CN112575275A - 高成形性的热浸镀锌铝镁合金镀层钢板及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于热浸镀镀层钢板技术领域，具体涉及一种高成形性的热浸镀锌铝镁合金镀层钢板及其制备方法。针对现有热浸镀Zn‑Al‑Mg合金镀层钢板不能完全满足深冲零部件的使用要求的问题，本发明提供了一种高成形性的热浸镀锌铝镁合金镀层钢板，由钢基和镀层组成，镀层的主要成分为：按重量百分比计，铝1.0～2.5％，镁0.8～2.5％，微量合金元素0.01～0.10％，其余为锌及不可避免的杂质。本发明还提供了上述钢板的制备方法。本发明改善了镀层的延展性，降低了锌铝镁合金镀层钢板在超深冲成型过程中的裂纹宽度和密度，提升了镀层的成形性和耐蚀性，满足用户的超深冲使用要求。

Description

高成形性的热浸镀锌铝镁合金镀层钢板及其制备方法
技术领域
本发明属于热浸镀镀层钢板技术领域，具体涉及一种高成形性的热浸镀锌铝镁合金镀层钢板及其制备方法。
背景技术
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。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。
现有热浸镀Zn-Al-Mg合金镀层钢板可分为“低铝”(W Al＜5％)、“中铝”(5％≤WAl＜13％)和“高铝”(47％≤W Al≤57％)三种类型。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。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。但低铝的Zn-Al-Mg合金镀层钢板在折弯成型后依然存在肉眼可见的微裂纹，为满足用户的深冲要求，需进一步提高镀层的成形性能。
专利CN111519117A提供了一种耐黑变性能优异的高表面质量锌铝镁钢板及生产方法，镀液成分：Al1.0-3.0％、Mg1.0-3.0％、Cu0.005-0.055％，Ti0.005-0.035％，Si0.05％-1.0％，余量为Zn和不可避免的杂质。镀液温度为410℃-460℃，带钢入锅温度为400℃-480℃。镀后冷速10-30℃/s，板温冷却至不高于200℃；入淬水槽前板温不高于80℃，进入淬水槽冷却至不高于40℃。与现有技术相比，本发明在镀液中添加Si、Ti和Cu，配合浸镀、镀后冷却、光整等工艺，产品锌渣较少，镀层晶粒尺寸细化，具有优异的耐黑变性能和耐蚀性能，同时具有优异的表面质量和加工成型性能。
专利CN110100036A公开一种热浸镀锌系钢材及其制造方法，所述热浸镀锌系钢材包含基材铁和形成在所述基材铁上的热浸镀锌系层，以重量％计，所述热浸镀锌系层包含：Al：0.01～0.5％、Mg：0.01～1.5％、Mn：0.05～1.5％、Fe：0.1～6％、余量的Zn及不可避免的杂质，所述基材铁和热浸镀锌系层的界面上存在Zn Fe Mn系合金相，相对于所述热浸镀锌系层的面积，所述Zn Fe Mn系合金相的面积比为1％至60％。
专利CN110512118A公开了一种汽车用高表面质量锌铝镁镀层钢板及其生产工艺，镀液化学成分组成及其质量百分含量为：Al+Mg：2～6％、Mg/Al：0.8～1.2％、Cr：0.1～0.6％、Ti：0.2～1.0％、Cu：0.5～2.5％，其余为Zn和不可避免的杂质；IF钢、BH钢、HSLA钢、DP钢基板采用美钢联工艺进行热浸镀生产，TRIP钢、Q&P钢基板采用美钢联工艺和森吉米尔法进行热浸镀生产。本发明在Zn Al Mg的基础上添加Ti、Cr、Cu元素，可以得到细化的镀层晶粒尺寸，提高镀层硬度，镀层性能：硬度120～150HV，表面质量：光度值0.69～0.89，具有良好的抗刮擦性能和镀层表面质量。
专利CN108513591A公开了一种用于生产钢板的方法，所述钢板具有以面积分数计由以下组成的显微组织：20％至50％的亚温铁素体、10％至20％的残余奥氏体、25％至45％的回火马氏体、10％至20％的新鲜马氏体、和贝氏体，回火马氏体与贝氏体之和为30％至60％，所述方法包括以下顺序步骤：提供冷轧钢板，钢的化学组成以重量％计包含：0.18％≤C≤0.25％，0.9％≤Si≤1.8％，0.02％≤Al≤1.0％，其中1.00％≤Si+Al≤2.35％，1.5％≤Mn≤2.5％，0.010％≤Nb≤0.035％，0.10％≤Cr≤0.40％，剩余部分为Fe和不可避免的杂质，在退火温度TA下和退火时间tA内使钢板退火以获得包含50％至80％的奥氏体和20％至50％的铁素体的组织，以20℃/秒至50℃/秒的冷却速率将板淬火至Ms 50℃至Ms 5℃的淬火温度QT，将板加热至375℃至450℃的配分温度PT并将板在配分温度PT下保持至少50秒的配分时间Pt，将板冷却至室温。
由此可见，目前高成形性的热浸镀Zn-Al-Mg合金镀层钢板主要是改善镀层的成分来提高镀层的成形性，如添加微量元素Ti、Cr、Cu来改善，对钢基及其与镀层的结合作用较少，不能完全满足深冲零部件的使用要求，因此，有必要研发一种高成形性的锌铝镁合金镀层钢板。
发明内容
本发明要解决的技术问题为：现有热浸镀Zn-Al-Mg合金镀层钢板主要通过改善镀层的成分来提高镀层的成形性，不能完全满足深冲零部件的使用要求的问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案为：提供一种高成形性的热浸镀锌铝镁合金镀层钢板。所述的热浸镀锌铝镁合金镀层钢板由钢基和镀层组成，镀层的主要成分为：按重量百分比计，铝1.0～2.5％，镁0.8～2.5％，微量合金元素0.01～0.10％，其余为锌及不可避免的杂质。
其中，上述高成形性的热浸镀锌铝镁合金镀层钢板中，所述镀层中的锌含量≥95.0％。
其中，上述高成形性的热浸镀锌铝镁合金镀层钢板中，所述镀层中的微量合金元素为钛。优选的，钛的含量为0.01～0.05％。
其中，上述高成形性的热浸镀锌铝镁合金镀层钢板中，所述镀层中的微量合金元素中还含有钼，钼的含量为0.01～0.09％。
其中，上述高成形性的热浸镀锌铝镁合金镀层钢板中，所述镀层成分中不可避免的杂质总和≤0.010％，其中铅≤0.002％，锑≤0.002％，镉≤0.001％，铬≤0.001％，锡≤0.001％。
其中，上述高成形性的热浸镀锌铝镁合金镀层钢板中，所述镀层为双面镀层，重量共计为30～450g/m2。
其中，上述高成形性的热浸镀锌铝镁合金镀层钢板中，所述钢基为铁素体组成的超低碳钢。
其中，上述高成形性的热浸镀锌铝镁合金镀层钢板中，所述钢基的主要成分包括：按重量百分比计，碳≤0.005％，硅≤0.02％，锰0.08～0.20％，磷≤0.01％，硫≤0.01％，铝0.03～0.10％，钛0.06～0.15％，余量为Fe及不可避免的杂质。
其中，上述高成形性的热浸镀锌铝镁合金镀层钢板的屈服强度为≤220Mpa，抗拉强度280～380Mpa，延伸率A80mm≥38％，n≥0.19，r≥2.0。
本发明还提供了一种上述高成形性的热浸镀锌铝镁合金镀层钢板的热浸镀方法，包括钢基脱脂清洗、连续退火、热浸镀、气刀吹扫、冷却的步骤；其中连续退火过程控制炉内氢气的体积分数≥3.0％；钢板入锌锅温度与镀液温度的温差控制在±15℃；所述冷却采用快冷(非自然冷却)方式，带钢到达顶部转向辊的温度≤300℃。
其中，上述高成形性的热浸镀锌铝镁合金镀层钢板的热浸镀方法中，所述的热浸镀过程控制钢板入锌锅温度为390～500℃，镀液温度为400～510℃。
本发明的有益效果为：
本发明通过钢基严格控制C、S、P等杂质元素和Ti元素的添加，Ti固溶杂质元素，避免了钢基表面杂质元素促进镀层中脆相ζ相的生长，提高了镀层的成形性；镀层中添加微量元素Ti、Mo增强了钢基与镀液的浸润作用，Ti的加入可以形成TiAl3金属化合物，在镀层形成过程中提供了异质形核点，细化并降低了镀层的晶粒尺寸，改善了镀层的延展性，降低了锌铝镁合金镀层钢板在超深冲成型过程中的裂纹宽度和密度，提升了镀层的成形性和耐蚀性，满足用户的超深冲使用要求。
具体实施方式
本发明提供了一种高成形性的热浸镀锌铝镁合金镀层钢板，由钢基和镀层组成，镀层的主要成分为：按重量百分比计，铝1.0～2.5％，镁0.8～2.5％，微量合金元素0.01～0.10％，其余为锌及不可避免的杂质。
其中，上述高成形性的热浸镀锌铝镁合金镀层钢板中，所述镀层中的锌含量≥95.0％。
其中，上述高成形性的热浸镀锌铝镁合金镀层钢板中，所述镀层中的微量合金元素为钛。优选的，钛的含量为0.01～0.05％。
本发明加入钛，可增强镀层与钢基的结合作用，其在镀层结晶过程中异质形核，细化镀层的组织结构，从而改善镀层的成形性。但钛过多，则氧化严重，使锌渣大量增加，不利于表面质量控制，因此，本发明加入钛的含量为0.01～0.05％。
其中，上述高成形性的热浸镀锌铝镁合金镀层钢板中，所述镀层中的微量合金元素中可以含有钼。钼的含量为0～0.09％。
其中，上述高成形性的热浸镀锌铝镁合金镀层钢板中，所述镀层成分中不可避免的杂质总和≤0.010％，其中铅≤0.002％，锑≤0.002％，镉≤0.001％，铬≤0.001％，锡≤0.001％。
其中，上述高成形性的热浸镀锌铝镁合金镀层钢板中，所述镀层为双面镀层，重量共计为30～450g/m2。
其中，上述高成形性的热浸镀锌铝镁合金镀层钢板中，所述钢基为铁素体组成的超低碳钢。
其中，上述高成形性的热浸镀锌铝镁合金镀层钢板中，所述钢基的主要成分包括：按重量百分比计，碳≤0.005％，硅≤0.02％，锰0.08～0.20％，磷≤0.01％，硫≤0.01％，铝0.03～0.10％，钛0.06～0.15％，余量为Fe及不可避免的杂质。
本发明的钢基成分中，严格控制C、S、P等杂质元素和Ti元素的添加及镀层中添加Ti、Mo微量元素的协同作用，改变了锌铝镁镀液在钢基表面的化学反应过程了，影响了镀层组织的形成，减少了镀层脆相ζ相，细化了晶粒，从而整体提高了镀层的成形性和耐蚀性，满足了用户深冲使用要求。
其中，上述高成形性的热浸镀锌铝镁合金镀层钢板的屈服强度为≤220Mpa，抗拉强度280～380Mpa，延伸率A80mm≥38％，n≥0.19，r≥2.0。
本发明还提供了一种上述高成形性的热浸镀锌铝镁合金镀层钢板的热浸镀方法，包括钢基脱脂清洗、连续退火、热浸镀、气刀吹扫、冷却的步骤；其中连续退火过程控制炉内氢气的体积分数≥3.0％；钢板入锌锅温度与镀液温度的温差控制在±15℃；所述冷却采用快冷(非自然冷却)方式，带钢到达顶部转向辊的温度≤300℃。
其中，上述高成形性的热浸镀锌铝镁合金镀层钢板的热浸镀方法中，所述的热浸镀过程控制钢板入锌锅温度为390～500℃，镀液温度为400～510℃。
本发明通过下述参数的共同配合来提高钢板的热深冲性能，脱脂清洗是为了保证钢基表面油脂的清洗干净，退火中的氢气是为了保证还原性气氛，避免氧化，增强钢基表面活性，促进镀层与钢基的反应结合；钢板入锌锅温度与镀液温度的温差控制为了保证镀液温度的稳定性，确保热浸镀的稳定；采用快冷是为了加快结晶，抑制晶核的长大，通过工艺的协同作用，是镀层和钢基与镀层紧密结合在一起，并降低了镀层的晶粒。
下面将通过实施例对本发明的具体实施方式做进一步的解释说明，但不表示将本发明的保护范围限制在实施例所述范围内。
实施例1
制备高成形性的热浸镀锌铝镁合金镀层钢板，其镀层重量60g/m2(双面)，镀层的主要成分为：铝1.0％，镁0.8％，钛0.02％，铅0.001％，锑0.001％，铬0.001％，镉0.001％，锡0.001％，其余为锌；钢基组织为铁素体，化学成分为：碳0.004％，硅0.02％，锰0.08％，磷0.01％，硫0.01％，铝0.05％，钛0.07％，余量为Fe及不可避免的杂质。
制备方法为：脱脂清洗、连续退火、热浸镀、气刀吹扫、冷却，其中脱脂清洗是脱脂处理后漂洗干净，连续退火过程以体积百分含量计控制炉内氢气3.0％，钢板入锌锅温度为390℃，热浸镀过程镀液温度为400℃，镀后快冷，带钢到达顶部转向辊的温度300℃。
测试方法：
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0)，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。
经检测，本实施例的高成形性的热浸镀锌铝镁合金镀层钢板表面质量良好，具有优良的耐蚀性、成形性和涂装性。
在中性盐雾试验条件下出现红锈的时间在600h以上，0T折弯后肉眼未见有明显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550h以上，喷涂后喷涂涂层的附着性优良，满足用户要求。
实施例2
制备高成形性的热浸镀锌铝镁合金镀层钢板，其镀层重量120g/m2(双面)，镀层的主要成分为：铝1.5％，镁2.0％，钛0.01％，钼0.05％，铅0.002％，锑0.001％，镉0.001％，锡0.001％，其余为锌；钢基组织为铁素体，化学成分为：碳0.003％，硅0.01％，锰0.15％，磷0.01％，硫0.005％，铝0.05％，钛0.08％，余量为Fe及不可避免的杂质。
制备方法为：脱脂清洗、连续退火、热浸镀、气刀吹扫、冷却，其中脱脂清洗是脱脂处理后漂洗干净，连续退火过程以体积百分含量计控制炉内氢气4.0％，钢板入锌锅温度为440℃，热浸镀过程镀液温度为455℃，镀后快冷，带钢到达顶部转向辊的温度260℃。
测试方法同实施例1。
经检测，本实施例的高成形性的热浸镀锌铝镁合金镀层钢板表面质量良好，具有优良的耐蚀性、成形性和涂装性。
在中性盐雾试验条件下出现红锈的时间在1200h以上，0T折弯后肉眼未见有明显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1100h以上，喷涂后喷涂涂层的附着性优良，满足用户要求。
实施例3
本发明的高成形性的热浸镀锌铝镁合金镀层钢板，其镀层重量300g/m2(双面)，镀层的主要成分为：铝2.5％，镁2.4％，钛0.05％，钼0.02％，铅0.002％，锑0.001％，铬0.001％，锡0.002％，其余为锌；钢基组织为铁素体，化学成分为：碳0.002％，硅0.02％，锰0.18％，磷0.01％，硫0.006％，铝0.06％，钛0.12％，余量为Fe及不可避免的杂质。
制备方法为：脱脂清洗、连续退火、热浸镀、气刀吹扫、冷却，其中脱脂清洗是脱脂处理后漂洗干净，连续退火过程以体积百分含量计控制炉内氢气4.0％，钢板入锌锅温度为490℃，热浸镀过程镀液温度为480℃，镀后快冷，带钢到达顶部转向辊的温度280℃。
测试方法同实施例1。
经检测，本实施例的高成形性的热浸镀锌铝镁合金镀层钢板表面质量良好，具有优良的耐蚀性、成形性和涂装性。
在中性盐雾试验条件下出现红锈的时间在3500h以上，0T折弯后肉眼未见有明显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3200h以上，喷涂后喷涂涂层的附着性优良，满足用户要求。
对比例1
制备高成形性的热浸镀锌铝镁合金镀层钢板，其镀层重量60g/m2(双面)，镀层的主要成分为：铝1.0％，镁1.0％，钛0.002％，铅0.001％，锑0.001％，铬0.001％，镉0.001％，锡0.001％，其余为锌；钢基组织为铁素体，化学成分为：碳0.004％，硅0.02％，锰0.08％，磷0.01％，硫0.01％，铝0.05％，钛0.07％，余量为Fe及不可避免的杂质。
制备方法为：脱脂清洗、连续退火、热浸镀、气刀吹扫、冷却，其中脱脂清洗是脱脂处理后漂洗干净，连续退火过程以体积百分含量计控制炉内氢气3.0％，钢板入锌锅温度为390℃，热浸镀过程镀液温度为400℃，镀后快冷，带钢到达顶部转向辊的温度300℃。
测试方法同实施例1。
经检测，本实施例的高成形性的热浸镀锌铝镁合金镀层钢板表面质量良好，在中性盐雾试验条件下出现红锈的时间在450h以上，0T折弯后肉眼未见有明显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400h以上，喷涂后喷涂涂层的附着性优良。
对比例2
制备高成形性的热浸镀锌铝镁合金镀层钢板，其镀层重量120g/m2(双面)，镀层的主要成分为：铝1.6％，镁2.0％，钛0.01％，钼0.05％，铅0.002％，锑0.001％，镉0.001％，锡0.001％，其余为锌；钢基组织为铁素体，化学成分为：碳0.003％，硅0.01％，锰0.15％，磷0.01％，硫0.005％，铝0.05％，钛0.02％，余量为Fe及不可避免的杂质。
制备方法为：脱脂清洗、连续退火、热浸镀、气刀吹扫、冷却，其中脱脂清洗是脱脂处理后漂洗干净，连续退火过程以体积百分含量计控制炉内氢气4.0％，钢板入锌锅温度为440℃，热浸镀过程镀液温度为455℃，镀后快冷，带钢到达顶部转向辊的温度260℃。
测试方法同实施例1。
经检测，本实施例的高成形性的热浸镀锌铝镁合金镀层钢板表面质量良好，在中性盐雾试验条件下出现红锈的时间在1000h以上，0T折弯后肉眼未见有明显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800h以上，喷涂后喷涂涂层的附着性良好，但在用户使用时易钢基开裂，无法满足用户深冲要求。

Claims (9)

1.高成形性的热浸镀锌铝镁合金镀层钢板，其特征在于：由钢基和镀层组成，镀层的主要成分为：按重量百分比计，铝1.0～2.5％，镁0.8～2.5％，微量合金元素0.01～0.10％，其余为锌及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的高成形性的热浸镀锌铝镁合金镀层钢板，其特征在于：所述镀层中的锌含量≥95.0％。
3.根据权利要求1所述的高成形性的热浸镀锌铝镁合金镀层钢板，其特征在于：所述镀层中的微量合金元素为钛。
4.根据权利要求3所述的高成形性的热浸镀锌铝镁合金镀层钢板，其特征在于：所述钛的含量为0.01～0.05％。
5.根据权利要求4所述的高成形性的热浸镀锌铝镁合金镀层钢板，其特征在于：所述镀层中的微量合金元素中还含有钼，钼的含量为0.01～0.09％。
6.根据权利要求1所述的高成形性的热浸镀锌铝镁合金镀层钢板，其特征在于：所述镀层成分中不可避免的杂质总和≤0.010％，其中铅≤0.002％，锑≤0.002％，镉≤0.001％，铬≤0.001％，锡≤0.001％。
7.根据权利要求1所述的高成形性的热浸镀锌铝镁合金镀层钢板，其特征在于：所述钢基的主要成分包括：按重量百分比计，碳≤0.005％，硅≤0.02％，锰0.08～0.20％，磷≤0.01％，硫≤0.01％，铝0.03～0.10％，钛0.06～0.15％，余量为Fe及不可避免的杂质。
8.权利要求1-7任一项所述的高成形性的热浸镀锌铝镁合金镀层钢板的热浸镀方法，其特征在于：包括钢基脱脂清洗、连续退火、热浸镀、气刀吹扫、冷却的步骤；其中连续退火过程控制炉内氢气的体积分数≥3.0％；钢板入锌锅温度与镀液温度的温差控制在±15℃；所述冷却采用快冷，带钢到达顶部转向辊的温度≤300℃。
9.根据权利要求8所述的高成形性的热浸镀锌铝镁合金镀层钢板的热浸镀方法，其特征在于：所述的热浸镀过程控制钢板入锌锅温度为390～500℃，镀液温度为400～510℃。
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