CN110760773B

CN110760773B - 一种具有高表面质量和优良耐蚀性的热镀锌高强度钢板及其制造方法

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Publication number: CN110760773B
Application number: CN201810842262.0A
Authority: CN
Inventors: 谭宁; 魏军胜; 钟勇; 唐成龙
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: 2022-10-21
Anticipated expiration: 2038-07-27
Also published as: CN110760773A

Abstract

一种具有高表面质量和优良耐蚀性的热镀锌高强度钢板及其制造方法，所述热镀锌高强度钢板自下往上依次包括：基板、预镀金属层、Fe‑Al阻挡层、镀锌层；其中，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；所述预镀金属层为金属Ni层。本发明所述热镀锌钢板表面质量好，镀层均匀完整，较常规热镀锌产品具有更好的耐蚀性，其屈服强度在600～900MPa，抗拉强度在980MPa以上，延伸率在15％～22％，表面质量和耐蚀性能较常规热镀锌高强钢优越，适用于对表面质量、耐蚀性和成形性都有较高要求的汽车结构件和外板。

Description

一种具有高表面质量和优良耐蚀性的热镀锌高强度钢板及其制造方法

技术领域

本发明涉及热镀锌钢板技术领域，具体涉及一种具有高表面质量和优良耐蚀性的热镀锌高强度钢板及其制造方法。

背景技术

目前，汽车轻量化的需求越来越强烈，加之铝、镁、塑料等材料的竞争压力，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，近年来以QP钢、TRIP钢、TWIP钢为代表的强度更高、韧性更好的新一代高强钢产品不断被开发，TWIP钢中Mn含量甚至高达20wt.％以上，尽管这些合金元素的添加有利于以较低的成本获得良好的力学性能，但这些高合金元素给生产制造环节带来诸多麻烦，高合金元素的存在造成酸洗难度增加，易造成氧化皮残留，在退火段热镀锌前这些合金元素还会以氧化物形式富集到钢板表面，残留氧化皮及氧化物富集物均会造成带钢在热镀锌过程中，钢板表面漏镀、麻点、色差、镀层脱锌等问题，从而影响产品表面质量，进而影响热镀锌高强钢板的耐蚀性能。因此需要开发一种具有高表面质量和良好耐蚀性的热镀锌高强钢板。

中国专利CN103805840B公开了一种高成形性热镀锌超高强度钢板及其制造方法，其化学成分含C：0.15～0.25wt％，Si：1.0～2.00wt％，Mn：1.5％～3.00％，P≤0.015wt％，S≤0.012wt％，Al：0.03～0.06wt％，N≤0.008wt％，屈服强度600～900MPa，抗拉强度980～1200MPa，延伸率15～22％。通过优化加热段和保温段工艺及露点气氛，改善钢板表面质量，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，经常产生漏镀、麻点、色差等问题。

中国专利CN105112914A公开了一种PVD真空镀镍后进行热镀锌的装置及方法，不涉及具体的产品性能，不清楚真空镀镍的效果。

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；但由于两层预镀工艺与热镀锌工艺的不匹配性，难以在同一机组中同时实现两层预镀和热镀锌，因此实际产品生产难度较大。

中国专利CN101225518A公开了一种含硅钢化学镀镍后热镀锌的方法，镀镍工艺采用的是化学镀镍法，时间长镀层厚，镀镍层厚度在3-4微米，实际热镀锌连续生产意义不大。

中国专利CN101160416B公开一种不产生漏镀缺陷的热镀锌方法，主要针对的是Si含量在0.2％以下的基材，不涉及Mn，Al等其他合金元素，钢板强度和韧性较低，主要改善的是漏镀问题，未涉及其他产品性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有高表面质量和优良耐蚀性的热镀锌高强度钢板及其制造方法，所述热镀锌钢板表面质量好，镀层均匀完整，较常规热镀锌产品具有更好的耐蚀性，其屈服强度在600～900MPa，抗拉强度在980MPa以上，延伸率在15％～22％，表面质量和耐蚀性能较常规热镀锌高强钢优越，适用于对表面质量、耐蚀性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：

一种具有高表面质量和优良耐蚀性的热镀锌高强度钢板，所述的热镀锌高强度钢板自下往上依次包括：基板、预镀金属层、Fe-Al阻挡层、镀锌层；其中，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；所述预镀金属层为金属Ni层。

进一步，所述基板或预镀金属层上存在硅氧化物、锰氧化物或硅-锰氧化物，所述硅氧化物、锰氧化物或硅-锰氧化物呈不连续状分布。

优选地，所述预镀金属层的厚度为5nm～500nm。

优选地，所述的钢板成分中C含量为0.18～0.22％，以重量百分比计。

优选地，所述的钢板成分中Si含量为1.4～1.8％，以重量百分比计。

优选地，所述的钢板成分中Mn含量为1.8～2.3％，以重量百分比计。

优选地，所述的钢板成分中P≤0.012％，S≤0.008％，以重量百分比计。

本发明所述的热镀锌高强度钢板的屈服强度在600～900MPa，抗拉强度在980MPa以上，延伸率在15％～22％。

本发明所述的热镀锌高强度钢板的制造方法，其包括如下步骤：

1)预镀处理

对基板进行预镀Ni处理，预镀Ni处理后在基板表面形成一层金属Ni层；

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，所述预镀处理可以是化学法，也可以是电化学方法，或真空镀。

本发明热浸镀锌的锌液可以是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。

现有有关热镀锌高强钢的制造方法主要采用的优化加热和退火段工艺参数，让Si，Mn等合金元素选择性氧化，或是先氧化再还原，加热段让Si，Mn，Fe先预氧化，退火段再让Fe氧化物还原，来实现高强钢产品的热镀锌，但实际生产难度较大，受来料差异影响较大，来料表面状态发生微观变化后，热镀锌产品表面质量会发生较大波动，造成产品表面质量稳定性较差，使用中也发现预氧化再还原产生的残留氧化层对后续性能也有潜在影响。

本发明高强钢进行退火和热镀锌前，先预镀一层金属，然后再进行退火和热镀锌。其优点是不管来料如何，进行预镀后，相当于对来料基板表面进行适当归一化，可以大大降低来料表面状态的微观差异对最终热镀锌产品表面质量的影响，同时可放宽加热和退火工艺窗口，提高可制造性，除此之外，预镀层的存在对最终产品的耐蚀性有帮助，相对常规热镀锌高强钢产品，耐蚀性更好。

本发明的有益效果：

本发明中增加预镀Ni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Ni层厚度和退火工艺，可使金属Ni层和退火工艺两种手段的效果最大化，是单独控制退火工艺难以达到的。

本发明中预镀层的存在可抑制在退火过程中基板中合金元素Si，Mn向表面的扩散，增加Si，Mn向表面的扩散距离，从而抑制Si，Mn氧化物等在表面的富集，至少可以阻止这些氧化物在表面连续分布，从而降低基板在热镀锌过程中与锌液的有效接触，增加带钢与锌液的润湿性，从而改善镀层表面质量，减少漏镀、麻点等问题。

本发明预镀层的存在相当于对基板来料进行了打底预处理，大大改善基板表面均匀性，改善Fe-Al阻挡层的连续性及完整性，从而提高镀锌层均匀性，降低来料微观差异造成的色差、漏镀等问题。

本发明热镀锌产品中，预镀金属层的成分是Ni，Ni相比与锌及基板铁，具有更高的电极电位，可进一步延缓基板的腐蚀，因此含预镀层Ni的热镀锌产品较常规热镀锌产品具有更好的耐蚀性。

本发明所述热镀锌钢板具有高强高韧特性，在对表面质量、耐蚀性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制备的热镀锌前基板表面扫描电镜图。

图2为本发明实施例1制备的热镀锌前基板表面扫描电镜图。

图3为对比例1和本发明实施例1制备的热镀锌钢板外观图。

图4为本发明实施例1制备的热镀锌钢板镀层截面扫描电镜图。

图5为本发明实施例1制备的热镀锌钢板元素深度分布图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

表1给出了本发明所述热镀锌钢板的成分。

本发明经过预镀、退火和热镀锌，退火工艺、热镀锌钢板的性能如表2、表3所示。

表1本发明所述热镀锌钢板主要成分

	C	Si	Mn	P	S	Al
							实施例1	0.22	1.8	1.9	0.006	0.008	0.04
实施例2	0.15	2.0	1.7	0.014	0.007	0.05
							实施例3	0.19	1.5	2.9	0.008	0.006	0.03
实施例4	0.23	1.2	2.2	0.009	0.008	0.05
							对比例1	0.22	1.8	1.9	0.006	0.008	0.04

表2本发明所述退火工艺

表3本发明所述产品性能

参见图1、图3，其所示为对比例1中未进行预镀处理、直接退火热镀锌的表面扫描电镜图及外观图。

参见图2、图3，其所示是本发明实施例1中经过预镀Ni处理后，表面扫描电镜图及镀锌板外观。

图3中所示钢板的上下两部分分别为未进行预镀Ni处理和进行预镀Ni处理的镀锌板。

对比可以发现，镀镍后基板表面无明显氧化物富集，表面均匀一致，镀锌后表面质量较好，而不含预镀层的钢板表面存在明显的漏镀点。

图4预镀Ni后热镀锌板的镀层截面特征，基板表面存在Ni层，其上方存在一层完整的Fe-Al阻挡层，上方是完整的镀锌层。

图5是镀Ni后热镀锌板的GDS图，基板与锌层界面处存在金属Ni及Fe-Al阻挡层。

Claims

1.一种具有高表面质量和优良耐蚀性的热镀锌高强度钢板，其特征在于，所述的热镀锌高强度钢板自下往上依次包括：基板、预镀金属层、Fe-Al阻挡层、镀锌层；其中，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；所述预镀金属层为金属Ni层；其具体制备工艺包括如下步骤：

1)预镀处理

2)退火处理

3)热浸镀锌。

2.如权利要求1所述的热镀锌高强度钢板，其特征在于，所述钢板成分中C含量为0.18～0.22％，以重量百分比计。

3.如权利要求1所述的热镀锌高强度钢板，其特征在于，所述钢板成分中Si含量为1.4～1.8％，以重量百分比计。

4.如权利要求1所述的热镀锌高强度钢板，其特征在于，所述钢板成分中Mn含量为1.8～2.3％，以重量百分比计。

5.如权利要求1所述的热镀锌高强度钢板，其特征在于，所述的钢板成分中P≤0.012％，S≤0.008％，以重量百分比计。

6.如权利要求1所述的热镀锌高强度钢板，其特征在于，所述基板或预镀金属层上存在硅氧化物、锰氧化物或硅-锰氧化物，所述硅氧化物、锰氧化物或硅-锰氧化物呈不连续状分布。

7.如权利要求1或6所述的热镀锌高强度钢板，其特征在于，所述预镀金属层的厚度为5nm～500nm。

8.如权利要求1所述的热镀锌高强度钢板，其特征在于，所述的热镀锌高强度钢板的屈服强度在600～900MPa，抗拉强度在980MPa以上，延伸率在15％～22％。

9.如权利要求1所述的热镀锌高强度钢板，其特征是，所述其特征在于，所述预镀处理采用电化学方法、化学法或真空镀。

10.如权利要求1所述的热镀锌高强度钢板，其特征是，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。