CN111270182A

CN111270182A - 热浸镀Zn-Al-Mg合金镀层钢板及其制备方法

Info

Publication number: CN111270182A
Application number: CN202010202641.0A
Authority: CN
Inventors: 董学强; 郭太雄; 金永清; 冉长荣
Original assignee: Pangang Group Panzhihua Iron and Steel Research Institute Co Ltd
Current assignee: Pangang Group Panzhihua Iron and Steel Research Institute Co Ltd
Priority date: 2020-03-20
Filing date: 2020-03-20
Publication date: 2020-06-12

Abstract

本发明涉及热浸镀Zn‑Al‑Mg合金镀层钢板及其制备方法，属于热浸镀技术领域。本发明提供的热浸镀Zn‑Al‑Mg合金镀层钢板，其镀层的化学成分为铝1.0～2.5％，镁1.1～2.8％，重量比Mg/Al＝0.5～1.2，不可避免的杂质总和≤0.015％，其余为锌，制备方法包括脱脂清洗、连续退火、热浸镀、气刀吹扫、冷却、光整、表面处理、卷取。本发明的热浸镀Zn‑Al‑Mg合金镀层钢板具有优良的耐蚀性、成形性和涂装性，可不采用N₂气刀，表面质量良好，可冲压成型后作为家电内部件使用，也可喷涂后用于家电外部件，完全满足家电用户使用要求。

Description

热浸镀Zn-Al-Mg合金镀层钢板及其制备方法

技术领域

本发明属于热浸镀技术领域，具体涉及热浸镀Zn-Al-Mg合金镀层钢板及其制备方法。

背景技术

耐蚀性的提升是镀层钢板持续追求的主要目标。随着用户市场对材料耐蚀性的要求越来越高，目前在世界各国广泛应用于建筑、汽车及家电制造等行业的热镀锌(GI)和热镀55％Al-Zn合金镀层(GL)钢板等已属于“传统”镀层钢板，用户期待研发性能更优的镀层钢板。热浸镀Zn-Al-Mg合金镀层钢板正是应运而生的新型镀层钢板。

Zn-Al-Mg合金镀层于20世纪80年代在国外引起广泛关注，成为热浸镀锌及锌合金镀层专业领域的研究重点。从国内外同行的研究结果来看，在镀层Zn、Al含量同等水平条件下，添加Mg的热浸镀Zn-Al-Mg合金镀层钢板具有更优的耐蚀性，且材料的加工应用性能(成形性、焊接性及涂装性)优良，可替代现行相应的热浸镀锌或锌合金镀层钢板，市场需求前景十分广阔。

热浸镀Zn-Al-Mg合金镀层钢板于21世纪初期先后在新日铁、日新制钢、蒂森克虏伯等钢铁公司实现了工业化生产及应用，目前主要应用领域在建筑行业，正逐步在向家电、汽车制造等行业推广应用。不同品种的Zn-Al-Mg合金镀层钢板，其镀层中的Al、Mg含量不同，镀层组织结构和质量性能存在差异，因而应用领域也有所不同，而且随着Al和Mg含量的增多，镀层的耐蚀性升高，但成形性能和焊接性能下降。

我国对Zn-Al-Mg合金镀层的研究较晚，目前仅宝钢、鞍钢、酒钢及山东科瑞等企业推出了热浸镀Zn-Al-Mg合金镀层钢板。热浸镀Zn-Al-Mg合金镀层钢板通常可分为“低铝”(WAl＜5％)、“中铝”(5％≤W Al＜13％)和“高铝”(47％≤W Al≤57％)三种类型。宝钢于2016年成功进行了“低铝”和“高铝”的Zn-Al-Mg镀层钢板首次工业试制，验证了其在现有热镀锌机组上生产的可行性。然而，试制结果表明，热浸镀Zn-Al-Mg镀层的生产难度比纯锌镀层大，主要表现在镀液表面氧化增加、镀层表面缺陷增多等。因此，为确保镀液表面不被氧化物覆盖，提高表面质量，一般需要采用N₂气刀，但这不仅不利于无气刀镀锌线生产锌铝镁产品，还造成了N₂的浪费，增加了生产成本。

发明内容

本发明为解决现上述有技术存在的问题，提供热浸镀Zn-Al-Mg合金镀层钢板，以重量百分比计所述镀层的化学成分包括铝1.0～2.5％，镁1.1～2.8％，铝镁的重量比Mg/Al＝0.5～1.2，其余为锌及不可避免的杂质，不可避免的杂质总和≤0.015％，其中铅≤0.003％，锑≤0.002％，硅≤0.005％，锡≤0.001％。

其中，钢板双面镀层重量为20g～270g/m²。

本发明还公开上述热浸镀Zn-Al-Mg合金镀层钢板的制备方法，包括脱脂清洗、连续退火、热浸镀、气刀吹扫、冷却、光整、表面处理、卷取。

其中，脱脂清洗过程包括钢板在碱液槽和电解槽中脱脂处理，然后在漂洗槽清洗的步骤。

进一步的，脱脂清洗过程碱液槽碱液温度控制在60～90℃，碱液游离碱度为70～90Pt(点)，电解槽电解电流6000-8000A，清洗槽游离碱度≤8Pt(点)，带钢的烘干温度≥100℃。

其中，连续退火工艺过程控制炉内氢气≥3.5％，钢板入锌锅温度为380～460℃。

其中，热浸镀过程控制镀液温度为390～450℃。

进一步的，控制入锌锅温度与锌锅温度的温差在±10℃。

其中，热浸镀过程控制镀液成分为铝1.0～2.5％，镁1.1～2.8％，铝镁的重量比Mg/Al＝0.5～1.2，其余为锌及不可避免的杂质，不可避免的杂质总和≤0.015％，其中铅≤0.003％，锑≤0.002％，硅≤0.005％，锡≤0.001％。

其中，气刀工艺采用空气。

具体的，气刀工艺为气刀高度为≥200mm，气刀距离≥30mm，气刀压力10～60Kpa。

其中，镀后进行快冷，控制带钢到达顶部转向辊的温度≤300℃。

其中，光整工艺控制工作辊表面粗糙度Ra＝2.0～10.0μm，延伸率0.6～1.5％。

本发明的有益效果：

本发明通过对镀液Al、Mg成分含量的控制及其含量比例的匹配，在不添加Si、Re、Ti等元素的情况下镀层具有良好的耐蚀性、成形性、焊接性等性能；

本发明制备方法不采用N₂气刀，可生产出表面质量良好的锌铝镁合金镀层钢板，在普通的热镀锌机组即可生产锌铝镁合金镀层产品；

本发明的热浸镀Zn-Al-Mg合金镀层钢板具有优良的耐蚀性、成形性和涂装性，表面质量良好，可冲压成型后作为家电内部件使用，也可喷涂后用于家电外部件，完全满足家电用户使用要求。

具体实施方式

对于不同品种的Zn-Al-Mg合金镀层钢板，其镀层中的Al、Mg含量不同，镀层组织结构和质量性能存在差异，因而应用领域也有所不同。随着Al和Mg含量的增多，镀层的耐蚀性升高，但成形性能和焊接性能下降。不同的用户根据自身需求的不同，热浸镀Zn-Al-Mg合金镀层钢板的成分体系有较大的差异，生产工艺也有很大不同。在家电、汽车应用领域，为保证Zn-Al-Mg合金镀层钢板满足用户的冲压成型要求，要具有良好的成形性，需采用低铝的成分体系。

本发明设计镀层化学成分的思路如下：

镀液中的Al能够抑制铁和锌的反应，同时与铁反应生成一层致密的铁铝化合物薄膜，从而减缓锌铁金属间化合物的生长速率，阻碍了铁锌化合物层的生成及增厚，提高镀层的附着力及均匀性。Al含量的增加还可提高镀层的耐蚀性，但同时也会降低镀层的成形性。

镀液中的Mg提高了锌合金的抗晶间腐蚀能力，镀层腐蚀后生成腐蚀产物为致密的层状物，从而显著提高了镀层的耐蚀性和切口耐蚀性；但Mg含量过高，会使镀层脆化，降低镀层的附着力，并且由于Mg性质活泼，易发生氧化，Mg含量的增加会增加表面的锌渣等物质，降低表面质量。

基于上述考虑，本发明提供热浸镀Zn-Al-Mg合金镀层钢板，以重量百分比计所述镀层的化学成分包括铝1.0～2.5％，镁1.1～2.8％，铝镁的重量比Mg/Al＝0.5～1.2，其余为锌及不可避免的杂质，不可避免的杂质总和≤0.015％，其中铅≤0.003％，锑≤0.002％，硅≤0.005％，锡≤0.001％。

其中，钢板双面镀层重量控制在20～270g/m²。

本发明采用的钢板可为普通的冷轧板，既包括低碳铝镇静钢，也可以是IF钢和结构钢。

本发明还提供上述热浸镀Zn-Al-Mg合金镀层钢板的制备方法，主要包括脱脂清洗、连续退火、热浸镀、气刀吹扫、冷却、光整、表面处理、卷取的步骤。

其中，脱脂清洗主要包括在碱液槽和电解槽中脱脂处理，然后在漂洗槽清洗的步骤。

为了能够有效的清洗带钢表面的油脂等残留物以及漂洗过程中带钢表面残留的碱液，同时也能够节约生产成本，本发明可将碱液槽碱液温度控制在60～90℃，碱液浓度控制在70～90点，电解槽电解电流控制在6000-8000A，漂洗槽碱性≤8点，带钢的烘干温度≥100℃。其中，碱液所使用的碱主要成分是NaOH和少量表面活性剂。点是指的游离碱度，目前国内外钢厂均以“点”作为游离碱度的单位。

退火工艺使变形晶粒重新转变为均匀等轴晶粒，同时消除加工硬化和残留内应力，钢的组织和性能恢复到冷变形前状态的热处理工艺，但为了保证高温退火时，带钢表面不被氧化，需进行气体保护。

具体的，本发明连续退火工艺过程以体积百分含量计控制炉内氢气≥3.5％，其余为氮气，钢板入锌锅温度为380～460℃。氢气作为还原性气体，可保证高温退火时，带钢表面不被氧化，从而提高钢板表面活性，提升镀层附着力。

其中，热浸镀过程控制镀液温度为390～450℃。

进一步的，控制入锌锅温度与镀液温度的温差在±10℃。

其中，热浸镀过程镀液成分为铝1.0～2.5％，镁1.1～2.8％，铝镁的重量比Mg/Al＝0.5～1.2，其余为锌及不可避免的杂质，不可避免的杂质总和≤0.015％，其中铅≤0.003％，锑≤0.002％，硅≤0.005％，锡≤0.001％。

其中，本发明气刀工艺采用空气即可，具体的，气刀高度为≥200mm，气刀距离≥30mm，气刀压力10～60Kpa。

其中，镀后进行快冷，可通过控制风机转速实现快速冷却，控制带钢到达顶部转向辊的温度≤300℃。

其中，光整工艺为：工作辊表面粗糙度Ra＝2.0～6.0μm，延伸率0.6～1.5％。

其中，表面处理工艺为涂油或钝化处理。

以下通过实施例对本发明作进一步的解释和说明。

耐蚀性能：采用中性盐雾加速腐蚀试验，试验条件及方法按GB/T10125-2012《人造气氛腐蚀试验盐雾试验》执行，试验仪器为盐雾腐蚀试验箱，以浓度50g/L、pH值6.5的NaCl去离子水溶液为腐蚀介质，试验温度为35±2℃；试样规格为75mm*150mm×0.8mm，且用透明胶带进行尺寸为5mm的封边，以防止端部锈蚀影响结果；试样采取与竖直方向呈15°～25°角放置。观测试样表面产生红色锈蚀的时间。

成形性：将试样进行0T折弯(180°折弯，弯心半径为0mm)，肉眼观测是否出现裂纹，并对弯曲部位在中性盐雾试验条件下测试出现红锈的时间，中性盐雾试验条件及方法按GB/T10125-2012《人造气氛腐蚀试验盐雾试验》执行。

涂装性：对涂油后的镀层钢板经脱脂清洗、陶化或磷化后进行喷涂烘干，然后采用划格法测试喷涂涂层与钢板的结合程度，若未有涂层脱落，则为附着性良好。

实施例中采用的钢板均为普通的低碳铝镇静钢。

实施例1

本实施例的热浸镀Zn-Al-Mg合金镀层钢板，其镀层重量80g/m²(双面)，镀层的主要成分为：铝1.3％，镁1.8％，铅0.002％，锑0.002％，硅0.003％，锡0.001％，其余为锌。

本实施例的热浸镀Zn-Al-Mg合金镀层钢板的制备方法为：脱脂清洗工艺中，槽液温度需控制在75℃，脱脂槽碱液浓度为75点、电解电流7500A，清洗槽碱性6点，带钢的烘干温度125℃；连续退火工艺中，炉内氢气4.8％，入锌锅温度为400℃；热浸镀工艺中，镀液温度390℃，镀液成分为铝1.3％，镁1.8％，不可避免的杂质总和0.012％，其中铅0.002％，锑0.002％，硅0.003％，锡0.001％，其余为锌；气刀工艺中，气刀高度为270mm，气刀距离40/40mm，气刀压力45Kpa；冷却工艺中，镀后快冷，带钢到达顶部转向辊的温度270℃；光整工艺中，工作辊表面粗糙度Ra 3.0μm，延伸率1.2％，表面涂油处理。

经检测，本实施例的热浸镀Zn-Al-Mg合金镀层钢板表面质量良好，具有优良的耐蚀性、成形性和涂装性，在中性盐雾试验条件下出现红锈的时间在800h以上，0T折弯后未见有裂纹且弯曲部位在中性盐雾试验条件下出现红锈的时间在600h以上，喷涂后喷涂涂层的附着性优良，完全满足用户要求。

实施例2

本实施例的热浸镀Zn-Al-Mg合金镀层钢板，其镀层重量100g/m²(双面)，镀层的主要成分为：铝1.9％，镁1.3％，铅0.003％，锑0.002％，硅0.004％，锡0.001％，其余为锌。

本实施例的热浸镀Zn-Al-Mg合金镀层钢板的制备方法为：脱脂清洗工艺中，槽液温度需控制在65℃，脱脂槽碱液浓度为70点、电解电流7000A，清洗槽碱性8点，带钢的烘干温度105℃；连续退火工艺中，炉内氢气3.9％，入锌锅温度为455℃；热浸镀工艺中，镀液温度450℃，镀液成分为铝1.9％，镁1.3％，不可避免的杂质总和0.014％，其中铅0.003％，锑0.002％，硅0.004％，锡0.001％，其余为锌；气刀工艺中，气刀高度为290mm，气刀距离45/45mm，气刀压力35Kpa；冷却工艺中，镀后快冷，带钢到达顶部转向辊的温度270℃；光整工艺中，工作辊表面粗糙度Ra 3.5μm，延伸率1.3％，表面钝化处理。

经检测，本实施例的热浸镀Zn-Al-Mg合金镀层钢板表面质量良好，具有优良的耐蚀性、成形性和涂装性，其在中性盐雾试验条件下出现红锈的时间在1200h以上，0T折弯后未见有裂纹且弯曲部位在中性盐雾试验条件下出现红锈的时间在900h以上，冲压成型后喷涂，喷涂涂层的附着性优良，作为家电外部件使用，完全满足用户要求。

实施例3

本实施例的热浸镀Zn-Al-Mg合金镀层钢板，其镀层重量120g/m²(双面)，镀层的主要成分为：铝2.5％，镁2.6％，铅0.001％，锑0.001％，硅0.002％，锡0.001％，其余为锌。

本实施例的热浸镀Zn-Al-Mg合金镀层钢板的制备方法为：脱脂清洗工艺中，槽液温度需控制在85℃，脱脂槽碱液浓度为70点、电解电流7000A，清洗槽碱性8点，带钢的烘干温度105℃；连续退火工艺中，炉内氢气4.8％，入锌锅温度为410℃；热浸镀工艺中，镀液温度415℃，镀液成分为铝2.5％，镁2.6％，不可避免的杂质总和0.010％，其中铅0.001％，锑0.001％，硅0.002％，锡0.001％，其余为锌；气刀工艺中，气刀高度为360mm，气刀距离42/42mm，气刀压力30Kpa；冷却工艺中，镀后快冷，带钢到达顶部转向辊的温度260℃；光整工艺中，工作辊表面粗糙度Ra 4.0μm，延伸率0.9％，表面涂油处理。

经检测，本实施例的热浸镀Zn-Al-Mg合金镀层钢板表面质量良好，具有优良的耐蚀性、成形性，在中性盐雾试验条件下出现红锈的时间在1600h以上，0T折弯后未见有裂纹且弯曲部位在中性盐雾试验条件下出现红锈的时间在1200h以上，冲压成型后可作为家电内部件使用，完全满足用户要求。

表1锌铝镁镀层化学成分

	Al/％	Mg/％	Pb/％	Sb/％	Si/％	Sn/％	Zn/％
								实施例1	1.3	1.8	0.002	0.002	0.003	0.001	余
实施例2	1.9	1.3	0.003	0.002	0.004	0.001	余
								实施例3	2.5	2.6	0.001	0.001	0.002	0.001	余

表2锌铝镁镀层热浸镀工艺

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims

1.热浸镀Zn-Al-Mg合金镀层钢板，其特征在于：以重量百分比计所述镀层的化学成分包括铝1.0～2.5％，镁1.1～2.8％，铝镁的重量比Mg/Al＝0.5～1.2，其余为锌及不可避免的杂质，不可避免的杂质总和≤0.015％，其中铅≤0.003％，锑≤0.002％，硅≤0.005％，锡≤0.001％。

2.根据权利要求1所述的热浸镀Zn-Al-Mg合金镀层钢板，其特征在于：所述钢板双面镀层重量为20g～270g/m²。

3.权利要求1所述热浸镀Zn-Al-Mg合金镀层钢板的制备方法，其特征在于包括如下步骤：脱脂清洗、连续退火、热浸镀、气刀吹扫、冷却、光整、表面处理、卷取。

4.根据权利要求3所述的热浸镀Zn-Al-Mg合金镀层钢板的制备方法，其特征在于：所述脱脂清洗过程包括钢板在碱液槽和电解槽中脱脂处理，然后在漂洗槽清洗的步骤。

5.根据权利要求4所述的热浸镀Zn-Al-Mg合金镀层钢板的制备方法，其特征在于：所述脱脂清洗过程碱液槽碱液温度控制在60～90℃，碱液游离碱度为70～90点，电解槽电解电流6000-8000A，清洗槽游离碱度≤8点，带钢的烘干温度≥100℃。

6.根据权利要求3所述的热浸镀Zn-Al-Mg合金镀层钢板的制备方法，其特征在于：所述连续退火过程以体积百分含量计控制炉内氢气≥3.5％，钢板入锌锅温度为380～460℃。

7.根据权利要求3～6任一项所述的热浸镀Zn-Al-Mg合金镀层钢板的制备方法，其特征在于：所述热浸镀过程镀液温度为390～450℃；镀液温度与入锌锅温度的温差控制在±10℃；镀液成分为铝1.0～2.5％，镁1.1～2.8％，铝镁的重量比Mg/Al＝0.5～1.2，其余为锌及不可避免的杂质，不可避免的杂质总和≤0.015％，其中铅≤0.003％，锑≤0.002％，硅≤0.005％，锡≤0.001％。

8.根据权利要求3所述的热浸镀Zn-Al-Mg合金镀层钢板的制备方法，其特征在于：所述气刀工艺采用空气；气刀高度为≥200mm，气刀距离≥30mm，气刀压力10～60Kpa。

9.由权利要求3所述的热浸镀Zn-Al-Mg合金镀层钢板的制备方法，其特征在于：镀后进行快冷，控制带钢到达顶部转向辊的温度≤300℃。

10.根据权利要求3所述的热浸镀Zn-Al-Mg合金镀层钢板的制备方法，其特征在于：所述光整工艺为工作辊表面粗糙度Ra＝2.0～6.0μm，延伸率0.6～1.5％。