CN115323304B - 一种低硅活性钢的热镀锌方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低硅活性钢的热镀锌方法，包括(1)挂件；(2)酸洗：将低硅活性钢工件浸入盐酸溶液中；(3)清洗：将酸洗后的低硅活性钢工件浸入自来水清洗池中；(4)活化：将清洗后的低硅活性钢工件浸入碱性活化液中；(5)助镀：将活化后的低硅活性钢浸入助镀液中；(6)浸镀：将助镀后的低硅活性钢浸入锌液中；(7)空冷：将浸镀后的低硅活性钢取出后进行空冷；(8)水冷：将空冷后的低硅合金钢浸入水冷池中。本发明将活化步骤设置于酸洗步骤后，能够彻底改变低硅活性钢表面的元素分布状态，抑制低硅活性钢中镍元素的不利影响，增强锌层附着力，极大提高低硅活性钢热镀锌生产效率。

Description

一种低硅活性钢的热镀锌方法
技术领域
本发明属于热镀锌技术领域，具体涉及一种低硅活性钢的热镀锌方法。
背景技术
热镀锌是最常用且有效的金属防腐蚀方法，通过钢铁制品浸于熔融的锌液中，利用铁和锌的合金化反应，在钢铁制品表面形成附着性良好的锌合金镀层。与其他金属防护方法相比，无论是锌层的物理屏障、电化学保护特性，还是镀层的致密性、耐久性、免维护性以及经济性，甚至是其对制品形状和尺寸的适应性，热浸镀锌工艺都具有无可比拟的优势。因此，热镀锌被广泛的应用于电力行业，房屋建筑，交通运输等多个领域。
传统的热镀锌采用沸腾钢，但近年来输变电铁塔绝大多数采用活性钢。活性钢是在钢铁冶炼过程中加入一定量的脱氧剂(硅或铝)，钢水凝固时不产生气体，保持平静，因此也被称为镇静钢。由于活性钢的成分比较均匀，组织致密，具有较好的力学性能，在国民经济各部门得到了广泛的应用。但是，在镀锌过程中由于活性钢中的硅元素会导致锌层异常增厚，其粘附性能较差，甚至出现发灰、发白、疏松，附着力下降的缺陷。因此，为了抑制活性钢中硅的不利影响，通常在生产过程中，通过添加镍元素来减少镀锌层的异常增加，是目前批量热镀锌中解决活性钢镀锌问题的有效方法。
对于热镀锌企业，不同批次钢材化学成分存在显著差异，特别是硅含量差异巨大。对于一般含硅量在0.3％以上的高硅含量活性钢，常规方法能够很好的进行热镀锌。但是对于低硅活性钢(硅含量0.08％～0.22％)，使用现有方法进行热浸镀时，镍元素也会导致其锌层增长缓慢，附着力不强。使用镍含量较低(<0.01％)的锌液能够满足低硅活性钢按照常规工艺进行镀锌的需求，但企业实际生产过程中，受限于成本以及为保证生产效率，不可能针对不同成份的钢材分别设置针对性地浸锌体系，即无法对不同钢材设置多个镀锌槽，也无法频繁更换镀锌槽内锌液或调整其成份。因此，开发适用于低硅活性钢的热镀锌方法，使其能够适应常规的镀锌生产线，成为当务之急。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种低硅活性钢的热镀锌方法，该方法能够极大地提高低硅活性钢的热镀锌效率，增强低硅活性钢的锌层附着力，降低生产成本。
本发明的技术方案如下：
一种低硅活性钢的热镀锌方法，其关键在于，包括以下步骤：将钢材依次进行酸洗、清洗、活化、助镀、浸镀和冷却后，得到热镀锌钢材；
其中，所述活化步骤中使用的活化液为碱性溶液。
优选地，以重量份数计，所述钢材中碳含量＜0.22％，硅含量为0.08％～0.22％，锰含量＜0.65％，磷含量＜0.22％，硫含量＜0.22％；优选地，硅含量为0.17～0.22％。
进一步地，活化步骤包括将清洗后的所述钢材浸入60～80℃的活化液中，5～15min，所述活化液含有氢氧化钠、氢氧化钾、磷酸钠其中的两种或三种。
进一步地，酸洗步骤包括将所述钢材浸泡在浓度为40～220g/L的常温盐酸溶液中，至钢材表面呈灰白色，无明显氧化皮残留为止。
进一步地，清洗步骤包括将酸洗后的所述钢材浸泡在清水中1～3min。
进一步地，助镀步骤包括将活化后的所述钢材浸入55～85℃的助镀液中1～3min，所述助镀液中的氯化铵浓度为120～260g/L，氯化锌浓度为70～140g/L。
进一步地，浸镀步骤包括将助镀后的所述钢材浸入448～455℃的锌液中3～5min，以重量份数计，所述锌液中的锌含量≥99.5％，镍含量≥0.01％。
进一步地，冷却步骤包括空冷和水冷，浸镀后的所述钢材先进行空冷后，再水冷至室温。
进一步地，空冷步骤包括将浸镀后的所述钢材空冷至少5min。
进一步地，水冷步骤包括将空冷后的所述钢材浸入20～60℃的水冷池中冷却。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1)将活化步骤设置于酸洗步骤后，能够彻底改变低硅活性钢表面的元素分布状态，抑制低硅活性钢中硅元素的不利影响，增强锌层附着力，极大提高低硅活性钢热镀锌生产效率；
2)增加活化步骤后，低硅活性钢能够适应现有热镀锌生产线的浸锌体系，不必为其单独设置镀锌槽和锌液；
3)本发明采用氢氧化钠、氢氧化钾和磷酸钠等常见的碱性物质混合作为活化液，对环境影响较小，活化效率高。
附图说明
图1为低硅活性钢的热镀锌工艺流程示意图。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步说明。
一种低硅活性钢的热镀锌方法，如图1所示，其工艺步骤如下：
(1)挂件
将低硅活性钢工件吊挂于行车上。以重量份数计，所述钢材中碳含量＜0.22％，硅含量为0.08％～0.22％，锰含量＜0.65％，磷含量＜0.22％，硫含量＜0.22％。特别是硅含量为0.17～0.22％的低硅活性钢，采用本方法进行镀锌加工，较传统方法对镀锌层质量改善更为显著。
(2)酸洗
将低硅活性钢工件浸入浓度为40～220g/L常温盐酸溶液中，酸洗至钢材表面呈灰白色，无明显氧化皮残留为止。
(3)清洗
将酸洗后的低硅活性钢工件浸入常温自来水清洗池中，清洗时间为1～3min。
(4)活化
将清洗后的低硅活性钢工件浸入60～80℃的活化液中5～15min，所述活化液含有氢氧化钠、氢氧化钾中、磷酸钠的两种或三种；优选地，所述活化液含有磷酸钠，这样在活化过程中，游离的金属离子如Fe离子与磷酸钠反应后，能够形成致密的磷酸盐附着在工件表面，从而提高表面粗糙度，便于后续热浸镀时镀层的生长和提高附着力。
(5)助镀
将活化后的低硅活性钢浸入助镀液中，所述助镀液中氯化铵含量120～260g/L，氯化锌含量70～140g/L，助镀温度为55～85℃，助镀时间为1～3min。
(6)浸镀
将助镀后的低硅活性钢浸入锌液中，锌液温度为448～455℃，浸镀时间为3～5min，所述锌液成分：锌≥99.5％，0.01％≤镍<0.1％。
(7)空冷
将浸镀后的低硅活性钢取出后进行空冷，所述空冷时间为5min以上。
(8)水冷
将空冷后的低硅合金钢浸入水冷池中，所述水冷温度为20～60℃，最终冷却至室温即可。
以几种具体实施例，说明本方法与常规热镀锌方法的工艺以及镀锌层的质量差别。按照GB/T2694-2018国标方法，镀锌工件的镀锌层厚度用金属涂镀层测厚仪测试方法进行测量，镀锌层的附着性用落锤试验方法进行验证。落锤试验的简要过程为：将试件置于水平，使锤头面向台架中心，锤柄与底座平面垂直后自由落下，以4mm的间隔平行打击5点，试件表面不凸起、不剥离为满足要求。各实施例和对照例分别同步设置5个样品，各组的钢材成份和镀锌层厚度平均值如表1。
表1实施例1～4和对照例钢材成份和镀锌层厚度比较
实施例1：
(1)挂件：将碳含量0.164％、硅含量0.182％，锰含量0.561％、磷含量0.007％、硫含量0.013％低硅活性钢工件吊挂于行车上。
(2)酸洗：将低硅活性钢工件浸入浓度为126g/L常温盐酸溶液中，酸洗至钢材表面呈灰白色，无明显氧化皮残留为止。
(3)清洗：将酸洗后的低硅活性钢工件浸入22℃自来水清洗池中，清洗时间为3min。
(4)活化：将清洗后的低硅活性钢工件浸入80℃的活化液中，所述活化液含有15g/L氢氧化钠、8g/L磷酸钠，活化时间15min。
(5)助镀：将活化后的低硅活性钢浸入助镀液中，所述助镀液中氯化铵含量200g/L，氯化锌含量90g/L，助镀温度为83℃，助镀时间为2min。
(6)浸镀：将助镀后的低硅活性钢浸入锌液中，锌液温度为450℃，浸镀时间为5min。
(7)空冷：将浸镀后的低硅活性钢取出后进行空冷，所述空冷时间为5min以上。
(8)水冷：将空冷后的低硅活性钢浸入水冷池中，所述水冷温度为45℃。
经过测试，所述低硅活性钢镀锌层外观质量良好，平均厚度为120μm，局部最小厚度105μm，无滴瘤、起皮、漏镀、过酸洗、积锌等有害缺陷。
实施例2：
(1)挂件：将碳含量0.161％、硅含量0.182％，锰含量0.559％、磷含量0.01％、硫含量0.014％低硅活性钢工件吊挂于行车上。
(2)酸洗：将低硅活性钢工件浸入浓度为120g/L常温盐酸溶液中，酸洗至钢材表面呈灰白色，无明显氧化皮残留为止。
(3)清洗：将酸洗后的低硅活性钢工件浸入26℃自来水清洗池中，清洗时间为2min。
(4)活化：将清洗后的低硅活性钢工件浸入80℃的活化液中，所述活化液含有25g/L氢氧化钾、8g/L磷酸钠，活化时间10min。
(5)助镀：将活化后的低硅活性钢浸入助镀液中，所述助镀液中氯化铵含量200g/L，氯化锌含量90g/L，助镀温度为83℃，助镀时间为2min。
(6)浸镀：将助镀后的低硅活性钢浸入锌液中，锌液温度为450℃，浸镀时间为5min。
(7)空冷：将浸镀后的低硅活性钢取出后进行空冷，所述空冷时间为5min以上。
(8)水冷：将空冷后的低硅活性钢浸入水冷池中，所述水冷温度为45℃。
经过测试，所述低硅活性钢镀锌层外观质量良好，平均厚度为117μm，局部最小厚度101μm，无滴瘤、起皮、漏镀、过酸洗、积锌等有害缺陷。
实施例3：
(1)挂件：将碳含量0.152％、硅含量0.187％，锰含量0.567％、磷含量0.02％、硫含量0.017％低硅活性钢工件吊挂于行车上。
(2)酸洗：将低硅活性钢工件浸入浓度为220g/L常温盐酸溶液中，酸洗至钢材表面呈灰白色，无明显氧化皮残留为止。
(3)清洗：将酸洗后的低硅活性钢工件浸入29℃自来水清洗池中，清洗时间为1min。
(4)活化：将清洗后的低硅活性钢工件浸入80℃的活化液中，所述活化液含有10g/L氢氧化钠、10g/L氢氧化钾、10g/L磷酸钠，活化时间10min。
(5)助镀：将活化后的低硅活性钢浸入助镀液中，所述助镀液中氯化铵含量198g/L，氯化锌含量88g/L，助镀温度为85℃，助镀时间为1min。
(6)浸镀：将助镀后的低硅活性钢浸入锌液中，锌液温度为448℃，浸镀时间为3min。
(7)空冷：将浸镀后的低硅活性钢取出后进行空冷，所述空冷时间为5min以上。
(8)水冷：将空冷后的低硅活性钢浸入水冷池中，所述水冷温度为50℃。
经过测试，所述低硅活性钢镀锌层外观质量良好，平均厚度为128μm，局部最小厚度114μm，无滴瘤、起皮、漏镀、过酸洗、积锌等有害缺陷。
实施例4：
(1)挂件：将碳含量0.156％、硅含量0.132％，锰含量0.532％、磷含量0.009％、硫含量0.012％低硅活性钢工件吊挂于行车上。
(2)酸洗：将低硅活性钢工件浸入浓度为40g/L常温盐酸溶液中，酸洗至钢材表面呈灰白色，无明显氧化皮残留为止。
(3)清洗：将酸洗后的低硅活性钢工件浸入25℃自来水清洗池中，清洗时间为3min。
(4)活化：将清洗后的低硅活性钢工件浸入60℃的活化液中，所述活化液含有20g/L氢氧化钠、20g/L氢氧化钾、8g/L磷酸钠，活化时间5min。
(5)助镀：将活化后的低硅活性钢浸入助镀液中，所述助镀液中氯化铵含量199g/L，氯化锌含量87g/L，助镀温度为85℃，助镀时间为2min。
(6)浸镀：将助镀后的低硅活性钢浸入锌液中，锌液温度为453℃，浸镀时间为3min。
(7)空冷：将浸镀后的低硅活性钢取出后进行空冷，所述空冷时间为5min以上。
(8)水冷：将空冷后的低硅活性钢浸入水冷池中，所述水冷温度为47℃。
经过测试，所述低硅活性钢镀锌层外观质量良好，平均厚度为125μm，局部最小厚度111μm，无滴瘤、起皮、漏镀、过酸洗、积锌等有害缺陷。
对照例1：
(1)挂件：将碳含量0.162％、硅含量0.145％，锰含量0.558％、磷含量0.018％、硫含量0.015％低硅活性钢工件吊挂于行车上。
(2)酸洗：将低硅活性钢工件浸入浓度为120g/L常温盐酸溶液中，酸洗至钢材表面呈灰白色，无明显氧化皮残留为止。
(3)清洗：将酸洗后的低硅活性钢工件浸入25℃自来水清洗池中，清洗时间为3min。
(4)助镀：将清洗后的低硅活性钢浸入助镀液中，所述助镀液中氯化铵含量193g/L，氯化锌含量86g/L，助镀温度为82℃，助镀时间为2min。
(5)浸镀：将助镀后的低硅活性钢浸入锌液中，锌液温度为450℃，浸镀时间为3min。
(6)空冷：将浸镀后的低硅活性钢取出后进行空冷，所述空冷时间为5min以上。
(7)水冷：将空冷后的低硅活性钢浸入水冷池中，所述水冷温度为40℃。
经过测试，所述低硅活性钢镀锌层外观质量良好，平均厚度为92μm，局部最小厚度76μm，无滴瘤、起皮、漏镀、过酸洗、积锌等有害缺陷。
比较实施例1～4与对照例1发现，在保持其他工艺步骤基本不变的情况下，钢材助镀前经过活化处理，镀锌层厚度显著提高。
同时，落锤试验发现，实施例1～4中的试样均未出现凸起、剥离等现象，而对照例1的部分试样落锤撞击区出现凸起/剥离缺陷，不满足GB/T2694-2018规定。
镀锌层的测试结果表明本发明的方法能够提高镀锌效率和镀锌层质量。分析这种差异，推测对照例1即现有镀锌方法进行低硅含量活性钢的热浸镀时，锌液中的镍元素会导致钢材表面锌层增长缓慢，附着力差。采用碱溶液进行活化处理，能够改变锌层表面的元素分布，使硅元素含量降低，从而避免低硅活性钢在镍含量相对较高的锌液中进行热浸镀时镀层生长缓慢的问题。这样，企业在进行连续大规模生产时，对于低硅活性钢，只需增加活化工艺步骤即可，不必针对性地使用镍含量较低(<0.01％)的锌液，而是可以与高硅含量活性钢共用一套浸锌体系。
最后需要说明的是，上述描述仅仅为本发明的优选实施例，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不违背本发明宗旨及权利要求的前提下，可以做出多种类似的表示，这样的变换均落入本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种低硅活性钢的热镀锌方法，其特征在于，包括以下步骤：将钢材依次进行酸洗、清洗、活化、助镀、浸镀和冷却后，得到热镀锌钢材；
其中，所述活化步骤中使用的活化液为碱性溶液；
以重量份数计，所述钢材中碳含量＜0.22%，硅含量为0.08%～0.22%，锰含量＜0.65%，磷含量＜0.22%，硫含量＜0.22%；
活化步骤包括将清洗后的所述钢材浸入60～80℃的活化液中5～15 min，所述活化液含有氢氧化钠、氢氧化钾和磷酸钠；
浸镀步骤包括将助镀后的所述钢材浸入448～455℃的锌液中3～5min，以重量份数计，所述锌液中的锌含量≥99.5%，镍含量≥0.01%。
2.根据权利要求1所述的一种低硅活性钢的热镀锌方法，其特征在于：酸洗步骤包括将所述钢材浸泡在浓度为40～220g/L的常温盐酸溶液中。
3.根据权利要求1所述的一种低硅活性钢的热镀锌方法，其特征在于：清洗步骤包括将酸洗后的所述钢材浸泡在清水中1～3min。
4.根据权利要求1所述的一种低硅活性钢的热镀锌方法，其特征在于：助镀步骤包括将活化后的所述钢材浸入55～85℃的助镀液中1～3min，所述助镀液中的氯化铵浓度为120～260g/L，氯化锌浓度为70～140g/L。
5.根据权利要求1所述的一种低硅活性钢的热镀锌方法，其特征在于：冷却步骤包括空冷和水冷，浸镀后的所述钢材先进行空冷后，再水冷至室温。
6.根据权利要求5所述的一种低硅活性钢的热镀锌方法，其特征在于：所述钢材空冷至少5min。
7.根据权利要求5所述的一种低硅活性钢的热镀锌方法，其特征在于：水冷步骤包括将空冷后的所述钢材浸入20～60℃的水冷池中冷却。
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