CN110777316B - 一种稀土合金热浸镀层钢板及其生产方法 - Google Patents

一种稀土合金热浸镀层钢板及其生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种稀土合金热浸镀层钢板及其生产方法，稀土合金热浸镀层钢板包括基体钢板和稀土合金热浸镀层；稀土合金热浸镀层覆盖于基体钢板表面上；稀土合金热浸镀层的成分组成以质量％计含有：镁0.1～0.8%、铝0.05～0.15%、镧和钒0.002～0.090%、镍0.03～0.09%、铋0.01～0.25%、铅0.05～0.13%、剩余部分包括锌和不可避免的杂质；其中，镧和钒的质量之比为1：(0.42～0.48)。本发明的稀土合金热浸镀层与基体钢板的抗拉结合强度高；在同等镀层厚度的情况下，对于传统纯锌镀层，其耐腐蚀性有了很大的提高，提升175%以上；且得到的镀层表面十分平整光滑。

Description

一种稀土合金热浸镀层钢板及其生产方法
技术领域
本发明涉及钢板镀层及钢板生产方法领域，具体涉及一种稀土合金热浸镀层钢板及其生产方法。
背景技术
由含铁材料制成的任何类型的金属部件(更特别是由钢制成的部件)通常具有要求其接受有效防腐蚀保护的应用。在这方面，已知的做法是通过镀锌(涂锌)保护钢基部件免受腐蚀。在镀锌中，钢材具有普遍薄的锌涂层，以保护钢材免受腐蚀。有各种镀锌方法可对钢制成的部件镀锌，换句话说，用锌的金属覆盖物涂覆它们，特别包括热浸镀锌、锌金属喷涂(锌丝火焰喷涂)、扩散镀锌(渗锌)、电镀锌(电解镀锌)、借助锌薄片涂层的非电解涂锌以及机械涂锌。
通过金属锌涂层对钢进行腐蚀防护的最重要方法可能是热浸镀锌。在该过程中，将钢连续(例如，线圈和导线)或逐个地(例如，部件)浸入含有约450℃至600℃(锌的熔点为419.5℃)的温度下液态锌的加热槽中，从而在钢表面上形成铁和锌的抗性合金层，并且在其上形成非常牢固粘附的纯锌层。
热浸镀锌提供主动和被动腐蚀保护。被动保护是通过锌涂层的屏障效应。主动腐蚀保护是基于锌涂层的阴极活性而产生的。相对于电化学电压系列中的更多贵金属(例如铁)，锌用作牺牲阳极，以保护下面的铁免受腐蚀，直到锌本身完全被腐蚀。
根据DINENISO1461，逐个镀锌用于通常相对较大的钢部件和结构的热浸镀锌。因此，将钢基坯料或完成的工件(部件)预处理并随后浸入锌熔体浴中。特别地，浸入使得用于镀锌的部件或工件上的内表面、焊接点和难以访问的位置能够轻松到达。
常规的热浸镀锌尤其基于将铁和/或钢部件浸入锌熔体中，以在部件的表面上形成锌涂层或锌覆盖层。为了确保锌涂层的粘附性、非渗透性和统一性，通常需要预先对待镀锌的部件进行彻底的表面处理，通常包括脱脂和随后的冲洗操作、随后的酸性酸洗和下游冲洗操作，以及最后的助熔剂处理(即，所谓的助熔)和随后的干燥操作。
通过热浸镀锌的传统逐个镀锌的典型工艺顺序通常采用以下形式：在相同或相似部件逐个镀锌的情况下(例如，汽车部件的大规模/高容量或大量生产)，出于工艺经济和经济性的原因，它们通常针对整个过程进行整理或分组(尤其通过例如配置为横梁或机架的共同货物载体(物品载体)、或者用于多个这些相同或相似部件的共同的安装或连接装置来实现)。为此目的，多个部件通过保持装置(例如闭锁装置、扎线等)连接在货物载体上。随后通过货物载体将分组状态的部件提供给随后的处理步骤或阶段。
首先，对分组的部件表面进行脱脂，以去除油脂和油的残余物，使用通常含水的碱性或酸性脱脂剂形式的脱脂剂。在脱脂浴中清洁之后通常伴随冲洗操作，通常通过浸入水浴中进行，以防止脱脂剂夹带有镀锌材料进入之后的酸洗操作步骤，这对于特别是从碱性脱脂到酸洗的转换的情况尤为重要。
下一步是酸洗处理(酸洗)，其特别用于从钢表面去除同源杂质(例如锈和水垢)。酸洗通常在稀盐酸中完成，酸洗程序的持续时间取决于包括镀锌材料的污染状况(例如生锈程度)的因素以及酸洗浴的酸浓度和温度。为了防止或最小化残留酸和/或残留盐夹带镀锌材料，通常在酸洗处理之后进行冲洗操作(冲洗步骤)。
接下来是所谓的助熔(用助熔剂处理)，其中先前脱脂和酸洗的钢表面中具有所谓的助熔剂，通常包含无机氯化物的水溶液，最常用的是氯化锌(ZnCl)和氯化铵(NHCl)的混合物。一方面，助熔剂用于在钢表面与熔融锌反应之前对钢表面进行最后的强化精细净化，将氧化皮溶解在锌表面上，并且在镀锌过程之前防止钢表面再次氧化。另一方面，助熔剂提高了钢表面和熔融锌之间的润湿能力。通常在助熔剂处理之后进行干燥操作，以在钢表面上产生助熔剂的固体薄膜并去除粘附的水，从而避免随后在液态锌浸渍浴中发生不希望的反应(尤其是形成蒸汽)。
然后将以上述方式预处理的部件浸入液态锌熔体中进行热浸镀锌。在使用纯锌进行热浸镀锌的情况下，根据DINENISO1461，熔体的锌含量为至少98.0wt％。在将镀锌材料浸入熔融锌中之后，将其保留在锌熔体浴中足够长的时间，特别是直到镀锌材料已经处于其温度并且涂覆有锌层。在再次从锌熔体中提取镀锌材料之前，通常清洁锌熔体的表面以特别去除氧化物、锌灰、助熔剂残留物等。以这种方式热浸镀锌的部件随后进行冷却(例如在空气中或在水浴中)。最后，去除用于部件的保持装置，例如闭锁装置、扎线等。在镀锌操作之后，通常进行再加工或后处理操作(在某些情况下涉及)。在该操作中，尽可能去除特别是被称为在边缘上凝固的锌液滴流的过量的锌残余物，以及粘附在部件上的氧化物或灰渣。
热浸镀锌的质量的一个标准是锌涂层的厚度，单位为μm(微米)。DINENISO1461标准规定了逐个镀锌时根据材料厚度提供的所需涂层厚度的最小值。在实际操作中，涂层厚度远高于DINENISO1461中规定的最小涂层厚度。一般而言，通过逐个镀锌产生的锌涂层的厚度为2～200或甚至更大。
但是，目前所使用的热浸镀层钢板还存在以下问题：
1、耐腐蚀性能一般，不能满足一些重防腐的需求；
2、镀层与基体结合强度较低；
3、外观、强度等综合性能差。
发明内容
基于上述情况，本发明的目的在于提供一种稀土合金热浸镀层钢板及其生产方法，可有效解决以上问题。
为解决以上技术问题，本发明提供的技术方案是：
一种稀土合金热浸镀层钢板，包括基体钢板和稀土合金热浸镀层；所述稀土合金热浸镀层覆盖于所述基体钢板表面上；所述稀土合金热浸镀层的成分组成以质量％计含有：
镁0.1～0.8％、铝0.05～0.15％、镧和钒0.002～0.090％、镍0.03～0.09％、铋0.01～0.25％、铅0.05～0.13％、剩余部分包括锌和不可避免的杂质；其中，镧和钒的质量之比为1：(0.42～0.48)。
本发明的稀土合金热浸镀层钢板通过精选镀层(所述稀土合金热浸镀层)的原料组成，并优化各原料含量，选择了适当配比的镁、铝、镧和钒、镍、铋、铅等，既充分发挥各自的优点，又相互补充，相互促进，提升产品的质量稳定性，制得的稀土合金热浸镀层钢板的镀层(所述稀土合金热浸镀层)与基体钢板的抗拉结合强度高；在同等镀层厚度的情况下，对于传统纯锌镀层，其耐腐蚀性有了很大的提高，提升175％以上，可满足重防腐要求；且得到的镀层表面十分平整光滑。
优选的，所述稀土合金热浸镀层的成分组成以质量％计含有：
镁0.25～0.65％、铝0.08～0.13％、镧和钒0.038～0.082％、镍0.04～0.08％、铋0.11～0.21％、铅0.07～0.12％、剩余部分包括锌和不可避免的杂质；其中，镧和钒的质量之比为1：(0.44～0.47)。
优选的，所述稀土合金热浸镀层的成分组成以质量％计含有：
镁0.55％、铝0.11％、镧和钒0.072％、镍0.06％、铋0.16％、铅0.09％、剩余部分包括锌和不可避免的杂质；其中，镧和钒的质量之比为1：0.46。
优选的，所述基体钢板为碳钢材质。
优选的，所述稀土合金热浸镀层的成分组成以质量％计，进一步含有：
铈0.001～0.140％。
优选的，所述稀土合金热浸镀层的成分组成以质量％计，进一步含有：
钛0.006～0.120％。
本发明还提供一种稀土合金热浸镀层钢板的生产方法，包括下列步骤：
A、对基体钢板表面进行除油、除锈处理；
B、在490～510℃条件下热浸镀稀土合金热浸镀层；其中，所述稀土合金热浸镀层的成分组成以质量％计含有：镁0.1～0.8％、铝0.05～0.15％、镧和钒0.002～0.090％、镍0.03～0.09％、铋0.01～0.25％、铅0.05～0.13％、剩余部分包括锌和不可避免的杂质；其中，镧和钒的质量之比为1：(0.42～0.48)；
C、热浸镀结束后进行冷却，以0.6～0.9℃/s的平均冷却速度冷却至150℃；
D、然后在360～400℃条件下，进行退火，退火时间为40～80s，得到所述稀土合金热浸镀层钢板。
优选的，步骤B中，在495℃条件下热浸镀所述稀土合金热浸镀层。
优选的，所述稀土合金热浸镀层的厚度为2～100um。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
本发明的稀土合金热浸镀层钢板通过精选镀层(即稀土合金热浸镀层)的原料组成，并优化各原料含量，选择了适当配比的镁、铝、镧和钒、镍、铋、铅等，既充分发挥各自的优点，又相互补充，相互促进，提升产品的质量稳定性，制得的稀土合金热浸镀层钢板的镀层(即稀土合金热浸镀层)与基体钢板的抗拉结合强度高；在同等镀层厚度的情况下，对于传统纯锌镀层，其耐腐蚀性有了很大的提高，提升175％以上，可满足重防腐要求，如海洋腐蚀气氛环境下对桥梁钢丝的需要，具有广阔的市场前景；且得到的镀层表面十分平整光滑。
本发明的稀土合金热浸镀层钢板添加适当比例的镧和钒，与其他组分相互配合，起到良好的协同作用，主要起到净化稀土合金热浸镀层杂质，减少夹杂物总量，使夹杂物与金属接触面这类腐蚀场所减少，还增加稀土合金热浸镀层的晶相球化，增加晶相刚度，从而使制得的稀土合金热浸镀层钢板的镀层(即稀土合金热浸镀层)耐腐蚀性有了很大的提高；还有助于稀土合金热浸镀层与基体钢板的钉扎作用，增加结合强度和紧密性。
本发明的稀土合金热浸镀层钢板添加适当比例的铝，与其他组分相互配合，起到良好的协同作用，主要起到改善合金铸造性能，增加合金流动性，细化晶粒，促进固溶强化，提高镀层机械性能；降低Zn对铁的反应能力，减少对铁质材料的侵蚀；铝含量控制在0.05～0.15％(因为加入了其他元素，对整体流动性有一定影响)。主要考虑到所要求的强度及流动性，流动性好是获得一个完整、尺寸精确、表面光滑的铸件必需的条件。
本发明的稀土合金热浸镀层钢板添加适当比例的镁，与其他组分相互配合，起到良好的协同作用，主要起到减少晶间腐蚀；细化合金组织，从而增加合金的强度；改善合金的抗磨损性能。
本发明的稀土合金热浸镀层钢板中适当比例的镍、铋、铅、铈、钛等，与其他组分相互配合，起到良好的协同作用，使本发明的稀土合金热浸镀层钢板(主要是稀土合金热浸镀层)耐腐蚀性有了进一步的提高。
本发明的生产方法工艺简单，操作简便，节省了人力和设备成本。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明的优选实施方案进行描述，但是不能理解为对本专利的限制。
下述实施例中所述试验方法或测试方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均从常规商业途径获得，或以常规方法制备。
实施例1：
一种稀土合金热浸镀层钢板，包括基体钢板和稀土合金热浸镀层；所述稀土合金热浸镀层覆盖于所述基体钢板表面上；所述稀土合金热浸镀层的成分组成以质量％计含有：
镁0.1～0.8％、铝0.05～0.15％、镧和钒0.002～0.090％、镍0.03～0.09％、铋0.01～0.25％、铅0.05～0.13％、剩余部分包括锌和不可避免的杂质；其中，镧和钒的质量之比为1：(0.42～0.48)。
优选的，所述稀土合金热浸镀层的成分组成以质量％计含有：
镁0.25～0.65％、铝0.08～0.13％、镧和钒0.038～0.082％、镍0.04～0.08％、铋0.11～0.21％、铅0.07～0.12％、剩余部分包括锌和不可避免的杂质；其中，镧和钒的质量之比为1：(0.44～0.47)。
优选的，所述稀土合金热浸镀层的成分组成以质量％计含有：
镁0.55％、铝0.11％、镧和钒0.072％、镍0.06％、铋0.16％、铅0.09％、剩余部分包括锌和不可避免的杂质；其中，镧和钒的质量之比为1：0.46。
优选的，所述基体钢板为碳钢材质。
优选的，所述稀土合金热浸镀层的成分组成以质量％计，进一步含有：
铈0.001～0.140％。
优选的，所述稀土合金热浸镀层的成分组成以质量％计，进一步含有：
钛0.006～0.120％。
本实施例还提供一种稀土合金热浸镀层钢板的生产方法，包括下列步骤：
A、对基体钢板表面进行除油、除锈处理；
B、在490～510℃条件下热浸镀稀土合金热浸镀层；其中，所述稀土合金热浸镀层的成分组成以质量％计含有：镁0.1～0.8％、铝0.05～0.15％、镧和钒0.002～0.090％、镍0.03～0.09％、铋0.01～0.25％、铅0.05～0.13％、剩余部分包括锌和不可避免的杂质；其中，镧和钒的质量之比为1：(0.42～0.48)；
C、热浸镀结束后进行冷却，以0.6～0.9℃/s的平均冷却速度冷却至150℃；
D、然后在360～400℃条件下，进行退火，退火时间为40～80s，得到所述稀土合金热浸镀层钢板。
优选的，步骤B中，在495℃条件下热浸镀所述稀土合金热浸镀层。
优选的，所述稀土合金热浸镀层的厚度为2～100um。
实施例2：
一种稀土合金热浸镀层钢板，包括基体钢板和稀土合金热浸镀层；所述稀土合金热浸镀层覆盖于所述基体钢板表面上；所述稀土合金热浸镀层的成分组成以质量％计含有：
镁0.25％、铝0.08％、镧和钒0.038％、镍0.04％、铋0.11％、铅0.07％、剩余部分包括锌和不可避免的杂质；其中，镧和钒的质量之比为1：0.44。
在本实施例中，所述基体钢板为45碳钢板。
在本实施例中，所述稀土合金热浸镀层的成分组成以质量％计，进一步含有：
铈0.085％。
在本实施例中，所述稀土合金热浸镀层的成分组成以质量％计，进一步含有：
钛0.092％。
在本实施例中，所述的稀土合金热浸镀层钢板的生产方法，包括下列步骤：
A、对基体钢板表面进行除油、除锈处理；
B、在490℃条件下热浸镀所述稀土合金热浸镀层；
C、热浸镀结束后进行冷却，以0.6℃/s的平均冷却速度冷却至150℃；
D、然后在360℃条件下，进行退火，退火时间为80s，得到所述稀土合金热浸镀层钢板。
在本实施例中，步骤B中，在495℃条件下热浸镀所述稀土合金热浸镀层。
在本实施例中，所述稀土合金热浸镀层的厚度为60um。
实施例3：
一种稀土合金热浸镀层钢板，包括基体钢板和稀土合金热浸镀层；所述稀土合金热浸镀层覆盖于所述基体钢板表面上；所述稀土合金热浸镀层的成分组成以质量％计含有：
镁0.65％、铝0.13％、镧和钒0.082％、镍0.08％、铋0.21％、铅0.12％、剩余部分包括锌和不可避免的杂质；其中，镧和钒的质量之比为1：0.47。
在本实施例中，所述基体钢板为45碳钢板。
在本实施例中，所述稀土合金热浸镀层的成分组成以质量％计，进一步含有：
铈0.093％。
在本实施例中，所述稀土合金热浸镀层的成分组成以质量％计，进一步含有：
钛0.110％。
在本实施例中，所述的稀土合金热浸镀层钢板的生产方法，包括下列步骤：
A、对基体钢板表面进行除油、除锈处理；
B、在510℃条件下热浸镀所述稀土合金热浸镀层；
C、热浸镀结束后进行冷却，以0.9℃/s的平均冷却速度冷却至150℃；
D、然后在400℃条件下，进行退火，退火时间为40s，得到所述稀土合金热浸镀层钢板。
在本实施例中，步骤B中，在495℃条件下热浸镀所述稀土合金热浸镀层。
在本实施例中，所述稀土合金热浸镀层的厚度为60um。
实施例4：
一种稀土合金热浸镀层钢板，包括基体钢板和稀土合金热浸镀层；所述稀土合金热浸镀层覆盖于所述基体钢板表面上；所述稀土合金热浸镀层的成分组成以质量％计含有：
在本实施例中，所述稀土合金热浸镀层的成分组成以质量％计含有：
镁0.55％、铝0.11％、镧和钒0.072％、镍0.06％、铋0.16％、铅0.09％、剩余部分包括锌和不可避免的杂质；其中，镧和钒的质量之比为1：0.46。
在本实施例中，所述基体钢板为45碳钢板。
在本实施例中，所述稀土合金热浸镀层的成分组成以质量％计，进一步含有：
铈0.105％。
在本实施例中，所述稀土合金热浸镀层的成分组成以质量％计，进一步含有：
钛0.075％。
在本实施例中，所述的稀土合金热浸镀层钢板的生产方法，包括下列步骤：
A、对基体钢板表面进行除油、除锈处理；
B、在505℃条件下热浸镀所述稀土合金热浸镀层；
C、热浸镀结束后进行冷却，以0.8℃/s的平均冷却速度冷却至150℃；
D、然后在380℃条件下，进行退火，退火时间为60s，得到所述稀土合金热浸镀层钢板。
在本实施例中，步骤B中，在495℃条件下热浸镀所述稀土合金热浸镀层。
在本实施例中，所述稀土合金热浸镀层的厚度为60um。
对比例1：
一种热浸镀层钢板，包括基体钢板和热浸镀层；所述热浸镀层覆盖于所述基体钢板表面上，且所述热浸镀层为纯锌镀层，厚度为60um。
在本实施例中，所述基体钢板为45碳钢板。
其生产方法参照现有方法。
下面对本发明实施例2至实施例4得到的稀土合金热浸镀层钢板以及对比例1的热浸镀层钢板进行性能测试，测试结果如表1所示：
1、结合强度测试：
结合强度测试实验采用CSS-44100电子万能试验机测定热浸镀层与基体钢板的抗拉结合强度。
2、中性盐雾实验：
在ATLASCCX2000盐雾箱中进行偶接试样的加速腐蚀实验，盐雾实验按照GB-T10125-1997标准进行，实验条件：在制备的(50±5)g/L中性NaCl溶液中，实验温度控制在(35±1)℃进行连续盐雾。首先将试样置于室温中放置48h，之后分别将试样与垂直方向呈20°放置于盐雾箱支架上，暴露5、15、30和大于30天后取样(根据实际情况确定后续实验时间)。盐雾实验后，用去离子水清洗掉表面附着的沉积盐，冷风吹干后，进行表面腐蚀状态观测。
表1
Figure BDA0002309228620000081
从上表可以看出，本发明的稀土合金热浸镀层钢板具有以下优点：本发明的稀土合金热浸镀层钢板的镀层(即稀土合金热浸镀层)与基体钢板的抗拉结合强度高；在同等镀层厚度的情况下，对于传统纯锌镀层，其耐腐蚀性有了很大的提高，提升175％以上；且得到的镀层表面十分平整光滑。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种稀土合金热浸镀层钢板的生产方法，其特征在于，包括下列步骤：
A、对基体钢板表面进行除油、除锈处理，所述基体钢板为碳钢材质；
B、在490～510℃条件下热浸镀稀土合金热浸镀层，所述稀土合金热浸镀层的厚度为2～100μ m ；其中，所述稀土合金热浸镀层的成分组成以质量％计含有：镁0.1～0.8%、铝0.05～0.15%、镧和钒0.002～0.090%、镍0.03～0.09%、铋0.01～0.25%、铅0.05～0.13%、铈0.001～0.140%、钛0.006～0.120%，剩余部分包括锌和不可避免的杂质；其中，镧和钒的质量之比为1：(0.42～0.48)；
C、热浸镀结束后进行冷却，以0.6～0.9℃/s的平均冷却速度冷却至150℃；
D、然后在360～400℃条件下，进行退火，退火时间为40～80s，得到所述稀土合金热浸镀层钢板。
2.根据权利要求1所述的稀土合金热浸镀层钢板的生产方法，其特征在于，步骤B中，在495℃条件下热浸镀所述稀土合金热浸镀层。
3.一种采用权利要求1或2所述的生产方法得到制得的稀土合金热浸镀层钢板。
4.根据权利要求3所述的稀土合金热浸镀层钢板，其特征在于，所述稀土合金热浸镀层的成分组成以质量％计含有：
镁0.25～0.65%、铝0.08～0.13%、镧和钒0.038～0.082%、镍0.04～0.08%、铋0.11～0.21%、铅0.07～0.12%、剩余部分包括锌和不可避免的杂质；其中，镧和钒的质量之比为1：(0.44～0.47)。
5.根据权利要求4所述的稀土合金热浸镀层钢板，其特征在于，所述稀土合金热浸镀层的成分组成以质量％计含有：
镁0.55%、铝0.11%、镧和钒0.072%、镍0.06%、铋0.16%、铅0.09%、剩余部分包括锌和不可避免的杂质；其中，镧和钒的质量之比为1：0.46。
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