CN118326205A - 一种热浸镀钢板及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种热浸镀钢板，其具有Al‑Zn‑Mg‑Si合金镀层，所述Al‑Zn‑Mg‑Si合金镀层表面的共晶坑深度小于5μm，共晶坑截面至少呈开放形态。相应地，本发明还公开了该热浸镀钢板的制造方法，其包括步骤：基材带钢经过退火炉加热后浸入锌锅进行热浸镀，在基材带钢表面形成Al‑Zn‑Mg‑Si合金镀层；对Al‑Zn‑Mg‑Si合金镀层进行镀后冷却，直至Al‑Zn‑Mg‑Si合金镀层凝固，其中镀后冷却速度为15～50℃/s。该热浸镀钢板具有优异的外观性能和油漆涂敷性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种钢板及其制造方法，尤其涉及一种带镀层钢板及其制造方法。
背景技术
热浸镀是经济有效的钢铁表面处理方法，其能够获得耐蚀性更高、经济性更好的新型镀层。
锌铝镁镀层是近年来高耐蚀镀层的主要发展方向，其通过在原有的GI(Zn-0.2％Al)、GF(Zn-5％Al)、GL(55％Al-43.5％Zn-1.5％Si)等镀层中分别添加不同的Al、Mg含量，显著提高镀层的耐蚀性，分别实现了对原有镀层耐蚀性的升级。目前不同Al含量的锌铝镁系列产品，大致分成“低铝”(Al：1-3％)、“中铝”(Al:3-20％)、“高铝”(Al：47-57％)三大类，分别在汽车、家电、建筑等领域得到了广泛的应用。
然而，现有的高铝锌铝镁镀层钢板用作彩涂板基体钢材时，特别是如氟碳涂层等含有金属颗粒的油漆，容易产生不希望的小气泡等质量问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种热浸镀钢板，其具有优异的表面形貌和油漆涂敷性能。
为了实现上述目的，本发明提出了一种热浸镀钢板，其具有Al-Zn-Mg-Si合金镀层，其中所述Al-Zn-Mg-Si合金镀层表面的共晶坑深度小于5μm，共晶坑截面至少呈开放形态。
在本发明中，“开放形态”是指共晶坑的端口无收缩或收口状态。
锌铝镁镀液是多元合金熔融体，在凝固过程产生不同的物相组织。由于合金之间的熔点差异，凝固过程有先后之分。特别是高铝含量的Al-Zn-Mg-Si合金镀层，其凝固温度范围加大，凝固收缩量也增大，导致最终镀层表面形成大小各异甚至形状各异的共晶坑。当共晶坑比较深，或者共晶坑的端口出现收缩或收口形式时，会影响后续油漆的涂敷，产生不希望的小气泡，从而影响油漆产品的表面形貌及耐腐蚀性能。
基于此，本发明控制Al-Zn-Mg-Si合金镀层表面的共晶坑深度小于5μm，并且共晶坑截面至少呈开放形态，从而实现优异的表面形貌和油漆涂敷性能。
进一步地，在本发明所述的热浸镀钢板中，所述Al-Zn-Mg-Si合金镀层中含有Zn以及：40.0～75.0wt％的Al，0.8～2.0wt％的Si，1.5～3.0％wt的Mg。
进一步地，在本发明所述的热浸镀钢板中，所述Al-Zn-Mg-Si合金镀层中化学元素的质量百分含量为：
Al：40.0～75.0wt％；
Si：0.8～2.0wt％；
Mg：1.5～3.0％wt；
余量为Zn和不可避免的杂质。
更进一步地，在本发明所述的热浸镀钢板中，所述Al-Zn-Mg-Si合金镀层还含有下述各项的至少其中之一：
0＜Ti≤0.015wt％；
0＜Re≤0.1wt％；
0≤Zr≤0.12wt％。
在本发明所述的热浸镀钢板的一些实施方式中，还可以添加Ti、Re和Zr的至少其中之一。其中，添加Ti或Zr的作用在于，Ti或Zr与镀液中Al形成Ti3Al或Zr3Al参与了镀液凝固时包晶反应，如L+Zr3Al＝[Al]或L+Ti3Al＝[Al]，包晶溶质形成了有效的形核中心，有利于促进凝固后的[Al]枝晶更为密集，包含熔体小，被固体孤立的液体小，其收缩量小，形成的共晶坑越小。
添加Re同样是基于促进[Al]形核中心的目的，只是Re不参与金属间化合反应，而是直接析出作为形核点，促使凝固后的[Al]枝晶更为密集。
进一步地，在本发明所述的热浸镀钢板中，所述Al-Zn-Mg-Si合金镀层的单面厚度为13～32μm。
在本发明所述的热浸镀钢板中，基板上下表面的Al-Zn-Mg-Si合金镀层的厚度是相同的。
进一步地，本发明所述的热浸镀钢板的厚度为0.3～1.6mm。
本发明的另一目的在于提供一种热浸镀钢板的制造方法，采用该方法制得的热浸镀钢板的Al-Zn-Mg-Si合金镀层，具有镀层表面的共晶坑深度小于5μm，共晶坑截面至少呈开放形态的形态特征，从而实现优异的外观性能和油漆涂敷性能。
基于上述发明目的，本发明还提供了一种热浸镀钢板的制造方法，其包括步骤：
基材带钢经过退火炉加热后浸入锌锅进行热浸镀，在基材带钢表面形成Al-Zn-Mg-Si合金镀层；
对Al-Zn-Mg-Si合金镀层进行镀后冷却，直至Al-Zn-Mg-Si合金镀层凝固，即冷却到镀层中三元共晶相的凝固点以下，其中镀后冷却速度为15～50℃/s。
发明人经过研究发现，高铝锌铝镁的镀层结晶凝固首先形成的相为富铝相[Al]，Zn、Mg、Si等其它溶质成分被富铝相枝晶隔离在未凝固液相L(也称熔体)中。随着温度的进一步降低，Si、Mg不断排斥进入熔体，增加熔体中Si、Mg浓度，促进二元共晶反应L＝[Al]+Mg2Si的进行，但实际上很少形成典型的层状结构，其共晶组织经常退化，凝固的[Al]在先前形成的枝晶上持续生长，而Mg2Si相则在枝晶间区域沉淀。最后在380℃左右，发生了三元[Al]、[Zn]、[Si]共晶反应，并在此恒温下完成了凝固过程。[Al]枝晶形式成长、插入熔体中，在这个过程中，液固交错区，从而得到充分发展的枝晶骨架。各枝晶间互相穿插、封锁作用，使得低熔点的熔体被孤立分隔在各枝晶之间。最终凝固的收缩量体现在最后凝固的共晶位置，从而形成了共晶坑。而镀后冷却速度对共晶坑的形态有着至关重要的影响，发明人通过研究发现，控制镀后冷却速度为10～50℃/s，可以减小共晶坑的深度，并使得共晶坑截面至少呈开放的形态(即不是封闭的形态)。
当镀后冷却速度低于本发明限定的范围时，过冷度小，结晶的形核数量少，导致[Al]枝晶粗大。[Al]枝晶分隔的熔体大，其收缩量大，形成的共晶坑大。极端情况下，凝固后的会形成许多分散的小缩孔，组织呈现疏松状态。
此外，在本发明限定的范围内，镀后冷却速度越快，过冷度越大，结晶的形核数量越大，导致[Al]枝晶更为密集，包含熔体小。被固体孤立的液体小，其收缩量小，形成的共晶坑越小。
另外，在本发明限定的范围内，Al-Zn-Mg-Si合金镀层的厚度越大，镀后冷却速度应越大，基于此：
进一步地，在本发明所述的制造方法中，对于单面厚度≤14μm的Al-Zn-Mg-Si合金镀层，所述镀后冷却速度≥15℃/s。
进一步地，在本发明所述的制造方法中，对于14μm＜单面厚度≤20μm的Al-Zn-Mg-Si合金镀层，所述镀后冷却速度≥20℃/s。
进一步地，在本发明所述的制造方法中，对于20μm＜单面厚度≤32μm的Al-Zn-Mg-Si合金镀层，所述镀后冷却速度≥30℃/s。
进一步地，在本发明所述的制造方法中，所述锌锅温度为580～600℃，所述基材带钢浸入锌锅的板温为580～600℃。
在该实施方式中，入锌锅的板温与锌锅温度是接近的。锌锅温度过高不利于镀液内金属化合物，尤其时钢板溶解与镀液间反应产生的化合物影响钢板的生产。温度偏低不利于镀液的流动，气刀喷吹刮除镀液后钢板表面质量不佳。
进一步地，在本发明所述的制造方法中，镀后冷却时带钢的张力为20～30N/mm2。
在该实施方式中，通过控制镀后冷却时带钢的张力在上述范围内，还可以有效控制带钢的抖动幅度。
本发明所述的热浸镀钢板及其制造方法具有如下所述的优点和有益效果：
采用本发明所述的制造方法制得的热浸镀钢板的Al-Zn-Mg-Si合金镀层，具有镀层表面的共晶坑深度小于5μm，共晶坑截面至少呈开放形态的形态特征，使得共晶坑能被后道工序的液态油漆所浸润，防止油漆涂敷过程夹带空气，在油漆受热烘烤过程膨胀、爆破成小气泡，从而能够实现优异的表面形貌和油漆涂敷性能。
在本发明的优选实施方式中，可以控制带钢的抖动幅度，从而实现更优的实施效果。
附图说明
图1示意性地显示了带钢的热浸镀过程。
图2显示了一种高铝锌铝镁镀层的截面微观形态。
图3显示了对比例1获得的表面镀层形态。
图4显示了对比例2获得的表面镀层形态。
图5显示了本发明实施例1获得的表面镀层形态。
图6显示了本发明实施例2获得的表面镀层形态。
图7显示了控制镀后冷却时带钢的张力分别为2.5N/mm2、5N/mm2、7.6N/mm2、10N/mm2和20N/mm2时，带钢的抖动幅度。
具体实施方式
下面将结合说明书附图和具体的实施例对本发明所述的热浸镀钢板及其制造方法做进一步的解释和说明，然而该解释和说明并不对本发明的技术方案构成不当限定。
图1示意性地显示了带钢的热浸镀过程。
如图1所示，经过退火炉7加热后的基材带钢1，在氮氢混合气体的保护下经转向辊8转向浸入装有熔融Al-Zn-Mg-Si镀液3的锌锅2内，并经锌锅沉没辊4转向后出锌锅2，再经过锌锅上方的气刀6将多余的镀液刮除获得希望得到的镀层厚度后，然后进入冷却喷箱5进行镀后冷却，完成镀层凝固，结束热浸镀过程，带钢的温度采用板温测量装置9测得。
图2显示了一种高铝锌铝镁镀层的截面微观形态。
如图2所示，钢基体11上具有Al-Zn-Mg-Si合金镀层，Al-Zn-Mg-Si合金镀层包括外敷层13与合金层12。图中的“10”表示嵌料，“17”表示MgZn2相。高铝锌铝镁的镀层结晶凝固首先形成的相为富铝相[Al]15，Zn、Mg、Si等其它溶质成分被富铝相枝晶隔离在未凝固液相L(也称熔体)中。随着温度的进一步降低，Si、Mg不断排斥进入熔体，增加熔体中Si、Mg浓度，促进二元共晶反应L＝[Al]+Mg2Si的进行，但实际上很少形成典型的层状结构，其共晶组织经常退化，凝固[Al]在先前形成的枝晶上持续生长，而Mg2Si相18则在枝晶间区域沉淀。最后在380℃左右，发生了三元[Al]15、[Zn]14、[Si]16共晶反应，在此恒温下完成了凝固过程。[Al]枝晶形式成长、插入熔体中，在这个过程中，液固交错区，从而得到充分发展的枝晶骨架。各枝晶间互相穿插、封锁作用，使得低熔点的熔体被孤立分隔在各枝晶之间。最终凝固的收缩量体现在最后凝固的共晶位置，形成共晶坑19。当共晶坑比较深，或者共晶坑出现半封闭的形式时，会影响后续油漆的涂敷，产生不希望的小气泡，从而影响油漆产品的表面形貌及耐腐蚀性能。
为了解决上述问题，本发明提出了一种热浸镀钢板及其制造方法，下面采用具体的实施例1-6对其进行详细说明。
本发明实施例1-6中的热浸镀钢板均采用下述步骤制得：
(1)基材带钢经过退火炉加热后浸入锌锅进行热浸镀，在基材带钢表面形成Al-Zn-Mg-Si合金镀层，表1列出了本发明实施例1-6中的Al-Zn-Mg-Si合金镀层的成分配比。
在一些实施方式中，可以控制基材带钢浸入锌锅的板温为580～600℃。
(2)对Al-Zn-Mg-Si合金镀层进行镀后冷却，直至Al-Zn-Mg-Si合金镀层凝固，其中镀后冷却速度为15～50℃/s。
其中，对于单面厚度≤14μm的Al-Zn-Mg-Si合金镀层来说，控制镀后冷却速度≥15℃/s。
对于14μm＜单面厚度≤20μm的Al-Zn-Mg-Si合金镀层来说，控制镀后冷却速度≥20℃/s。
对于20μm＜单面厚度≤32μm的Al-Zn-Mg-Si合金镀层来说，控制镀后冷却速度≥30℃/s
在一些实施方式中，可以采用冷却喷箱对Al-Zn-Mg-Si合金镀层进行镀后冷却。
在一些实施方式中，可以控制镀后冷却时带钢的张力为20～30N/mm2，旨在进一步控制带钢的抖动幅度。在该范围内，带钢张力越大，带钢抖动幅度越小。
此外，图7还显示了控制镀后冷却时带钢的张力分别为2.5N/mm2、5N/mm2、7.6N/mm2、10N/mm2和20N/mm2时，带钢的抖动幅度，从图7中可以看出，在带钢的张力达到20N/mm2时，带钢抖动幅度明显减小。
表1列出了本发明实施例1-6和对比例1-2中的Al-Zn-Mg-Si合金镀层的成分配比。
表1.(wt％，余量为Zn和不可避免的杂质)
表2列出了本发明实施例1-6和对比例1-2的具体工艺参数和经过检测获得的表面形貌特征。
表2.
从表2中可以看出，本发明各实施例的热浸镀钢板的Al-Zn-Mg-Si合金镀层表面的共晶坑深度均小于5μm，且共晶坑截面至少呈开放形态，因此其具有优异的表面形貌和油漆涂敷性能。
此外，图3显示了对比例1获得的表面镀层形态。
该对比例1针对厚度0.5mm的钢板，实施了单面厚度26μm的镀层，镀后冷却以10℃/秒的缓慢冷却速度进行。通过观测，从图3可以看出，该钢板表面共晶坑深度超过5μm，约为10μm。共晶坑形状已经出现半封闭状态，这样的小缩孔，后道工序的油漆是无法正常涂敷的。油漆即使是覆盖在表层后，但坑内的气体并没有被液态油漆排斥出来，待进行油漆烘烤时，气体受热膨胀，破坏油漆，产生外观不良，也降低了钢板的耐腐蚀性能。
图4显示了对比例2获得的表面镀层形态。
该对比例2针对厚度0.5mm的钢板，实施了单面厚度26μm的镀层，以12℃/秒的缓慢冷却速度进行镀后冷却。从图4中可以看出，钢板表面共晶坑深度已经接近5μm，但是皮下个别位置分布有分散的小缩孔，组织呈现疏松状态。油漆后产生小气泡。
图5显示了本发明实施例1获得的表面镀层形态。
图6显示了本发明实施例2获得的表面镀层形态。
从图5和图6可以看出，钢板表面共晶坑深度均小于5μm，其镀层具备良好表面形貌以及油漆涂敷性能。
需要说明的是，本发明保护范围中现有技术部分并不局限于本申请文件所给出的实施例，所有不与本发明的方案相矛盾的现有技术，包括但不局限于在先专利文献、在先公开出版物，在先公开使用等等，都可纳入本发明的保护范围。
此外，本案中各技术特征的组合方式并不限本案权利要求中所记载的组合方式或是具体实施例所记载的组合方式，本案记载的所有技术特征可以以任何方式进行自由组合或结合，除非相互之间产生矛盾。
还需要注意的是，以上所列举的实施例仅为本发明具体实施例。显然本发明不局限于以上实施例，随之做出的类似变化或变形是本领域技术人员能从本发明公开的内容直接得出或者很容易便联想到的，均应属于本发明的保护范围。
Claims (12)
1.一种热浸镀钢板，其具有Al-Zn-Mg-Si合金镀层，其特征在于，所述Al-Zn-Mg-Si合金镀层表面的共晶坑深度小于5μm，共晶坑截面呈开放形态。
2.如权利要求1所述的热浸镀钢板，其特征在于，所述Al-Zn-Mg-Si合金镀层中含有Zn以及：40.0～75.0wt％的Al，0.8～2.0wt％的Si，1.5～3.0％wt的Mg。
3.如权利要求2所述的热浸镀钢板，其特征在于，所述Al-Zn-Mg-Si合金镀层中化学元素的质量百分含量为：
Al：40.0～75.0wt％；
Si：0.8～2.0wt％；
Mg：1.5～3.0％wt；
余量为Zn和不可避免的杂质。
4.如权利要求2或3所述的热浸镀钢板，其特征在于，所述Al-Zn-Mg-Si合金镀层还含有下述各项的至少其中之一：
0＜Ti≤0.015wt％；
0＜Re≤0.1wt％；
0≤Zr≤0.12wt％。
5.如权利要求1所述的热浸镀钢板，其特征在于，所述Al-Zn-Mg-Si合金镀层的单面厚度为13～32μm。
6.如权利要求1所述的热浸镀钢板，其特征在于，其厚度为0.3～1.6mm。
7.如权利要求1-6中任意一项所述的热浸镀钢板的制造方法，其特征在于，包括步骤：
基材带钢经过退火炉加热后浸入锌锅进行热浸镀，在基材带钢表面形成Al-Zn-Mg-Si合金镀层；
对Al-Zn-Mg-Si合金镀层进行镀后冷却，直至Al-Zn-Mg-Si合金镀层凝固，其中镀后冷却速度为15～50℃/s。
8.如权利要求7所述的制造方法，其特征在于，对于单面厚度≤14μm的Al-Zn-Mg-Si合金镀层，所述镀后冷却速度≥15℃/s。
9.如权利要求7所述的制造方法，其特征在于，对于14μm＜单面厚度≤20μm的Al-Zn-Mg-Si合金镀层，所述镀后冷却速度≥20℃/s。
10.如权利要求7所述的制造方法，其特征在于，对于20μm＜单面厚度≤32μm的Al-Zn-Mg-Si合金镀层，所述镀后冷却速度≥30℃/s。
11.如权利要求7所述的制造方法，其特征在于，所述锌锅温度为580～600℃，所述基材带钢浸入锌锅的板温为580～600℃。
12.如权利要求7所述的制造方法，其特征在于，镀后冷却时带钢的张力为20～30N/mm2。
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