CN110760771A

CN110760771A - 一种具有优良Fe-Al合金层特征的热镀锌高强钢及其制造方法

Info

Publication number: CN110760771A
Application number: CN201810842261.6A
Authority: CN
Inventors: 谭宁; 金鑫焱; 钟勇; 魏军胜
Original assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2018-07-27
Filing date: 2018-07-27
Publication date: 2020-02-07
Anticipated expiration: 2038-07-27
Also published as: CN110760771B

Abstract

一种具有优良Fe‑Al合金层特征的热镀锌高强钢及其制造方法，所述热镀锌高强钢依次包括基板、Fe‑Al合金层和镀锌层，所述基板的化学成分重量百分比为：C：0.15～0.25wt％，Si：1.00～2.00wt％，Mn：1.50～3.00wt％，P≤0.015wt％，S≤0.012wt％，Al：0.03～0.06wt％，其余为Fe及不可避免杂质；所述Fe‑Al合金层缺失区域面积小于5％，该Fe‑Al合金层均匀、完整、外貌特征一致，热镀锌后得到的热镀锌钢板外观质量好，无漏镀、麻点、色差等缺陷，适用于对表面质量和成形性都有较高要求的汽车结构件和外板。

Description

一种具有优良Fe-Al合金层特征的热镀锌高强钢及其制造方法

技术领域

本发明属于热镀锌钢板技术领域，具体涉及一种具有优良Fe-Al合金层特征的热镀锌高强钢及其制造方法。

背景技术

钢板在进行热浸镀纯锌(不加铝)时，由于Fe-Zn反应形成的合金层较厚且脆，致使加工性很差，弯曲变形时易发生锌层脱落。现代连续热镀锌生产线为抑制Fe-Zn合金层的生长，在锌液中添加少量铝(约0.2％)，由于铝对铁的化学亲和性高于锌对铁的化学亲和性，在钢板表面发生选择性反应，首先形成薄的Fe-Al合金层，从而抑制锌的扩散。

当下，汽车轻量化的需求越来越强烈，迫使汽车用钢向高强高韧化方向发展。为提高基板强度和韧性，往往在基板中添加Si、Mn、Cr、Al等合金元素，尽管这些合金元素可以使基板获得良好的力学性能，但在退火段热镀锌前，这些合金元素往往会以氧化物形式富集到钢板表面，造成基板表面成分与状态不均匀，从而影响热镀锌时Fe-Al合金层的形成及特征，主要表现为，Fe-Al合金层缺失，不连续，不均匀，合金层形貌不同等，而合金层的特征直接影响到镀锌层表面质量、镀锌层附着力等产品特性。

中国专利CN103805840A公开了一种高成形性热镀锌超高强度钢板，通过优化加热段和保温段工艺及露点气氛，提高可镀性，得到热镀锌产品，但实际热镀锌产品表面质量会发生波动，受来料表面状态微观变化影响较大，现场生产难度较大，经常产生漏镀、麻点、色差等问题，究其根由均在于镀层与基板之间的Fe-Al合金层缺失或不连续。

中国专利201480008243.8公开了一种用于热浸镀锌的涂覆钢基材，该基材含有0.01～1％C，0.15～15％Mn，0.005～3.5％Si，0.01～2％Al，0.01～2％Cr，热镀锌前先进行两层预镀处理，第一预镀层以Cu为主要成分，第二预镀层以Fe为主要成分，其认为第一预镀层Cu主要是改善钢板表面氧化物富集，但Cu会污染锌液，且Cu不能与锌液形成很好的Fe-Al合金层，影响后续镀层附着力，所以增加第二预镀层Fe，一方面是降低Cu的污染，另方面是为了形成Fe-Al合金层，保证镀层良好附着力。同时其公开了如果直接预镀Fe需要较厚的预镀层(大于800nm)，才能抑制钢板表面氧化物的富集，且Fe镀层不适合降低Mn氧化物的富集。该专利使用两层预镀工艺，不但增加成本，且两层预镀工艺与热镀锌工艺不能很好匹配，难以在同一机组中同时实现两层预镀和热镀锌，因此实际生产难度较大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有优良Fe-Al合金层特征的热镀锌高强钢及其制造方法，该热镀锌钢板的镀层与基板之间存在一层连续的Fe-Al合金层，该Fe-Al合金层缺失区域面积小于5％，Fe-Al合金层均匀、完整、外貌特征一致，热镀锌后得到的热镀锌钢板外观质量好，无漏镀、麻点、色差等缺陷，适用于对表面质量和成形性都有较高要求的汽车结构件和外板。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

本发明在高强钢进行退火和热镀锌前，先预镀一层金属Fe，然后合理设置退火工艺，保证基板在入锌液前，基板表面Fe含量大于95wt％，Si、Mn的含量总和小于2wt％，从而在钢板表面得到一层优良的Fe-Al合金层。

具体地，本发明的一种具有优良Fe-Al合金层特征的热镀锌高强钢，依次包括基板、Fe-Al合金层和镀锌层；所述基板化学成分重量百分比为：C：0.15～0.25wt％，Si：1.00～2.00wt％，Mn：1.50～3.00wt％，P≤0.015wt％，S≤0.012wt％，Al：0.03～0.06wt％，其余为Fe及不可避免杂质；所述Fe-Al合金层均匀、完整、外貌特征一致，Fe-Al合金层缺失区域面积小于5％。

进一步，本发明所述热镀锌高强钢的屈服强度600～900MPa，抗拉强度980～1200MPa，延伸率15～22％。

本发明还提供所述具有优良Fe-Al合金层特征的热镀锌高强钢的制造方法，包括如下步骤：

1)预镀Fe处理

对基板进行预镀Fe处理，预镀Fe处理之后在基板表面形成一层金属Fe层；所述基板化学成分重量百分比为：C：0.15～0.25wt％，Si：1.00～2.00wt％，Mn：1.50～3.00wt％，P≤0.015wt％，S≤0.012wt％，Al：0.03～0.06wt％，其余为Fe及不可避免杂质；

2)退火处理

将基板预热至600～650℃；在780～820℃下保温40～80s，退火炉内H₂含量为3～7.5％；再以3～10℃/s的速度冷至700～800℃，然后以≥50℃/s的速度冷却至230～340℃，再加热至455～465℃；

3)热浸镀锌。

进一步，步骤1)中，所述Fe处理方法为电化学镀Fe方法或真空镀Fe方法。

步骤1)中，所述金属Fe层的厚度为100～400nm。

步骤3)中，热浸镀锌的锌液是Zn、Zn-Al、Zn-Al-Mg或Zn-Al-Mg+X，X包括Si、Ca、Sr、Ba、稀土元素等其他金属中的至少一种。

所述热镀锌高强钢基板经预镀Fe处理、退火处理后基板表面成分主要为Fe，Fe含量高于95wt％，Si，Mn的含量总和低于2wt％。

本发明制造的热镀锌高强钢基板经预镀Fe处理之后，在基板表面形成金属Fe层，再通过上述退火工艺保证了基板在入锌液前，基板表面成分主要为Fe，Fe含量高于95wt％，Si，Mn的含量总和低于2wt％，从而在钢板表面得到一层优良的Fe-Al合金层。

所述Fe-Al合金层缺失区域面积小于5％，Fe-Al合金层均匀、完整、外貌特征一致，具有优良的Fe-Al合金层特征。因此，经热浸镀锌后得到的热镀锌钢板外观质量好，无漏镀、麻点、色差等缺陷，是整体连续的，厚度均匀的，形貌特征是一致的。

本发明的有益效果：

本发明中基板表面金属Fe层的存在可抑制在退火过程中基板中合金元素Si,Mn氧化物等在基板表面的富集，从而降低基板表面Si,Mn氧化物的含量，提高基板表面Fe的含量，改善基板在热镀锌过程中与锌液的有效接触，有利于Fe-Al合金层的形成。

本发明中预镀Fe处理并未完全抑制Si,Mn氧化物在表面的富集，允许少量氧化物存在，即退火后基板表面存在少量铁氧化物、硅氧化物、锰氧化物或硅-锰氧化物，这些残留氧化物呈不连续状分布，以孤岛状存在，不会影响Fe-Al合金层的形成。因此，本发明预镀Fe层可以在厚度较低的情况下(Fe层厚度≤600nm)即可满足钢板的可镀性。

本发明中增加预镀Fe层和控制退火工艺均可改善基板与锌液的接触，并同时优化金属Fe层厚度和退火工艺，可使金属Fe层和退火工艺两种手段的效果最大化，是单独控制预镀Fe或单独控制退火工艺难以达到的。

本发明预镀Fe处理能改善钢板可镀性的机理在于，一定厚度预镀金属Fe层占据钢板表面，在钢板退火过程中，Fe层能占据基板中Si,Mn元素在表面的位置，同时本发明的退火工艺控制进一步降低了Si,Mn元素向基板表面的扩散，从而增加了Si,Mn元素在表面的富集难度，即使局部位置有少量Si,Mn元素存在，但预镀Fe层仍能占据绝大部分表面，这样在后续热浸镀锌过程中，Fe能与镀液发生Fe-Al反应，从而形成连续的Fe-Al合金层。

本发明热镀锌钢板中Fe-Al合金层均匀，连续，形貌特征一致，对热镀锌钢板表面质量大有帮助，可大大降低表面麻点、漏镀、色差等质量缺陷，同时提高镀层附着力，可以满足热镀锌钢板的各种复杂性成形要求。

本发明所述热镀锌钢板具有高强高韧特性，其屈服强度600～900MPa，抗拉强度980～1200MPa，延伸率15～22％，在对表面质量和成形性都有较高要求的汽车结构件和外板件上具有很好的应用前景。

附图说明

图1为对比例1制备的热镀锌钢板漏镀缺陷处Fe-Al合金层表面扫描电镜图。

图2为本发明实施例2制备的热镀锌钢板外观图。

图3为本发明实施例2制备的热镀锌钢板Fe-Al合金层表面扫描电镜图。

图4为本发明实施例2制备的热镀锌钢板元素深度分布图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明做进一步说明。

表1为本发明所述热镀锌钢板的成分。表2为本发明所述热镀锌钢板退火工艺、热镀锌钢板性能。

图1是对比例1中未进行预镀Fe处理直接退火热镀锌的漏镀缺陷处Fe-Al合金层表面扫描电镜图。由图1可以看出其Fe-Al合金层不连续，大面积缺失。

图2是实施例2中经过预镀Fe处理后镀锌板外观，与未预镀Fe处理部分对比可以发现，镀Fe层后再进行热镀锌表面质量较好，而不含预镀Fe层的钢板表面存在明显的漏镀点。

图3为实施例2制备的热镀锌钢板Fe-Al合金层表面扫描电镜图。由图3可知，Fe-Al合金层完整连续。

图4为实施例2制备的热镀锌钢板元素深度分布图。由图4可知，界面处存在明显的Al富集层，就是Fe-Al合金层，同时界面处未发现明显的Si,Mn元素富集。

Claims

1.一种具有优良Fe-Al合金层特征的热镀锌高强钢，所述热镀锌高强钢依次包括基板、Fe-Al合金层和镀锌层，其特征在于，所述基板的化学成分重量百分比为：C：0.15～0.25wt％，Si：1.00～2.00wt％，Mn：1.50～3.00wt％，P≤0.015wt％，S≤0.012wt％，Al：0.03～0.06wt％，其余为Fe及不可避免杂质；所述Fe-Al合金层缺失区域面积小于5％。

2.根据权利要求1所述的具有优良Fe-Al合金层特征的热镀锌高强钢，其特征在于，所述热镀锌高强钢的屈服强度600～900MPa，抗拉强度980～1200MPa，延伸率15～22％。

3.根据权利要求1或2所述具有优良Fe-Al合金层特征的热镀锌高强钢的制造方法，包括如下步骤：

1)预镀Fe处理

对基板进行预镀Fe处理，预镀Fe处理后在基板表面形成一层金属Fe层，所述金属Fe层的厚度为50～600nm；

所述基板的化学成分重量百分比为：C：0.15～0.25wt％，Si：1.00～2.00wt％，Mn：1.50～3.00wt％，P≤0.015wt％，S≤0.012wt％，Al：0.03～0.06wt％，其余为Fe及不可避免杂质；

2)退火处理

3)热浸镀锌。

4.根据权利要求3所述的具有优良Fe-Al合金层特征的热镀锌高强钢的制造方法，其特征在于，步骤1)中，所述Fe处理方法为电化学镀Fe方法或真空镀Fe方法。

5.根据权利要求3或4所述的具有优良Fe-Al合金层特征的热镀锌高强钢的制造方法，其特征在于，步骤1)中，所述金属Fe层的厚度为50～600nm。

6.根据权利要求3所述的具有优良Fe-Al合金层特征的热镀锌高强钢的制造方法，其特征在于，步骤3)中，热浸镀锌的锌液是Zn、Zn-Al、Zn-Al-Mg或Zn-Al-Mg+X，X包括Si、Ca、Sr、Ba、稀土元素中的至少一种。

7.根据权利要求3所述的具有优良Fe-Al合金层特征的热镀锌高强钢的制造方法，其特征在于，所述热镀锌高强钢基板经预镀Fe处理、退火处理后基板表面成分中Fe含量＞95wt％，Si，Mn的含量总和＜2wt％。

8.根据权利要求3-7任一项所述的具有优良Fe-Al合金层特征的热镀锌高强钢的制造方法，其特征在于，所述热镀锌高强钢的屈服强度600～900MPa，抗拉强度980～1200MPa，延伸率15～22％。