CN113227437B - 加工性和耐蚀性优异的异种镀覆钢板及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可以用于车辆、家用电器、建筑材料等的镀覆钢板，更详细地，涉及一种在钢板的一面形成镀锌层并且在另一面形成锌‑镁镀层的异种镀覆钢板。

Description

加工性和耐蚀性优异的异种镀覆钢板及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种可以用于车辆、家用电器、建筑材料等的镀覆钢板，更详细地，涉及一种在钢板的一面形成镀锌层并且在另一面形成锌-镁镀层的异种镀覆钢板。

背景技术

表面处理技术是为了抑制钢板的腐蚀而在钢板表面进行镀覆的技术，具有代表性的是使用锌的镀锌钢板。作为制造所述镀锌钢板的方法，通常使用电镀锌或热浸镀锌。

如图1所示，通过所述电镀锌或热浸镀锌制造的镀覆钢板的特征在于，在钢板100的两面具有镀锌的镀锌层110，并且具有相同的附着量。如上所述的镀锌钢板的镀层上进行磷酸盐处理、铬酸盐处理或非铬酸盐处理等的后处理，以提高涂装性或耐蚀性。由于电镀锌钢板的表面外观优异，因此用作车辆用外板，但在后续的镀覆作业时在作业性、制造成本和环境方面不利，因此电镀锌钢板的整体使用量正在减少。热浸镀锌钢板在制造成本方面比电镀锌钢板低廉，但与电镀锌钢板相比，由于后续的镀覆，机械性质和镀覆粘附性的成型性、连续点焊时的电极寿命的焊接性等劣化。

所述镀锌钢板的问题在于，由于镀层硬度低而较软，因此在搬运和运输卷板时，由于外部应力而容易被损坏，并且由于在加工时锌附着在模具(die)上的现象(galling，拉毛)而导致作业性降低。此外，由于表面摩擦系数大，难以应用于加工难度大且焊接部位多的汽车用钢板。

为了解决这种问题，出现了锌合金镀覆钢板，具有代表性的有合金化热浸镀锌钢板、锌-铝合金镀覆钢板等。

所述合金化热浸镀锌钢板通过基材铁和镀层的锌的合金化反应形成Fe-Zn金属间化合物，因此涂膜粘附性的涂装性和电极寿命的焊接性优异。但是，由于合金化反应产生的Fe-Zn系的合金相(γ相)，加工钢板时镀层脱落的粉化(powdering)导致加工性存在问题。此外，将用于防水、防腐蚀、振动吸收和焊接用的密封剂(sealer)粘合在钢板上并使用时，由于Fe-Zn之间生成的合金相，存在粘合密封剂后Fe-Zn镀层脱落的问题。此外，所述Fe-Zn镀层的表面不精美且白度不高，因此难以用于涂装后也需要精美的表面或不进行涂装而直接使用的家用电器用钢板。

另一方面，在锌-铝(Zn-Al)合金镀覆的情况下，难以制备电镀液，因此难以通过电镀法制造所述锌-铝合金镀覆钢板，并且在通过热浸镀法制造的情况下，难以在钢板的两面形成不同的镀层。

发明内容

要解决的技术问题

本发明的一个方面提供一种具有优异的加工性和耐蚀性的异种镀覆钢板及其制造方法，所述异种镀覆钢板在钢板的一面镀锌并且在另一面镀覆锌-镁合金。

本发明的技术问题不限于上述内容。本发明的附加技术问题记载于整个说明书的内容中，本领域技术人员应不难从本发明的说明书中记载的内容理解本发明的附加技术问题。

技术方案

本发明的一个方面涉及一种加工性和耐蚀性优异的异种镀覆钢板，该异种镀覆钢板包括：钢板；镀锌层，附着在所述钢板的一面；以及锌-镁合金镀层，附着在所述钢板的另一面，所述镀锌层的镀覆附着量为5-60g/m²，所述锌-镁合金镀层的镀覆附着量为10-40g/m²，并且所述锌-镁合金镀层的镁含量为8-30重量％。

本发明的另一方面涉及一种加工性和耐蚀性优异的异种镀覆钢板的制造方法，该方法包括以下步骤：准备钢板；在真空室内通过电磁力使涂覆材料悬浮而生成锌沉积蒸气，并诱导喷出所述锌沉积蒸气，以在所述钢板的一面形成具有5-60g/m²的附着量的镀锌层；以及在真空室内通过电磁力使涂覆材料悬浮而生成锌-镁合金沉积蒸气，并诱导喷出所述锌-镁合金沉积蒸气，以在所述钢板的另一面形成具有10-40g/m²的附着量的锌-镁合金镀层，其中，所述锌-镁合金沉积蒸气中包含的Mg含量为8-30重量％。。

有益效果

根据本发明可以提供一种在钢板的一面具有镀锌层并且在另一面具有锌-镁合金镀层的异种镀覆钢板，特别地，可以提供一种能够通过优化所述镀锌层的镀覆附着量和锌-镁合金镀层的组成来确保优异的加工性和耐蚀性的异种镀覆钢板。

附图说明

图1是示出通过通常的热浸镀法制造的镀锌钢板的截面的示意图。

图2是示出本发明的异种镀覆钢板的一个示例的截面的示意图。

图3是示出本发明的异种镀覆钢板的一个示例的截面的示意图。

图4是示出本发明的异种镀覆钢板的一个示例的截面的示意图。

图5是示出本发明的异种镀覆钢板的一个示例的截面的示意图。

图6是电磁加热物理气相沉积装置的示意图。

最佳实施方式

本发明涉及一种异种镀覆钢板，该异种镀覆钢板与传统的在钢板的两面都镀覆有锌或锌合金的镀覆钢板相比具有更优异的加工性和耐蚀性。在此，异种镀覆钢板是指钢板的一面和另一面镀覆有不同种类的材料，从而在一个镀覆钢板中钢板的每个面具有不同的镀层。

本发明的发明人考虑了以下方案，即，与传统的在两面镀覆相同的材料的镀覆钢板相比，需要高耐蚀性和作业性(拉毛(galling)性)的产品需要Zn-Mg镀层，并且在作为其背面的对应于服务涂层的表面形成用于临时防锈的镀锌层，以确保耐蚀性和作业性的同时可以经济地生产产品。为了获得如上所述的效果，得出在钢板的一面形成镀锌层并且在另一面形成锌-镁合金镀层的异种镀覆钢板。

以下，首先参照附图对根据本发明的一个方面的异种镀覆钢板进行详细说明。附图仅用于理解本发明，并不用于限制本发明。

如图2所示，在一个示例中，本发明的异种镀覆钢板包括：钢板200；镀锌层210，附着在所述钢板的一面；以及锌-镁合金镀层220，附着在所述钢板的另一面。

本发明中所述钢板200是可以用于家用电器、建筑材料、汽车等的热轧钢板、冷轧钢板、退火钢板等，对其用途和种类不作特别限定。

附着在所述钢板200的一面的镀锌层210的平均晶粒尺寸优选为传统电镀锌钢板的晶粒尺寸的1/3水平的500-800nm。由于具有微细的所述晶粒尺寸，高角(high angle)棱锥面((103)面、(102)面、(101)面)和棱柱(110)面相对发达，因此可以具有优先被培养的特征。所述镀锌层210的镀覆附着量优选为5-60g/m²，更优选为10-60g/m²。当所述镀锌层的镀覆附着量小于5g/m²时，无法保证钢板的临时防锈性的耐蚀性，当所述镀锌层的镀覆附着量超过60g/m²时，可能会在镀锌层的生产性和作业性方面产生不利的影响，因此优选为5-60g/m²。

优选地，以重量％计，附着在所述钢板200的另一面的锌-镁合金镀层220包含8-30％的镁(Mg)，其余由Zn和不可避免的杂质组成。当所述Mg含量小于8重量％时，由于钢板表面的颜色不均匀，可能会发生表面外观的不良，当所述Mg含量超过30重量％时，不利于耐蚀性、经济性和作业性。

所述锌-镁合金镀层220的腐蚀电位为-1.07V至-1.13V(饱和甘汞电极(SaturatedCalomel Electrode，SCE))，与传统的锌-铁合金镀覆钢板(-0.89V的SCE)和镀锌钢板(-1.03V的SCE)相比，显示出高腐蚀电位，因此可以确保优异的耐蚀性。

另一方面，所述锌-镁合金镀层220的镀覆附着量优选为10-40g/m²。当所述锌-镁合金镀层的镀覆附着量小于10g/m²时，无法确保优异的耐蚀性，当所述锌-镁合金镀层的镀覆附着量超过40g/m²时，由于镀层的粉化(powdering)性而导致作业性降低，因此不优选。所述锌-镁合金镀层220并不仅限于一个层(layer)，可以形成为两层以上的多层结构。

所述锌-镁合金镀层220的镀覆组织可以根据诸如Zn单相、Mg单相、Mg₂Zn₁₁合金相、MgZn₂合金相、MgZn合金相、Mg₇Zn₃合金相等的镁的组成形成各种合金相，并且合金相的分数也可以具有差异。

本发明的异种镀覆钢板在形成锌-镁合金镀层时，考虑到各种使用方式、用途等，提出了各种结构的镀层，由此，可以确保表面外观、耐蚀性、作业性(拉毛(galling)性)、焊接性等。例如，在所述锌-镁合金镀层的上部和/或下部包括Zn层，从而可以具有两层至三层结构或三层以上的结构。图3至图5示出进一步包括所述锌层221的本发明的异种镀覆钢板的一个示例的截面。本发明中‘锌层’不同于‘镀锌层’，所述锌层是指形成在所述锌-镁合金镀层一侧的层。

即，图3中示出在钢板200和锌-镁合金镀层220之间还包括锌层221，图4示出在锌-镁合金镀层220上还包括锌层222，图5示出在钢板200和锌-镁合金镀层220之间还包括锌层221，并且在锌-镁合金镀层220上还包括锌层222。

在所述图3和图5中，考虑到镀覆粘附性和工艺性，存在于在锌-镁合金镀层220和钢板200之间的锌层221的镀覆附着量优选为2g/m²以上且10g/m²以下，更优选为3g/m²以上且10g/m²以下，最优选为5g/m²以上且10g/m²以下。

另一方面，在图4和图5中，考虑到耐黑变性、磷酸盐处理性和拉毛性，存在于锌-镁合金镀层220上的最上层的锌层222的镀覆附着量优选为8g/m²以上且20g/m²以下，更优选为10g/m²以上且20g/m²以下，最优选为8g/m²以上且15g/m²以下。当相对具有延展性的特征的锌层222超过20g/m²时，相对阻碍底镀层的Zn-Mg的优异的拉毛性，因此所述锌层222的上限优选为20g/m²。

以下，对根据本发明的另一方面的异种镀覆钢板的制造方法进行详细说明。

首先，准备钢板。在所述钢板的表面可能会存在异物、氧化膜等，因此可以包括去除异物、氧化膜等的工艺。作为一个示例，利用2％以上的低温复合脱脂剂或碱性脱脂溶液进行脱脂、冲洗及干燥，然后可以经过利用等离子体和离子束等去除表面的异物和天然氧化膜的过程。

在所述钢板的一面形成镀锌层，使得具有5-60g/m²的镀覆附着量，在另一面形成锌-镁合金镀层，使得具有10-40g/m²的镀覆附着量。对所述镀锌层和锌-镁合金镀层的形成顺序不作限制。

所述镀锌层和锌-镁合金镀层优选通过具有电磁搅拌(ElectromagneticStirring)效果的电磁加热物理气相沉积法形成。

为了制造镀覆钢板，在真空中利用物理气相沉积(PVD)工艺，传统的常规PVD工艺的缺点在于，由于高处理温度而应被气化的涂覆材料始终以液体状态存在，因此涂覆速度存在局限性。例如，利用电子枪的电子束蒸发的情况下，涂覆材料应放置在由陶瓷或铜制成的坩埚中。在铜坩埚的情况下，应注意不要因为使用水的强冷却而铜被熔解或同时被气化。冷却铜坩埚的一个缺点是由于冷却作业而会损失大量的热量。陶瓷坩埚的使用局限于在高温下不与坩埚的材料发生化学反应的涂覆材料。此外，大部分的陶瓷坩埚的导热率低，因此在供应所需的热能方面存在困难。因此，本发明优选通过电磁加热物理气相沉积法进行。

所述电磁加热物理气相沉积法是利用这样一种现象：当在真空室内将高频电源施加到生成交流磁场的电磁线圈以产生电磁力时，涂覆材料(锌、镁等)在由交流电磁场包围的空间中在没有外部的帮助下悬浮在空中，如此悬浮的涂覆材料产生大量的金属蒸气(锌沉积蒸气、锌和镁沉积蒸气)，图6示出用于这种电磁悬浮物理气相沉积的装置的示意图。参照图6，通过如上所述方法形成的大量的金属蒸气通过蒸气分配箱(vapor distributionbox)的多个喷嘴高速喷射到钢板的表面以形成镀层。特别地，所述电磁线圈和蒸气分配箱可以分别设置在钢板的各个面，因此所述工艺和设备具有以下优点，即可以仅在钢板的一面进行镀覆并在另一面同时镀覆其它材料。此时，当所述蒸气分配箱的温度低时，金属蒸气冷凝在箱的内壁，因此优选加热至800℃以上的温度以形成镀层。

另一方面，所述锌-镁合金沉积蒸气中包含的Mg含量优选为8-30重量％。

在形成所述锌-镁合金镀层之前和/或之后，还可以包括形成锌层的工艺。所述锌层优选通过电磁加热物理气相沉积法形成。

与传统的镀覆钢板相比，通过所述方法获得的本发明的异种镀覆钢板的晶粒尺寸非常微细，因此表面外观精美，由于硬度增加而提高加工性，并且由于含有Mg的Zn-Mg合金相，具有大幅改善耐蚀性的优点。

具体实施方式

以下，对本发明的实施例进行详细说明。以下实施例仅用于理解本发明，并不用于限定本发明的权利范围。

(实施例)

以重量％计，准备包含C：0.125％、Si：0.102％、Ti：0.019％、Cu：0.012％、余量的Fe和不可避免的杂质的厚度为1.20mm的冷轧钢板，利用图6的装置，如下表1所示，通过改变镀覆附着量和Mg的含量来在钢板的一面形成镀锌层并且在另一面形成锌-镁合金镀层。此时，镀覆条件如下。

-真空度：3.2×10^-4mbar

-蒸气分配箱温度：1000℃

-电磁线圈电流：1.6kA

-供应的涂覆材料的重量：锌(3kg)、锌-镁合金(3.3kg)

另一方面，表1中的现有例是通过常规的电镀法或热浸镀法制造的镀锌钢板。

针对如上所述制造的镀覆钢板，评价耐蚀性、粉化性、拉毛(galling)性，并将其结果一同示于表1中。

对于耐蚀性，将镀覆钢板切割成尺寸为75mm×150mm的试片，并在平板和杯形拉深(cup drawing)加工后评价耐蚀性，根据JIS Z 2371实施盐雾试验，记录初始红锈产生时间点，并与以单面镀覆附着量为基准镀覆附着量为60g/m²的热浸镀锌钢板(GI)进行比较评价。其标准如下。

1：优异

2：一般(GI为60g/m²的水平)

3：不良

对于粉化性，将镀覆钢板切割成宽度为40mm、长度为80mm的试片，并将试片安装在冲压试验机中，实施60°弯曲试验，然后将试片从试验机取下，并在弯曲的部分贴上玻璃纸胶带后展开并取下胶带，然后将胶带贴在白纸上并测量剥离宽度，以进行比较评价。其标准如下。

1：优异(剥离宽度小于6.0mm)

2：一般(剥离宽度为6.0-8.0mm)

3：不良(剥离宽度超过8.0mm)

另一方面，对于拉毛(galling)性，将镀覆钢板切割成尺寸为200mm×200mm的试片，利用旋转型摩擦试验机，总共测量40次(每次旋转120°)，比较摩擦系数的变化并进行评价。当利用旋转型摩擦试验机持续进行旋转时，将摩擦系数与初始(旋转型摩擦试验前)的摩擦系数值进行比较评价，其标准如下。

1：优异(旋转30次后，摩擦系数值比初始值增加小于20％)

2：一般(旋转30次后，摩擦系数值比初始值增加小于40％)

3：不良(旋转30次后，摩擦系数值比初始值增加50％以上)

对于表面外观，将镀覆钢板切割成尺寸为600mm×1000mm的试片，利用色差计，测量L(白度)、a(红-绿(Red-Green))、b(黄-蓝(Yellow-Blue))，并比较评价Delta E值，其标准如下。

1：优异(在镀覆钢板的全宽/全长内测量部位的部分之间的Delta E为3以下)

2：一般(镀覆钢板的全宽/全长中测量部位的部分之间的Delta E为5以下)

3：不良(镀覆钢板的全宽/全长中测量部位的部分之间的Delta E超过5)

[表1]

所述表1的‘镀层组成’中，Zn/Zn-Mg、Zn-Mg/Zn、Zn/Zn-Mg/Zn表示多层结构的镀层，并且表示从钢板表面开始形成。例如，Zn/Zn-Mg表示从钢板表面开始形成锌(Zn)层，并在所述锌层上形成锌-镁合金(Zn-Mg)层。

在所述现有例的情况下，可以确认，由于锌的延展性特征，在连续成型时锌附着在模具上，摩擦系数增加，拉毛性劣化，并且耐蚀性也不优异。

另一方面，比较例1至比较例6对应镀锌层和锌-镁合金镀层的异种镀覆钢板，根据镀层附着量的组成比，也存在具有令人满意的倾向的情况，但可以确认无法均衡地满足所有条件。另外，在比较例3和比较例5的情况下，可以确认，由于锌-镁合金镀层的Mg含量不符合本发明中提出的条件，因此表面外观特性劣化。在比较例4的情况下，所有特性显示为良好，但由于过多的镀覆附着量，作业性降低，并且具有在成本方面不利的缺点，因此将其分类为比较例。

发明例1至发明例11是具有镀锌层和锌-镁合金镀层的异种镀覆钢板，镀覆附着量和Mg含量被适当调节，因此与所述现有例或比较例相比，可以确认全部特性均衡地优异。

另一方面，发明例9至发明例11示出锌-镁合金镀层和锌层形成多层结构的情况。在发明例9-1和发明例11-1的情况下，钢板和锌-镁合金镀层之间的锌层的附着量少，因此可以确认粉化性稍微降低。在发明例10-3和发明例11-4的情况下，存在于锌-镁合金镀层上的锌层的附着量稍微过多，因此可以确认拉毛性稍微降低。发明例10-1和发明例11-3是存在于锌-镁合金镀层上的锌层的附着量少的情况，耐黑变性可能会劣化。

[附图标记的说明]

100、200：钢板

110：热浸镀锌层

210：镀锌层

220：锌-镁合金镀层

221、222：锌层

Claims (9)

1.一种加工性和耐蚀性优异的异种镀覆钢板，包括：

钢板；

镀锌层，附着在所述钢板的一面；

锌-镁合金镀层，附着在所述钢板的另一面；以及

锌层，附着在所述锌-镁合金镀层上，

所述镀锌层的镀覆附着量为5-60g/m²，

所述锌-镁合金镀层的镀覆附着量为10-40g/m²，并且所述锌-镁合金镀层中的镁含量为8-30重量％，

所述锌层的镀覆附着量为10-20g/m²。

2.根据权利要求1所述的加工性和耐蚀性优异的异种镀覆钢板，其中，所述锌-镁合金镀层具有两层以上的多层结构。

3.根据权利要求1所述的加工性和耐蚀性优异的异种镀覆钢板，其中，在所述钢板和所述锌-镁合金镀层之间还包括附加的锌层。

4.根据权利要求3所述的加工性和耐蚀性优异的异种镀覆钢板，其中，所述附加的锌层的镀覆附着量为3g/m²以上。

5.根据权利要求1所述的加工性和耐蚀性优异的异种镀覆钢板，其中，所述锌-镁合金镀层的腐蚀电位为-1.07V至-1.13V(SCE)。

6.一种加工性和耐蚀性优异的异种镀覆钢板的制造方法，包括以下步骤：

准备钢板；

在真空室内通过电磁力使涂覆材料悬浮而生成锌沉积蒸气，并诱导喷出所述锌沉积蒸气，以在所述钢板的一面形成具有5-60g/m²的附着量的镀锌层；

在真空室内通过电磁力使涂覆材料悬浮而生成锌-镁合金沉积蒸气，并诱导喷出所述锌-镁合金沉积蒸气，以在所述钢板的另一面形成具有10-40g/m²的附着量的锌-镁合金镀层；以及

在所述锌-镁合金镀层上形成具有10-20g/m²的附着量的锌层，

其中，所述锌-镁合金沉积蒸气中包含的Mg含量为8-30重量％。

7.根据权利要求6所述的加工性和耐蚀性优异的异种镀覆钢板的制造方法，其中，形成所述镀锌层的步骤和形成所述锌-镁合金镀层的步骤与顺序无关地依次进行或者同时进行。

8.根据权利要求6所述的加工性和耐蚀性优异的异种镀覆钢板的制造方法，其中，在形成所述锌-镁合金镀层之前，还包括形成附加的锌层的步骤。

9.根据权利要求8所述的加工性和耐蚀性优异的异种镀覆钢板的制造方法，其中，所述附加的锌层通过在真空室内通过电磁力使涂覆材料悬浮而生成锌沉积蒸气，并诱导喷出所述锌沉积蒸气而形成。

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