CN111304573A - 具有优异耐蚀性的锌铝镁合金镀层钢板及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及具有优异耐蚀性的锌铝镁合金镀层钢板及其制备方法，属于热浸镀技术领域。本发明提供的优异耐蚀性的锌铝镁合金镀层钢板，其镀层的化学成分为铝6.5～14.9％，镁2.3～4.5％，硅0.05～0.32％，镧0.02～0.20％，铈0.02～0.20％，镧+铈为0.05～0.30％，其余为锌及不可避免的杂质，制备方法包括脱脂清洗、连续退火、热浸镀、气刀吹扫、冷却、表面处理、卷取。本发明的锌铝镁合金镀层钢板表面质量良好，具有优良的耐蚀性、成形性、切口防护性和涂装性，用于建筑、交通运输、农业及畜牧业、电气控制柜制造业等领域，完全满足用户使用要求。

Description

具有优异耐蚀性的锌铝镁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，具体涉及具有优异耐蚀性的锌铝镁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。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”(W Al＜5％)、“中铝”(5％≤W Al＜13％)和“高铝”(47％≤WAl≤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。热浸镀Zn-Al-Mg合金镀层钢板目前主要应用领域在建筑行业，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。
由于中铝含量的Zn-Al-Mg合金镀层钢板平板耐蚀性、切口耐蚀性和成形性均优于热镀铝锌板，可满足对耐蚀性、成形性更高要求的建筑用户要求，因此，为实现热镀锌板产品品种在建筑领域使用的升级换代，有必要开展热浸镀Zn-Al-Mg合金镀层钢板及其制备方法研究。
发明内容
为解决上述现有技术存在的问题，本发明提供具有优异耐蚀性的锌铝镁合金镀层钢板，以重量百分比计所述镀层的化学成分包括铝6.5～14.9％，镁2.3～4.5％，硅0.05～0.32％，镧0.02～0.20％，铈0.02～0.20％，镧+铈为0.05～0.30％，其余为锌及不可避免的杂质。
其中，双面镀层重量为10-240g/m2。
本发明还公开上述具有优异耐蚀性的锌铝镁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、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40～90℃，碱液游离碱度为50～90Pt(点)，电解槽电解电流5000-7000A，清洗槽游离碱度≤12Pt(点)，带钢的烘干温度≥110℃。
其中，连续退火工艺过程控制炉内氢气≥5.0％，入锌锅温度为400～520℃。
其中，热浸镀过程控制镀液温度为400～515℃。
进一步的，控制入锌锅温度与锌锅温度的温差在±5℃。
其中，气刀工艺采用N2。
具体的，气刀高度为≥150mm，气刀距离≥25mm，气刀压力5～80Kpa。
其中，镀后进行快冷，控制带钢到达顶部转向辊的温度≤260℃。
本发明的有益效果：
本发明的锌铝镁合金镀层钢板表面质量良好，具有优良的耐蚀性、成形性、切口防护性和涂装性，用于建筑、交通运输、农业及畜牧业、电气控制柜制造业等领域，完全满足用户使用要求。
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。在建筑领域，由于成型较为简单，为进一步提高Zn-Al-Mg合金镀层钢板耐蚀性和切口的防护性，一般采用中铝和高铝的成分体系。
本发明设计镀层化学成分的思路如下：
增加适量的硅是可以抑制Al-Zn-Fe中间合金相的生长，使镀层具有良好的附着性，使其在冲压成型时具有良好的成形性，用量范围是根据其对镀层的成形性等性能的影响来确定的，当低于0.05％时，其对中间合金相的作用效果不明显，可能造成镀层附着性差，成形性差的问题。
增加适量的稀土可增大镀液的流动性，提高镀层表面质量，减少锌粒等缺陷，可细化镀层晶粒，但对耐蚀性、成形性、附着性没有明显影响。稀土中的镧和铈作用较为明显，且具有协同作用，当其总量低于0.05％时，其作用效果不明显；当总量超过0.30时，效果未见有提升，但烧损严重，生产成本增大。
基于上述考虑，本发明将具有优异耐蚀性的锌铝镁合金镀层钢板镀层的主要化学成分设置为：以重量百分比计铝6.5～14.9％，镁2.3～4.5％，硅0.05～0.32％，镧0.02～0.20％，铈0.02～0.20％，并且镧+铈的重量和为0.05～0.30％，其余为锌及不可避免的杂质。
其中，钢板双面镀层重量为10～240g/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，也可以是结构钢。
本发明还提供上述优异耐蚀性的锌铝镁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、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40～90℃，碱液浓度控制在50～90点，电解槽电解电流控制在7000-8000A，漂洗槽碱性≤12点，带钢的烘干温度≥110℃。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。
其中，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≥5.0％，其余为氮气，钢板入锌锅温度为400～520℃。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400～515℃。
进一步的，控制入锌锅温度与镀液温度的温差在±5℃。
由于Al、Mg的活性较强，易被氧化，采用N2气刀可确保镀液表面不被氧化物覆盖，提高表面质量。因此作为优选的，气刀工艺采用N2。
具体的，气刀高度为≥150mm，气刀距离≥25mm，气刀压力5～80Kpa。
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≤260℃。
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。
切口耐蚀性：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，试样规格为75mm*150mm×0.8mm，不进行封边处理，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1
本实施例的锌铝镁合金镀层钢板，其镀层重量150g/m2(双面)，镀层的主要成分为：铝6.5％，镁4.3％，硅0.20％，镧0.03％，铈0.04％，其余为锌及不可避免的杂质。
本实施例的锌铝镁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50℃，脱脂槽碱液浓度为80点、电解电流6000A，清洗槽碱性10点，带钢的烘干温度135℃；连续退火工艺中，炉内氢气5.6％，入锌锅温度为412℃；热浸镀工艺中，镀液温度410℃，镀液成分为铝6.5％，镁4.3％，硅0.20％，其余为锌和不可避免的杂质；气刀工艺中，气刀高度为280mm，气刀距离45/45mm，气刀压力16Kpa；冷却工艺中，镀后快冷，带钢到达顶部转向辊的温度255℃；表面涂油处理。
经检测，本实施例的锌铝镁合金镀层钢板表面质量良好，具有优良的耐蚀性、成形性、切口防护性和涂装性，在中性盐雾试验条件下出现红锈的时间在1500h以上，切口处在中性盐雾试验条件下出现红锈的时间在1000h以上，0T折弯后未见有明显裂纹，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
本实施例的锌铝镁合金镀层钢板，其镀层重量100g/m2(双面)，镀层的主要成分为：铝9.8％，镁2.5％，硅0.15％，，镧0.06％，铈0.05％，其余为锌及不可避免的杂质。
本实施例的锌铝镁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70℃，脱脂槽碱液浓度为55点、电解电流6500A，清洗槽碱性8点，带钢的烘干温度115℃；连续退火工艺中，炉内氢气6.3％，入锌锅温度为485℃；热浸镀工艺中，镀液温度480℃，镀液成分为铝9.8％，镁2.5％，硅0.15％，其余为锌和不可避免的杂质；气刀工艺中，气刀高度为360mm，气刀距离40/40mm，气刀压力38Kpa；冷却工艺中，镀后快冷，带钢到达顶部转向辊的温度240℃；表面涂油处理。
经检测，本实施例的锌铝镁合金镀层钢板表面质量良好，具有优良的耐蚀性、成形性、切口防护性和涂装性，在中性盐雾试验条件下出现红锈的时间在1400h以上，切口处在中性盐雾试验条件下出现红锈的时间在900h以上，0T折弯后未见有明显裂纹，喷涂后喷涂涂层的附着性优良，完全满足用户要求。
实施例3
本实施例的锌铝镁合金镀层钢板，其镀层重量40g/m2(双面)，镀层的主要成分为：铝14.1％，镁3.2％，硅0.30％，镧0.20％，铈0.08％，其余为锌及不可避免的杂质。
本实施例的锌铝镁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70℃，脱脂槽碱液浓度为70点、电解电流7000A，清洗槽碱性7点，带钢的烘干温度125℃；连续退火工艺中，炉内氢气6.5％，入锌锅温度为465℃；热浸镀工艺中，镀液温度468℃，镀液成分为铝14.1％，镁3.2％，硅0.30％，其余为锌和不可避免的杂质；气刀工艺中，气刀高度为240mm，气刀距离35/35mm，气刀压力50Kpa；冷却工艺中，镀后快冷，带钢到达顶部转向辊的温度252℃；表面钝化处理。
经检测，本实施例的锌铝镁合金镀层钢板表面质量良好，具有优良的耐蚀性、成形性、切口防护性，在中性盐雾试验条件下出现红锈的时间在1000h以上，切口处在中性盐雾试验条件下出现红锈的时间在600h以上，0T折弯后未见有明显裂纹，完全满足用户要求。
表1锌铝镁镀层化学成分
Al/％ Si/％ Mg/％ Zn/％ 镧/％ 铈/％
实施例1 6.5 0.20 4.3 余 0.03 0.04
实施例2 9.8 0.15 2.5 余 0.06 0.05
实施例3 14.1 0.30 3.2 余 0.20 0.08
表2锌铝硅镀层热浸镀工艺
Figure BDA0002419599140000061
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 (10)

1.具有优异耐蚀性的锌铝镁合金镀层钢板，其特征在于：以重量百分比计所述镀层的化学成分包括铝6.5～14.9％，镁2.3～4.5％，硅0.05～0.32％，镧0.02～0.20％，铈0.02～0.20％，镧+铈为0.05～0.30％，其余为锌及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的具有优异耐蚀性的锌铝镁合金镀层钢板，其特征在于：所述钢板双面镀层重量为10-240g/m2。
3.权利要求1所述的具有优异耐蚀性的锌铝镁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、表面处理、卷取。
4.根据权利要求3所述的具有优异耐蚀性的锌铝镁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所述的具有优异耐蚀性的锌铝镁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40～90℃，碱液游离碱度为50～90点，电解槽电解电流5000-7000A，清洗槽游离碱度≤12点，带钢的烘干温度≥110℃。
6.根据权利要求3所述的具有优异耐蚀性的锌铝镁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≥5.0％，钢板入锌锅温度为400～520℃。
7.根据权利要求3～6任一项所述的具有优异耐蚀性的锌铝镁合金镀层钢板的制造方法，其特征在于：所述热浸镀过程镀液为400～515℃；镀液成分为铝6.5～14.9％，镁2.3～4.5％，硅0.05～0.32％，镧0.02～0.20％，铈0.02～0.20％，镧+铈为0.05～0.30％，其余为锌及不可避免的杂质。
8.根据权利要求7所述的具有优异耐蚀性的锌铝镁合金镀层钢板的制备方法，其特征在于：所述入锌锅温度与锌锅温度的温差控制在±5℃。
9.根据权利要求3所述的具有优异耐蚀性的锌铝镁合金镀层钢板的制备方法，其特征在于：所述气刀工艺采用N2；气刀高度为≥150mm，气刀距离≥25mm，气刀压力5～80Kpa。
10.根据权利要求3所述的具有优异耐蚀性的锌铝镁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≤260℃。
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