锌的连续热浸镀锌温度为510～530℃能有效减少Γ相的形成，从而减少粉化现象的出现概率。
进一步的，所述连续热浸镀锌时间为3～5min。
本发明将连续热浸镀锌时间控制在3～5min，能有效减少基板表面Γ相的形成，从而减少粉化现象的出现概率。
本发明的有益效果在于：(1)镀锌时在基板表面形成MnAl2O4，MnAl2O4在较高露点下可变成Al2O3后能起到减缓Fe和Zn的反应速度的作用；另外，Al和Fe反应可在基板表层形成Fe2Al5抑制层，进一步减缓了Fe和Zn的反应；再者，由于原料中加入了Nb元素，镀锌时，可在基板表面形成NbC层，也能在一定程度上减缓Fe和Zn的反应速度，因此通过上述多种抑制层的形成，有效降低Zn、Fe原子的扩散速度，进而在基板表面减少Γ相的形成，从而减少了粉化现象的发生概率；(2)本发明对基板进行氧化处理，通过氧化处理后可抑制Si在钢板表面的氧化所需的铁氧化物量；对氧化处理后的基板进行抛光处理，一来可有效去除基板表面形成的氧化层，二来可去除由于基板的缺陷，使得基板表面更加平整而消除基板缺陷引起的镀层厚度不同，加剧粉化程度的情况。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。
实施例1，
一种热镀锌合金钢板，包括基板和附着于基板表面的锌层，所述基板含有如下质量百分比的元素C：0.03％、Nb：0.03％、In:0.03％、P：0.02％、Al：0.5％、B：0.001％、Mn：2.0％、S：0.008％、Si：0.5％，余量由Fe和不可避免的杂质。
一种热镀锌合金钢板的制备方法，包括如下步骤：(1)对基板进行抛光处理；(2)对抛光后的基板进行氧化处理；(3)对抛光打磨处理后的基板实施连续热浸镀锌。
进一步的，步骤(1)中所述抛光处理为机械抛光处理。
进一步的，所述机械抛光处理为先进行粗抛光处理，再进行精抛光处理。
进一步的，步骤(2)中氧化处理为：在O2体积浓度为2000ppm，温度为500℃条件下氧化1.5h。
进一步的，步骤(3)中连续热浸镀锌的镀锌液包括Al、Zn和其他杂质元素。
进一步的，所述Al元素的质量含量为0.12％。
进一步的，步骤(3)中所述连续热浸镀锌温度为510℃。
进一步的，所述连续热浸镀锌时间为4min。
实施例2
一种热镀锌合金钢板，包括基板和附着于基板表面的锌层，所述基板含有如下质量百分比的元素C：0.20％、Nb：0.03％、In:0.03％、P：0.02％、Al：2.0％、B：0.002％、Mn：3.0％、S：0.008％，余量由Fe和不可避免的杂质。
一种热镀锌合金钢板的制备方法，包括如下步骤：(1)对基板进行抛光处理；(2)对抛光后的基板进行氧化处理；(3)对抛光打磨处理后的基板实施连续热浸镀锌。
进一步的，步骤(1)中所述抛光处理为机械抛光处理。
进一步的，所述机械抛光处理为先进行粗抛光处理，再进行精抛光处理。
进一步的，步骤(2)中氧化处理为：在O2浓度3000体积ppm，温度为750℃下氧化30min。
进一步的，步骤(3)中连续热浸镀锌的镀锌液包括Al、Zn和其他杂质元素。
进一步的，所述Al元素的质量含量为0.15％。
进一步的，步骤(3)中所述连续热浸镀锌温度为530℃。
进一步的，所述连续热浸镀锌时间为5min。
实施例3
一种热镀锌合金钢板，包括基板和附着于基板表面的锌层，所述基板含有如下质量百分比的元素C：0.03％、Nb：0.01％、In:0.005％、P：0.01％、Al：0.5％、B：0.001％、Mn：1.0％、S：0.005％，余量由Fe和不可避免的杂质。
一种热镀锌合金钢板的制备方法，包括如下步骤：(1)对基板进行抛光处理；(2)对抛光后的基板进行氧化处理；(3)对抛光打磨处理后的基板实施连续热浸镀锌。
所述抛光处理为机械抛光处理。
进一步的，步骤(2)中氧化处理为：在O2体积浓度为1000ppm，温度为500℃条件下氧化30min。
进一步的，步骤(3)中连续热浸镀锌的镀锌液包括Al、Zn和其他杂质元素。
进一步的，所述Al元素的质量含量为0.1％。
进一步的，步骤(3)中所述连续热浸镀锌温度为510℃。
进一步的，所述连续热浸镀锌时间为3min。
实施例4
一种热镀锌合金钢板，包括基板和附着于基板表面的锌层，所述基板含有如下质量百分比的元素C：0.10％、Nb：0.02％、In:0.02％、P：0.02％、Al：1.0％、B：0.001％、Mn：2.0％、S：0.006％、Si：2.0％，余量由Fe和不可避免的杂质。
一种热镀锌合金钢板的制备方法，包括如下步骤：(1)对基板进行抛光处理；(2)对抛光后的基板进行氧化处理；(3)对抛光打磨处理后的基板实施连续热浸镀锌。
进一步的，步骤(1)中所述抛光处理为机械抛光处理。
进一步的，所述机械抛光处理为先进行粗抛光处理，再进行精抛光处理。
进一步的，步骤(2)中氧化处理为：在O2体积浓度为2000ppm，温度为600℃条件下氧化1h。
进一步的，步骤(3)中连续热浸镀锌的镀锌液包括Al、Zn和其他杂质元素。
进一步的，所述Al元素的质量含量为0.13％。
进一步的，步骤(3)中所述连续热浸镀锌温度为520℃。
进一步的，所述连续热浸镀锌时间为4min。
对上述实施例进行粉化测试试验，在热镀锌合金钢板表面贴上长宽均为20mm的胶带纸，在60°V形槽中进行弯曲成型，然后将胶带纸撕下，溶于10％的盐酸中，用原子吸收分光光度计来测定Zn、Fe原子含量，以判定其粉化程度，结果显示上述实施例的胶带含Zn、Fe质量均小于25mg，体现出好的抗粉化性。
上述实施例为本发明较佳的实现方案，除此之外，本发明还可以其它方式实现，在不脱离本发明构思的前提下任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种热镀锌合金钢板，其特征在于：包括基板和附着于基板表面的锌层，所述基板含有如下质量百分比的元素，C：0.03～0.20％、Nb：0.01～0.03％、In:0.005～0.03％、P：0.01～0.02％、Al：0.5～2.0％、B：0.001～0.002％、Mn：1.0～3.0％、S：0～0.01％，Si：0～2.0％，余量为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的一种热镀锌合金钢板，其特征在于：所述Si的质量百分比为0.5～2.0％。
3.根据权利要求1-2所述的任一种热镀锌合金钢板的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：(1)对基板进行氧化处理；(2)对氧化处理后的基板进行抛光打磨处理；(3)对抛光打磨处理后的基板实施连续热浸镀锌。
4.根据权利要求3所述的一种热镀锌合金钢板的制备方法，其特征在于：步骤(1)中氧化处理为：在O2体积浓度为1000～3000ppm，温度为500～750℃条件下氧化30min～2h。
5.根据权利要求3所述的一种热镀锌合金钢板的制备方法，其特征在于：步骤(2)中所述抛光处理为机械抛光处理。
6.根据权利要求4所述的一种热镀锌合金钢板的制备方法，其特征在于：所述机械抛光处理为先进行粗抛光处理，再进行精抛光处理。
7.根据权利要求3所述的一种热镀锌合金钢板的制备方法，其特征在于：步骤(3)中连续热浸镀锌的镀锌液包括Al、Zn和其他杂质元素。
8.根据权利要求7所述的一种热镀锌合金钢板的制备方法，其特征在于：所述Al元素的质量含量为0.1～0.15％。
9.根据权利要求3所述的一种热镀锌合金钢板的制备方法，其特征在于：步骤(3)中所述连续热浸镀锌温度为510～530℃。
10.根据权利要求9所述的一种热镀锌合金钢板的制备方法，其特征在于：所述连续热浸镀锌时间为3～5min。
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