CN109563605B - 提供zn-al-mg涂层的方法以及这种涂层 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种使用热浸涂覆工艺利用涂覆浴在钢带材上提供Zn‑Al‑Mg涂层的方法,其中使用在涂覆浴上方的气刀来控制涂层的厚度。根据本发明,以其中Al量高于Mg量的关系来选择Mg和Al的具体量。本发明还涉及具有通过热浸涂覆提供的Zn‑Al‑Mg涂层的钢带材。
Description
本发明涉及一种使用热浸涂覆工艺利用涂覆浴在钢带材上提供Zn-Al-Mg涂层的方法,其中使用在涂覆浴上方的气刀来控制涂层的厚度。本发明还涉及一种具有通过热浸涂覆提供的Zn-Al-Mg涂层的钢带材。
含有铝和镁两者的锌合金涂层是众所周知的并且越来越多地被使用,近年来也被用于汽车工业中。含有Al和Mg两者的大多数锌合金涂层使用大致相同量的Al和Mg。
然而,对于汽车用途,锌涂层的要求高,尤其是外部零件的外观。已经发现,Zn-Al-Mg涂层有时显示出无光泽条纹图案和亮线形式的缺陷,其在片材的宽度方向上以一定间隔延伸,垂直于带材的长度方向。这些线之间的距离为约15至20mm。这种缺陷有时被称为海滩缺陷(beach defect)。
本发明的一个目的是提供一种生产具有Zn-Al-Mg涂层的钢带材的方法,该涂层具有良好的外观而没有这种图案。
本发明的另一个目的是提供具有Zn-Al-Mg涂层的钢带材,该涂层具有良好的外观而没有这种图案。
根据本发明的第一方面,提供了一种使用热浸涂覆工艺利用涂覆浴在钢带材上提供Zn-Al-Mg涂层的方法,其中使用在涂覆浴上方的气刀来控制涂层的厚度,其中钢带材上的涂层具有由以下构成的组成:
1.0-1.5重量%镁;
1.5-2.4重量%铝;
任选的总量<0.3重量%的Si、Sn、Bi、Sb、Ln、Ce、Ti、Sc、Sr和/或B;
余量为锌和不可避免的杂质;
其中Al和Mg含量满足以下关系:
Al(以重量%计)>1.28Mg(以重量%计)+0.25,
并且其中Z<0.6e0.064CW
Z是每个气刀和钢带材之间的距离,单位为mm,并且CW是单侧涂层的重量,单位为g/m2,
当CW<45g/m2时。
本发明人已发现,海滩缺陷仅存在于Zn-Al-Mg涂层中,而不存在于不含Mg的Zn基涂层中,并且也不存在于热浸铝涂层中。本发明人进一步发现,在含有铝和镁的锌合金中,不仅存在初生晶体,而且存在二次和三元共晶显微组织的基质。实验表明,对于某些Zn-Al-Mg涂层组合物,海滩缺陷可以减少或可以消失。本发明人已经发现,当Al和Mg的量满足关系Al(以重量%计)>1.28Mg(以重量%计)+0.25时这种情况成立。
另一方面,涂覆钢带材的耐腐蚀性应当良好,因此Mg的量不应小于1.0重量%。此外,不需要添加超过1.5重量%的Mg。因此,Al的量应高于1.5重量%,但过多的Al会导致丝状腐蚀,因此Al的最大量应为2.4重量%。
除了涂层的组成之外,发明人还发现,诸如海滩缺陷的表面效应是由钢上的不均匀涂层引起的。不均匀涂层是由使用气刀产生的,气刀会减小涂层的厚度。发明人已发现,气刀与钢带材之间的距离与使用气刀所产生的涂层重量之间存在关系。该关系由公式Z<0.6e0.064CW给出,当金属带材每一侧上的涂层重量小于45g/m2时,该公式成立。当距离Z和涂层重量满足该公式时,表面缺陷减少或消失。优选地,金属带材每一侧上的涂层重量小于40g/m2,更优选小于35g/m2,以确保完全不存在表面缺陷。
优选地,Si、Sn、Bi、Sb、Ln、Ce、Ti、Sc、Sr和/或B的任选总重量<0.1重量%。通常,不需要添加(大部分)这些任选元素。
根据一个优选的实施方案,该涂层具有这样的组成:其中镁的存在量为1.1-1.5重量%,更优选1.2-1.5重量%,且甚至更优选1.3-1.5重量%,和/或涂层具有这样的组成:其中铝的存在量为1.6-2.4重量%,更优选1.7-2.4重量%,甚至更优选1.8-2.4重量%,最优选1.9-2.3重量%。利用镁和/或铝的这些极限范围,表面缺陷将减少。
根据优选实施方案,气刀在浴上方的距离为至多500mm。发明人已经发现,气刀在涂覆浴上方的距离对涂覆钢带材的表面外观有影响。虽然没有证据,但发明人坚持如下的理论:通过在涂覆浴和气刀之间保持短的距离,减小了气刀的气体压力的压力不均匀性。这种压力不均匀性可能是涡流造成的,所述涡流向钢带材左右侧移动穿过气刀。当气刀在浴上方的距离为至多500mm时,涂层显示出具有更好的外观。
优选地,气刀在浴上方的距离为至多400mm,更优选至多300mm。气刀和浴之间的距离越小,压力越均匀。然而,当距离小的时候,存在来自被移除锌合金的飞溅污染气刀的风险。
根据优选的实施方案,带材在进入涂覆浴之前具有粗糙度Ra<1.5μm。当钢带材的粗糙度高时,在涂覆后带材的表面外观不令人满意。因此,表面的粗糙度Ra应低于1.5μm。优选地,在进入涂覆浴之前,带材Ra的粗糙度小于1.0μm。因此,可以获得甚至更好的带材表面外观。
优选地,钢带材是碳钢带材。通常涂覆碳钢带材以改善钢的耐腐蚀性。事实上,碳钢可以具有任何实际的组成。
根据优选实施方案,涂覆的钢带材的宽度在400和2500mm之间,厚度(gauge)在0.5和5mm之间。这些是正常的钢带材尺寸。
优选地,涂覆的钢带材的长度在400和40000m之间,更优选在1000和4000m之间。这些是出售的涂覆钢带材的正常长度。
根据本发明的第二方面,提供一种具有通过热浸涂覆提供的Zn-Al-Mg涂层的钢带材,其特征在于,所述涂层具有由以下构成的组成:
1.0-1.5重量%镁;
1.5-2.4重量%铝;
任选的总量<0.3重量%的Si、Sn、Bi、Sb、Ln、Ce、Ti、Sc、Sr和/或B;
余量为锌和不可避免的杂质;
其中Al和Mg含量满足以下关系:
Al(以重量%计)>1.28Mg(以重量%计)+0.25,
其中单侧涂层的涂层重量小于45g/m2,
并且其中涂层不含二元(Zn+MgZn2)显微组织。
可以使用根据本发明第一方面的方法提供根据本发明第二方面的涂层,但也可以使用其它方法提供该涂层。然而,由于与本发明第一方面所阐述的相同原因,根据本发明第二方面的涂层的组成是关键的。此外,该涂层不含二元(Zn+MgZn2)显微结构是关键的。本发明人发现在涂层的冷却和凝固期间二元(Zn+MgZn2)显微组织干扰均匀涂层的形成。这可能导致在涂层中形成线条图案,称为海滩缺陷。
优选地,金属带材每一侧上的涂层重量小于40g/m2,更优选小于35g/m2,以确保完全不存在表面缺陷。
根据一个优选的实施方案,涂层具有如下组成:其中镁的存在量为1.1-1.5重量%,优选1.2-1.5重量%,更优选1.3-1.5重量%。较紧的范围提供更好的涂层显微组织。
根据另一优选实施方案,涂层具有如下组成:其中铝的存在量为1.6-2.4重量%,优选1.7-2.4重量%,更优选1.8-2.4重量%,最优选1.9-2.3重量%。
优选地,涂层具有均匀分布的(Al+Zn+MgZn2)三元共晶结构。由于均匀分布的三元共晶层,可以形成光滑的涂层表面。
将参考以下实施例来阐述本发明。
图1示出了涂覆片材的表面之间的比较,其中气刀在涂覆浴上方具有不同的高度。
表1示出了在用于涂覆碳钢带材的方法中使用不同参数的结果。碳钢的类型对于所形成的涂层并不重要。
对于所有实施例,涂层由1.4重量%的镁、2.0重量%的铝组成,余量为锌和不可避免的杂质。未添加Si、Sn、Bi、Sb、Ln、Ce、Ti、Sc、Sr或B的量。
带材1和带材2已被用作测试带材,在涂覆过程期间对于所述带材改变了涂层重量CW、到带材的气刀距离Z和在涂覆浴上方的气刀高度H。
以工业方式生产带材3、带材4和带材5,因此在生产每个带材时,带材具有相同的涂层重量并且使用相同的气刀距离,以及相同的在涂覆浴上方的高度。
在涂覆期间带材的速度V在表1中给出,但该速度对海滩缺陷的存在没有影响。
表1:由于涂层重量(单侧)、气刀距离和在涂覆浴上方的气刀高度所致的海滩缺陷或无海滩缺陷。
带材1
带材2
1 | 40,4 | 10 | 200 | 100,8 | Y |
2 | 40,6 | 10 | 200 | 100,8 | Y |
3 | 40,9 | 9 | 200 | 100,8 | 轻度 |
4 | 41,6 | 8 | 200 | 100,8 | N |
5 | 43,3 | 6 | 200 | 100,8 | N |
6 | 43,4 | 6 | 200 | 85 | N |
7 | 43,6 | 7 | 200 | 85 | N |
8 | 43,1 | 8 | 200 | 85 | N |
9 | 40,4 | 10 | 200 | 85 | Y |
10 | 36,9 | 10 | 200 | 85 | Y |
<u>带材3</u> | 38 | 9 | 350 | 105 | Y |
<u>带材4</u> | 38 | 8 | 350 | 105 | 轻度 |
<u>带材5</u> | 38 | 7,5 | 350 | 105 | N |
在右侧栏中,N表示没有看到海滩缺陷,Y表示存在海滩缺陷,“轻度”表示仅可发现少量海滩缺陷。
带材3、4和5非常清楚地表明带材和气刀之间的距离Z对海滩缺陷的出现具有重要影响。当该距离减小而涂层重量CW保持不变时,结果是海滩缺陷减少或完全消失。
关于带材1和带材2的实验显示出相应的结果。带材1表明,在涂层重量较小时,当气刀和带材之间的距离Z没有按照公式Z<0.6e0.064CW减小时海滩缺陷将仍然存在。带材2清楚地表明当气刀和带材之间的距离Z大时,即使当涂层重量几乎为45g/m2时,海滩缺陷也将出现。
本发明人已发现当使用含有1-4重量%Mg和2.0重量%Al的锌合金时,涂层中不存在二元(zn+MgZn2)显微组织,并且存在均匀涂层。
图1示出了涂覆片材的表面,其中对于制造左侧片材将气刀放置在涂覆浴上方200mm的高度处,并且其中对于制造右侧片材,将气刀放置在在涂覆浴上方300mm的高度处。在这两种情况下,涂层重量为约35g/m2。每个气刀和带材之间的距离为6mm。
图1清楚地表明,上方片材具有比下方片材更好的表面外观。由于所有其它制造参数相同,因此图1示出了在涂覆浴上方的气刀的高度是所生产的片材的表面外观的决定性因素,并且明显地在浴上方200mm的气刀高度提供了比300mm高度更好的表面。
Claims (22)
1.使用热浸涂覆工艺利用涂覆浴在钢带材上提供Zn-Al-Mg涂层的方法,其中使用在涂覆浴上方的气刀来控制涂层的厚度,其特征在于,为了获得没有海滩缺陷的良好外观,钢带材上的涂层具有由以下构成的组成:
1.0-1.5重量%镁;
1.5-2.4重量%铝;
任选的总量<0.3重量%的Si、Sn、Bi、Sb、Ln、Ce、Ti、Sc、Sr和/或B;
余量为锌和不可避免的杂质;
其中Al和Mg含量满足以下关系:
Al(以重量%计)>1.28Mg(以重量%计)+0.25,
并且其特征在于Z<0.6e0.064CW
其中Z是每个气刀和钢带材之间的距离,单位为mm,并且
其中CW是单侧涂层的重量,单位为g/m2,
其中CW<45g/m2。
2.根据权利要求1的方法,其中Si、Sn、Bi、Sb、Ln、Ce、Ti、Sc、Sr和/或B的任选总重量<0.1重量%。
3.根据权利要求1或2的方法,其中CW<40g/m2。
4.根据权利要求1或2的方法,其中CW<35g/m2。
5.根据权利要求1或2的方法,其中该涂层具有这样的组成:其中镁的存在量为1.1-1.5重量%,和/或其中该涂层具有这样的组成:其中铝的存在量为1.6-2.4重量%。
6.根据权利要求5的方法,其中镁的存在量为1.2-1.5重量%。
7.根据权利要求5的方法,其中镁的存在量为1.3-1.5重量%。
8.根据权利要求5的方法,其中铝的存在量为1.7-2.4重量%。
9.根据权利要求5的方法,其中铝的存在量为1.8-2.4重量%。
10.根据权利要求5的方法,其中铝的存在量为1.9-2.3重量%。
11.根据权利要求1或2的方法,其中气刀在浴上方的距离为至多500mm。
12.根据权利要求11的方法,其中气刀在浴上方的距离为至多400mm。
13.根据权利要求11的方法,其中气刀在浴上方的距离为至多300mm。
14.根据权利要求11的方法,其中气刀在浴上方的距离为至多250mm。
15.根据权利要求11的方法,其中气刀在浴上方的距离为至多220mm。
16.根据权利要求11的方法,其中气刀在浴上方的距离为至多200mm。
17.根据权利要求1或2的方法,其中在进入涂覆浴之前,所述带材具有Ra<1.5μm的粗糙度。
18.根据权利要求17的方法,其中在进入涂覆浴之前,所述带材具有Ra<1.0μm的粗糙度。
19.根据权利要求1或2的方法,其中所述钢带材是碳钢带材。
20.根据权利要求1或2的方法,其中涂覆的钢带材具有在400和2500mm之间的宽度,以及在0.5和5mm之间的厚度。
21.根据权利要求1或2的方法,其中涂覆的钢带材的长度在400和40000m之间。
22.根据权利要求21的方法,其中涂覆的钢带材的长度在1000和4000m之间。
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