CN112080746B - 一种锌铝镁镀层钢及其制备方法 - Google Patents

一种锌铝镁镀层钢及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112080746B
CN112080746B CN202010898400.4A CN202010898400A CN112080746B CN 112080746 B CN112080746 B CN 112080746B CN 202010898400 A CN202010898400 A CN 202010898400A CN 112080746 B CN112080746 B CN 112080746B
Authority
CN
China
Prior art keywords
zinc
coating
aluminum
steel substrate
alloy layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202010898400.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112080746A (zh
Inventor
蒋光锐
李研
刘大滔
滕华湘
商婷
王保勇
章军
刘广会
徐呈亮
王海全
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shougang Group Co Ltd
Shougang Jingtang United Iron and Steel Co Ltd
Original Assignee
Shougang Group Co Ltd
Shougang Jingtang United Iron and Steel Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shougang Group Co Ltd, Shougang Jingtang United Iron and Steel Co Ltd filed Critical Shougang Group Co Ltd
Priority to CN202010898400.4A priority Critical patent/CN112080746B/zh
Publication of CN112080746A publication Critical patent/CN112080746A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112080746B publication Critical patent/CN112080746B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/02—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings only including layers of metallic material
    • C23C28/021—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings only including layers of metallic material including at least one metal alloy layer
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C18/00—Alloys based on zinc
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C18/00—Alloys based on zinc
    • C22C18/04—Alloys based on zinc with aluminium as the next major constituent
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C30/00—Alloys containing less than 50% by weight of each constituent
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/02—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/04—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing manganese
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/06—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing aluminium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/08—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing nickel
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/32—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with boron
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/38—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with more than 1.5% by weight of manganese
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C2/00—Hot-dipping or immersion processes for applying the coating material in the molten state without affecting the shape; Apparatus therefor
    • C23C2/04—Hot-dipping or immersion processes for applying the coating material in the molten state without affecting the shape; Apparatus therefor characterised by the coating material
    • C23C2/06—Zinc or cadmium or alloys based thereon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C2/00—Hot-dipping or immersion processes for applying the coating material in the molten state without affecting the shape; Apparatus therefor
    • C23C2/34—Hot-dipping or immersion processes for applying the coating material in the molten state without affecting the shape; Apparatus therefor characterised by the shape of the material to be treated
    • C23C2/36—Elongated material
    • C23C2/40—Plates; Strips

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Coating With Molten Metal (AREA)

Abstract

本发明涉及一种锌铝镁镀层钢及其制备方法，所述锌铝镁镀层钢包括钢基板、合金层和锌铝镁镀层，所述合金层和锌铝镁镀层依次涂覆在所述钢基板表面，所述合金层由如下质量分数的组分组成：Ni：0.1‑20％，Al：10‑40％，余量为Fe以及其它不可避免杂质。本发明提供的锌镁铝镀层钢，其镀层剥离比例为0，镀层粘附性好，镀层厚度波动仅为1‑8％，镀层均匀性好，镀层孔隙率仅为0‑2％，具有良好的致密性，平均腐蚀速率为0.001‑0.03μm/h，耐蚀性好。

Description

一种锌铝镁镀层钢及其制备方法
技术领域
本发明属于钢基板涂镀技术领域，特别涉及一种锌铝镁镀层钢及其制备方法。
背景技术
热镀锌是使熔融的锌及其合金与钢基体反应，从而形成牢固的冶金结合镀层。热镀锌钢具有镀层结合力强、使用寿命长、制造工艺简单、产品价格低等优点，在许多各种不同的工业例如汽车工业、电器工业和建筑工业中的需求日益增加。
常见的热镀锌钢板为纯锌镀层，随着对热镀锌钢板耐蚀要求的提高，传统的纯锌镀层钢板已经无法满足耐蚀性要求，因此开发出了热轧钢板热浸镀锌铝镁合金镀层。
然而，锌铝镁镀层钢虽然耐蚀性好，但是镀层和钢基板之间粘附性差，易脱落，脱落部位更易出现侵蚀。
发明内容
本发明提供了一种锌铝镁镀层钢及其制备方法，以克服锌铝镁镀层钢镀层与钢基板之间粘附性差，镀层易脱落，更易出现侵蚀的问题。
一方面，本发明实施例提供了一种锌铝镁镀层钢，所述锌铝镁镀层钢包括钢基板、合金层和锌铝镁镀层，所述合金层和锌铝镁镀层依次涂覆在所述钢基板表面，所述合金层由如下质量分数的组分组成：Ni：0.1-20％，Al：10-40％，余量为Fe以及其它不可避免杂质。
进一步地，所述合金层的厚度为0.1-2μm。
进一步地，所述镀层由如下质量分数的组分组成：Mg：0.5-4％，Al：1-12％，余量为Zn以及不可避免杂质。
进一步地，所述钢基板包括如下质量分数的化学成分：Si：0.04～1％，Mn：0.2～3％，Cr：0～0.5％，Al：0.06～1％，B：0～0.005％。
进一步地，所述合金层中的中铝的质量分数≥钢基板中合金元素有效质量分数*5。
进一步地，所述钢基板的厚度为0.4-6mm。
第二方面，本发明实施例还提供了上述的一种锌铝镁镀层钢的制备方法，所述方法包括：
获得表面粗糙度Ra≥1μm和/或峰数RPc≥80个的钢基板；
在所述基板表面涂覆合金层；所述合金层由如下质量分数的组分组成：Ni：0.1-20％，Al：10-40％，余量为Fe以及其它不可避免杂质；
预热所述涂覆合金层的钢基板，获得预热钢基板；
将所述预热钢基板浸入温度为400-500℃的镀液中进行热浸镀，获得热浸镀钢基板；
将所述热浸镀钢基板进行第一冷却和第二冷却，获得锌镁铝镀层钢。
进一步地，所述预热温度为400-500℃，所述预热时间为5-20秒。
进一步地，所述预热钢基板的温度与所述镀液的温度之差≤10℃。
进一步地，所述第一冷却终点温度第一冷却结束温度为200℃，第一冷却的冷却速率为1-10℃/s。
本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本发明提供了一种锌铝镁镀层钢及其制备方法，本发明实施例提供了一种锌镁铝镀层钢及其制备方法，在锌镁铝镀层和钢基板之间预先涂覆一层合金层，该合金层为含有Ni元素的Fe-Al合金层，合金层中的Ni元素会与锌镁铝合金层中Zn和Mg作用分别生成Ni-Zn化合物和Ni-Mg化合物，合金层中的Fe元素还会与锌铝镁镀层中的Zn和Al作用分别生成Fe-Al和Fe-Al-Zn的化合物，这些化合物能显著提高镀层和合金层之间的粘附性；合金层中的Al元素还能与钢基板中的Fe元素作用形成Fe-Al化合物，且合金层中的Ni也能够与钢基板中的Fe反应形成Fe-Ni固溶体，这些化合物和固溶体能够显著提高合金层与钢基板之间的粘附性。因此，本发明通过合金层与镀层之间反应形成的化合物来提高合金层与镀层之间的粘附性，通过合金层与钢基板之间形成的化合物和固溶体来提高合金层与钢基板之间的粘附性，这样就间接的提高了钢基板与镀层之间的粘附性。本发明实施例的锌镁铝镀层钢，其镀层剥离比例为0，镀层粘附性好，镀层的厚度波动仅为1-8％，镀层均匀性好，镀层孔隙率仅为0-2％，具有良好的致密性，平均腐蚀速率为0.001-0.03μm/h，耐蚀性好。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例的一种锌镁铝镀层钢的结构示意图；
图2为镁镍相图；
图3为镍锌相图。
具体实施方式
下文将结合具体实施方式和实施例，具体阐述本发明，本发明的优点和各种效果将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解，这些具体实施方式和实施例是用于说明本发明，而非限制本发明。
在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
本发明中，“第一”和“第二”不表示顺序，可以理解为名词。
本发明实施例提供的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
第一方面，本发明实施例提供了一种锌铝镁镀层钢，图1为本发明实施例的一种锌镁铝镀层钢的结构示意图，结合图1，所述锌铝镁镀层钢包括钢基板、合金层和锌铝镁镀层，所述合金层和锌铝镁镀层依次涂覆在所述钢基板表面，所述合金层由如下质量分数的组分组成：Ni：0.1-20％，Al：10-40％，余量为Fe以及其它不可避免杂质。
在传统热浸镀锌(含有Zn和Al元素)过程中，镀层中的Al与钢基板中的Fe反应形成Fe-Al相的中间层，从而使得锌层与钢基板之间形成稳定的冶金结合，从而提高镀锌层的粘附性；锌铝镁镀层中含有Mg元素、Al元素和Zn元素，因此会存在富锌相、富铝相和Mg-Zn相等多种相组织，这些多种相组织以及Mg元素，使得锌铝镁镀层中的Al与钢基板中Fe的反应被延迟，在Mg元素浓度较高以及Mg-Zn相存在的地方，难以形成稳定的Fe-Al相化合物，因此锌铝镁镀层的粘附性相对较差。在锌铝镁镀层与钢基板之间预先涂覆一层含有Ni的Fe-Al合金层，在热浸镀锌铝镁过程中，该合金层中的Fe能够与锌铝镁镀液中的Zn和Al发生反应，形成Fe-Al(Fe2Al5)和Fe-Al-Zn的化合物；合金层中一定量的Ni，结合图2可知，Ni能够与锌铝镁镀液中的Mg形成Mg2Ni以及MgNi2等Ni-Mg化合物；结合图3可知，Ni还能够与锌铝镁镀液中的Zn形成Ni-Zn化合物，这些化合物能够显著提高锌铝镁镀层和合金层之间的粘附性。
合金层中的Al在钢基板预热时则能够与钢基板中的Fe发生反应而形成Fe-Al(Fe2Al5)化合物；合金层中的Ni也能够与钢基板中的Fe反应形成Fe-Ni固溶体，这些化合物和固溶体能够显著提高合金层与钢基板之间的粘附性。同时，钢基板中通常会包含一定量的合金元素，如Mn、Si、Cr、Al、B等。这些合金元素倾向于在钢基板表面富集，形成氧化物。在钢基板表面预先涂覆的一层含有Ni的Fe-Al合金层，在钢基板预热过程中，合金层中的Al能够与钢基板中Mn、Si、Cr、B的氧化物反应，能够改变Al的氧化物形态，形成含有Al的尖晶石结构氧化物，这种氧化物内部结构相对疏松，使得反应生成的氧化物能够较好镶嵌在合金层与钢基板之间，也起到了提高合金层与钢基板粘附性的作用。
合金层使得镀层在凝固过程中不会受到钢基板表面氧化物的影响，从而使得镀层在凝固过程中能够形成均匀生长的晶体，使得镀层表面更加致密，更加光滑平整，没有形成局部镀层生长过快的“爆发”缺陷，也没有出现局部镀层没有覆盖的漏镀等致密性下降的缺陷。如果合金层与镀层之间没有形成良好反应，会导致镀层表面均匀性下降，镀层容易出现漏镀等孔洞缺陷。
合金层中添加较多的Ni和Al，使得在高温下钢基板中的Fe不会直接与镀层中的Al反应，而是首先与合金层中的Ni和Al反应，从而使得锌铝镁镀层在高温下不会出现镀层中的Al全部富集到镀层/钢基板界面的问题，从而保证了镀层的耐蚀性不会出现明显变化。如果合金层中的Al、Ni含量太低，均会使得锌铝镁镀层高温下出现镀层中Al富集到镀层/合金层界面的问题，导致镀层耐蚀性明显下降。
为了满足Ni与锌铝镁镀层中的Zn和Mg的反应要求，合金层中的Ni含量不能太少，至少需要0.1％的Ni。若合金层中的Ni含量过多，Ni会削弱合金层中Al与钢基板中Fe以及多种氧化物(Mn、Si、Cr的氧化物)的反应效率，因此Ni含量不超过20％。
合金层中的Al含量范围为10-40％，若Al含量低于10％，则不利于合金层中Al与钢基板中的Fe形成Fe2Al5化合物，也不利于合金层中的Al与钢基板表面多种氧化物反应。但是合金层中的Al含量不宜太多，因为Al本身主要是与钢基板中的Fe和表面氧化物反应，而与镀层中的Mg难以反应，同时与镀层中的Zn也不能形成稳定的Al-Zn化合物。在锌铝镁镀层中，Mg的化合物比例普遍达到20％以上，甚至超过30％。因此Al含量太高并不能形成更稳定和致密的化合物中间层，反而影响了Ni与镀层中的Mg和Zn的化合反应作用。因此Al含量不能超过40％。
作为本发明实施例的一种实施方式，合金层的厚度可以是0.1-2μm。
合金层应当具有一定的厚度，否则在热浸镀过程中该合金层会完全熔化到锌铝镁镀液中。由于合金层能够与钢基板表面的氧化物形成尖晶石类氧化物，合金层必须能够完全覆盖这种氧化物，才能减少尖晶石类氧化物对热浸镀过程中镀液在合金层表面浸润性的影响，提高镀液与合金层钢基板的反应活性。因此，该合金层的厚度最小值为0.1微米。如果合金层太薄，镀层表面均匀性下降，镀层中容易出现漏镀等孔洞缺陷，同时会使得锌铝镁镀层高温下出现镀层中Al富集到镀层/合金层界面的问题，导致镀层耐蚀性明显下降。但是如果合金层太厚，则合金层本身的脆性就会削弱锌铝镁镀层粘附性，因而该合金层的厚度不超过2微米。
作为本发明实施例的一种实施方式，所述镀层由如下质量分数的组分组成：Mg：0.5-4％，Al：1-12％，余量为Zn以及不可避免杂质。
镀层中Mg提供了锌铝镁镀层的必要的耐蚀性，因此Mg含量不应小于0.5％。但是Mg含量太高容易形成大块的Mg-Zn相，造成镀层脆性，削弱镀层粘附性。
镀层中的Al提供了锌铝镁镀层的长期耐蚀性，因此Al不能小于1％。但是Al含量太高则在镀层中析出较多的大块富铝相，大块富铝相与锌之间形成电化学腐蚀，不利于提高镀层粘附性。因此Al含量不超过12％。
为了提高锌铝镁镀层的粘附性，还应当避免钢基板表面存在的氧化物对镀层粘附性的削弱。在钢基板制造过程中，尤其在热处理(预热钢基板)过程中，钢基板中的合金元素容易发生选择性氧化，在表面形成氧化物。这些氧化物如果尺寸较大，数量较多，则会严重削弱镀液在钢基板表面的浸润性和反应活性。合金层中的Al在高温热浸镀过程中能够与钢基板表面的氧化物发生反应，将部分氧化物还原为金属，或者改变氧化物的形态，使之变为疏松结构，或者成为弥散分布的氧化物，从而避免氧化物的不利影响。因此，合金层中需要有一定的Al。
作为本发明实施例的一种实施方式，所述钢基板包括如下质量分数的化学成分：Si：0.04～1％，Mn：0.2～3％，Cr：0～0.5％，Al：0.06～1％，B：0～0.005％。
钢基板中的Mn、Si和Al大多数来自于炼钢时脱氧添加的脱氧剂，因此含量不能为0，其他合金元素的下限值可以为0。但是合金含量太高，一方面对钢基体本身的强度有较大的影响，另一方面则会导致在钢基体表面形成大片的氧化物薄膜，难以被合金层中的Al还原。作为本发明实施例的一种实施方式，所述合金层中铝的质量分数≥钢基板中合金元素有效质量分数*5。
在本发明实施例中，钢基板中合金元素有效质量分数的计算方法如下：
合金元素有效质量分数＝2Si％+Mn％+0.3Cr％+0.1Al％+100B％。
常见的合金元素Si、Mn、Al、Cr、B在钢基板表面形成的氧化物的活跃程度各不相同，其中，Si元素形成的氧化物难以被合金层中的Al还原，而Cr形成的氧化物则相对最容易被合金层中的Al还原，合金层中的Al形成的氧化物本身容易与Al形成互溶固溶体，减少氧化物的不利作用，Mn的氧化物的反应能力居于Si和Cr之间，B的氧化物比较特殊，属于密堆结构，最难与Al反应。在本发明中，提出了采用2Si％+Mn％+0.3Cr％+0.1Al％+100B％作为钢基板中合金元素有效质量百分数的方法，要求合金层中的中的Al含量大于钢基板中合金元素有效质量百分数5倍，以尽可能的将钢基板表面的氧化物还原为金属，从而避免氧化物的不利影响。
作为本发明实施例的一种实施方式，所述钢基板的厚度为0.4-6mm。
作为本发明实施例的一种实施方式，所述镀层的厚度为5-30μm。
第二方面，本发明实施例还提供了一种锌铝镁镀层钢的制备方法，所述方法包括，
S1，获得表面粗糙度Ra≥1μm和/或峰数RPc≥80个的钢基板；
S2，在所述基板表面涂覆合金层；所述合金层由如下质量分数的组分组成：Ni：0.1-20％，Al：10-40％，余量为Fe以及其它不可避免杂质；
S3，预热所述涂覆合金层的钢基板，获得预热钢基板；
S4，将所述预热钢基板浸入温度为400-500℃镀液中进行热浸镀，获得热浸镀钢基板；
S5，将所述热浸镀钢基板进行第一冷却和第二冷却，获得锌镁铝镀层钢。
钢基板表面的粗糙度Ra是指镀层表面粗糙度形貌的平均高度，增加Ra可以增加表面粗糙度形貌的起伏，从而等效提高了镀层与钢基板之间的结合面积，从而能够提高镀层与钢基板之间的粘附性。同时钢基板表面的峰数RPc是指单位长度上的粗糙度峰的个数，RPc越大，则单位面积上钢基板与镀液之间反应形成的镀层晶粒和化合物晶粒越多，晶粒也越细小。而细小的晶粒能够显著提高晶粒的韧性，提高镀层粘附性。本发明中，要求钢基板表面粗糙度Ra不小于1μm和/或时峰数RPc不小于80个，优选的，钢基板的粗糙度Ra不小于1μm且峰数RPc不小于80个。
将镀液温度控制为400℃到500℃是因为：如果镀液的温度太高，则镀浴的氧化反应剧烈，镀浴表层的合金元素容易被氧化和蒸发，从而使得镀浴中的合金元素分布不均匀，表层的元素少而内部的元素多，这样形成的镀层元素分布就无法均匀，难以保证镀层耐蚀性。
作为本发明实施例的一种实施方式，所述预热温度为400-500℃，预热时间为5-20秒。
钢基板的预热温度不超过500℃，这是因为预热温度太高，会导致合金层与钢基板之间形成快速扩散和冶金反应，导致合金层中出现孔洞，不利于后续的热浸镀镀层的均匀生长，也不利于合金层与镀层之间形成均匀的反应，导致镀层均匀性下降，镀层中容易出现孔洞，镀层耐蚀性下降。同时，钢基板的预热温度不低于400℃，如果温度太低，则钢基板与合金层之间的冶金反应不够充分，合金层与钢基板之间无法形成足够的Fe2Al5合金相，合金层中Al也难以改变钢基板表面氧化物的结构，从而使得粘附性降低。同时，需要规定钢基板的预热时间为5～20秒。这是因为预热时间太长，会导致合金层与钢基板之间形成快速扩散和冶金反应，导致合金层中出现孔洞，不利于后续的热浸镀镀层的均匀生长，也不利于合金层与镀层之间形成均匀的反应，导致镀层均匀性下降，镀层中容易出现孔洞，镀层耐蚀性下降。同时，如果预热时间太短，则钢基板与合金层之间的冶金反应不够充分，合金层与钢基板之间无法形成足够的Fe2Al5合金相，合金层中Al也难以改变钢基板表面氧化物的结构，从而使得粘附性降低。
作为本发明实施例的一种实施方式，所述预热钢基板的温度与所述镀液的温度之差≤10℃。
钢基板在热浸镀之前需要达到预热温度，这是为了保证带有合金层的钢基板与镀液之间能够发生快速的反应，形成所需的Fe-Al、Fe-Al-Zn、Ni-Mg、Ni-Zn等化合物。为了让反应速度满足生产的需要，钢基板预热温度与镀液预热温度之间的差距不超过10℃。如果钢基板预热温度太高，会导致上述化合物太厚，化合物本身脆性削弱了镀层粘附性。如果钢基板预热温度太低，则反应速度不足，合金层与镀层形成的化合物层不够致密，也会降低锌铝镁镀层的粘附性，同时导致镀层均匀性下降。
作为本发明实施例的一种实施方式，
当预热钢基板的厚度为0.4mm≤钢基板厚度＜2mm时，预热钢基板的温度比镀液温度高0-10℃。
当预热钢基板的厚度为2mm≤钢基板厚度＜4mm时，预热钢基板的温度比镀液温度低0-5℃。
当预热钢基板厚度为4mm≤钢基板厚度＜6mm时，预热钢基板温度比镀液温度低5-10℃。这是由于随着钢基板厚度增加，钢基板核心中存储的热能越多，能够促使钢基板在热浸镀过程中与镀液发生反应。因此钢基板越厚，所需的预热温度越低。
作为本发明实施例的一种实施方式，第一冷却结束温度为200℃，第一冷却速率为1-10℃/s。
200℃之前的冷却速度为1-10℃/s是因为：如果冷却速度太慢，合金层中的Ni将和镀层中Mg形成粗大的多孔疏松的化合物，这种化合物尺寸会超过10微米，显著恶化了镀层与合金层间的粘附性，同时导致镀层均匀性明显恶化。如果冷却速度太快，则合金层中的Fe难以和镀层中的Al和Zn形成致密的Fe2Al5以及Fe-Al-Zn相，影响到镀层和合金层的粘附性。
作为本发明实施例的一种实施方式，所述涂覆合金层的方法包括但不限于如下任意一种：热浸镀、电镀、电沉积、化学沉积。
第二冷却为空冷，第二冷却结束温度为室温。
下面将结合实施例、对照例及实验数据对本发明的一种锌铝镁镀层钢及其制备方法进行详细说明。
本发明实施例1-15，对比例1-15提供了一种锌镁铝镀层钢的制备方法，所用钢基板的化学成分(其余为Fe及不可避免的杂质)、厚度以及表面Ra和峰数RPc如表1所示，其中，实施例1-8及对比例1-8采用冷轧钢基板为钢基板，实施例9-15和对比例9-15使用热轧钢板为钢基板。
实施例1-15，对比例3-15的方法如下：首先是获取表1中的钢基板，然后在钢基板表面涂覆合金层，涂覆合金层的方法如表2所示；预热涂覆合金层的钢基板，再放入温度为400-500℃的镀液中进行热浸镀，获得热浸镀钢基板；预热温度和时间以及镀液温度如表2所示；将热浸镀钢基板按照表2的冷却速率冷却至200℃，然后空冷，制备得到锌镁铝镀层钢。对比例1-2的方法如下：首先是获取表1中的钢基板，然后预热钢基板，再放入温度为400-500℃的镀液中进行热浸镀，获得热浸镀钢基板；预热温度和时间以及镀液温度如表2所示；将热浸镀钢基板按照表2的冷却速率冷却至200℃，然后空冷，制备得到锌镁铝镀层钢。
实施例1-15，对比例1-15制备的锌镁铝镀层钢的合金层(其余为Fe和不可避免的杂质)和镀层(其余为Zn和不可避免的杂质)的组成特征如表3所示。
表1
Figure BDA0002659093530000081
表2
Figure BDA0002659093530000091
表3
Figure BDA0002659093530000101
对按上述实施例1-15和对比例1-15制备得到的锌铝镁镀层钢进行镀层粘附性评价。采用折弯方法，将样片折弯180°，然后观察折弯位置镀层发生剥离长度，用剥离长度除以样片折弯宽度，得到镀层剥离的比例。
镀层剥离比例＝剥离长度/样片折弯宽度×100％
采用重量法或者荧光法测量1平方米锌铝镁镀层上20个位置的镀层厚度，计算测量的镀层厚度最大值与最小值的差值，用差值除以镀层厚度的最小值，得到镀层厚度的波动。
镀层厚度波动＝(镀层厚度最大值-镀层厚度最小值)/镀层厚度最小值×100％
将锌铝镁镀层钢进行中性盐雾试验，测量锌铝镁镀层钢腐蚀前的镀层平均厚度和腐蚀后的镀层平均厚度，计算两者的差值，然后除以腐蚀时间，得到镀层的平均腐蚀速率。
平均腐蚀速率＝(腐蚀前镀层平均厚度-腐蚀后镀层平均厚度)/腐蚀时间(μm/h)
采用染色法评估锌铝镁镀层漏镀比例，作为镀层孔隙率，具体方法为GB/T 17720-2000中的方法4，使用1g/L的硫酸铜溶液，将样片浸入溶液中，大约60秒，然后取出样片，清洗烘干，观察测量样片表面的黑点数，用黑点数除以样片总面积(cm2)，即为孔隙率。
孔隙率＝黑点数/样片面积(个/cm2)
实验评估结果见表4所示。
表4
Figure BDA0002659093530000111
根据表4中数据可知，实施例1-15制备的锌镁铝镀层钢，镀层剥离比例均为0，镀层的厚度波动为1-8％，平均腐蚀速率为0.001-0.03μm/h，镀层孔隙率为0-2个/cm2。对比例1-2制备的锌镁铝镀层钢，镀层剥离比例为12％，镀层厚度波动为14-22％，平均腐蚀速率为0.08-0.12μm/h，镀层孔隙率为19-20个/cm2，其各方面的性能均低于本发明实施例1-15。对比例3-15制备的锌镁铝镀层钢，镀层剥离比例为10-29％，镀层厚度的最大波动为1-20％，平均腐蚀速率为0.01-0.18μm/h，镀层孔隙率为1-23个/cm2。
本发明实施例提供了一种锌镁铝镀层钢及其制备方法，在锌镁铝镀层和钢基板之间预先涂覆一层合金层，该合金层为含有Ni元素的Fe-Al合金层，合金层中的Ni元素会与锌镁铝合金层中Zn和Mg作用分别生成Ni-Zn化合物和Ni-Mg化合物，合金层中的Fe元素还会与锌铝镁镀层中的Zn和Al作用分别生成Fe-Al和Fe-Al-Zn的化合物，这些化合物能显著提高镀层和合金层之间的粘附性；合金层中的Al元素还能与钢基板中的Fe元素作用形成Fe-Al化合物，且合金层中的Ni也能够与钢基板中的Fe反应形成Fe-Ni固溶体，这些化合物和固溶体能够显著提高合金层与钢基板之间的粘附性。因此，本发明通过合金层与镀层之间反应形成的化合物来提高合金层与镀层之间的粘附性，通过合金层与钢基板之间形成的化合物和固溶体来提高合金层与钢基板之间的粘附性，这样就间接的提高了钢基板与镀层之间的粘附性。本发明实施例的锌镁铝镀层钢，其镀层剥离比例为0，镀层的厚度波动仅为1-8％，镀层均匀性好，镀层孔隙率仅为0-2％，具有良好的致密性，平均腐蚀速率为0.001-0.03μm/h，耐蚀性好。
最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种锌铝镁镀层钢，其特征在于，所述锌铝镁镀层钢包括钢基板、合金层和锌铝镁镀层，所述合金层和锌铝镁镀层依次涂覆在所述钢基板表面，其中，所述锌铝镁镀层的涂覆方式为热浸镀涂覆，所述合金层由如下质量分数的组分组成：Ni：0.1-20％，Al：10-40％，余量为Fe以及其它不可避免杂质。
2.根据权利要求1所述的一种锌铝镁镀层钢，其特征在于，所述合金层的厚度为0.1-2μm。
3.根据权利要求1所述的一种锌铝镁镀层钢，其特征在于，所述镀层由如下质量分数的组分组成：Mg：0.5-4％，Al：1-12％，余量为Zn以及其它不可避免杂质。
4.根据权利要求1所述的一种锌铝镁镀层钢，其特征在于，所述钢基板包括如下质量分数的化学成分：Si：0.04～1％，Mn：0.2～3％，Cr：0～0.5％，Al：0.06～1％，B：0～0.005％。
5.根据权利要求4所述的一种锌铝镁镀层钢，其特征在于，所述合金层中铝的质量分数≥钢基板中合金元素有效质量分数×5，其中，合金元素有效质量分数的计算方法如下：合金元素有效质量分数＝2Si％+Mn％+0.3Cr％+0.1Al％+100B％。
6.根据权利要求1所述的一种锌铝镁镀层钢，其特征在于，所述钢基板的厚度为0.4-6mm。
7.根据权利要求1-6任一项所述的一种锌铝镁镀层钢的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
获得表面粗糙度Ra≥1μm和/或峰数RPc≥80个的钢基板；
在所述基板表面涂覆合金层；所述合金层由如下质量分数的组分组成：Ni：0.1-20％，Al：10-40％，余量为Fe以及其它不可避免杂质；
预热所述涂覆合金层的钢基板，获得预热钢基板；
将所述预热钢基板浸入温度为400-500℃的镀液中进行热浸镀，获得热浸镀钢基板；
将所述热浸镀钢基板进行冷却，获得锌镁铝镀层钢。
8.根据权利要求7所述的一种锌铝镁镀层钢的制备方法，其特征在于，所述预热温度为400-500℃，所述预热时间为5-20秒。
9.根据权利要求7所述的一种锌铝镁镀层钢的制备方法，其特征在于，所述预热钢基板的温度与所述镀液的温度之差≤10℃。
10.根据权利要求7所述的一种锌铝镁镀层钢的制备方法，其特征在于，所述冷却包括第一冷却和第二冷却，所述第一冷却终点温度为200℃，第一冷却的冷却速率为1-10℃/s，所述第二冷却为空冷，所述第二冷却的结束温度为室温。
CN202010898400.4A 2020-08-31 2020-08-31 一种锌铝镁镀层钢及其制备方法 Active CN112080746B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010898400.4A CN112080746B (zh) 2020-08-31 2020-08-31 一种锌铝镁镀层钢及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010898400.4A CN112080746B (zh) 2020-08-31 2020-08-31 一种锌铝镁镀层钢及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112080746A CN112080746A (zh) 2020-12-15
CN112080746B true CN112080746B (zh) 2022-10-21

Family

ID=73731636

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010898400.4A Active CN112080746B (zh) 2020-08-31 2020-08-31 一种锌铝镁镀层钢及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112080746B (zh)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112831740A (zh) * 2021-01-05 2021-05-25 无锡华精新材股份有限公司 一种提高钢板带镀覆锌铝镁防腐合金镀层质量的工艺
CN113025938B (zh) * 2021-02-07 2023-01-31 首钢集团有限公司 一种具有优异膜下耐蚀性的镀锌钢板及其制备方法
CN113249672B (zh) * 2021-04-14 2023-01-20 首钢集团有限公司 一种合金化镀锌板及其制备方法和应用
CN114032457A (zh) * 2021-10-18 2022-02-11 首钢集团有限公司 一种连续热浸镀锌高强钢板及其制造方法
CN114058996B (zh) * 2021-10-19 2024-02-13 首钢集团有限公司 一种易脱脂的镀层钢板及其制备方法和涂漆钢板
CN114369783B (zh) * 2021-12-10 2024-04-09 首钢集团有限公司 一种热浸镀锌镀层钢板及其制备方法
CN114807811A (zh) * 2022-04-15 2022-07-29 首钢集团有限公司 一种高耐蚀合金化的镀锌板及其制备方法
CN115247237A (zh) * 2022-07-21 2022-10-28 首钢京唐钢铁联合有限责任公司 一种彩涂钢板及其制备方法
CN115354192A (zh) * 2022-08-23 2022-11-18 辛集市澳森金属制品有限公司 一种高强韧锌铝合金镀锌丝及其制备方法

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4721221B2 (ja) * 2004-09-01 2011-07-13 日新製鋼株式会社 耐溶融金属脆化割れ性に優れたＺｎ−Ａｌ−Ｍｇ合金めっき鋼板
CN109112453A (zh) * 2017-06-26 2019-01-01 鞍钢股份有限公司 一种锌铝镁镀层钢板及其制造方法、热成型方法和部件
KR102045656B1 (ko) * 2017-12-26 2019-11-15 주식회사 포스코 내식성이 우수한 아연-알루미늄-마그네슘 합금 도금강판 및 그 제조방법
CN108707851A (zh) * 2018-04-27 2018-10-26 浙江康盛股份有限公司 一种锌铝镁管及其加工方法
CN110004389B (zh) * 2019-03-20 2021-06-15 首钢集团有限公司 一种抗黑变锌铝镁镀层钢及其制备方法
CN110819895B (zh) * 2019-10-23 2021-03-19 首钢集团有限公司 一种复合镀层钢及其制备方法
CN110983224B (zh) * 2019-12-16 2021-07-23 首钢集团有限公司 一种热镀锌铝镁镀层钢及其制备方法
CN111534777B (zh) * 2020-06-08 2021-11-19 首钢集团有限公司 一种具有切口耐蚀性的热浸镀锌铝镁镀层钢板及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN112080746A (zh) 2020-12-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112080746B (zh) 一种锌铝镁镀层钢及其制备方法
CN110983224B (zh) 一种热镀锌铝镁镀层钢及其制备方法
CN113025937B (zh) 一种热浸镀锌钢板及其制备方法
JP6031219B2 (ja) 溶融Ｍｇ−Ｚｎ系合金めっき鋼材及びその製造方法
KR102384674B1 (ko) 내식성, 내골링성, 가공성 및 표면 품질이 우수한 도금 강판 및 이의 제조방법
JP2023528640A (ja) 溶融亜鉛アルミニウムマグネシウムめっき鋼板及びその製造方法
EP1905859B1 (en) HOT-DIP Sn-Zn SYSTEM COATED STEEL SHEET HAVING GOOD CORROSION RESISTANCE
CN111575626A (zh) 一种热镀锌热轧钢及其制备方法
CN111004971B (zh) 一种热浸镀钢及其制备方法
CN114369783B (zh) 一种热浸镀锌镀层钢板及其制备方法
JP2005272967A (ja) めっき欠陥の少ない溶融Ａｌ系めっき鋼板の製造方法
JPH11350164A (ja) 溶融Ｚｎ−Ａｌ系合金めっき鋼板及びその製造方法
CN115109967A (zh) 一种热浸镀高强钢板及其制备方法
JPH11279733A (ja) 黒変抵抗をもつ溶融亜鉛基めっき鋼板
JP2002173753A (ja) 耐黒変性に優れた溶融Ｚｎ−Ａｌ合金めっき鋼板とその製造方法
CN113025939B (zh) 一种锌铝镁镀层钢及其制备方法
JP6128158B2 (ja) 溶融Ｍｇ−Ｚｎ系合金めっき鋼材
KR20090108737A (ko) Ｍｇ기 합금 도금 강재
JPH06256925A (ja) プレス成形性に優れた亜鉛−鉄合金化溶融亜鉛めっき鋼板
KR102513355B1 (ko) 내식성 및 표면 외관이 우수한 도금 강판 및 이의 제조방법
KR102381828B1 (ko) 내식성 및 표면 품질이 우수한 도금 강판 및 이의 제조방법
JP2938449B1 (ja) 溶融Ｓｎ−Ｚｎ系めっき鋼板
WO2005080635A1 (en) Sn-zn alloy hot dip plated steel sheet
JPH04333551A (ja) 溶融Ｚｎめっき鋼板及びその製造方法
JP2002212700A (ja) 溶融Ｓｎ−Ａｇ系めっき鋼板

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant