CN113564466B - 一种高耐蚀铝锌镁镀层钢板及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高耐蚀铝锌镁镀层钢板及其制造方法，铝锌镁镀层的化学成分为：Al 30％～75％、Si 1％～13.0％，Mg 0.5％～7％；另外含有以下化学成分中的一种或多种：Ti 0.03％～0.50％，Re 0.01％～0.20％，Li 0.05％～3％，Cu 0.1％～5.0％，Fe 0.05％～1.0％，Mn 0.5％～3.0％、Ni 0.5％～4.0％，V 0.01％～0.5％，Zr 0.5％～1.0％，Cr 0.1％～1.0％；其余为Zn和不可避免的杂质。本发明通过添加合金元素和优化热浸镀工艺相结合的方法，提高了铝锌镁镀层的韧性和冲压成型性能，细化镀层组织，提高了镀层的耐腐蚀性能。

Description

一种高耐蚀铝锌镁镀层钢板及其制造方法
技术领域
本发明涉及镀层钢板生产技术领域，尤其涉及一种高耐蚀铝锌镁镀层钢板及其制造方法。
背景技术
锌的地壳含量远远低于铝，根据世界锌协会统计，全球现有探明锌资源储量，按照现有锌的消耗量计算，还可供开采20年。中国的锌资源含量更为紧张，只够开采10年，目前中国锌冶炼行业所需矿石大量依赖进口。开发高耐蚀的铝锌镁涂镀层产品，可以大幅度减少锌资源消耗，有利于提高涂镀层产品的绿色度，实现可持续发展。
铝锌镁镀层钢板较传统的镀铝锌钢板具有优异的耐腐蚀性能，其平面耐蚀性提高50％，切边耐蚀性提高1倍以上，可以在彩涂基板、房顶板等领域取代现有的镀铝锌钢板。
现有的铝锌镁镀层钢板是在镀铝锌的基础上添加Mg元素(添加量约1％～3％)制成，虽然提高了成型性能，但是镀层的韧性改善有限，不能满足冲压成型的要求。为了进一步提高铝锌镁镀层的成型性能，需要进一步优化镀层的微观组织结构。
发明内容
本发明提供了一种高耐蚀铝锌镁镀层钢板及其制造方法，通过添加合金元素和优化热浸镀工艺相结合的方法，提高了铝锌镁镀层的韧性和冲压成型性能，细化了镀层组织，同时进一步提高了镀层的耐腐蚀性能。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种高耐蚀铝锌镁镀层钢板，包括基板和铝锌镁镀层；所述基板的化学成分按质量百分数计为：C 0.001％～0.60％，Si 0.001％～2.0％，Mn 0.08％～10.50％，P≤0.05％，S≤0.05％，Al 0.01％～3.00％，Ti≤0.10％，B≤0.007％，Cr 0.02％～0.80％；另外含有以下化学成分的一种或几种：Mo 0.02％～1.50％，Cu≤0.80％，Ni 0.2％～1.0％，Nb≤0.10％；其余为Fe和不可避免的杂质；
所述铝锌镁镀层的化学成分按质量百分比计为：Al 30％～75％、Si 1％～13.0％，Mg0.5％～7％；另外含有以下化学成分中的一种或多种：Ti 0.03％～0.50％，Re0.01％～0.20％，Li 0.05％～3％，Cu 0.1％～5.0％，Fe 0.05％～1.0％，Mn 0.5％～3.0％、Ni 0.5％～4.0％，V 0.01％～0.5％，Zr 0.5％～1.0％，Cr 0.1％～1.0％；其余为Zn和不可避免的杂质。
所述铝锌镁镀层中，Si/Mg≥0.5。
所述铝锌镁镀层中包含富铝相、富锌相、富硅相、Mg2Si相，以及镀层与基板反应形成的合金层；还含有下列金属间化合物的一种或多种：Al3Li、AlLi、Al2CuLi、Al2Cu、Al6CuLi3、Al2CuMg、Al3Zr。
一种高耐蚀铝锌镁镀层钢板的制造方法，包括冶炼、铸造、热轧、酸洗、冷轧、热浸镀、镀后冷却工艺过程；其中：
1)热轧工艺过程；
铸坯加热温度为1190～1290℃，保温150～250分钟，粗轧温度为1050～1150℃，精轧温度为1000～1100℃，终轧温度为830～930℃，卷取温度为400～750℃；
2)热浸镀工艺过程；
冷轧后的基板进行连续退火，加热温度为750～900℃，入锌锅时基板温度为560～640℃，锌锅温度为560～650℃；
3)镀后冷却工艺过程；
钢板出锌锅后，立即以大于25℃/s的冷却速度冷却到350～390℃，然后以小于20℃/s的速度冷却到140～260℃，再风冷至120℃以下后，水冷至室温。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)按照本发明所述方法生产的铝锌镁镀层钢板，耐腐蚀性能较镀铝锌钢板提高1倍以上；
2)镀层组织结构细小，具有较好的韧性，能够满足冲压成型的要求；解决了现有铝锌镀层钢板镀层成型性能不足的问题，且镀层钢板冲压成型后仍具备极好的耐腐蚀性能。
具体实施方式
本发明所述一种高耐蚀铝锌镁镀层钢板，包括基板和铝锌镁镀层；所述基板的化学成分按质量百分数计为：C 0.001％～0.60％，Si 0.001％～2.0％，Mn 0.08％～10.50％，P≤0.05％，S≤0.05％，Al 0.01％～3.00％，Ti≤0.10％，B≤0.007％，Cr 0.02％～0.80％；另外含有以下化学成分的一种或几种：Mo 0.02％～1.50％，Cu≤0.80％，Ni0.2％～1.0％，Nb≤0.10％；其余为Fe和不可避免的杂质；
所述铝锌镁镀层的化学成分按质量百分比计为：Al 30％～75％、Si 1％～13.0％，Mg0.5％～7％；另外含有以下化学成分中的一种或多种：Ti 0.03％～0.50％，Re0.01％～0.20％，Li 0.05％～3％，Cu 0.1％～5.0％，Fe 0.05％～1.0％，Mn 0.5％～3.0％、Ni 0.5％～4.0％，V 0.01％～0.5％，Zr 0.5％～1.0％，Cr 0.1％～1.0％；其余为Zn和不可避免的杂质。
所述铝锌镁镀层中，Si/Mg≥0.5。
所述铝锌镁镀层中包含富铝相、富锌相、富硅相、Mg2Si相，以及镀层与基板反应形成的合金层；还含有下列金属间化合物的一种或多种：Al3Li、AlLi、Al2CuLi、Al2Cu、Al6CuLi3、Al2CuMg、Al3Zr。
一种高耐蚀铝锌镁镀层钢板的制造方法，包括冶炼、铸造、热轧、酸洗、冷轧、热浸镀、镀后冷却工艺过程；其中：
1)热轧工艺过程；
铸坯加热温度为1190～1290℃，保温150～250分钟，粗轧温度为1050～1150℃，精轧温度为1000～1100℃，终轧温度为830～930℃，卷取温度为400～750℃；
2)热浸镀工艺过程；
冷轧后的基板进行连续退火，加热温度为750～900℃，入锌锅时基板温度为560～640℃，锌锅温度为560～650℃；
3)镀后冷却工艺过程；
钢板出锌锅后，立即以大于25℃/s的冷却速度冷却到350～390℃，然后以小于20℃/s的速度冷却到140～260℃，再风冷至120℃以下后，水冷至室温。
研究表明，析出相的种类、数量、分布以及相互作用情况决定了合金镀层的性能。本发明可选择性地在镀层中加入Ti、Re、Li、Cu、Fe、Mn、Ni、V、Zr、Cr等合金元素，用以形成不同的金属间化合物，细化镀层的微观组织，控制镀层表面的锌花大小；同时使得Mg元素在镀层中更加均匀的分布，从而提高镀层的耐腐蚀性能，提高镀层的塑韧性。
本发明中，钢板出锌锅后立即以大于25℃/s的冷却速度将镀层温度冷却到370±20℃，可以控制镀层中金属间化合物的均匀弥散析出，细化镀层组织结构，提高镀层的塑韧性，从而提高其冲压成型性能；同时，较高的冷却速度可以控制镀层表面锌花尺寸，获得均匀美丽的锌花形貌。之后立即以小于20℃/s的速度将钢板冷却到200±60℃，进入转向辊，风冷至120℃以下后进入水冷。较低的入水温度可以防止镀层表面的氧化变色，提高镀层表面亮度。
本发明中，基板中各化学元素的作用原理如下：
C作为主要合金元素对淬火型马氏体钢的强度贡献最大，Mn及Si次之。Mn/Si的比例应大于4，目的是保证基板在热浸镀铝硅退火过程中，所生成的氧化膜不会影响热浸镀性能。为保证淬透性，基体中可添加Ti、Cr及B元素，还可添加Cu，以改进钢的耐蚀性能，进而阻止H的渗入，提高钢的耐延迟断裂性能。另外，还可加入Mo、Nb，以起到强化钢基体和细化晶粒的效果，加入Si、Al，以抑制渗碳体的形成。
本发明中，铝锌镁镀层中各化学元素的作用原理如下：
Al：Al是铝锌镁镀层的主要元素，能够为钢板存储、使用及成型后的零件提供良好的防护，在镀层组织中形成富铝相，同时与镀层中的其它合金元素形成金属间化合物。
Si：Si在金属间化合物层中富集，形成紧凑的抑制层组织，降低合金层的厚度，提高镀层韧性，可以细化镀层的组织，提高镀层性能，与Mg元素形成Mg2Si等金属间化合物。
Mg：Mg单独作用时除具有固溶强化作用外，还能加速G.P.区的形成，从而促进θ’相的析出，从而提高镀层的耐腐蚀性能，并细化镀层组织，其与Si元素形成Mg2Si等金属间化合物。
Ti：Ti的加入可以提高镀层的耐腐蚀性能，另外Ti可以形成氧化钛保护膜，该保护膜与基体的结合力强，保护性能好，且可以自行修复破损。同时加入Si和Ti，可以生成更加紧致的抑制层，提高镀层生长的均匀性。
Re：稀土元素具有特殊的电子层排布结构以及物理化学性质，在铝合金镀层中添加微量稀土元素可以改善合金的强韧性，提高合金的耐腐蚀抗力，并减轻杂质危害的影响，提高镀层的耐腐蚀性能，细化晶粒，提高镀层表面质量。
Mn：能够提高镀层的耐腐蚀性能，细化晶粒，提高镀层的韧性。
Ni：能够提高镀层的耐腐蚀性能，形成氧化膜保护镀层。
Cr：能够提高镀层的耐腐蚀性能，形成氧化膜保护镀层。
Zr：添加Zr所形成的弥散相β(Al3Zr)粒子能有效抑制再结晶，调制晶粒大小，改变强化相尺寸和分布状况。β’粒子与铝基体呈共格关系，平均错配度在0.3％～0.5％之间。能够提高镀层的耐腐蚀性能，形成氧化膜保护镀层。
Li、Cu：能够提高镀层的韧性、细化镀层组织，与镀层元素形成金属间化合物：Al3Li、AlLi、Al2CuLi、Al2Cu、Al6CuLi3、Al2CuMg等。
以下实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
【实施例】
本实施例中，高耐蚀铝锌镁镀层钢板中，基板的化学元素组成如表1所示，铝锌镁镀层的化学元素组成如表2所示，生产工艺参数及成品性能如表3所示。
表1基板化学成分％(质量百分比)
实施例 C Si Mn Al Ni Cu Cr Mo B Nb Ti Fe
1 0.001 0.01 0.08 0.02 0 0 0 0 0 0 0.06 余量
2 0.002 0.02 0.12 0.03 0 0 0 0 0 0.03 0.04 余量
3 0.005 0.02 0.15 0.05 0 0 0 0 0.002 0.02 0 余量
4 0.01 0.03 0.20 0.03 0 0 0.05 0 0.003 0 0 余量
5 0.02 0.02 0.22 0.04 0 0 0.03 0 0 0 0 余量
6 0.04 0.05 0.18 0.03 0 0 0 0 0 0 0 余量
7 0.06 0.10 0.30 0.02 0 0 0 0 0 0 0 余量
8 0.09 0.30 1.0 0.05 0 0 0.40 0.20 0 0 0 余量
9 0.18 0.5 1.5 0.5 0.5 0.2 0.50 0 0 0 0 余量
10 0.20 0.8 2.0 0.10 0 0 0 0 0.005 0.08 0 余量
11 0.22 1.0 2.5 0.8 0 0 0.80 0.40 0 0 0 余量
12 0.30 1.5 3.5 0.1 0.2 0.5 0 0 0 0.03 0 余量
13 0.40 0.5 5 3.0 0 0.8 0.7 0 0 0 0 余量
14 0.50 0.8 2.0 0.5 1.0 0 0.6 0 0 0 0 余量
表2铝锌镁镀层化学成分％(质量百分比)
实施例 Al Si Mg Ti Re Li Cu Fe Mn Ni V Zr Cr Zn
1 31 1.8 0.8 0.05 0.1 余量
2 37 1 1.5 0.5 1 余量
3 44 1.5 1.2 0.5 余量
4 51 2 1.5 1.5 0.5 余量
5 56 8 2 0.03 余量
6 60 9 3 1 余量
7 65 10 2.5 0.8 1.0 余量
8 70 12 6 0.1 0.08 余量
9 75 11 2.8 2 余量
10 53 7 3 0.16 余量
11 58 6 2.5 0.9 余量
12 49 5 2 0.15 2 余量
13 40 3 1.4 2 余量
14 53 4 1.6 余量
表3工艺参数及成品性能
Figure BDA0003160564670000061
本实施例生产的高耐蚀铝锌镁镀层钢板，镀层能够满足冲压成型性能要求。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种高耐蚀铝锌镁镀层钢板，其特征在于，包括基板和铝锌镁镀层；所述基板的化学成分按质量百分数计为：C 0.001％～0.60％，Si 0.001％～2.0％，Mn 0.08％～10.50％，P≤0.05％，S≤0.05％，Al 0.01％～3.00％，Ti≤0.10％，B≤0.007％，Cr 0.02％～0.80％；Mo 0.02％～1.50％，Cu≤0.80％，Ni 0.2％～1.0％，Nb≤0.10％；其余为Fe和不可避免的杂质；
所述铝锌镁镀层的化学成分按质量百分比计为：Al 58％～75％、Si 1.8％～13.0％，Mg 6％～7％；Ti 0.03％～0.50％，Re 0.01％～0.20％，Li 0.05％～3％，Cu 0.1％～5.0％，Fe 0.05％～1.0％，Mn 0.5％～3.0％、Ni 0.5％～4.0％，V 0.01％～0.5％，Zr0.5％～1.0％，Cr 0.1％～1.0％；其余为Zn和不可避免的杂质；铝锌镁镀层中，Si/Mg≥0.5；
所述铝锌镁镀层中包含富铝相、富锌相、富硅相、Mg2Si相，以及镀层与基板反应形成的合金层；还含有下列金属间化合物：Al3Li、AlLi、Al2CuLi、Al2Cu、Al6CuLi3、Al2CuMg、Al3Zr。
2.如权利要求1所述一种高耐蚀铝锌镁镀层钢板的制造方法，其特征在于，包括冶炼、铸造、热轧、酸洗、冷轧、热浸镀、镀后冷却工艺过程；其中：
1)热轧工艺过程；
铸坯加热温度为1190～1290℃，保温150～250分钟，粗轧温度为1050～1150℃，精轧温度为1000～1100℃，终轧温度为830～930℃，卷取温度为400～750℃；
2)热浸镀工艺过程；
冷轧后的基板进行连续退火，加热温度为750～900℃；入锌锅时基板温度为560～640℃，锌锅温度为560～650℃；
3)镀后冷却工艺过程；
钢板出锌锅后，立即以大于25℃/s的冷却速度冷却到350～390℃，然后以小于20℃/s的速度冷却到140～260℃，再风冷至120℃以下后，水冷至室温。
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