CN111621706A - 一种无铝花的镀铝硅钢板及其制备工艺、应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无铝花的镀铝硅钢板及其制备工艺、应用，属于金属材料领域。钢板包括基板和镀层，其特征在于：基板的化学成分按质量百分比计为：C≤0.10％，Si≤0.030％，Mn≤1.0％；P≤0.025％；S≤0.025％；Als0.010％～0.065％；N≤0.0040％，余量为Fe和不可避免的杂质；镀层的主要成分为铝，镀层上铝花的尺寸小于1mm；制备工艺步骤为：将铁水经炼钢、连铸、热轧、冷轧、热浸镀铝硅工艺、镀后冷却、喷铝粉工艺、光整工艺，继续进行拉矫、辊涂、烘干、涂油、卷取等工艺，得到无铝花的镀铝硅钢板。本发明生产出无铝花高亮度的高表面质量的镀铝硅产品。

Description

一种无铝花的镀铝硅钢板及其制备工艺、应用
技术领域
本发明属于金属材料领域，涉及一种钢板的热浸镀领域，具体地说是一种无铝花高亮度的高表面质量镀铝硅钢板及生产方法、应用。
背景技术
由于热浸镀铝硅钢板具有优良的耐高温性能、耐腐蚀性能、抗高温氧化性能和高温反射性能等，现已获得广泛的应用。镀铝硅钢板在600℃左右形成单一的铝凝固层，铝硅凝固的相结构是在凝固过程中形成花形的多边形图案，这种花形的多边形图案被称为“铝花”。镀铝硅钢板主要利用其优异的耐高温性能，可在450℃环境下长期使用，用于家电、汽车等耐高温零部件。主要为裸用外观件，对表面质量要求较高，要求无铝花(铝花尺寸＜1mm)。
经检索，中国专利申请号为201910198651.9于2019年6月14日公开了连续热浸镀铝硅合金钢的生产方法，通过调节镀后冷却风机的开度来调整冷却速率，达到控制铝花的效果，对铝花尺寸的影响较小，铝花尺寸在3mm～10mm范围，不能满足高端应用领域对铝花的要求。中国申请号为201910546923.X于2019年8月27日公开了一种恒温控制设备及铝硅家电板生产工艺中提高喷铝粉效果的方法，通过在出铝锅后、冷却前，增加恒温控制设备，但该加热段为电阻加热，钢板在生产时运行速度较快，薄规格达到130m/min，加热效果不明显，对铝花改善效果不大。中国申请号为200680056246.4于2009年11月18日公开了涂覆的钢带材、其制备方法、其使用方法、由其制备的冲压坯料、由其制备的冲压产品和含有这样的冲压产品的制品，该专利针对热成型钢产品，在应用于采用热加工工艺，表面铝花存在对其使用无影响。中国申请号为201811119958.7于2019年1月29日公开了一种控制镀锌板锌花尺寸的方法，中国申请号为201110263748.7于2012年1月25日公开了热镀锌产品表面锌花状态控制方法，主要通过控制基板粗糙度(Ra大于0.8μm)和镀后冷却速度等来控制锌花尺寸。高的基板粗糙度要求，轧辊衰减较快，在酸轧工序需经常更换轧机工作辊。并且通过控制粗糙度和冷却速率对锌花尺寸改善不明显，且改善稳定性欠缺。中国申请号为200910142858.0于2009年9月30日公开了钢板的小锌花镀锌喷雾工艺，主要通过在钢板表面进行喷雾来达到锌花尺寸的目的，水具有一定的粘度，会影响雾化效果，易产生滴水现象，使雾化后钢板表面锌花较大且不均匀，并产生白点等缺陷。并且纯锌产品的浸镀温度在460℃左右，而镀铝硅产品的浸镀温度在600～700℃，浸镀工艺及喷雾冷却工艺存在较大的差异。
申请人致力于研究无铝花、表面质量高的镀层钢板，例如，中国专利申请号为201810544618.2于2018年11月6日公开了一种高表面质量铝镀层钢板及生产方法，主要通过提高轧硬卷的表面粗糙度Ra值(2.0～3.5μm)，及提高镀后冷却速度等措施(60～80℃/s)，来实现减小铝花的目的。生产轧硬卷时，工作辊粗糙度衰减较快，无法保证板面在高粗糙水平，且镀后冷却速度偏大，易造成镀层附着力下降。
因此，开发一种无铝花的镀铝硅钢板及其工艺，是目前亟需解决的问题。
发明内容
1、要解决的问题
针对现有镀铝钢板的铝花无法完全消除的问题，本发明提供一种无铝花的镀铝硅钢板，可以保证铝花的尺寸小于1mm。
本发明还提供一种铝花的镀铝硅钢板的制备工艺，其目的是通过对浸镀工艺、镀后喷铝粉工艺进行控制，配合合适的冷却工艺、光整工艺等，生产出一种无铝花高亮度的高表面质量镀铝硅产品。
2、技术方案
为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。
一种无铝花的镀铝硅钢板，包括基板和镀层，所述基板的化学成分按质量百分比计为：C≤0.10％，Si≤0.030％，Mn≤1.0％；P≤0.025％；S≤0.025％；Als0.010％～0.065％；N≤0.0040％，余量为Fe和不可避免的杂质；所述镀层的主要成分为铝，所述镀层上铝花的尺寸小于1mm，其中，铝花的尺寸小于1mm即可视为无铝花。
进一步地，优选钢种为IF钢产品，即基板的化学成分按质量百分比计优选为：C≤0.0030％，Si≤0.030％，Mn≤0.20％，P≤0.015％，S≤0.010％，Als0.030％～0.055％，Nb≤0.10％，Ti≤0.10％，N≤0.0040％，余量为Fe和不可避免的杂质。
一种上述的无铝花的镀铝硅钢板的制备工艺，步骤为
(1)将铁水经炼钢、连铸、热轧、冷轧后得到基板；其中，轧硬卷粗糙度不做特殊要求其粗糙度控制范围为0.6～2.0μm；
(2)热浸镀铝硅工艺：钢带从炉鼻处出来后进入铝锅，基板进行热浸镀工艺，其中，镀液温度为640～700℃；浸镀时间为2～4s；基板入锅温度为650～700℃；
(3)镀后冷却：将镀后得到的钢带冷却至560℃～630℃；
(4)喷铝粉工艺：铝粉中铝的含量大于99.5％，其余为Fe等不可避免的杂质，铝粉颗粒的直径为5μm～150μm；喷铝粉的流量为150g/h～300g/h；铝粉颗粒通过供粉系统供应至喷铝粉箱；利用循环鼓风机通过狭缝式的喷嘴将Al粉末喷涂在伴有熔融Al的带钢表面；
供铝粉系统主要由铝粉箱、进料器、供料风机及铝粉循环利用风机组成，通过调节不同的转速(转速Max1500rpm)：进料器转速(0～100％)、供料风机转速(0～100％)、循环风机的转速(0～100％)，达到调节喷铝粉量的效果，控制流量达到150g/h～300g/h；优选为进料器转速(80％～90％)、供料风机转速(80％～90％)、循环风机转速(40％～60％)。
(5)光整工艺：采用光整机控制镀铝硅板面粗糙度Ra的范围为0.8μm～1.8μm；
(6)光整工艺后继续进行拉矫、辊涂、烘干、涂油、卷取等工艺，得到无铝花的镀铝硅钢板。
进一步地，步骤(2)中，所述镀液的化学成分按质量百分比计为：Si 2％～12％，Fe1％～3％，其余为Al和少量不可避免的杂质。
进一步地，所述镀液中Si的含量为6％～11％。
进一步地，步骤(2)中，出铝锅后经过气刀吹扫，达到目标镀层重量，基板上的镀层重量为20～175g/m2，即镀层重量范围为(上表面/下表面)：(20/20)g/m2～(175/175)g/m2。
进一步地，步骤(3)中，钢带厚度t＞1.2mm，镀后得到的钢带冷却至560℃～580℃；钢带厚度0.6≤t≤1.2mm，镀后得到的钢带冷却至580℃～600℃；钢带厚度t＜0.6mm，镀后得到的钢带冷却至590-630℃。
进一步地，步骤(4)中，铝粉颗粒的直径为10μm～50μm。
进一步地，喷铝粉工艺结束后，将钢带进行冷却：将步骤(4)喷铝粉后的钢带板面进行快速冷却，冷却速度≥25℃/s，冷却至塔顶辊温度，要求小于300℃，后续风冷或水冷至室温。
一种上述的无铝花的镀铝硅钢板在生产耐高温零部件上的应用。
3、有益效果
相比于现有技术，本发明的有益效果为：
(1)本发明的目的是通过对浸镀工艺、镀后喷铝粉工艺进行控制，配合合适的冷却工艺、光整工艺等，生产出一种无铝花(相当于铝花尺寸小于1mm)高亮度的高表面质量的镀铝硅产品；
(2)本发明热浸镀铝硅工艺中，在镀液中添加硅元素，Si含量控制在2％～12％，优选范围为6％～11％，可以抑制舌状组织Fe2Al5相的形成，减少合金层厚度，合金层为脆性相，在二次加工的过程中镀层易产生裂纹及镀层脱落；
通常铝中铁含量的存在对铝硅镀层外观有不利影响，当铁含量大于5％时将形成无光泽且厚度和疏松性都不均匀的镀层，由于热浸镀铝硅镀液温度较高，钢板在镀液中不可避免会溶解Fe，因此镀液成分中Fe含量选择为1％～3％；
(3)本发明镀液温度为640～700℃，钢板入锅温度为650～700℃；钢带从炉鼻处出来后进入铝锅，镀液温度越高原子扩散能力越强，原子扩散厚度增大；浸镀时间越长原子扩散数目越多，扩散距离越远，镀层厚度亦增大；如果铝液的温度较高，铝会加速与基体的铁反应，形成较厚的合金层，对镀层的结合力造成不利影响，且镀液温度较高，易产生大量的铝渣，造成板面质量下降；铝液的温度过低，则其流动性差，铝层厚度控制较为困难且较为粗糙；
铝花形核后长大需要一定温度及时间，喷铝粉工艺需要在铝硅镀层的凝固点附近才能发挥效果，温度低时，镀层已冷却，铝粉无法起作用，温度高时，铝粉完全融化后，镀层仍未凝固，铝花会再次形成；由于钢带厚度及生产速度不同，钢带出铝锅后至喷铝粉段冷却速率不同；根据钢带厚度的区别，为使喷铝粉工艺发挥优异的效果，本发明中镀液温度为640～700℃，钢板入锅温度为650～700℃；
(4)本发明喷铝粉工艺前，钢带温度为560℃～630℃，为保证不同厚度钢带入喷粉段的温度，在喷铝粉段前设有冷却段，可根据需要进行开闭及调整开口度，根据带钢厚度不同，保证喷铝粉时带钢温度为560℃～630℃范围内；其中：钢板厚度t≥1.2mm，喷粉时带钢温度为560℃～580℃；钢板厚度0.6≤t≤1.2mm，喷粉时带钢温度为580℃～600℃；钢带厚度t＜0.6mm，镀后得到的钢带冷却至590-630℃。
(5)本发明通过在特定的凝固点温度(560℃～630℃)进行喷铝粉，增加新的形核点，抑制铝花的长大，同时喷涂在钢带表面的铝粉也被熔化，吸收了涂层表面的热量，也可抑制铝花尺寸的长大；
铝粉纯度要求Al含量大于99.5％，其余为Fe等不可避免的杂质，铝粉颗粒尺寸控制在5μm～150μm，优选为10μm～50μm范围，若铝粉尺寸偏大，造成形核点减少，铝花控制效果变差；铝粉颗粒通过供粉系统供应至喷铝粉箱；利用循环鼓风机通过狭缝式的喷嘴将Al粉末喷涂在伴有熔融Al的带钢表面；若喷铝粉量偏少，形核点偏少，控制铝花效果不佳，若喷铝粉量较多，铝花控制效果不会再发生变化，且对后续淬水冷却及辊涂等产生影响；
为达到进一步减小铝花尺寸的目的，喷铝粉后通过上冷却风机对板面进行快速冷却，冷却速度≥25℃/s，缩短铝花长大时间，冷却至塔顶辊温度要求小于300℃，后续继续进行风冷及淬水冷却至室温；
(6)本发明在光整工艺处，通过采取控制光整机工作辊辊面粗糙度及光整轧制力等措施，控制镀铝硅板面粗糙度Ra范围为0.8μm～1.8μm，粗糙度较小时，板面呈现界面明显的铝花，铝花偏大且颜色发暗，粗糙度较大时，影响后续的辊涂钝化及产品的耐蚀性。
附图说明
图1为浸镀及冷却工艺；
图2为实施例1中制得的热浸镀铝硅表面外观图；
图3为实施例2中制得的热浸镀铝硅表面外观图；
图4为实施例3中制得的热浸镀铝硅表面外观图；
图5为对比例1中制得的热浸镀铝硅表面外观图；
图6为对比例2中制得的热浸镀铝硅表面外观图；
图7为对比例3中制得的热浸镀铝硅表面外观图；
图8为对比例4中制得的热浸镀铝硅表面外观图。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图对本发明进一步进行描述。
根据本发明中镀液成分、镀液温度、浸镀温度，镀后冷却速度、光整工艺等，通过实例具体说明本专利。
实施例选择的钢种为IF钢产品，其化学成分为：C：≤0.0030％；Si：≤0.030％；Mn：≤0.20％；P：≤0.015％；S：≤0.010％；Als：0.030％～0.055％；Nb：≤0.10％；Ti：≤0.10％；N：≤0.0040％，余量为Fe和不可避免的杂质。
如图1所示，钢水连铸后，经过热轧、酸洗、冷轧，再进行脱脂、退火、热浸镀、冷却、光整、钝化，生产出热浸镀铝硅产品，各实施例及对比例中主要铝锅镀液成分、浸镀工艺、喷铝粉温度等参数见表1所示。
表1镀液化学成分及工艺参数
Figure BDA0002557279590000051
喷铝粉带钢温度、喷铝粉后冷却速度、光整工艺等见表2所示。
表2喷铝粉工艺与光整工艺
Figure BDA0002557279590000061
由实施例1和对比例1分析可得，带钢厚度均为0.4mm，镀液成分，铝粉尺寸、喷铝粉温度、冷却速度及光整粗糙度等参数保持基本一致。变化不同的镀液温度，实施例1镀液温度为700℃，对比例1镀液温度为645℃，喷铝粉前冷却段关闭，最终喷铝粉时带钢温度为：实施例1为600℃，对比例1为560℃。最终铝花尺寸为：实施例1小于1mm，对比例1铝花尺寸在2mm～4mm左右，如图2和图5所示分别为实施例1和对比例1中制得的热浸镀铝硅表面外观图。
由实施例1和对比例3分析可得，带钢厚度均为0.4mm，镀液成分，浸镀温度、喷铝粉温度、冷却速度及光整粗糙度等参数保持基本一致。变化不同的铝粉尺寸，实施例1铝粉尺寸为小于等于10μm，对比例1铝粉尺寸为小于等于160μm。最终铝花尺寸为：实施例1小于1mm，对比例1铝花尺寸在2mm～4mm左右，且铝花尺寸极不均匀，如图2和图7所示分别为实施例1和对比例3中制得的热浸镀铝硅表面外观图。
由实施例2和对比例2分析可得，带钢厚度均为1.5mm，镀液成分，浸镀温度、铝粉尺寸、喷铝粉温度、冷却速度等参数保持基本一致。变化不同的光整粗糙度Ra，实施例2光整后板面粗糙度Ra为1.4μm，对比例2光整后板面粗糙度Ra为0.6μm。最终铝花尺寸为：实施例2小于1mm，对比例2铝花尺寸在2mm～4mm，如图3和图6所示分别为实施例2和对比例2中制得的热浸镀铝硅表面外观图。
由实施例3和对比例4分析可得，带钢厚度均为1.0mm，镀液成分，浸镀温度、铝粉尺寸、喷铝粉温度、光整粗糙度等等参数保持基本一致。变化不同的喷铝粉后冷却速度，实施例3喷铝粉后冷却速度为25℃/s，塔顶辊温度为240℃，对比例4喷铝粉后冷却速度为10℃/s，塔顶辊温度为302℃。最终铝花尺寸为：实施例3小于1mm，对比例4铝花尺寸在2mm～4mm，如图4和图8所示分别为实施例3和对比例4中制得的热浸镀铝硅表面外观图。
从上述实施例可以看出，本发明所生产镀铝硅钢板，表面质量优异，铝花尺寸小于1mm。
上述说明仅对本发明进行了具体的示例性描述，本专利写的基板为IF钢产品，其他低碳钢、结构钢、高强钢等产品仍适用，本专利写的产品为镀铝硅产品，其他镀锌、镀铝锌硅、镀锌铝镁、镀锌铝等产品仍适用。需要说明的是本发明具体的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的技术构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的技术构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种无铝花的镀铝硅钢板，包括基板和镀层，其特征在于：所述基板的化学成分按质量百分比计为：C≤0.10％，Si≤0.030％，Mn≤1.0％；P≤0.025％；S≤0.025％；Als0.010％～0.065％；N≤0.0040％，余量为Fe和不可避免的杂质；所述镀层的主要成分为铝，所述镀层上铝花的尺寸小于1mm。
2.根据权利要求1所述的一种无铝花的镀铝硅钢板，其特征在于：所述基板的化学成分按质量百分比计为：C≤0.0030％，Si≤0.030％，Mn≤0.20％，P≤0.015％，S≤0.010％，Als0.030％～0.055％，Nb≤0.10％，Ti≤0.10％，N≤0.0040％，余量为Fe和不可避免的杂质。
3.一种权利要求1或2所述的无铝花的镀铝硅钢板的制备工艺，其特征在于：步骤为
(1)将铁水经炼钢、连铸、热轧、冷轧后得到基板；
(2)热浸镀铝硅工艺：将基板进行热浸镀工艺，其中，镀液温度为640～700℃；浸镀时间为2～4s；基板入锅温度为650～700℃；
(3)镀后冷却：将镀后得到的钢带冷却至560℃～630℃；
(4)喷铝粉工艺：铝粉中铝的含量大于99.5％，其余为Fe等不可避免的杂质，铝粉颗粒的直径为5μm～150μm；喷铝粉的流量为150g/h～300g/h；
(5)光整工艺：采用光整机控制镀铝硅板面粗糙度Ra的范围为0.8μm～1.8μm；
(6)光整工艺后继续进行拉矫、辊涂、烘干、涂油、卷取等工艺，得到无铝花的镀铝硅钢板。
4.根据权利要求3所述的无铝花的镀铝硅钢板的制备工艺，其特征在于：步骤(2)中，所述镀液的化学成分按质量百分比计为：Si 2％～12％，Fe 1％～3％，其余为Al和少量不可避免的杂质。
5.根据权利要求4所述的无铝花的镀铝硅钢板的制备工艺，其特征在于：所述镀液中Si的含量为6％～11％。
6.根据权利要求3所述的无铝花的镀铝硅钢板的制备工艺，其特征在于：步骤(2)中，基板上的镀层重量为20～175g/m2。
7.根据权利要求3所述的无铝花的镀铝硅钢板的制备工艺，其特征在于：步骤(3)中，钢带厚度t＞1.2mm，镀后得到的钢带冷却至560℃～580℃；钢带厚度0.6≤t≤1.2mm，镀后得到的钢带冷却至580℃～600℃；钢带厚度t＜0.6mm，镀后得到的钢带冷却至590～630℃。
8.根据权利要求3所述的无铝花的镀铝硅钢板的制备工艺，其特征在于：步骤(4)中，铝粉颗粒的直径为10μm～50μm。
9.根据权利要求3所述的无铝花的镀铝硅钢板的制备工艺，其特征在于：喷铝粉工艺结束后，将钢带进行冷却：将步骤(4)喷铝粉后的钢带板面进行快速冷却，冷却速度≥25℃/s，冷却至低于300℃，后续风冷或水冷至室温。
10.一种权利要求1或2所述的无铝花的镀铝硅钢板在生产耐高温零部件上的应用。
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