CN109097714B - 一种表面汽车面板用热镀锌钢板及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种表面汽车面板用热镀锌钢板及其生产方法，其中所述热镀锌钢板的热镀锌镀层与基板之间包含有一层合金层，所述合金层厚度最小值为4×(Hv_Fe/Hv_M/6)^1.5微米和0.1微米之间的较大者，其中Hv_Fe是指基板的显微硬度，而Hv_M是指合金层的显微硬度。所述表面汽车面板用热镀锌钢板的生产方法依次为板坯加热、粗轧、精轧、冷却、冷轧、表面处理、热处理、热镀锌和卷取。本发明实施例提供的超光滑表面汽车面板用热镀锌钢板改善了现有生产技术中汽车面板用热镀锌钢板表面的微观不平缺陷。

Description

一种表面汽车面板用热镀锌钢板及其生产方法

技术领域

本发明涉及一种表面汽车面板用热镀锌钢板及其生产方法，属于轧钢技术领域。

背景技术

热镀锌钢板通常被用于生产汽车车身面板。汽车车身对涂漆质量有很高的要求，而钢板表面的微观不平形貌对其涂装性能有极大影响。涂装漆膜对钢板表面微观不平形貌具有覆盖作用，短波长的微观不平形貌被漆膜覆盖住，不影响涂镀后的钢板表面镜面效果，而波长超过1000微米的长周期微观不平形貌则无法被漆膜完全覆盖，会恶化涂镀后的钢板表面的漆膜镜面效果，使得漆膜表面呈现出流纹图案，无法呈现镜面效果。

镀锌钢板一般采用连续酸洗、连续冷轧、连续退火、镀锌、光整的生产流程。通常来说，通过调整光整工艺和光整设备，可以控制热镀锌钢板表面的微观不平形貌的波长。但是一般车身面板都会进行冲压成形，镀锌钢板在采用冲压或液压等方式变形为零件之后微观不平形貌会显著增大。

其原因在于，如图1所示，在现有的热镀锌钢板中，基板1在热浸镀过程中形成Fe和Zn的相互热扩散反应的合金抑制层2(Fe-Al或Fe-Al-Zn合金层)，在合金抑制层2上形成不含Fe的Zn层3。热镀锌钢板在热浸镀之前进行连续退火处理，在基板1表面会形成氧化物4如MnO、SiO₂等。这些氧化物在热浸镀过程中不会消失，会存在于基板1和合金抑制层2之间，甚至存在于基板1与Zn层3之间。因此表面氧化物4会造成合金抑制层2以及Zn层3局部出现生长不完整的问题，宏观表现为漏镀或镀层厚度异常现象，出现表面微观不平问题。另外一方面则在于在钢板变形之后，基板1表面的晶粒由于取向不同的差异出现局部变形协调冲突，造成基板1表面出现微观不平，这种基板1表面的微观不平对合金抑制层2和锌层3形成局部压应力，使得抑制层2和锌层3发生局部变形。由于抑制层2和锌层3以及基板1之间均为连续反应化合物，因此三者的局部变形协调性一致性很高，基板1的微观局部变形能够传递到锌层3表面，造成锌层3表面在变形之后出现微观不平问题。

现有技术难以解决冲压变形之后微观不平形貌增大的问题。

发明内容

本发明旨在提供一种表面汽车面板用热镀锌钢板及其生产方法，解决镀锌钢板在采用冲压变形之后微观不平形貌增大的技术问题。

本发明涉及一种表面汽车面板用热镀锌钢板，其中所述热镀锌钢板的热镀锌镀层与基板之间包含有一层合金层，所述合金层厚度最小值为4×(Hv_Fe/Hv_M/6)^1.5微米和0.1微米之间的较大者，其中Hv_Fe是指基板的显微硬度，而Hv_M是指合金层的显微硬度，所述合金层的厚度最大值是1微米。

另一方面，本发明还涉及一种上述表面汽车面板用热镀锌钢板的生产方法，其包括：加热、粗轧、精轧、冷却、冷轧、表面处理、热处理、热镀锌和卷取，其中，所述表面处理是在钢板表面覆盖一层合金，所述合金层在热浸镀之前形成，厚度最小值为4×(Hv_Fe/Hv_M/6)^1.5微米和0.1微米之间的较大者，其中Hv_Fe是指基板的显微硬度，而Hv_M是指合金层的显微硬度，所述合金层的厚度最大值是1微米。

本发明详细说明

本发明提供一种表面汽车面板用热镀锌钢板，所述热镀锌钢板的热镀锌镀层与基板之间包含有一层合金层，所述合金层厚度最小值为4×(Hv_Fe/Hv_M/6)^1.5微米和0.1微米之间的较大者，其中Hv_Fe是指基板的显微硬度，而Hv_M是指合金层的显微硬度。

根据本发明所述表面汽车面板用热镀锌钢板，如图2所示，热镀锌钢板中包含基板10，基板10上的Zn层30，以及基板10和Zn层30之间的合金层20。氧化物40如MnO、SiO₂等以内部氧化物形式存在于基板10中。

在本发明中，合金层20的作用在于平滑基板10在变形过程中出现的微观不平，从而消除对锌层30表面的影响，同时消除由于氧化物40造成的Zn层30表面漏镀或增厚等微观不平现象。

为了达到这两方面的作用，合金层20首先需要具备一定的厚度，这是因为一方面一定厚度的合金层20能够平滑微观不平，另一方面一定厚度的合金层20才能阻碍退火过程中Si、Mn等迅速扩散到基板10表面形成氧化物。通常合金层20的厚度需要达到4×(Hv_Fe/Hv_M/6)^1.5微米和0.1微米之间的较大者，其中Hv_Fe是指基板的显微硬度，而Hv_M是指合金层的显微硬度。当合金层厚度小于0.1微米时，往往难以克服基板10表面氧化物40对镀层质量的影响，造成镀层出现局部漏镀或减薄或增厚，使得镀层表面出现凹凸不平问题。此外，合金层与基板之间的变形作用可以用两者的硬度差异表征。合金层的硬度越高，表明合金层越不容易发生变形，因此在相同的基板表面变形条件下，需要的合金层厚度越薄。经过研究发现，当合金层厚度达到4×(Hv_Fe/Hv_M/6)^1.5微米时，合金层对基板微观局部变形具有良好的抑制作用。当然，合金层的厚度并不能无限增加。太厚的合金层会显著降低热浸镀锌层的结合力，造成镀锌层粘附性下降，同时合金层与锌层之间的电位差异会造成耐腐蚀性能的下降，表现为容易发生点蚀和切口腐蚀，以及部分锌层出现耐黑变能力下降等问题。因此，合金层的厚度最大值需要考虑。在保证满足表面质量的前提下，合金层厚度应当尽量减薄。根据本发明所述表面汽车面板用热镀锌钢板，设计合金层的厚度最大值是1微米，优选的合金层厚度最大值为0.7微米，更优选的合金层厚度最大值为0.5微米。

根据本发明所述表面汽车面板用热镀锌钢板，为了抑制基板的微观具备变形，合金层的硬度不应小于基板的硬度。当然，如果合金层的硬度太高，在钢板冲压变形过程中合金层与基板之间会出现宏观变形无法协调的问题，冲压变形后基板与合金层之间出现破裂分离等问题。因此经过试验研究认为，合金层的显微硬度应当是基板显微硬度的1～2倍。

根据本发明所述表面汽车面板用热镀锌钢板，对合金层金属种类的选择比较灵活，主要应当考虑合金层20在退火过程中的热氧化稳定性以及与锌液之间反应的稳定性，此外合金层金属的硬度也是考虑因素。退火过程的热氧化稳定性是指在连续退火气氛中不应当比基板10以及Si、Mn等钢中合金元素更容易发生快速氧化。锌液的温度一般不超过500℃，因此应当选择熔点温度超过500℃的材料制造合金层。同时，考虑到合金层的硬度要求。优选的，可以选择Ni、Cr、Cu、Pt、Au、W、Ti中的一种或多种金属元素。其中Ni、Cu、Au的硬度较低，可以用于铁素体组织为主的钢，而Pt、Cr硬度适中，可以用于珠光体组织为主的钢，Ti、W硬度较高，可以用于马氏体组织为主的钢。

根据本发明所述表面汽车面板用热镀锌钢板，对合金层的空间结构应当提出一定的要求。本发明中并不规定合金层的具体制备工艺，但是合金层如果过于疏松，会影响到合金层对基板微观局部变形的抑制作用。本发明中，所述合金层的空间结构可以为柱状结构、分层结构、单晶结构、等轴晶结构等多种空间结构，如图3所示。

图3A是柱状结构的示意图，合金晶粒呈柱状分布，柱状中心轴线基本垂直于基板。这种空间结构的优点在于轴向延展性能优异，可以最大程度抑制基板微观局部变形对镀锌层的影响，但是缺点在于横向性能较差，容易出现合金层剥离问题。

图3B是分层结构示意图，合金沿着与基板平行方向铺展，在基板法向方向分为多个层次。该空间结构优点在于横向性能较好，不容易发生合金层剥离，也能够较好抑制腐蚀渗透，但是缺陷就是法向方向刚度较差，容易变形，因此对抑制基板微观局部变形对镀锌层的影响不利。

图3C是单晶结构示意图。整个合金层为一个晶粒。该空间结构兼顾了柱状结构和分层结构优点，缺点在于制备难度较大。

图3D是等轴晶结构，合金层中分布有大小方向各异的许多晶粒。该空间结构优点是综合了柱状结构和分层结构优点和缺点，因此各项性能都比较平均，缺点在于合金层中的晶粒界面面积较大，因此有耐腐蚀方面的问题。

另一方面，本发明还提供一种上述表面汽车面板用热镀锌钢板的生产方法，其包括：加热、粗轧、精轧、冷却、冷轧、表面处理、热处理、热镀锌和卷取，其中，所述表面处理是在钢板表面覆盖一层合金层，所述合金层在热浸镀之前形成，厚度最小值为4×(Hv_Fe/Hv_M/6)^1.5微米和0.1微米之间的较大者，其中Hv_Fe是指基板的显微硬度，而Hv_M是指合金层的显微硬度，所述合金层的厚度最大值是1微米。

进一步地，所述合金层厚度最大值优选为0.7微米，更优选为0.5微米。

进一步地，所述合金层的显微硬度是基板显微硬度的1～2倍。

进一步地，所述合金层中包含有Ni、Cr、Cu、Pt、Au、W、Ti中的一种或多种金属元素。

进一步地，所述合金层为柱状结构、分层结构、单晶结构、等轴晶结构等多种空间结构。

上述的合金层可以通过物理气相沉积方法完成制备。该方法可以形成厚度比较均匀的合金层。

根据本发明所述超光滑表面汽车面板用热镀锌钢板及其生产方法，用于汽车面板生产的热镀锌钢板表面微观不平问题可以被克服，特别是解决了热镀锌钢板成形后表面微观不平的问题。

附图说明

图1为现有技术中热镀锌钢板的横截面结构。

图2为本发明所述表面汽车面板用热镀锌钢板的横截面结构。

图3为本发明所述表面汽车面板用热镀锌钢板的合金层空间结构。其中，图3A为本发明所述表面汽车面板用热镀锌钢板的合金层柱状空间结构示意图；图3B为本发明所述表面汽车面板用热镀锌钢板的合金层分层空间结构示意图；图3C为本发明所述表面汽车面板用热镀锌钢板的合金层单晶空间结示意图；图3D为本发明所述表面汽车面板用热镀锌钢板的的合金层等轴晶空间结构示意图。

具体实施方式

下文将结合具体实施方式和实施例，具体阐述本发明，本发明的优点和各种效果将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解，这些具体实施方式和实施例是用于说明本发明，而非限制本发明。

在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。

实施例及对比例

表1为本发明实施例1-11及对比例1-7的表面汽车面板用热镀锌钢板的结构性能表。其中，所涉及的钢种成分为0.2％C、1.5％Mn、0.5％Si、0.04％Al和0.2％Cr；热镀锌镀层与合金层厚度总和为7微米、；合金层空间结构柱状结构、分层结构、单晶结构、等轴晶结构的代号分别为C、L、S和E。评价冲压变形5％时的表面波纹度指标Wsa1-5和涂漆后的DOI指标，其中Wsa1-5指标越低，DOI指标越高，表明成形后表面镜面效果越好。漏镀点面积采用图像法统计评价。使用折弯180°方法评价合金层以及镀锌层的粘附性，如果折弯180°后发生合金层或镀锌层剥离，表明粘附性不合格。采用中性盐雾实验评价样品的耐腐蚀性质，观察48小时盐雾腐蚀后表面红锈面积比例。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种表面汽车面板用热镀锌钢板，所述热镀锌钢板的热镀锌镀层与基板之间包含有一层合金层，其特征在于，所述合金层厚度最小值为4×(Hv_Fe/Hv_M/6)^1.5微米和0.1微米之间的较大者，其中Hv_Fe是指基板的显微硬度，而Hv_M是指合金层的显微硬度，所述合金层的厚度最大值是1微米；

所述合金层的显微硬度是所述基板显微硬度的1～2倍；

所述合金层由Ni、Cr、Cu、Pt、Au、W和Ti中的一种或多种金属元素构成。

2.如权利要求1所述的表面汽车面板用热镀锌钢板，其特征在于，所述合金层的厚度最大值优选为0.7微米。

3.如权利要求2所述的表面汽车面板用热镀锌钢板，其特征在于，所述合金层的厚度最大值更优选为0.5微米。

4.如权利要求1所述的表面汽车面板用热镀锌钢板，其特征在于，所述合金层的空间结构为柱状结构、分层结构、单晶结构和等轴晶结构中的任意一种。

5.一种如权利要求1所述表面汽车面板用热镀锌钢板的生产方法，其包括：加热、粗轧、精轧、冷却、冷轧、表面处理、热处理、热镀锌和卷取，所述表面处理是在钢板表面覆盖一层合金层，其特征在于，所述合金层在热浸镀之前形成，厚度最小值为4×(Hv_Fe/Hv_M/6)^1.5微米和0.1微米之间的较大者，其中Hv_Fe是指基板的显微硬度，而Hv_M是指合金层的显微硬度，所述合金层的厚度最大值是1微米；

所述合金层的显微硬度是所述基板显微硬度的1～2倍；

所述合金层由Ni、Cr、Cu、Pt、Au、W和Ti中的一种或多种金属元素构成。

6.如权利要求5所述表面汽车面板用热镀锌钢板的生产方法，其特征在于，所述合金层的厚度最大值为0.7微米。

7.如权利要求5所述表面汽车面板用热镀锌钢板的生产方法，其特征在于，所述合金层的空间结构为柱状结构、分层结构、单晶结构和等轴晶结构中的任意一种。

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