CN110541136A - 一种高强钢材的热浸镀锌方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种高强钢材的热浸镀锌方法，属于钢材热浸镀锌加工技术领域。该热浸镀锌方法是将成型后的高强钢材进行以下步骤的处理：高频加热、酸洗、清洗、助镀处理、烘干及热镀锌，将完成热镀锌后的高强钢材置于室温下进行空冷，空冷后整理收集。本发明利用感应电流的集肤效应在高频加热炉内对成型后的高强钢材的表层进行加热，使高强钢材表面含有的合金元素变化，消除对镀锌层质量不利的相及组织，而不影响整体钢材的性能，能够制造出品质优良、厚度适宜、表面光亮的镀锌层的热浸镀锌钢材，有效的减少了镀层脆性相的比例，同时高强钢材的机械性能明显提高，耐腐蚀性能良好。

Description

一种高强钢材的热浸镀锌方法
技术领域：
本发明属于钢材热浸镀锌加工技术领域，更具体地说，涉及一种高强钢材的热浸镀锌方法。
背景技术：
热镀锌是世界上应用最广泛、性价比最优的钢材表面处理方法。实践表明，热镀锌工艺对钢铁的减蚀延寿、节能节材起着不可估量和不可替代的作用。研究表明热浸镀锌对钢材有三重保护作用：①隔离腐蚀保护；②阴极腐蚀保护；③腐蚀产物保护。
近几十年来，随着节能减排的观念逐步深入人心，很多工业制造领域包括汽车制造对材料提出了更轻、更安全的需求，因此高强钢的推广使用一直是材料研发、车辆制造的重点，其中镀锌高强钢因为具有良好的抗腐蚀性能，在汽车制造领域被广泛应用。厂家为了生产具有较高性能的高强钢材，会采取添加合金元素的方法来实现各种强化机制。比如：钢成份中含有一定量的C、Mn、Si、B等元素可以实现固溶强化、细晶强化、及析出强化等。虽然合金元素的添加可以获得不同性能优良的高强钢材，但是却给高强钢材热镀锌工艺带来很大的难度。高强钢材的传统热镀锌工艺步骤是：(1)碱洗；(2)水洗；(3)酸洗；(4)清洗；(5)助镀处理；(6)烘干；(7)热镀锌；(8)冷却。在这样固定的一套热镀锌工艺下，不同高强钢材的合金元素含量波动对镀锌层质量有着很大的影响。传统的高强钢材批量热镀锌工艺将通过在锌浴中添加合金元素来解决镀层差的质量问题，但是当厂家要生产另一种合金含量的高强钢镀锌材时，则需要在锌浴中重新计算添加相应的合金元素来解决高强钢材中合金元素对锌层质量的影响，操作复杂，增加了工作时间，浪费大量劳动力资源，极大降低了工作效率和经济效益。
中国专利CN1974848A，该专利公布了一种解决高硅钢热镀锌层过快生长的方法：将高硅钢工件电镀镍层后再热镀锌。该方法具体步骤如下：(1)首先将高硅钢工件进行碱洗；(2)将高硅钢工件进行热水洗；(3)将高硅钢工件进行酸洗；(4)将高硅钢工件进行热水洗后电镀镍层，经烘干后热镀锌。该技术方案虽然可以有效解决活性钢(特别是硅含量大于0.3％的钢)热镀锌层过快生长问题，也无需常规热镀锌的“助镀”工艺，但是该技术方案只解决了一种合金元素问题，没有解决不同高强钢材的合金元素含量波动对镀锌层质量有着很大影响的技术矛盾，而且增加了镀镍工序，适用范围具有局限性。本发明提出一种高强钢材的热浸镀锌方法，通过改变热镀锌工艺解决了高强钢材中不同种类合金元素对锌层质量的影响，进而获得厚度适宜，表面光亮的镀锌层。
发明内容：
本发明针对现有不同高强钢材中合金元素含量波动大在热镀锌时对热浸镀锌镀层质量的影响的问题，提供一种高强钢材的热浸镀锌方法。本发明通过对高强钢材的预处理使高强钢材表面的合金元素影响弱化，消除其对于镀锌层质量不利的状态，减少合金元素对热镀锌层品质的影响，使高强钢材更加适合于热镀锌处理，进而获得品质优良的高强钢镀锌材。
本发明提供的一种高强钢材的热浸镀锌方法，该方法是将成型后的高强钢材进行以下步骤的处理：(1)高频加热；(2)酸洗；(3)清洗；(4)助镀处理；(5)烘干；(6)热镀锌；(7)将完成热镀锌后的高强钢材置于室温下进行空冷，空冷后整理收集。
步骤(1)所述高频加热是利用感应电流的集肤效应在高频加热炉内对所述高强钢材的表面进行高频加热，所述高频加热中的振荡频率、加热温度、保温时间将由下列公式确定：
T≥500+200×CE，
CE＝[C+(Mn+Si)/6+(Cr+Mo+V)/5+(Al+Cu)/2]，
t＝D×b，
f＝10×c×D，
其中：T-加热温度℃；
t-保温时间min；
CE-碳当量，式中C、Mn、Cr、Mo、V、Ni、Cu为所述高强钢材中该元素含量的质量百分数；
D-镀锌件厚度mm；
b-保温系数，取0.5～2，镀锌件厚度越小，保温系数取值越小；
f-振荡频率；
c-频率系数，取1.5～3.5，镀锌件厚度越小取值越大。
步骤(2)所述酸洗是在20～25℃温度下利用15～18wt％的盐酸对所述高强钢材进行酸洗，酸洗时间为20～30分钟。
步骤(3)所述清洗是在室温下，采用HCl对所述高强钢材试样进行清洗，清洗时间20～30秒，清洗所用盐酸的pH应小于2.5。
步骤(4)所述助镀处理是将所述高强钢材在60～70℃的助镀剂中放置5～8分钟，所述助镀剂是氯化锌与氯化铵配置而成，所述氯化锌与氯化铵的质量比为1:3，所述助镀剂的pH值为3～5。助镀剂又称结合剂，可以使钢材在浸镀前具有一定的活性，增强镀层与钢基的结合，提高镀锌质量。
步骤(5)所述烘干是将助镀后的所述高强钢材在温度为80～100℃的烘干箱中烘干5～8分钟。步骤(6)所述热镀锌中所使用的镀液的铝含量为20-50ppm，所述热镀锌在温度440～450℃镀锌3～5分钟，出槽速度小于0.8米/分钟。
本发明利用感应电流的集肤效应，使用高频加热炉在15～100kHz的振荡频率下加热高强钢材，保温一段时间之后迅速进行空冷。由于受热使高强钢材试样表面含有的合金元素变化，消除对镀锌层质量不利的相及组织，而不影响整体钢材的性能，从而可以获得性能优良的高强钢镀锌材。
本发明具有以下技术特点：
(1)本发明可以显著减轻由于钢中元素给热浸镀锌带来的不利影响，制造出品质优良，厚度适宜，表面光亮的镀锌层的热浸镀锌钢材，有效的减少了镀层脆性相的比例，机械性能明显提高，耐腐蚀性能良好。
(2)本发明温度控制相对简单，不需要其它辅助设备，方便离线操作。
(3)本发明省去碱洗工艺，方法简单，设计合理，易于实施，且适宜范围广。
附图说明：
图1为本发明实施例1中高强钢材试样镀层截面显微组织图；
图2为本发明实施例1中高强钢材试样镀层表面形貌图；
图3为本发明对比例1中高强钢材试样镀层截面显微组织图；
图4为本发明对比例1中高强钢材试样镀层表面形貌图。
具体实施方式：
下面结合具体实施例和附图对本发明进一步进行描述。
实施例1：一种高强钢材的热浸镀锌方法，具体如下：
实际镀锌实验的高强钢板厚度2mm，所含化学成分(质量百分比)为C：0.023、Si：0.28、Mn：1.17、P：0.007、S：0.003、Mo：0.365、Al：0.041。
利用此种高强钢材热镀锌工艺进行热浸镀锌，镀层截面显微组织及镀层表面形貌情况如图1、图2所示。热浸镀锌方法具体步骤如下：
(1)高频加热：按照步骤(1)中的公式确定加热频率为40kHz，加热温度为600℃保温1分钟空冷。实现只对高强钢材的表面进行高频加热，由于受热使高强钢材表面含有的合金元素变化，减弱对镀锌层质量不利的相及组织，而不影响整体钢材的性能，从而可以获得性能优良的高强钢镀锌材。
(2)酸洗：使用浓度为16wt％的盐酸，溶解槽中的酸性溶液体积以达到材料被完全浸湿为准。酸洗试剂在20℃常温下进行酸洗，酸洗时间为30分钟。
(3)清洗：在室温下，采用HCl对高强钢板试样进行清洗，清洗时间30秒。清洗所用盐酸的pH为2。
(4)助镀处理：助镀剂又称结合剂，可以使钢板在浸镀前具有一定的活性，增强镀层与钢基的结合，提高镀锌质量。助镀剂是氯化锌与氯化铵以1:3配置而成，高强钢板试样需在65℃的助镀剂中放置6分钟，助镀剂pH为3。
(5)烘干：烘干箱温度设置为90℃，将助镀后的高强钢板试样烘干8分钟。
(6)热镀锌：镀锌是采用的是纯锌，镀液中的铝含量：20ppm。在440～450℃范围内镀锌3分钟，出槽速度0.7米/分钟。
(7)冷却：将已经镀锌后的钢材试样置于室温下进行空冷并整理收集。
对比例1：传统高强钢材的热镀锌工艺，具体情况如下：
实际镀锌实验的与实施例1相同的高强钢板厚度2mm，所含化学成分(质量百分比)为C：0.023、Si：0.28、Mn：1.17、P：0.007、S：0.003、Mo：0.365、Al：0.041。
利用传统高强钢材热镀锌工艺进行热镀锌，镀层截面显微组织及镀层表面形貌情况如图3、图4所示。工艺步骤如下：
(1)碱洗：采用帕卡脱脂剂NaOH加上表面活性剂溶液对所用钢材进行脱脂去油，溶解槽中的碱性溶液体积以达到材料被完全浸湿为准。将碱性溶液置于保温槽中，加热至70℃保温，然后将准备好的高强钢材试样置于碱性溶液中20分钟。
(2)水洗：在室温下，将碱洗处理后的高强钢材试样放入自来水中30秒，然后进行下一步处理。
(3)酸洗：使用浓度为16wt％的盐酸，溶解槽中的酸性溶液体积以达到材料被完全浸湿为准。酸洗试剂在20℃常温下进行酸洗，酸洗时间为30分钟。
(4)清洗：在室温下，采用HCl对高强钢材试样进行清洗，清洗时间30秒。清洗所用盐酸的pH为2。
(5)助镀处理：助镀剂又称结合剂，可以使钢材在浸镀前具有一定的活性，增强镀层与钢基的结合，提高镀锌质量。助镀剂是氯化锌与氯化铵以1:3配置而成，高强钢材试样需在65℃的助镀剂中放置6分钟，助镀剂pH为3。
(6)烘干：烘干箱温度设置为90℃，将助镀后的高强钢材试样烘干8分钟。
(7)热镀锌：镀锌是采用的是纯锌，镀液中的铝含量：20ppm。在440～450℃范围内镀锌3分钟，出槽速度0.7米/分钟。
(8)冷却：将已经镀锌后的钢材试样置于室温下进行空冷并整理收集。
通过对比实施例1与对比例1可以看出，本发明方法可以获得的镀层表面更加光亮，不存在色差，而传统热镀锌工艺所得镀锌材表面部分昏暗，不美观。本发明方法获得的镀层厚度适中且均匀，锌层塑性相δ与纯锌相η所占比例明显提高，有效的减少了镀层脆性相ζ的比例，机械性能明显提高，耐腐蚀性能良好。而传统的高强钢材热镀锌工艺获得的镀层脆性相ζ占很大比例，基本上充满整个镀层，极大的影响了其机械性能及耐蚀性能。本发明不仅可以节约要添加到锌浴的合金元素，而且可以获得性能优良的镀锌材，因此本发明可以在高强钢材的热浸镀锌得到广泛应用。
本发明所述实例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种高强钢材的热浸镀锌方法，其特征在于该方法是将成型后的高强钢材进行以下步骤的处理：(1)高频加热；(2)酸洗；(3)清洗；(4)助镀处理；(5)烘干；(6)热镀锌；(7)将完成热镀锌后的高强钢材置于室温下进行空冷，空冷后整理收集。
2.根据权利要求1所述的一种高强钢材的热浸镀锌方法，其特征在于步骤(1)所述高频加热是利用感应电流的集肤效应在高频加热炉内对所述高强钢材的表面进行高频加热，所述高频加热中的振荡频率、加热温度、保温时间将由下列公式确定：
T≥500+200×CE，
CE＝[C+(Mn+Si)/6+(Cr+Mo+V)/5+(Al+Cu)/2]，
t＝D×b，
f＝10×c×D，
其中：T-加热温度℃；
t-保温时间min；
CE-碳当量，式中C、Mn、Cr、Mo、V、Ni、Cu为所述高强钢材中该元素含量的质量百分数；
D-镀锌件厚度mm；
b-保温系数，取0.5～2，镀锌件厚度越小，保温系数取值越小；
f-振荡频率；
c-频率系数，取1.5～3.5，镀锌件厚度越小取值越大。
3.根据权利要求1所述的一种高强钢材的热浸镀锌方法，其特征在于步骤(2)所述酸洗是在20～25℃温度下利用15～18wt％的盐酸对所述高强钢材进行酸洗，酸洗时间为20～30分钟。
4.根据权利要求1所述的一种高强钢材的热浸镀锌方法，其特征在于步骤(3)所述清洗是在室温下，采用HCl对所述高强钢材试样进行清洗，清洗时间20～30秒，清洗所用盐酸的pH应小于2.5。
5.根据权利要求1所述的一种高强钢材的热浸镀锌方法，其特征在于步骤(4)所述助镀处理是将所述高强钢材在60～70℃的助镀剂中放置5～8分钟，所述助镀剂是氯化锌与氯化铵配置而成，所述氯化锌与氯化铵的质量比为1:3，所述助镀剂的pH值为3～5。
6.根据权利要求1所述的一种高强钢材的热浸镀锌方法，其特征在于步骤(5)所述烘干是将助镀后的所述高强钢材在温度为80～100℃的烘干箱中烘干5～8分钟。
7.根据权利要求1所述的一种高强钢材的热浸镀锌方法，其特征在于步骤(6)所述热镀锌中所使用的镀液的铝含量为20-50ppm，所述热镀锌在温度440～450℃镀锌3～5分钟，出槽速度小于0.8米/分钟。
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