CN113322427A

CN113322427A - 一种采用铝锌镁镀液的钢板表面锌花控制方法

Info

Publication number: CN113322427A
Application number: CN202110881808.5A
Authority: CN
Inventors: 杜天宇; 杜宝新; 赵利明
Original assignee: Tianjin Xinyu Color Plate Co Ltd
Current assignee: Tianjin Xinyu Color Plate Co Ltd
Priority date: 2021-08-02
Filing date: 2021-08-02
Publication date: 2021-08-31
Anticipated expiration: 2041-08-02
Also published as: CN113322427B

Abstract

本发明提供了一种采用铝锌镁镀液的钢板表面锌花控制方法，制备步骤包括对钢板进行脱脂、刷洗、漂洗、烘干处理，钢板经加热、冷却和保温至500‑600℃后，进入锌锅，浸镀时间1‑10s，炉中保护气气氛体积比为H₂/N₂=1/4；镀液温度为580‑600℃，冷却方式采用气刀冷却结合冷却辊复合冷却方式；镀液中所含成分原子百分比如下：Al 53‑58%，Mg 1‑5%，Si 5‑6.5%，Ti 1‑1.5%，B 1.8‑3.2%，Ce 0.5‑0.65%，其余为Zn和不可避免的杂质。

Description

一种采用铝锌镁镀液的钢板表面锌花控制方法

技术领域

本发明涉及金属材料的表面处理技术，具体地说涉及采用铝锌镁镀液的钢板表面锌花控制方法。

背景技术

热浸镀铝锌板于20世纪60年代由美国开发，它综合了铝的优异耐蚀性与锌的阴极腐蚀保护性，具有优良的耐大气腐蚀性能。镀铝锌板的耐蚀性是同样镀层厚度的热镀锌钢板的2-6倍，具有与热镀铝板相似的耐高温腐蚀性，其耐水腐蚀性、耐土腐蚀性优于热镀锌板和热镀铝板；具有优良的涂装性和良好的加工性能，其加工性和焊接性与热镀锌板相似，可以进行冷弯、冲压等加工；而且热镀铝锌板也拥有良好的外观。基于以上优点，热镀铝锌板越来越被广泛的应用。

热镀铝锌产品应用范围广泛，可以代替镀锌板及镀铝板用于对耐腐蚀性、加工性耐热抗氧化性的场合，包括建筑、轻工、汽车等行业，可制作成墙面板、屋顶板、窗框，汽车门板，家电面板，电器柜，电器零部件，也可作为光伏产品支架，铁路隔音幕墙，包装运输材料等等，也可以用于彩涂基板。

通常的热浸镀铝锌钢板上容易出现称为锌花的特有的镀覆组织形状。锌花的产生起因于锌的凝固反应的特性，锌在凝固时以凝固核为起点生长树枝形状的枝状晶体，其枝状晶体之间剩余的未凝固的熔融锌池，最终凝固而终止镀层的凝固。大锌花的出现将使产品表面不够光滑平整，锌花越大，表面合金中铝、锌等成分的分布越不均匀，会影响产品的使用寿命和产品质量。

现有技术中通过控制退火温度、锌锅温度、气刀参数等控制锌花尺寸。通常使用的带钢连续热镀锌生产线中，带钢经加热炉加热、还原后进入锌锅内镀锌，气刀刮除多余部分的锌液。然后在空气中冷却结晶成普通锌花或在经喷雾处理快速冷却结晶成小锌花。但是，现有的小锌花机镀锌时，由于冷却速度太快，常造成钢板表面的锌花零乱不均，甚至有不少白点产生。同时由于水具有一定的粘度，会影响雾化，而且，小锌花机的气雾喷嘴所喷出的水滴直径较大且会产生滴水现象，更容易使雾化后钢板表面锌花较大且不均匀，并产生明显白点现象，即便经过后续的光整工艺，板面也往往存在锌花晶界，这样，严重影响了后面的涂装工序质量，造成浪费油漆涂料。

本申请在传统的热镀铝锌工艺的基础上，通过调整合金组分含量以及冷却工艺，在提高了耐腐蚀性的基础上获得均匀细小的锌花。

发明内容

本发明的目的在于提供一种采用铝锌镁镀液的钢板表面锌花控制方法，以缓解现有技术存在的锌花问题。

为了缓解上述技术问题，本发明提供的技术方案在于：

一种采用铝锌镁镀液的钢板表面锌花控制方法，制备步骤包括：

对钢板进行脱脂、刷洗、漂洗、烘干处理，钢板经加热、冷却和保温至500-600℃后，进入锌锅，浸镀时间1-10s，炉中保护气气氛体积比为H₂/N₂=1/4；镀液温度为580-600℃，冷却方式采用气刀冷却结合冷却辊复合冷却方式；

镀液中所含成分原子百分比如下：Al 53-58%，Mg 1-5%，Si 5-6.5%，Ti 1-1.5%，B1.8-3.2%，Ce 0.5-0.65%，其余为Zn和不可避免的杂质。

更进一步地，冷却过程中第一阶段采用气刀，在钢板离开浴锅后立即采用气刀冷却，并控制镀层厚度，通过控制气刀与钢板间距、气流量、通气温度等参数使降温速率在15-40℃/s，随后通过冷却辊与镀锌层直接接触快速将镀锌钢板冷却至室温，冷却速度大于80℃/s。

更进一步地，对冷却辊与钢板接触的中间部位采用液氮冷却，边缘部分采用循环水冷却。

更进一步地，冷却过程中采用三级冷却辊冷却。

对钢板进行脱脂、刷洗、漂洗、烘干处理。目的是去除板面残留油脂、污渍。

钢板经加热、冷却和保温至500-600℃后，进入锌锅，浸镀时间1-10s，炉中保护气气氛体积比为H₂/N₂=1/4。镀液中所含成分原子百分比如下：Al：53-58%，Mg：1-5%，Si：5-6.5%，Ti：1-1.5%，B：1.8-3.2%，Ce：0.5-0.65%，其余为Zn和不可避免的杂质。镀液温度为580-600℃。

冷却方式采用气刀冷却结合冷却辊复合冷却方式，冷却分两个阶段进行，第一阶段采用气刀，在钢板离开浴锅后立即采用气刀冷却，并控制镀层厚度，气刀与带钢距离为15mm～29mm，气流量3500-4000L/h通入15-20℃冷却空气，通过控制气刀与钢板间距、气流量、通气温度等参数使降温速率在15-40℃/s，随后通过冷却辊与镀锌层直接接触快速将镀锌钢板冷却至室温，冷却速度大于80℃/s，为保证冷却辊表面的温度均匀性，对冷却辊与钢板接触的中间部位采用液氮冷却，边缘部分采用循环水冷却，进一步提高锌花的均匀性，为了保证快速降温至室温可设置多级冷却辊进行冷却，在实施例中采用三级冷却辊。避免采用水雾的方式冷却，在实际处理过程中由于水雾中液滴大小控制难度大，往往会出现液滴大小不均匀的现象，进一步导致锌花大小的不均匀。此外先通过空气冷却的方式使镀锌层表面转变为固相，随后再与冷却辊接触，也避免镀锌层在液相状态下与冷却辊直接接触，对镀锌层成分、厚度产生影响，也避免了冷却辊表面粘附锌液影响后续镀层的表面质量。

Ti、B元素：提高Ti、B添加量，在Ti、B元素起到合金元素细化晶粒的基础上，饱和的Ti、B元素以中间相的形式析出，中间相包括TiB₂及TiAl₃或AlB₃，中间相在起始阶段作为形核中心，增大了形核密度，有利于形成均匀细小的锌花，未参与形核的中间相还能够弥散分布在组织中，阻碍后续锌花树枝结构的长大。Ti、B含量过低不能够产生中间相，优选原子百分比含量Ti 1-1.5%，B 1.8%-3.2%。优选Ti与B原子比为2:1，有利于中间相TiB₂的形成。

在相应的冷却条件下Ce元素的能使镀层表面组织更细；此外稀土元素能够促进合金元素在锌锅及镀层中的扩散，提高元素均匀性，更有利于在冷却过程中Ti与B产生中间相，并均匀的分散。

Si元素可以抑制粗大树枝状富Al相的形成，还可以细化晶粒，使得镀层晶粒细小。Si含量过少无法起到抑制粗大晶粒生成的目的，优选将Zn-Al镀液中含有的Si量规定为5%以上。另一方面，如果Zn-Al镀液的Si超过6.5%，则会产生Zn-Al-Si中间相，增大涂层开裂可能性。

Mg元素作为主要合金元素，配合铝锌基体成分，保证镀层整体的耐腐蚀性。

本申请为了在热浸镀铝锌层的基础上得到均匀细小的锌花，通过调整镀液合金含量，添加过饱和的Ti、B，促进中间相形成作为锌花形核中心，并添加稀土元素促进镀层元素扩散，此外添加一定量Si元素抑制锌花树枝结构异常长大。此外通过气刀、冷却辊复合降温方式，控制冷却速率，实现快速冷却降低锌花尺寸，并通过冷却辊边缘与中心不同的冷却方式提高锌花尺寸均匀性。

具体实施方式

实施例1：

钢板经加热、冷却和保温至500-600℃后，进入锌锅，浸镀时间5s，炉中保护气气氛体积比为H₂/N₂=1/4。镀液中所含成分原子百分比如下：Al：55%，Mg：2%，Si：6%，Ti：1.2%，B：2.5%，Ce：0.6%，其余为Zn和不可避免的杂质。镀液温度为585℃。

在钢板离开浴锅后立即采用气刀冷却，并控制镀层厚度，气刀与带钢距离为18mm，气流量3800L/h通入15℃冷却空气,通过控制气刀与钢板间距、气流量、通气温度等参数使降温速率在20℃/s，随后通过冷却辊与镀锌层直接接触快速将镀锌钢板冷却至室温，冷却速度90℃/s，对冷却辊与钢板接触的中间部位采用液氮冷却，边缘部分采用循环水冷却，采用三级冷却辊。

通过光学显微镜观察镀锌层表面锌花状况，随机取100mm线段，测量其经过锌花数量以及锌花尺寸，每个式样取五个线段进行测量取平均值。

实施例2-12：

各实施例中镀层成分参见表1，具体制备方式与实施例1相同，仅调整镀液成分。镀锌层表面锌花大小及均匀性状况参见表2。

实施例1-6中采用本申请镀液成分，通过镀层表面光学显微镜观察锌花细小且并无异常大锌花出现。实施例7中未添加稀土元素，则出现少量偏大锌花。实施例8-10中改变Ti、B元素含量范围，分别降低二者含量，则由于形核数量减少，导致锌花总体数量降低，并出现偏大锌花，实施例11-12中改变Si原子比范围，降低Si元素含量导致锌花偏大，增大硅含量则在镀层表面观察到裂纹存在。

表1

表2

实施例13：

钢板经加热、冷却和保温至500-600℃后，进入锌锅，浸镀时间5s，炉中保护气气氛体积比为H₂/N₂=1/4。镀液中所含成分原子百分比如下：Al：55%，Mg：2%，Si：6%，Ti：1.2%，B：2.5%，Ce：0.6%，其余为Zn和不可避免的杂质。镀液温度为585℃。在钢板离开浴锅后立即采用气刀冷却，并控制镀层厚度，气刀与带钢距离为15mm～29mm，气流量3500-4000L/h通入15-20℃冷却空气，通过控制气刀与钢板间距、气流量、通气温度等参数使降温速率在15-40℃/s，最终冷却至室温，后经光学显微镜观察，镀层表面未形成小于5mm直径锌花，随机取五段100mm线段，经过其锌花数量为10-15，锌花平均直径为13mm。

实施例14：

钢板经加热、冷却和保温至500-600℃后，进入锌锅，浸镀时间5s，炉中保护气气氛体积比为H₂/N₂=1/4。镀液中所含成分原子百分比如下：Al：55%，Mg：2%，Si：6%，Ti：1.2%，B：2.5%，Ce：0.6%，其余为Zn和不可避免的杂质。镀液温度为585℃。在钢板离开浴锅后立即采用喷雾冷却至室温，喷嘴直径为4mm，水压力为1.5－4巴，压缩空气压力为1.4－6巴，小锌花机喷嘴与气刀之间的距离调整为350mm，后经光学显微镜观察，镀层表面虽形成1-2mm细小锌花，但锌花尺寸不均匀，存在异常长大锌花，随机取五段100mm线段，经过其10mm以上锌花数量为5-8，锌花平均直径为8mm。

实施例15：

钢板经加热、冷却和保温至500-600℃后，进入锌锅，浸镀时间5s，炉中保护气气氛体积比为H₂/N₂=1/4。镀液中所含成分原子百分比如下：Al：55%，Mg：2%，Si：6%，Ti：1.2%，B：2.5%，Ce：0.6%，其余为Zn和不可避免的杂质。镀液温度为585℃。在钢板离开浴锅后直接进行冷却辊接触降温，随着冷却辊运行运行，出现镀层与冷却辊粘连现象，影响镀锌层冷却连续进行。

实施例16：

在钢板离开浴锅后立即采用气刀冷却，并控制镀层厚度，通过控制气刀与钢板间距、气流量、通气温度等参数使降温速率在20℃/s，随后通过冷却辊与镀锌层直接接触快速将镀锌钢板冷却至室温，对冷却辊整体采用循环水冷却，冷却速度90℃/s，使用三级冷却辊冷却至室温。

通过光学显微镜观察镀锌层发现，钢板宽度方向锌花尺寸不均匀，中间区域存在5mm以上尺寸锌花。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims

1.一种采用铝锌镁镀液的钢板表面锌花控制方法，其特征在于，制备步骤包括：

镀液中所含成分原子百分比如下：Al 53-58%，Mg 1-5%，Si 5-6.5%，Ti 1-1.5%，B 1.8-3.2%，Ce 0.5-0.65%，其余为Zn和不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，冷却过程中第一阶段采用气刀，在钢板离开浴锅后立即采用气刀冷却，并控制镀层厚度，通过控制气刀与钢板间距、气流量、通气温度等参数使降温速率在15-40℃/s，随后通过冷却辊与镀锌层直接接触快速将镀锌钢板冷却至室温，冷却速度大于80℃/s。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，对冷却辊与钢板接触的中间部位采用液氮冷却，边缘部分采用循环水冷却。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，冷却过程中采用三级冷却辊冷却。