CN1125188C - 合金化热浸镀锌钢板 - Google Patents
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Abstract
一种具有高压力加工性和优良的镀层剥离抗性的热浸镀锌钢板。通过在超低碳钢板表面形成含9-12%(重量)Fe和0.3-1.5%(重量)Al的合金化热浸镀锌镀层而得到合金化热浸镀锌钢板，其中该镀层的附着量为25g/m2-70g/m2。
Description
本发明涉及合金化热浸镀锌钢板，该钢板具有优良的压力加工性和抗镀层剥离性，用作汽车体外板。
近年来，要求汽车车体具有增强的抗蚀性。因此，工业上试图开发能满足要求的热浸锌表面处理钢板以满足这种需求。已经发展了非常经济的一类热浸镀锌钢板。另外，通过由包括一种Fe-Zn镀层(合金化热浸镀锌钢板)和随后使其热处理而使改进镀覆钢板的焊接性和抗蚀性成为可能。
因为用于汽车车体外板的合金化热浸镀锌钢板(下面有时称作“GA”)需经过深压加工以改进其所设计的特征，因而要求它们具有较高的韧性(延伸率E1)和较高的塑性(Lankford值，r值)。为解决要同时获得高韧性和高塑性这一问题，从钢板材料性能角度，已开发了一系列的减少钢中含有的C、N、P、S等含量的方法。也开发了最佳的热轧和冷轧工艺。
将对钢板的要求结合起来，对GA钢板镀覆层的特征要求是该镀层必须不存在1)“碎粉颗粒”在加工过程中因为碎粉颗粒不随钢板产生变形而使含有碎粉颗粒的结构粉化和剥离，和2)“薄片”，当用压模进行矫直时，含有薄片的结构以鳞片状剥离。如果发生这种现象，剥离的镀覆颗粒存留压模中，因此，在钢板表面会造成大量的所不希望的压坑。还有，也损失镀层自身的耐蚀性。
通常，基于低的Fe百分含量，认为GA钢板的镀层由三种Zn-Fe合金相ζ、δλ、Γ组成。认为粉化的原因起源于Γ相，而成片剥落的原因起源于ζ相。如果用热浸镀C、N、P、S含量少的材料制得GA钢板，则韧性和r值是满意的。然而，如果进行这种处理，则极快地加建钢板晶界的合金化并增加形成Γ相的数量，因此，降低抗粉化性。为保证满意的抗粉化性，必须严格地将合金化程度控制在基本不产生Γ相的水平(Fe的浓度)。然而在这种情况，如日本专利申请公开平2-11745A中所述，如果只将Fe的百分含量控制在不产生Γ相水平，取决于生产条件，则
相可能会在镀层表面的厚层中形成，因此，当在加工过程中镀层被强烈平直时很可能发生成片剥落。
因此，本发明的目的是获得合金化热浸镀锌钢板，该钢板同时具有满意的抗粉化性和抗成片剥离性，通过使用减少钢板中C、N、P、S含量的钢板实现该目的。
依据本发明，提供了具有优越的压力加工性和抗镀层剥离性的合金化热镀锌钢板，其中在钢板表面形成的合金化热浸镀锌镀层含有约9％以上约12％以下(重量)的Fe，约0.3％以上约1.5％以下(重量)的Al，约0.1％(重量)以下的Pb，所述钢板含有约0.0015％(重量)以下C，约0.1％(重量)以下Si，约0.03％(重量)以上和约0.3％(重量)以下Mn，约0.01％(重量)以上和约0.1％(重量)以下Al，约0.01％(重量)以下P，约0.005％(重量)以下S，约0.005％(重量)以下O，约0.005％(重量)以下N，还含至少一种约0.03％(重量)以下Ti，或约0.03％(重量)以下Nb，其范围为C/12≤Ti*/48+Nb/93≤C/2，镀层的厚度为约25g/m2以上和约70g/m2以下。
在这种条件下，当Ti-(48N/14+48S/32)≥0时，假定Ti*是Ti-(48N/14+48S/32)，而当Ti-(48N/14+48S/32)＜0时假定Ti*是0。另外，具有上述成份的钢板可含约0.001％(重量)以下的B。
图1是凹腔型拉拨试验装置的示意图。
作为本发明的、具有优越的压力加工性和抗镀层剥离性的合金化热浸镀锌钢板在下面详述。但应理解的是，下面的说明只是为了指出用来说明附图的本发明的特定实施方案，而不是为了定义或限定本发明(与所附的权利要求不同)。
首先，钢板中所含的用作镀覆材料的成份被如下确定，以得到满意的所需性能及非常经济的产品。
C：C是直接决定钢强度的元素。为获得本发明目的的非常高的加工性(高El、r值)，其含量越少越好。因此其含量应为0.0015％(重量)以下。
N、P和S：在钢的组织中的N、P和S降低El和r值。与C的情况相同，它们的含量越少越好。确定N、P和S必须分别为0.005％(重量)以下，约0.01％(重量)以下和约0.005％(重量)以下。
O：如果钢中含有过量的O则它以氧化物形式沉淀，由此，降低E1和r值。因此，其含量最高为约0.005％(重量)。
Mn：如果钢中加入Mn，它与S结合然后沉淀而变得无什么影响。因此，当加入少量的Mn时，从材料的观点来看不存在明显的影响。但，如果其含量超过约0.3％(重量)，E1和r值会逐渐降低。因此，Mn的含量必须为约0.03％(重量)以上而约0.3％(重量)以下。
Si：与Mn相同，钢中含大量Si降低E1和r值并损坏镀层的焊接性。因此，Si含量最高约0.1％。
Ti和Nb：Ti和Nb与C结合并以TiC和NbC的形式沉淀，因此改进加工性。因此，Ti和Nb对C的原子比需大于1。但，因加入过多的这种元素会增加成本，则原子式最大约为6。另外，考虑每种成份的最大含量为约0.03％(重量)。但，因为Ti与N或S的结合性比与C的结合性更强烈，因此必须确定Ti的含量时应减去N和S的当量。特别地，Ti、Nb的量应满足下式：
C/12≤Ti*/48+Nb/93≤C/2式中，当Ti-(48N/14+48S/32)≥0时，Ti*为Ti-(48N/14+48S/32)；当Ti-(48N/14+48S/32)＜0时，Ti*为0。
Al：在添加Ti、Nb的情况下，出于防止氧化损失的目的，Al有必要加入0.01％(重量)以上，而且Al与钢中的N、S化合后消除了其影响。此外，如果添加量高于0.1％(重量)，则已饱和且不经济。
并且，在本发明的钢板中，除有上述的基本组成外，若加入0.001％(重量)的B会更好。因为B对强化晶界，改善镀层的焊接性和冷加工脆性都有效。如果加入量高于0.001％(重量)，则塑性损失，因而上限是0.001％(重量)。
另外，对于镀层中的成份限制理由下述。
合金化热浸镀锌钢板是将钢板浸渍到热浸镀锌浴中后，对钢板加热，那么原钢板中的Fe扩散到镀层中形成Zn-Fe合金层，这样比原单纯的镀锌钢板的耐蚀性、化学处理性、镀层焊接性都显着地提高，这些性能可通过将镀覆层中的Fe含量调整到约9％以上而较佳地获得。另外，Fe含量必须到约9％(重量)以上以防止
相层的生长。另一方面，如果Fe含量超过约12％(重量)，甚至将镀层中Al含量控制在下面所述范围内时，则硬的、易碎Γ相会出现，因此有害于压力加工性。因此，在镀层中的Fe含量必须为约9-12％(重量)。
镀层中所含Al量影响在合金化时形成的Zn-Fe合金的相组成。如果Al含量小于约0.3％(重量)，则形成Γ相，因此会导致不希望的粉化。如果Al含量超过约1.5％(重量)，不能实现充分的合金化。因此，镀层中Al含量约为0.3％(重量)-约1.5％(重量)。
因为Pb对镀层的耐蚀性有不利作用，因此，将镀层中Pb含量控制在约0.2％(重量)以下。
由耐蚀性来看，所镀的镀层量必须为约25g/m2。但，如镀层太厚，在进行压力加工时，则镀层不能伴随钢板变形，会导致粉化。因此，镀到钢板上的镀层最大数量确定为约70g/cm2。
尽管根据本发明没有将钢板的制造方法限定为某一特定方法，但在下面说明优选的制造实施例。
用连续铸造方法将调整到上述成份的熔融钢水洗铸成钢坯。用热轧和冷轧将钢坯轧成冷的成型钢板。在热轧时，终轧温度需为接近Ar3相变点的约850℃-920℃以得到高的加工性能。希望卷绕温度为约600℃以上。另外，在冷轧步骤，希望轧制压下率为约50％以上。
在热浸镀锌时，在进行退火还原之前将钢板表面净化。脱脂、酸洗或燃烧都是可用方法。然后将钢板进行退火还原。使用含百分之几到百分之几十的N2的H2气氛是合适的。也希望露点为0℃以下。尽管退火还原温度需高于重结晶温度以获得较佳的材质，希望退火还原温度为约780℃以上。
在进行退火还原之后，将钢板在还原气氛中冷却并引至热浸镀锌浴中。镀锌浴液的成分和温度如下确定。
镀锌浴液中Al的浓度：本发明的一个目的是通过控制在热浸镀锌浴液中形成的Al-Fe合金层的数量来得到主要的δ1相合金化而实现抗粉性和抗薄片剥落性。应调整Al-Fe合金层的量，为此目的在合金中的Al含量应为0.15g/m2以上。因此，在镀锌浴液中Al含量应为约0.13％(重量)以上。为了有效地形成Al-Fe合金层，希望Al含量为约0.145％(重量)以上。另一方面，如果Al-Fe层的量增加导致Al含量超过约0.5g/m2，则合金化是被非常严格限定的，由此导致其可生产性是不利的。同样，在进行合金化之后的镀层中，希望Al含量，包括在镀层中所含的Al量(而不是在Al-Fe层中)，最大为约1.5％(重量)。因此，含在镀锌溶液中最大的Al浓度为约0.2％(重量)。
镀锌浴液中的Pb浓度：与Al不同，在浴液中的Pb在热浸镀镀覆时不富集。但，如果在镀层中的Pb浓度超过约0.1％(重量)，会降低耐蚀性。因此，浴液中Pb浓度的上限为约0.1％(重量)。
本发明的钢板可以用作各种应用，包括汽车、家电、建材等外露条件，和/或进行予镀覆、后镀覆、层压、铬酸盐处理、磷酸盐处理等。还有，如果合金化热浸镀锌镀覆层的表层再用含至少一种Fe、Zn和Ni的镀覆层镀覆，则耐蚀性会进一步改进。
在钢板浸在镀覆浴液之后，将其进行合金化工序以得到GA钢板，其中的合金化程度(Fe)是9-12％。
在上述工艺中，可以获得具有优越的压力加工性和抗镀层剥离性的合金化热浸镀钢板。
实施例
参照本发明的实施例可以说明本发明的优越性。用垂直型热浸镀锌实验设备作为浸镀设备，将70mm×200mm的钢板在含氮的5％氢气退火还原气氛中进行镀覆。用加热烤箱进行镀覆的合金化处理，该烤箱控制通过直接给镀覆钢板通电而由电阻产生的热量。
用真空熔化炉将钢板试样软化，用热轧和冷轧来调整钢板的厚度至0.7mm。将钢板进行电解脱脂并用盐酸酸洗之后，将其插入镀覆设备中。热轧终止温度为900℃。暂时冷却后，在盘卷之后，依照所得到的加热经历，将钢板同样地在700℃加热1小时。冷却和酸洗后，在轧制压下率为75％下将钢板进行冷轧。
表1表明钢板试样的成份、镀覆的条件和合金化处理之前提供的镀覆层的成份。表2表明进行合金化处理后镀覆钢板的特性。钢板冷轧后，通过在合金化热浸镀锌循环中按照CGL(连续热浸镀锌生长线)进行热处理即得到钢板材质。该钢板然后于850℃退火20秒并在500℃冷却30秒。表1还表明了钢板的成份。
表2中所示Al-Fe量的测量是在镀覆的钢板进行合金化处理之前将其浸在发烟硝酸中以去除锌(η)相，将残留未溶的纯态Al-Fe合金溶于盐酸中，然后用原子吸收方法测量Al量。
通过拉伸试验测得钢板的延伸率(E1)和r值以评价镀覆钢板的特性。测得抗粉化性和成片剥落抗性以得到镀层的特性。抗粉化性采用5级评价标准进行评价，将已经合金化处理的镀覆钢板弯曲90°，再使其复原，用预先贴上的玻璃纸胶带收集剥离的镀层颗粒来测量其数量。在试验中“1”表示为可接受，而“5”表示不能被接受。
用已经合金化处理的10mm宽钢板切片，使用图1所示的凹腔型拉拨试验装置测量成片剥落抗性。在凹腔型拉拨试验装置中，试片2通过凹型部件1和凸型部件3之间的弯曲路径而被拉拨。在如下条件将不涂油的试片拉拨：压载荷为100kgf，拉拨速度为500mm/分。用玻璃纸胶带来收集剥落镀覆颗粒，用肉眼来观察是否出现成片剥落，采用二级(有/无)评价标准。
根据表1和2所示结果，本发明成功地实现了合金化热浸镀锌钢板的生产方法，使该钢板具有高的加工性和优越的抗镀层剥离性。还有依据本发明，使生产具有高的加工性和优越的抗镀层剥离性的合金化热浸镀锌板成为可能。
表1
| 序号 | 钢板的成份(Wt％) | x值*1 | 性能*2 | 分类 | |||||||||||
| C | Si | Mn | P | S | Al | N | O | Ti | Nb | B | E1(％) | r值 | |||
| A | 0.0008 | 0.01 | 0.10 | 0.006 | 0.002 | 0.038 | 0.0022 | 0.0032 | 0.023 | 0.001 | 0.0004 | 4.054 | 53 | 2.2 | 实施例 |
| B | 0.0010 | 0.01 | 0.09 | 0.008 | 0.005 | 0.032 | 0.0025 | 0.0028 | 0.020 | 0.005 | 0.0001 | 1.627 | 53 | 2.2 | 实施例 |
| C | 0.0008 | 0.02 | 0.09 | 0.005 | 0.003 | 0.042 | 0.0025 | 0.0030 | 0.015 | 0.016 | 0.0004 | 3.022 | 51 | 2.1 | 实施例 |
| D | 0.0015 | 0.01 | 0.08 | 0.008 | 0.002 | 0.042 | 0.0022 | 0.0028 | 0.005 | 0.025 | 0.0008 | 2.131 | 51 | 2.1 | 实施例 |
| K | 0.0012 | 0.01 | 0.08 | 0.008 | 0.004 | 0.040 | 0.0025 | 0.0030 | 0.002 | 0.028 | 0.0005 | 3.011 | 51 | 2.1 | 实施例 |
| F | 0.0014 | 0.01 | 0.10 | 0.009 | 0.005 | 0.039 | 0.0028 | 0.0032 | 0.082 | 0.005 | 0.0005 | 0.461 | 48 | 1.9 | 比较例 |
| G | 0.0014 | 0.03 | 0.18 | 0.010 | 0.002 | 0.040 | 0.0025 | 0.0028 | 0.020 | 0.006 | 0.0030 | 2.058 | 47 | 1.8 | 比较例 |
| H | 0.0013 | 0.01 | 0.25 | 0.010 | 0.005 | 0.032 | 0.0055 | 0.0066 | 0.015 | 0.015 | 0.0008 | 1.489 | 49 | 1.9 | 比较例 |
| I | 0.0012 | 0.02 | 0.24 | 0.050 | 0.020 | 0.040 | 0.0029 | 0.0028 | 0.015 | 0.014 | 0.0007 | 1.505 | 48 | 1.9 | 比较例 |
| J | 0.0014 | 0.01 | 0.50 | 0.009 | 0.005 | 0.042 | 0.0028 | 0.0030 | 0.015 | 0.015 | 0.0008 | 1.382 | 46 | 1.7 | 比较例 |
| K | 0.0035 | 0.02 | 0.25 | 0.009 | 0.003 | 0.040 | 0.0028 | 0.0025 | 0.008 | 0.018 | 0.0008 | 0.664 | 49 | 1.9 | 比较例 |
| L | 0.0015 | 0.22 | 0.25 | 0.008 | 0.005 | 0.042 | 0.0029 | 0.0024 | 0.028 | 0.002 | 0.0005 | 1.932 | 49 | 1.9 | 比较例 |
*1：x＝(Ti*/48+Nb/93)/(C/12)，如果1≤x≤6则权利要求是满意。
*2：热处理后按照CGL而得到的材料性能，在热处理中，冷轧钢板于850℃退火20秒并在500℃冷却30秒。
表2
| 序号 | 材料 | 镀覆条件 | 合金化前的镀层 | 合金化温度 | 合金化后镀层 | 镀层特性 | 镀覆钢板的综合特性*3 | 分类 | ||||||
| 镀覆的Al浓度(％) | 镀覆时间(x) | 镀覆量(g/m2) | Al-Fe合金量.*](c/m2) | 合金化度(γ*％) | Al浓度(％) | Pb浓度(％) | 合金相组织*2 | |||||||
| 抗粉化性 | 成片剥落抗性 | |||||||||||||
| 1 | A | 0.12 | 3 | 55 | 0.05 | 500 | 11.8 | 0.19 | 0.00 | δ1+Γ | ③ | ○ | × | 比较例 |
| 2 | A | 0.13 | 3 | 55 | 0.10 | 500 | 9.5 | 0.28 | 0.00 | ζ+δ2+Γ | ② | × | × | 比较例 |
| 3 | A | 0.15 | 3 | 60 | 0.18 | 500 | 7.5 | 0.39 | 0.00 | ζ+δ1 | ① | × | × | 比较例 |
| 4 | A | 0.15 | 3 | 60 | 0.18 | 500 | 13.2 | 0.37 | 0.00 | δ1+Γ | ① | ○ | × | 比较例 |
| 5 | A | 0.15 | 3 | 60 | 0.18 | 500 | 11.8 | 0.38 | 0.00 | δ1 | ① | ○ | ○ | 实施例 |
| 6 | A | 0.15 | 4 | 60 | 0.20 | 520 | 9.3 | 0.41 | 0.01 | 1ζ+1δ1 | ① | ○ | ○ | 实施例 |
| 7 | B | 0.14 | 4 | 60 | 0.16 | 500 | 11.4 | 0.35 | 0.01 | δ1 | ① | ○ | ○ | 实施例 |
| 8 | C | 0.14 | 4 | 60 | 0.16 | 500 | 11.0 | 0.35 | 0.01 | 1ζ+1δ1 | ① | ○ | ○ | 实施例 |
| 9 | D | 0.14 | 5 | 55 | 0.18 | 500 | 10.0 | 0.41 | 0.01 | δ1 | ① | ○ | ○ | 实施例 |
| 10 | E | 0.15 | 4 | 60 | 0.20 | 500 | 11.2 | 0.41 | 0.01 | δ1 | ① | ○ | ○ | 实施例 |
| 11 | E | 0.15 | 3 | 80 | 0.17 | 500 | 11.6 | 0.30 | 0.01 | α1+1Γ1 | ③ | ○ | × | 比较例 |
| 12 | E | 0.15 | 3 | 60 | 0.32 | 520 | 9.5 | 0.59 | 0.01 | 1ζ+1δ1 | ① | ○ | ○ | 实施例 |
| 13 | E | 0.22 | 5 | 45 | 0.85 | 620 | 6.2 | 1.89 | 0.01 | 1η+1ζ+δ1 | ① | × | × | 比较例 |
| 14 | F | 0.15 | 4 | 60 | 0.20 | 500 | 11.6 | 0.41 | 0.01 | δ1 | ① | ○ | × | 比较例 |
| 15 | G | 0.15 | 4 | 60 | 0.20 | 500 | 11.7 | 0.41 | 0.01 | δ2 | ① | ○ | × | 比较例 |
| 16 | H | 0.15 | 4 | 60 | 0.20 | 500 | 11.5 | 0.41 | 0.01 | δ1 | ① | ○ | × | 比较例 |
| 17 | J | 0.14 | 4 | 56 | 0.16 | 480 | 10.4 | 0.37 | 0.01 | 1ζ+1δ1 | ① | ○ | × | 比较例 |
| 18 | K | 0.14 | 4 | 55 | 0.16 | 480 | 10.3 | 0.37 | 0.01 | 1ζ+1δ1 | ① | ○ | × | 比较例 |
| 19 | K | 0.13 | 3 | 55 | 0.10 | 500 | 10.1 | 0.28 | 0.01 | 1ζ+1δ1 | ① | ○ | × | 比较例 |
| 20 | L | 0.15 | 4 | 60 | 0.20 | 500 | 11.7 | 0.41 | 0.01 | δ1 | ① | ○ | × | 比较例 |
*1：Al-Fe合金化镀层中的Al量
*2：依据阴极溶解试验(20mmA/cm2)中的电势-时间曲线和X-射线衍射测量。
*3：○(可接受)/×(不可接受)
Claims (2)
1.一种具有优良的压力加工性和抗镀层剥离性的合金化热浸镀锌钢板，其中在钢板表面形成的合金化热浸镀锌镀层含约9％(重量)以上约12％(重量)以下的Fe，约0.3％(重量)以上约1.5％(重量)以下的Al，和约0.1％(重量)以下的Pb，该钢板含约0.0015％(重量)以下的C，约0.1％(重量)以下的Si，约0.03％(重量)以上和约0.3％(重量)以下的Mn，约0.01％(重量)以上和约0.1％(重量)以下的Al，约0.01％(重量)以下的P，约0.005％(重量)以下的S，约0.005％(重量)以下的O，约0.005(重量)以下的N，和至少一种约0.03％(重量)以下的Ti或约0.03％(重量)以下的Nb，其范围为C/12≤Ti*/48+Nb/93≤C/2，该镀层的厚度为约25g/m2以上约70g/m2以下，式中：当Ti-(48N/14+48S/32)≥0时，Ti*为Ti-(48N/14+4gS/32)，当Ti-(48N/14+48S/32)＜0时，Ti*为0。
2.权利要求1的合金化热浸镀锌钢板，其中所述的钢板还含约0.001％(重量)以下的B时，所述钢板具有优良的压力加工性和抗镀层剥离性。
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