CN109536864A - 高耐蚀锌铝镁热浸镀钢板及其生产方法 - Google Patents

高耐蚀锌铝镁热浸镀钢板及其生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高耐蚀锌铝镁热浸镀钢板及其生产方法，其包括基板和镀覆于基板上的镀层，其特征在于，所述镀层化学成分的质量百分含量为：Al 1.8～2.3%，Mg 1.2～1.8%，Re 0.01～0.08%，Cu 0.003～0.008%，余量为Zn和其他不可避免的杂质；其中Cu是在镀液融化时以纳米形态添加到镀液中。本钢板镀层中Cu是以纳米铜形式在镀液融化时添加，由于加入时锌液的温度较低，可以保证Cu粒子的形貌，利用其细小弥散的特质，起到析出强化的作用，从而提高镀层的硬度；稀土Re的添加，可以细化镀层组织，并且提高镀液的流动性，从而能更有效地提高镀层的耐蚀性。本方法所得产品镀层中的组织为：初生Zn、Zn/MgZn2二元共晶、Zn/Al/MgZn2三元共晶以及纳米铜；耐蚀性能相当于同等厚度纯锌板的10～15倍。

Description

高耐蚀锌铝镁热浸镀钢板及其生产方法
技术领域
本发明涉及一种镀层钢板，尤其是一种高耐蚀锌铝镁热浸镀钢板及其生产方法。
背景技术
钢铁是世界上产量最大、使用最广泛的一种金属材料。它拥有多种优良性能，如：韧性好、强度高、性能价格比高；但也有一些缺点，其中最突出的问题是，在低温潮湿的情况下易受空气的侵蚀，高温时容易被空气中的氧所氧化，在酸性环境中遭受腐蚀速度加速等问题。因此，钢铁的防腐蚀问题十分重要，金属防腐技术从来都是金属材料学科领域关注的重大研究课题。
常用的防护方法有镀锌、涂装等，但是工业届迫切需要一种高耐蚀免涂装的新型镀层产品，可以在保证防腐效果的前提下，降低镀层厚度。研究发现，在镀层中添加合金元素可以有效提高产品的耐腐蚀性，国际上也开发出多种新型耐蚀镀层产品，如Galvalume（55%Al-43.4%Zn-1.6%Si），其耐蚀性可达普通纯镀锌板的2至6倍，但是其浸镀温度较高，能耗大，设备易损坏。如Galfan（Zn-5%Al-RE），其耐蚀性是纯镀锌层的2至3倍，工业大气和海洋大气尤为突出，其涂装性也优于镀锌板；但其焊接性能和镀层外观的美观存在不足而且生产成本高、机械性能差。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种高耐蚀锌铝镁热浸镀钢板；本发明还提供了一种高耐蚀锌铝镁热浸镀钢板的生产方法。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：其包括基板和镀覆于基板上的镀层；所述镀层化学成分的质量百分含量为：Al 1.8～2.3%，Mg 1.2～1.8%，Re 0.01～0.08%，Cu 0.003～0.008%，余量为Zn和其他不可避免的杂质；其中Cu是在镀液融化时以纳米形态添加到镀液中。
本发明所述镀层中Al与Mg的质量比≥1.2。
本发明所述添加时Cu的粒度为20nm～100nm。
本发明方法采用上述镀层材料，其包括退火、热浸镀和镀后冷却过程。
本发明方法所述热浸镀过程中，镀液温度为420℃～470℃。
本发明方法所述镀后冷却过程为：采用分段冷却，以板面温度作为控制量；先以10～20℃/s的冷速冷却至400℃，再以3～5℃/s的冷速冷却至350℃，最后以10～20℃/s的冷速进行冷却。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明中Cu是以纳米铜形式在镀液融化时添加，由于加入时锌液的温度较低，Cu不会发生溶解，可以保证Cu粒子的形貌，利用其细小弥散的特质，起到析出强化的作用，从而提高镀层的硬度。本发明中稀土Re的添加，可以细化镀层组织，并且提高镀液的流动性，从而能更有效地提高镀层的耐蚀性。
本发明方法能生产出高表面质量的高耐蚀锌铝镁产品，所得产品镀层中的组织为：初生Zn、Zn/MgZn2二元共晶、Zn/Al/MgZn2三元共晶以及纳米铜；经盐雾实验，耐蚀性能相当于同等厚度纯锌板的10～15倍。本发明方法的分段冷却能精确控制凝固过程，前期快冷使熔体在短时间内接近凝固点，中间的慢速冷却使熔体以接近平衡凝固的方法冷却，避免了先共析相在表面的大量析出，后期的快速冷却使产品降低表面氧化；通过控制镀液凝固过程，产品获得了良好的表面质量。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明产品的镀层组织图。
具体实施方式
本高耐蚀锌铝镁热浸镀钢板的生产方法包括上卷、清洗、退火、热浸镀、镀后冷却、平整、钝化、卷取过程；工艺控制如下所述：
（1）退火过程：控制退火温度为680℃～750℃。
（2）热浸镀过程：炉鼻子露点控制在-10℃至-20℃，热浸镀温度在420℃～470℃，浸镀时间2～5秒。
所用镀液化学成分为（wt）：Al 1.8～2.3%，Mg 1.2～1.8%，Re 0.01～0.08%，Cu0.003～0.008%，余量为Zn和其他不可避免的杂质；其中Cu是在镀液融化时以20nm～100nm的纳米形态添加到镀液中；Al与Mg的质量比≥1.2；所述稀土Re采用铈镧混合稀土。
（3）镀后冷却过程：采样分段冷却，以板面温度作为控制量，调整风机开度；400℃之前为快速冷却，冷速为10～20℃/S；400℃～350℃为慢速冷却，冷速为3～5℃/S；350℃以下为快速冷却，冷速为10～20℃/S；这样通过控制镀液凝固过程，获得良好的表面质量。
（4）平整过程：平整延伸率控制在0.5～1.5%。
（5）本方法所得产品中镀层的组织均为：初生Zn、Zn/MgZn2二元共晶、Zn/Al/MgZn2三元共晶以及纳米铜。
实施例1：本高耐蚀锌铝镁热浸镀钢板及其生产方法具体如下所述。
镀液成分（wt）：Al 1.8%，Mg 1.5%，Re 0.01%，Cu 0.003%，其余为Zn及其他不可控制杂质；其中Cu以60nm的纳米铜形式在镀液融化时添加到镀液中。
生产工艺：退火温度为680℃；炉鼻子露点-10℃，热浸镀温度420℃，浸镀时间2秒；镀后冷却为分段冷却，以板面温度作为控制量，调整风机开度；400℃之上为10℃/S的快速冷却，400℃～350℃为3℃/S的慢速冷却，350℃以下为10℃/S的快速冷却；平整过程的平整延伸率为0.5%。
经检测，由图1可见，本方法所得镀层的组织为初生锌、Zn/MgZn2二元共晶、Zn/Al/MgZn2三元共晶以及纳米铜；所得钢板的镀层硬度和盐雾实验出红锈时间见表1所示。
实施例2：本高耐蚀锌铝镁热浸镀钢板及其生产方法具体如下所述。
镀液成分（wt）：Al 1.9%，Mg 1.2%，Re 0.03%，Cu 0.004%，其余为Zn及其他不可控制杂质；其中Cu以80nm的纳米铜形式在镀液融化时添加到镀液中。
生产工艺：退火温度为690℃；炉鼻子露点-12℃，热浸镀温度430℃，浸镀时间3秒；镀后冷却为分段冷却，以板面温度作为控制量，调整风机开度，400℃之上为14℃/S的快速冷却，400℃～350℃为3℃/S的慢速冷却，350℃以下为12℃/S的快速冷却；平整延伸率为0.7%。
经检测，本方法所得镀层的组织为初生锌、Zn/MgZn2二元共晶、Zn/Al/MgZn2三元共晶以及纳米铜；所得钢板的镀层硬度和盐雾实验出红锈时间见表1所示。
实施例3：本高耐蚀锌铝镁热浸镀钢板及其生产方法具体如下所述。
镀液成分（wt）：Al 2.0%，Mg 1.6%，Re 0.07%，Cu 0.008%，其余为Zn及其他不可控制杂质；其中Cu以20nm的纳米铜形式在镀液融化时添加到镀液中。
生产工艺：退火温度为710℃；炉鼻子露点-18℃，热浸镀温度440℃，浸镀时间4秒；镀后冷却为分段冷却，以板面温度作为控制量，调整风机开度，400℃之上为20℃/S的快速冷却，400℃-350℃为5℃/S的慢速冷却，350℃以下为16℃/S的快速冷却；平整延伸率为0.9%。
经检测，本方法所得镀层的组织为初生锌、Zn/MgZn2二元共晶、Zn/Al/MgZn2三元共晶以及纳米铜；所得钢板的镀层硬度和盐雾实验出红锈时间见表1所示。
实施例4：本高耐蚀锌铝镁热浸镀钢板及其生产方法具体如下所述。
镀液成分（wt）：Al 2.2%，Mg 1.8%，Re 0.05%，Cu 0.007%，其余为Zn及其他不可控制杂质；其中Cu以40nm的纳米铜形式在镀液融化时添加到镀液中。
生产工艺：退火温度为750℃；炉鼻子露点-14℃，热浸镀温度470℃，浸镀时间4秒；镀后冷却为分段冷却，以板面温度作为控制量，调整风机开度，400℃之上为18℃/S的快速冷却，400℃～350℃为4℃/S的慢速冷却，350℃以下为20℃/S的快速冷却；平整延伸率为1.2%。
经检测，本方法所得镀层的组织为初生锌、Zn/MgZn2二元共晶、Zn/Al/MgZn2三元共晶以及纳米铜。所得钢板的镀层硬度和盐雾实验出红锈时间见表1所示。
实施例5：本高耐蚀锌铝镁热浸镀钢板及其生产方法具体如下所述。
镀液成分（wt）：Al 2.3%，Mg 1.7%，Re 0.08%，Cu 0.006%，其余为Zn及其他不可控制杂质；其中Cu以100nm的纳米铜形式在镀液融化时添加到镀液中。
生产工艺：退火温度为730℃；炉鼻子露点-20℃，热浸镀温度460℃，浸镀时间5秒；镀后冷却为分段冷却，以板面温度作为控制量，调整风机开度，400℃之上为16℃/S的快速冷却，400℃～350℃为4℃/S的慢速冷却，350℃以下为18℃/S的快速冷却；平整延伸率为1.5%。
经检测，本方法所得镀层的组织为初生锌、Zn/MgZn2二元共晶、Zn/Al/MgZn2三元共晶以及纳米铜。所得钢板的镀层硬度和盐雾实验出红锈时间见表1所示。
表1：常规镀锌板与本钢板的盐雾实验时出红锈时间
由表1可见，本方法有效地提高了镀层的硬度和产品的耐腐蚀性能。

Claims (6)

1.一种高耐蚀锌铝镁热浸镀钢板，其包括基板和镀覆于基板上的镀层，其特征在于，所述镀层化学成分的质量百分含量为：Al 1.8～2.3%，Mg 1.2～1.8%，Re 0.01～0.08%，Cu0.003～0.008%，余量为Zn和其他不可避免的杂质；其中Cu是在镀液融化时以纳米形态添加到镀液中。
2.根据权利要求1所述的高耐蚀锌铝镁热浸镀钢板，其特征在于：所述镀层中Al与Mg的质量比≥1.2。
3.根据权利要求1或2所述的高耐蚀锌铝镁热浸镀钢板，其特征在于：所述添加时Cu的粒度为20nm～100nm。
4.权利要求1、2或3所述高耐蚀锌铝镁热浸镀钢板的生产方法，其特征在于：其包括退火、热浸镀和镀后冷却过程。
5.根据权利要求4所述的高耐蚀锌铝镁热浸镀钢板的生产方法，其特征在于：所述热浸镀过程中，镀液温度为420℃～470℃。
6.根据权利要求4或5所述的高耐蚀锌铝镁热浸镀钢板的生产方法，其特征在于，所述镀后冷却过程为：采用分段冷却，以板面温度作为控制量；先以10～20℃/s的冷速冷却至400℃，再以3～5℃/s的冷速冷却至350℃，最后以10～20℃/s的冷速进行冷却。
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