CN116641008A - 一种基于热浸镀和高温奥氏体化技术的待冲压锌铝镁镀层钢板及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于热浸镀和高温成型技术的锌铝镁镀层钢板及其制备方法和应用，钢板经热浸镀和高温条件下的奥氏体化和冲压成型制得；所述热浸镀的浸镀液为Zn‑Al‑Mg浸镀液，成分位于Zn‑Al‑Mg三元相图的富锌角，质量百分比满足：Zn含量为85‑95wt.％，Al含量为4.5‑8.5wt.％，Mg含量为1‑4.5wt.％；钢板经热浸镀后变为锌铝镁镀层钢板，由钢板、锌铝镁镀层‑2和中间化合物层构成，其中，锌铝镁镀层包含Zn、Al、MgZn2相；所述锌铝镁镀层包含Zn‑Al两相共晶、Zn‑Al‑MgZn2三相共晶；中间化合物层，为Fe‑Al或Fe‑Al‑Zn金属间化合物；锌铝镁镀层钢板经奥氏体化后变为待冲压钢板，由钢板、锌铝镁镀层‑3构成，所述锌铝镁镀层‑3包含α‑Fe(Zn,Al)相。作为耐腐蚀材料，腐蚀电流密度Icorr为(1.20‑1.68)×10‑5A/cm2；作为高温力学材料，延伸率为38‑54％。
Description
技术领域
本发明涉及汽车用镀层钢，特别涉及一种基于热浸镀和高温奥氏体化技术的待冲压锌铝镁镀层钢板及其制备方法和应用。
技术背景
钢板热浸镀技术在热冲压成型过程中，具有防止钢板表面氧化、脱碳等优点。所用镀层主要包括Al-Si镀层、纯Zn镀层、Zn基合金镀层等。其中，目前应用最为广泛的为Al-Si镀层，可以有效防止钢板表面的氧化与脱碳，但是，此类镀层存在切口、穿孔耐腐蚀性能差的问题；与Al-Si镀层相比，锌基镀层不仅具有防止钢板表面氧化与脱碳的功能，还具有阴极保护的功能，即优良的穿孔耐蚀性能和切口耐蚀性能。但是，目前的锌基镀层在热冲压成型过程中存在裂纹产生并扩展至基体的技术问题。该技术问题直接限制了锌基镀层在汽车制造领域的应用。
产生上述问题的原因，根据现有文献1(李学涛,张杰,江社明,等.镀锌热冲压钢板成形过程中的裂纹产生及扩展[J].金属热处理,2019,44(03):202-6.)可知，纯锌镀层热冲压钢变形过程中裂纹的产生原因是纯锌镀层中存在大量的Zn元素富集，在高温及外加应力的协同作用下，液态锌沿奥氏体晶界扩散并与基板不断产生α-Fe(Zn)，裂纹沿α-Fe(Zn)和液相界面不断扩展，导致基体发生脆断。
基于上述原因，可以采用通过向纯锌镀液中添加Al、Ni等合金元素的方法，在镀层-基体界面处生成Fe2Al5等合金抑制层，来使富集的液态锌元素远离基体，抑制锌元素向基体的扩散。
但在现有文献2(崔青玲,李建平,李世宇,等.22MnB5钢锌基镀层加热过程中组织演变及裂纹形成[J].钢铁研究学报,2019,31(02):227-32.)中，奥氏体化过程中，GI镀层板Fe2Al5合金抑制层中的Al元素全部迁移至镀层表面，Fe2Al5合金层消失，抑制作用失效，镀层中大量局部富集的锌元素向基体扩散，导致基体发生脆断。
为了解决上述问题，现有文献3(高温成型用超高强锌铝镁镀层钢板及其制造方法，CN107099748B[P].2019)公开了一种高温成型用超高强锌铝镁镀层钢板及其制造方法，高温成型前镀层包括三种组织：Zn/Al共晶组织、Zn/Al/Zn2Mg三元共晶组织及纯Zn颗粒。但是，该技术仍存在以下问题：镀层合金中Zn/Al/Zn2Mg三元共晶组织含量以及锌元素的富集难以控制，局部富集的锌元素与钢基板的高温反应难以抑制，从而导致热浸镀锌钢板的高温开裂。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于热浸镀和高温奥氏体化技术的待冲压锌铝镁镀层钢板及其制备方法。针对背景技术中提到的镀层成分微观分布不均匀所导致的高温开裂问题，通过调控镀液成分和热浸镀工艺形成完全共晶组织，改善镀层微观成分偏析和Zn元素局部富集现象；调控奥氏体化工艺参数和热冲压工艺参数，从而抑制热浸镀锌钢板的高温开裂；同时，调控镀液成分时添加的Mg元素与Zn元素反应生成的低电位物相MgZn2，可以大幅度提升镀层的耐蚀性。
本发明的具体技术方案如下：
本发明提供一种基于热浸镀和高温奥氏体化技术的待冲压锌铝镁镀层钢板，钢板经热浸镀和高温条件下的奥氏体化制得；
所述热浸镀的浸镀液为Zn-Al-Mg浸镀液，具体Zn-Al-Mg浸镀液成分质量百分比满足：Zn含量为85-95wt.％，Al含量为4.5-8.5wt.％，Mg含量为1-4.5wt.％；
所述钢板经热浸镀后变为基于热浸镀技术的锌铝镁镀层钢板，基于热浸镀技术的锌铝镁镀层钢板由钢板、锌铝镁镀层-2、钢板与镀层间的中间化合物层构成，其中，
所述锌铝镁镀层-2包含Zn、Al、MgZn2相；所述锌铝镁镀层-2包含Zn-Al两相共晶、Zn-Al-MgZn2三相共晶；
所述锌铝镁镀层-2的Zn-Al两相共晶、Zn-Al-MgZn2三相共晶中，Zn-Al两相共晶和Zn-Al-MgZn2三相共晶总计共晶含量为50-95％，Zn元素以Zn相、MgZn2相的形式存在，共晶组织的片层间距小于1微米；
所述钢板与镀层间的中间化合物层，简称中间化合物层，为Fe-Al或Fe-Al-Zn金属间化合物；
所述中间化合物层的厚度为0.3-3微米；
所述基于热浸镀技术的锌铝镁镀层钢板经900-920℃奥氏体化后变为基于热浸镀和高温奥氏体化技术的待冲压锌铝镁镀层钢板，
所述基于热浸镀和高温奥氏体化技术的待冲压锌铝镁镀层钢板由钢板、锌铝镁镀层-3构成，所述锌铝镁镀层-3由α-Fe(Zn,Al)单层组织组成，α-Fe(Zn,Al)单层组织中Fe、Zn、Al、Mg元素均匀分布，Zn元素含量为3.5-10.3wt.％，Al元素含量为0.5-12.2wt.％，Mg元素为0-0.2wt.％，O元素为0.5-8.2wt.％。
进一步地，在上述技术方案中，所述钢板成分的质量百分比为：C含量为0.31-0.35wt.％，Si含量为0.05-0.20wt.％，Mn含量为1.40-1.50wt.％，P含量为不超过0.020wt.％，S含量为不超过0.004wt.％，Al含量为不低于0.060wt.％，Ti含量为0.010-0.025wt.％，V含量为0.16-0.20wt.％，N含量为不超过0.0045wt.％，B含量为0.0010-0.0030wt.％，其余为Fe和不可避免的杂质；
进一步地，在上述技术方案中，所述锌铝镁镀层-2的Zn-Al两相共晶、Zn-Al-MgZn2三相共晶中，Zn元素以Zn相、MgZn2相的形式存在，Al元素以Al相形式存在；所组织的片层间距为小于1微米。
进一步地，在上述技术方案中，所述中间化合物层的厚度为0.3-3微米。
进一步地，在上述技术方案中，浸镀液中Zn含量为85-95wt.％；Zn-Al-Mg浸镀液的成分位于Zn-Al-Mg三元相图的富锌角。
本发明提供一种基于热浸镀和高温奥氏体化技术的待冲压锌铝镁镀层钢板的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，待热浸镀钢板的制备；
步骤2，待热浸镀钢板的热浸镀，首先准备浸镀液，然后，在一定条件下，将步骤1所得待热浸镀钢板进行热浸镀，即得到基于热浸镀技术的锌铝镁镀层钢板，命名为样品1-2；
所述步骤2中，浸镀液的质量百分比为，Al含量为4.5-8.5wt.％，Mg含量为1-4.5wt.％，其余为Zn和不可避免的杂质；
所述步骤2中，热浸镀的条件为，浸镀温度为440-460℃，浸镀时间为3-10秒，浸镀完毕冷却速度为大于30℃/s冷却至室温的条件下；
步骤3，基于热浸镀技术的锌铝镁镀层钢板的奥氏体化，将步骤2所得样品1-2在一定条件下进行奥氏体化，即得到基于热浸镀和高温奥氏体化技术的待冲压锌铝镁镀层钢板，命名为样品1-3；
所述步骤3中，奥氏体化的条件为，奥氏体化温度为900-920℃，保温时间为1-3min；
本发明提供一种上述基于热浸镀和高温奥氏体化技术的待冲压锌铝镁镀层钢板的冲压成型方法，将步骤3所得样品1-3在完成奥氏体化后，立即进行冲压成型并快速冷却至室温，即得到基于热浸镀和高温成型技术的锌铝镁镀层钢板。
进一步地，在上述技术方案中，步骤(1)中，将待处理的钢材加热成铁水后，经铁水预处理、转炉冶炼、炉外精炼、连铸，即得到钢坯，然后，将钢坯进行加热、轧制、控制冷却、卷取、酸洗、冷轧，即得到钢板，最后，将钢板在退火温度为800±5℃，露点为-50±10℃的条件下进行连续退火，即得到待热浸镀钢板。
本发明提供一种上述基于热浸镀技术的锌铝镁镀层钢板作为耐腐蚀材料的应用，在25℃的3.5wt.％NaCl溶液中，腐蚀电流密度Icorr为(1.20-1.68)×10-5A/cm2。
本发明提供一种上述基于热浸镀和高温奥氏体化技术的待冲压锌铝镁镀层钢板作为高温力学材料的应用，在920℃下保温1-3min的延伸率为38-54％。
本发明技术效果经实验检测如下：
上述基于热浸镀技术的锌铝镁镀层钢板的截面SEM、EDS测试表明，镀层中包含Zn-Al两相共晶、Zn-Al-MgZn2三相共晶；Zn-Al两相共晶和Zn-Al-MgZn2三相共晶总计共晶含量为50-95％，Zn元素以Zn相、MgZn2相的形式存在，组织的片层间距为小于1微米。钢板与镀层间的中间化合物层包含Fe-Al或Fe-Al-Zn金属间化合物，厚度为0.3-3微米。
上述基于热浸镀技术的锌铝镁镀层钢板的耐腐蚀性能测试表明，其在25℃的3.5wt.％NaCl溶液中，腐蚀电流密度(Icorr)为(1.20-1.68)×10-5A/cm2。
上述基于热浸镀和高温奥氏体化技术的待冲压锌铝镁镀层钢板的截面SEM、EDS测试表明，镀层中包含α-Fe(Zn,Al)，α-Fe(Zn,Al)单层组织中Fe、Zn、Al、Mg元素均匀分布。
上述基于热浸镀和高温奥氏体化技术的待冲压锌铝镁镀层钢板的高温拉伸力学性能测试表明，其在温度为920℃，保温时间为1-3min的条件下，延伸率为38-54％。
因此，上述实验检测可知，本发明具有以下优点：
1、本发明基于热浸镀和高温奥氏体化技术的待冲压锌铝镁镀层钢板与现有技术相比具有更高的高温拉伸力学性能，即其在温度为920℃，保温时间为1-3min的条件下，抗拉强度为77.2MPa，延伸率为46.6％。相比于参比例1中的浸镀液为纯锌的镀层板，相同的温度与保温时间下，延伸率增加了7.4％；
2、本发明基于热浸镀技术的锌铝镁镀层钢板与现有技术相比具有更高的耐腐蚀性能，即在25℃的3.5wt.％NaCl溶液中，腐蚀电流密度(Icorr)为1.35×10-5A/cm2。相比于参比例1中的浸镀液为纯锌的镀层板，相同的温度与测试溶液中，腐蚀电流密度降低了0.5×10-5A/cm2。
3、本发明所设计制备的基于热浸镀和高温奥氏体化技术的待冲压锌铝镁镀层钢板未使用稀土元素，相比于现有含稀土镀层技术降低了原料成本，易于商用推广。
附图说明
图1为本发明计算镀液成分在Zn-Al-Mg合金液相投影图中的分布，其中，图1a为实施例1、参比例2中Zn-4.5Al-3.0Mg合金在相图中的分布位置；图1b为参比例1中纯Zn在相图中的分布位置；图1c为实施例2中Zn-4.5Al-1.1Mg合金在相图中的分布位置；图1d为实施例3中Zn-6.0Al-3.6Mg合金在相图中的分布位置；图1e为实施例4中Zn-8.5Al-4.2Mg合金在相图中的分布位置；
图2为本发明实施例1、参比例2、参比例1、实施例2-4中制得样品1-2、0-2、2-2、3-2、4-2的截面SEM图像；
图3为本发明实施例1、参比例2、参比例1、实施例2-4中制得样品1-2、0-2、2-2、3-2、4-2在25℃的3.5wt.％NaCl溶液中的动电位极化曲线图像；
图4为本发明实施例1、参比例1-2、实施例2-4中制得样品1-3、0-3、0-3'、2-3、3-3、4-3的截面SEM图像；
图5为本发明实施例1、参比例1、实施例2-4中制得样品1-3、0-3、2-3、3-3、4-3在温度为920℃，保温时间为1-3min的条件下的应力应变曲线图像。
具体实施方式
本发明通过实施例，结合说明书附图对本发明内容作进一步详细说明，但不是对本发明的限定。
通过实验测定不同成分合金的初生相和相含量构建Zn-Al-Mg体系液相投影面图，根据相成分构建了Zn-Al-Mg体系相平衡关系，并在此发明中公开Zn-Al-Mg体系液相投影面相图数据库中的部分相关数据，获得Zn-Al-Mg合金中物相种类和体积分数。
再依据所构建的Zn-Al-Mg体系热力学相图数据库，采用热力学计算的方式得到如图1所示的实施例1-4及参比例1-2对应合金，所得结果如表1所示。
表1Zn-Al-Mg镀层合金成分表
为了便于叙述，对本发明实施例中的样品命名原则进行说明，具体命名原则为：样品a-b，其中，a表示例子的序号，b表示每个例子中，具体步骤的产物。如果是实施例1步骤2所得产物，则命名为：样品1-2；如果是实施例2步骤3所得产物，则命名为样品2-3。
实施例1：
一种基于热浸镀和高温奥氏体化技术的待冲压锌铝镁镀层钢板，即浸镀液成分为Zn-4.5Al-3.0Mg的锌铝镁镀层钢板的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤1，待热浸镀钢板的制备，将待处理的钢材加热成铁水后，经铁水预处理、转炉冶炼、炉外精炼、连铸，即得到钢坯，然后，将钢坯进行加热、轧制、控制冷却、卷取、酸洗、冷轧，即得到钢板，最后，将钢板在退火温度为800±5℃，露点为-50±10℃的条件下进行连续退火，即得到待热浸镀钢板；
为了确认待热浸镀钢板的成分，进行ICP测试。测试结果为，钢板成分的质量百分比为：C含量为0.33wt.％，Si含量为0.10wt.％，Mn含量为1.45wt.％，P含量为不超过0.020wt.％，S含量为不超过0.004wt.％，Al含量为0.080wt.％，Ti含量为0.02wt.％，V含量为0.18wt.％，N含量为不超过0.0040wt.％，B含量为0.0020wt.％，其余为Fe和不可避免的杂质。
步骤2，待热浸镀钢板的热浸镀，首先，以质量百分比为：Al含量为4.5wt.％，Mg含量为3.0wt.％，其余为Zn和不可避免的杂质准备浸镀液，然后，在浸镀温度为440-460℃，浸镀时间为3-10秒，浸镀完毕冷却速度为大于30℃/s冷却至室温的条件下，将步骤1所得待热浸镀钢板进行热浸镀，即得到基于热浸镀技术的锌铝镁镀层钢板，命名为样品1-2；
为了证明步骤2所得样品1-2中，锌铝镁镀层的物相种类与组织形貌，对样品1-2的截面进行SEM测试和EDS测试。测试结果如图2所示，样品1-2由钢板、锌铝镁镀层-2以及钢板与镀层间的中间化合物层构成；其中，
锌铝镁镀层-2由Zn-Al两相共晶、Zn-Al-MgZn2三相共晶组成；Zn-Al两相共晶和Zn-Al-MgZn2三相共晶总计共晶含量为95％，Zn元素以Zn相、MgZn2相的形式存在，组织的片层间距小于1微米；
中间化合物层为Fe-Al或Fe-Al-Zn金属间化合物，厚度为0.3-1微米。
测试结果表明，样品1-2镀层中组织均匀，无局部锌富集现象。
为了证明样品1-2的耐腐蚀性能，进行耐腐蚀性能测试。测试结果如图3所示，在25℃的3.5wt.％NaCl溶液中，腐蚀电流密度(Icorr)为1.35×10-5A/cm2。测试结果表明，通过步骤2的热浸镀，生成的Zn-Al-MgZn2三相共晶能够提升锌铝镁镀层钢板的耐腐蚀性能。
步骤3，基于热浸镀和高温奥氏体化技术的待冲压锌铝镁镀层钢板的制备，将步骤2所得样品1-2在奥氏体化温度为920℃，保温时间为3min进行奥氏体化，即得到基于热浸镀和高温奥氏体化技术的待冲压锌铝镁镀层钢板，命名为样品1-3；
为了证明步骤3所得样品1-3中，锌铝镁镀层的物相种类与组织形貌，对样品1-3的截面进行SEM测试和EDS测试。测试结果如图4所示，样品1-3由钢板和锌铝镁镀层-3构成，其中，钢板与锌铝镁镀层-2之间的中间化合物层消失；锌铝镁镀层-3由α-Fe(Zn,Al)单层组织组成，α-Fe(Zn,Al)单层组织中Fe、Zn、Al、Mg元素均匀分布。Zn元素含量为4.6-8.1wt.％，Al元素含量为0.7-1.2wt.％，Mg为0-0.1wt.％，O为0.9-8.2wt.％。测试结果表明，通过步骤3的奥氏体化，镀层组织由Zn-Al两相共晶、Zn-Al-MgZn2三相共晶转变为α-Fe(Zn,Al)。
为了证明样品1-3在高温条件下的力学性能，进行高温拉伸力学性能测试。测试结果如图5所示，在温度为920℃，保温时间为3min的条件下，样品1-3的抗拉强度为77.2MPa，延伸率为46.6％。测试结果表明，通过步骤3的奥氏体化，基于热浸镀和高温奥氏体化技术的待冲压锌铝镁镀层钢板的高温力学性能得到提升。
步骤4，基于热浸镀和高温奥氏体化技术的待冲压锌铝镁镀层钢板的冲压成型，步骤3所得样品1-3在完成奥氏体化后，立即进行冲压成型并快速冷却至室温，即得到基于热浸镀和高温成型技术的锌铝镁镀层钢板。
为了证明浸镀液中，Al元素和Mg元素对镀层板性能的影响，提供参比例1，浸镀液为纯锌的镀层板，即浸镀液未添加铝元素、镁元素的情况。
参比例1
一种浸镀液为纯锌的镀层板，未特别说明的步骤与实施例1相同，不同之处在于：所述步骤2的浸镀液为纯锌，不添加Al、Mg元素；步骤2所得产物命名为样品0-2，步骤3所得产物命名为样品0-3。
样品0-2的SEM测试和EDS测试结果如图2所示，样品0-2由钢板、镀层以及钢板与镀层间的中间化合物层构成；其中，
镀层由纯Zn相组成；
中间化合物层为Fe-Zn金属间化合物，厚度为10微米，中间化合物层中存在较多微裂纹。
测试结果表明，由于浸镀液中无铝元素、镁元素的添加，导致样品0-2镀层中无共晶组织存在，与实施例1相比，实施例1通过其浸镀液获得Zn-Al两相共晶、Zn-Al-MgZn2三相共晶。
样品0-2的耐腐蚀性能测试结果如图3所示，在25℃的3.5wt.％NaCl溶液中，腐蚀电流密度(Icorr)为1.85×10-5A/cm2。测试结果表明，实施例1通过其浸镀液获得的Zn-Al两相共晶、Zn-Al-MgZn2三相共晶提高了其耐腐蚀性能。
样品0-3的SEM测试和EDS测试结果如图4所示，样品0-3中钢板与镀层间的中间化合物层消失，由钢板、镀层构成；其中，
镀层由α-Fe(Zn)单层组织组成，α-Fe(Zn)单层组织中Zn元素在与钢板接触处存在富集现象。
测试结果表明，通过步骤3的奥氏体化，镀层组织由纯Zn相转变为α-Fe(Zn)。与实施例1相比，奥氏体化过程中液态锌与钢板发生接触。
样品0-3的高温拉伸力学性能测试结果如图5所示，在920℃下保温3min的抗拉强度为86.9MPa，延伸率为39.2％。测试结果表明，与实施例1相比，实施例1奥氏体化过程中液态锌未与钢板发生接触，从而获得了更高的镀层板延伸率。
为了证明奥氏体化温度对镀层成分微观分布均匀性的影响，提供参比例2，浸镀液为实施例1中Zn-4.5Al-3.0Mg的镀层板，但其奥氏体化温度为850℃。
参比例2
一种浸镀液为Zn-4.5Al-3.0Mg的镀层板，未特别说明的步骤与实施例1相同，不同之处在于：所述步骤2所得产物命名为样品0-2'；步骤3的奥氏体化温度为850℃，步骤3所得产物命名为样品0-3'。
样品0-2'的SEM测试、EDS测试以及耐腐蚀性能测试结果及结论与实施例1相同。
样品0-3'的SEM测试和EDS测试结果如图4所示，样品0-3'中钢板与镀层间较薄的中间化合物层消失，由钢板、镀层构成；其中，
镀层下层由α-Fe(Zn)单层组织组成，α-Fe(Zn)单层组织中Zn元素在与钢板接触处存在富集现象；镀层上层由α-Fe(Zn,Al)单层组织组成，存在Zn、Al元素富集的现象。
测试结果表明，通过步骤3的奥氏体化，镀层组织出现分层，由Zn-Al-MgZn2三相共晶转变为下层α-Fe(Zn)、上层α-Fe(Zn,Al)的组织构成。与实施例1相比，奥氏体化过程中镀层组织出现不均匀现象。
为了证明镀层中，共晶组织对镀层板性能的影响，即同时证明Zn-Al-Mg体系热力学相图对技术方案的作用，提供实施例2、实施例3和实施例4，其中，
实施例2的镀液成分依据相图Zn-Al两相共晶线处确定，具体浸镀液成分的质量百分比为：Zn含量为94.4wt.％，Al含量为4.5wt.％，Mg含量为1.1wt.％，浸镀液简称为镀液A；
实施例3的镀液成分依据相图中Al-MgZn2两相共晶线处确定，具体浸镀液成分的质量百分比为：Zn含量为90.4wt.％，Al含量为6.0wt.％，Mg含量为3.6wt.％，浸镀液简称为镀液B；
实施例4的镀液成分依据相图中Al-MgZn2两相共晶线处确定，具体浸镀液成分的质量百分比为：Zn含量为87.3wt.％，Al含量为8.5wt.％，Mg含量为4.2wt.％，浸镀液简称为镀液C。
实施例2
一种浸镀液为镀液A的锌铝镁镀层钢板，未特别说明的步骤与实施例1相同，不同之处在于：所述步骤2的浸镀液为镀液A；步骤2所得产物命名为样品2-2，步骤3所得产物命名为样品2-3。
样品2-2的SEM测试和EDS测试结果如图2所示，样品2-2由钢板、镀层以及钢板与镀层间的中间化合物层构成；其中，
镀层由纯Zn相、Zn-Al两相共晶组成，Zn-Al两相共晶含量为50％；
中间化合物层为Fe-Al或Fe-Al-Zn金属间化合物，厚度为0.3-1微米。
测试结果表明，由于浸镀液成分的变化，导致样品2-2镀层中Zn-Al两相共晶组织含量较高，与实施例1相比，实施例2中含有更多Zn-Al两相共晶。
样品2-2的耐腐蚀性能测试结果如图3所示，在25℃的3.5wt.％NaCl溶液中，腐蚀电流密度(Icorr)为1.20×10-5A/cm2。测试结果表明，由于浸镀液成分的变化，实施例2中含有更多Zn-Al两相共晶，使其获得了更高的耐腐蚀性能。
样品2-3的SEM测试和EDS测试结果如图4所示，样品2-3中钢板与镀层间的中间化合物层消失，由钢板、镀层构成；其中，
镀层由α-Fe(Zn,Al)单层组织组成，α-Fe(Zn,Al)单层组织中Fe、Zn、Al元素均匀分布，Zn元素含量为3.5-7.5wt.％，Al元素含量为0.5-1.7wt.％，Mg为0-0.1wt.％，O为0.5-10.0wt.％。
测试结果表明，通过步骤3的奥氏体化，镀层组织由纯Zn相、Zn-Al两相共晶转变为α-Fe(Zn,Al)，其组织构成与实施例1相似。
样品2-3的高温拉伸力学性能测试结果如图5所示，在900℃下保温1min的抗拉强度为75.8MPa，延伸率为46.0％。测试结果表明，通过步骤3的奥氏体化，其延伸率降低。
通过实施例1和实施例2对比可知，Zn-Al两相共晶含量的增加，使耐腐蚀性能有所提升，但是使延伸率有所下降。
实施例3
一种浸镀液为镀液B的锌铝镁镀层钢板，未特别说明的步骤与实施例1相同，不同之处在于：所述步骤2的浸镀液为镀液B；步骤2所得产物命名为样品3-2，步骤3所得产物命名为样品3-3。
样品3-2的SEM测试和EDS测试结果如图2所示，样品3-2由钢板、镀层以及钢板与镀层间的中间化合物层构成；其中，
镀层由Zn-Al两相共晶、Al-MgZn2两相共晶组成，Al-MgZn2两相共晶含量为80％，Al-MgZn2两相共晶组织的片层间距为小于1微米，Al-MgZn2两相共晶中Zn元素以MgZn2的形式存在；
中间化合物层为Fe-Al或Fe-Al-Zn金属间化合物，厚度为1-2微米。
测试结果表明，由于浸镀液成分的变化，导致样品3-2镀层中Al-MgZn2两相共晶组织含量较高，与实施例1相比，实施例3中含有更多Al-MgZn2两相共晶。
样品3-2的耐腐蚀性能测试结果如图3所示，在25℃的3.5wt.％NaCl溶液中，腐蚀电流密度(Icorr)为1.52×10-5A/cm2。测试结果表明，由于浸镀液成分的变化，实施例3中含有更多Al-MgZn2两相共晶，使其耐腐蚀性能降低。
样品3-3的SEM测试和EDS测试结果如图4所示，样品3-3中钢板与镀层间的中间化合物层消失，由钢板、镀层构成；其中，
镀层由α-Fe(Zn,Al)单层组织组成，α-Fe(Zn,Al)单层组织中Fe、Zn、Al元素均匀分布，Zn元素含量为7.2-10.3wt.％，Al元素含量为7.8-12.2wt.％，Mg为0-0.2wt.％，O为0.9-5.6wt.％。
测试结果表明，通过步骤3的奥氏体化，镀层组织由Zn-Al两相共晶、Al-MgZn2两相共晶转变为α-Fe(Zn,Al)，其组织构成与实施例1相似。
样品3-3的高温拉伸力学性能测试结果如图5所示，在900℃下保温3min的抗拉强度为77.1MPa，延伸率为53.2％。测试结果表明，通过步骤3的奥氏体化，与实施例1相比，延伸率所有提高。
通过实施例1和实施例3对比可知，Al-MgZn2两相共晶含量的增加，使耐腐蚀性能有所降低，但是使延伸率有所提高。
实施例4
一种浸镀液为镀液C的锌铝镁镀层钢板，未特别说明的步骤与实施例1相同，不同之处在于：所述步骤2的浸镀液为镀液C；步骤2所得产物命名为样品4-2，步骤3所得产物命名为样品4-3。
样品4-2的SEM测试和EDS测试结果如图2所示，样品4-2由钢板、镀层以及钢板与镀层间的中间化合物层构成；其中，
镀层由Zn-Al两相共晶、Al-MgZn2两相共晶组成，Al-MgZn2两相共晶含量为80％，Al-MgZn2两相共晶组织的片层间距为小于1微米，Al-MgZn2两相共晶中Zn元素以MgZn2的形式存在；
中间化合物层为Fe-Al或Fe-Al-Zn金属间化合物，厚度为2-3微米。
测试结果表明，与实施例1相比，镀层中组织均匀性较差。
样品4-2的耐腐蚀性能测试结果如图3所示，在25℃的3.5wt.％NaCl溶液中，腐蚀电流密度(Icorr)为1.68×10-5A/cm2。测试结果表明，由于浸镀液成分的变化，实施例4中含有更多Al-MgZn2两相共晶，使其耐腐蚀性能降低。
样品4-3的SEM测试和EDS测试结果如图4所示，样品4-3中钢板与镀层间的中间化合物层消失，由钢板、镀层构成；其中，
镀层由α-Fe(Zn,Al)单层组织组成，α-Fe(Zn,Al)单层组织中Zn元素在与钢板接触处存在富集现象。
测试结果表明，通过步骤3的奥氏体化，镀层组织由Zn-Al两相共晶、Al-MgZn2两相共晶转变为α-Fe(Zn,Al)，与实施例1相比，奥氏体化过程中液态锌与钢板发生接触。
样品4-3的高温拉伸力学性能测试结果如图5所示，在920℃下保温1min的抗拉强度为82.6MPa，延伸率为38.0％。测试结果表明，通过步骤3的奥氏体化，与实施例1相比，其延伸率明显降低。
将实施例1-4、参比例1-2进行对比分析，可以得到以下结论：
1、基于热浸镀技术的锌铝镁镀层钢板的耐腐蚀性能随着镀层组织中Zn-Al两相共晶的含量增加而增加，随着Al-MgZn2两相共晶含量的增加而降低；
2、基于热浸镀和高温奥氏体化技术的待冲压锌铝镁镀层钢板的延伸率随着镀层组织中Zn-Al两相共晶的含量增加而降低，随着Al-MgZn2两相共晶含量的增加而增加；
因此，根据上述分析可知，本发明通过相图计算，并采用奥氏体化制备锌铝镁镀层钢板的方法，才能实现本发明的显著技术效果提升。
综上所述，本发明上述实施例制备一种基于热浸镀和高温奥氏体化技术的待冲压锌铝镁镀层钢板的方法，以相图计算指导成分设计，按照浸镀液成分质量百分比为：Zn含量为85-95wt.％，Al含量为4.5-8.5wt.％，Mg含量为1-4.5wt.％进行备料，并经过热浸镀与奥氏体化后得到基于热浸镀和高温成型技术的锌铝镁镀层钢板。本发明制备的锌铝镁镀层钢板，经热浸镀后在镀层组织中形成Zn-Al-MgZn2三相共晶，当Zn元素含量为92.5wt.％，Al元素含量为4.5wt.％，Mg元素含量为3.0wt.％时，锌铝镁镀层钢板在25℃的3.5wt.％NaCl溶液中，腐蚀电流密度(Icorr)为1.35×10-5A/cm2，同时在900-920℃、保温1-3分钟的条件下，延伸率为46.6％。
Claims (9)
1.一种基于热浸镀和高温奥氏体化技术的待冲压锌铝镁镀层钢板，其特征在于：钢板经热浸镀和高温条件下的奥氏体化制得；
所述热浸镀的浸镀液为Zn-Al-Mg浸镀液，具体Zn-Al-Mg浸镀液成分质量百分比为：Al含量为4.5-8.5wt.％，Mg含量为1-4.5wt.％，其余为Zn和不可避免的杂质；
所述钢板经热浸镀后变为基于热浸镀技术的锌铝镁镀层钢板，基于热浸镀技术的锌铝镁镀层钢板由钢板、锌铝镁镀层-2、钢板与镀层间的中间化合物层构成，其中，
所述锌铝镁镀层-2包含Zn、Al、MgZn2相；所述锌铝镁镀层-2包含Zn-Al两相共晶、Zn-Al-MgZn2三相共晶，Zn-Al两相共晶和Zn-Al-MgZn2三相共晶总计共晶含量为50-95％，共晶组织的片层间距小于1微米；
所述钢板与镀层间的中间化合物层，简称中间化合物层，为Fe-Al或Fe-Al-Zn金属间化合物；
所述基于热浸镀技术的锌铝镁镀层钢板经900-920℃奥氏体化后变为基于热浸镀和高温奥氏体化技术的待冲压锌铝镁镀层钢板；
所述基于热浸镀和高温奥氏体化技术的待冲压锌铝镁镀层钢板由钢板、锌铝镁镀层-3构成，所述锌铝镁镀层-3由α-Fe(Zn,Al)单层组织组成，α-Fe(Zn,Al)单层组织中Fe、Zn、Al、Mg元素均匀分布，Zn元素含量为3.5-10.3wt.％，Al元素含量为0.5-12.2wt.％，Mg为0-0.2wt.％，O为0.5-8.2wt.％。
2.根据权利要求1所述的基于热浸镀和高温奥氏体化技术的待冲压锌铝镁镀层钢板，其特征在于：所述钢板成分的质量百分比为：C含量为0.31-0.35wt.％，Si含量为0.05-0.20wt.％，Mn含量为1.40-1.50wt.％，P含量为不超过0.020wt.％，S含量为不超过0.004wt.％，Al含量为不低于0.060wt.％，Ti含量为0.010-0.025wt.％，V含量为0.16-0.20wt.％，N含量为不超过0.0045wt.％，B含量为0.0010-0.0030wt.％，其余为Fe和不可避免的杂质。
3.根据权利要求1所述的基于热浸镀和高温奥氏体化技术的待冲压锌铝镁镀层钢板，其特征在于：所述锌铝镁镀层-2的Zn-Al两相共晶、Zn-Al-MgZn2三相共晶中，Zn元素以Zn相、MgZn2相的形式存在，Al元素以Al相形式存在；所述组织的片层间距小于1微米。
4.根据权利要求1所述的基于热浸镀和高温奥氏体化技术的待冲压锌铝镁镀层钢板，其特征在于：所述中间化合物层的厚度为0.3-3微米。
5.根据权利要求1所述的基于热浸镀和高温奥氏体化技术的锌铝镁镀层钢板，其特征在于：浸镀液中Zn含量为85-95wt.％。
6.一种基于热浸镀和高温奥氏体化技术的待冲压锌铝镁镀层钢板的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1，待热浸镀钢板的制备；
步骤2，待热浸镀钢板的热浸镀，首先准备浸镀液，然后，在一定条件下，将步骤1所得待热浸镀钢板进行热浸镀，即得到基于热浸镀技术的锌铝镁镀层钢板，命名为样品1-2；
步骤3，基于热浸镀技术的锌铝镁镀层钢板的奥氏体化，将步骤2所得样品1-2在一定条件下进行奥氏体化，即得到基于热浸镀和高温奥氏体化技术的待冲压锌铝镁镀层钢板，命名为样品1-3。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述步骤1中，将待处理的钢材加热成铁水后，经铁水预处理、转炉冶炼、炉外精炼、连铸，即得到钢坯，然后，将钢坯进行加热、轧制、控制冷却、卷取、酸洗、冷轧，即得到钢板，最后，将钢板在退火温度为800±5℃，露点为-50±10℃的条件下进行连续退火，即得到待热浸镀钢板；
所述步骤2中，浸镀液的质量百分比为，Al含量为4.5-8.5wt.％，Mg含量为1-4.5wt.％，其余为Zn和不可避免的杂质；
所述步骤2中，热浸镀的条件为，浸镀温度为440-460℃，浸镀时间为3-10秒，浸镀完毕冷却速度为大于30℃/s冷却至室温的条件下。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述步骤3中，奥氏体化的条件为，奥氏体化温度为900-920℃，保温时间为1-3min。
9.如权利要求1-5任意一项所述基于热浸镀和高温奥氏体化技术的待冲压锌铝镁镀层钢板作为高温力学材料的应用。
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|---|---|---|---|
| CN202310375292.6A CN116641008A (zh) | 2023-04-10 | 2023-04-10 | 一种基于热浸镀和高温奥氏体化技术的待冲压锌铝镁镀层钢板及其制备方法和应用 |
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| CN202310375292.6A CN116641008A (zh) | 2023-04-10 | 2023-04-10 | 一种基于热浸镀和高温奥氏体化技术的待冲压锌铝镁镀层钢板及其制备方法和应用 |
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