CN1799829A - 高耐腐蚀性/高加工性的镀层钢丝、镀覆浴组合物、该镀层钢丝的生产方法和钢丝网制品 - Google Patents

高耐腐蚀性/高加工性的镀层钢丝、镀覆浴组合物、该镀层钢丝的生产方法和钢丝网制品 Download PDF

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Abstract

一种具有镀层和中间层的镀层钢丝，其特征在于以平均质量百分比计，镀层和中间层中的锰含量为0.02％至0.30％，以平均质量百分比计，铝含量为8％至25％，以平均质量百分比计，锌和不可避免成分的含量为74.70％至91.98％，以及将钢丝表面的每单位面积上中间层和镀层的总沉积量设定为700g/m2至1000g/m2。由于该镀层钢丝具有提高的镀层和中间层的总沉积量，因而具有优异的耐腐蚀性和优异的可加工性。

Description

高耐腐蚀性/高加工性的镀层钢丝、镀覆浴组合物、 该镀层钢丝的生产方法和钢丝网制品
技术领域
本发明涉及具有增强的耐腐蚀性和增强的可加工性的镀层钢丝，该镀层钢丝适用于户外使用的各种钢丝网制品，例如用于护坡(护岸)的钢丝围栅容器、钢丝网和安全网等。
背景技术
通常，作为锌-铝合金镀层钢丝，具有包含0.8重量％至5重量％的镁的镀层的钢丝是己知的(例如，参见日本特开第2001-207250号公报，0018～0019段)。镀层中镁的存在为镀层钢丝提供了优异的耐腐蚀性。在该锌-铝合金镀层钢丝中，在镀层和钢丝之间形成有较硬的中间层(锌-铝-镁中间层)，因此所得镀层钢丝的硬度变得很高。因此，从可加工性的角度来看，理想的中间层的厚度应小于或等于20μm，并且钢丝表面的每单位面积上镀层和中间层的总沉积量应约为220g/m2～280g/m2。
然而，由于镀层的硬度极高，即使减小中间层厚度，仍然存在可加工性较差的问题。
此外，目前尚未开发出钢丝表面的每单位面积上的中间层和镀层的总沉积量大于或等于700g/m2的镀层钢丝的生产方法，因此普遍认为获得这种镀层钢丝是极其困难的。
因此，提供以下产品是非常理想的：具有优异的耐腐蚀性和优异的可加工性并且中间层和镀层的总沉积量获得提高的镀层钢丝；用于生产这种镀层钢丝的镀覆浴组合物；生产这种镀层钢丝的方法以及这种镀层钢丝形成的钢丝网制品。
本发明的说明性而非限定性的实施方案克服了上述缺点以及上述未提及的其它缺点。
发明内容
在本发明的一个方面中，提供了一种耐腐蚀并且具有高加工性的镀层钢丝，所述镀层钢丝包括钢丝；包含锌、铝和锰的镀层；以及包含锌、铝和锰的中间层，所述中间层夹在所述钢丝和所述镀层之间，其中以平均质量百分比计，所述镀层和所述中间层中所含有的锰的含量均为0.02％至0.03％，以平均质量百分比计，铝的含量为8％至25％，以平均质量百分比计，锌和不可避免的成分的含量为74.70％至91.98％。优选将钢丝表面的每单位面积上的中间层和镀层的总沉积量设定为700g/m2至1000g/m2。
由于镀层钢丝的镀层和中间层中均包含上述预定百分比的锰、铝和锌，因此，与传统的锌-铝合金镀层钢丝，即具有仅由锌-铝合金构成的镀层的镀层钢丝(具有不含添加剂的锌-铝合金镀层的镀层钢丝)或锌-铝-锰合金的镀层钢丝相比，该镀层钢丝展现出优异的耐腐蚀性和可加工性。
由于将钢丝表面的每单位面积上的中间层和镀层的总沉积量设定为700g/m2至1000g/m2，因此，与传统的总沉积量小于700g/m2的镀层钢丝相比，该镀层钢丝展现出优异的耐腐蚀性。
作为镀层钢丝的镀层和中间层的增大的结果，例如镀层和中间层的总厚度可达约100μm至140μm。因此，与传统的镀层钢丝相比，本发明的镀层钢丝展现出改善的耐磨性。所以本发明的镀层钢丝适合用作与砂石等接触的护坡用钢丝围栅容器等的材料。
对于该耐腐蚀并且具有高加工性的镀层钢丝，优选整个镀层和中间层的锰浓度是均匀的，镀层的维氏硬度为45至65，中间层的维氏硬度为50至70。在这种镀层钢丝中，由于在整个镀层和中间层中锰含量是均匀的，并且镀层和中间层在硬度上彼此相近，所以当对镀层钢丝进行例如弯曲加工时，可以防止镀层和中间层中产生裂纹。
优选该耐腐蚀并且可加工的镀层钢丝具有分散在镀层基体中的锌、铝和锰的共析体。在该耐腐蚀并且具有高加工性的镀层钢丝中，通常容易腐蚀的共析体块分散在基体中，使得每个共析体块均被基体所包围。因此，与共析体均匀分散在基体中的镀层钢丝相比，该镀层钢丝具有优异的耐腐蚀性。
在本发明的另一方面中，提供了镀覆浴组合物，所述镀覆浴组合物包含0.04质量％至0.60质量％的锰、7.00质量％至24.00质量％的铝和75.40质量％至92.96质量％的锌以及其它不可避免的成分。
在本发明中，预定比例的锰的存在降低了镀覆浴组合物的流动性。因此，使用这种镀覆浴组合物，可以提高钢丝上中间层和镀层的总沉积量。应当注意的是，使用传统镀覆浴组合物，无法获得钢丝表面的每单位面积上镀层和中间层的总沉积量大于或等于700g/m2的镀层钢丝。与此相反，使用本发明的镀覆浴组合物，可以获得中间层和镀层总沉积量约为1000g/m2的耐腐蚀并且具有高加工性的镀层钢丝。
在本发明的另一方面中，提供了耐腐蚀并且具有高加工性的镀层钢丝的生产方法，该方法包括：镀覆浴组合物制备步骤，其中制备包含锌、铝和锰的镀覆浴组合物，使得锰含量为0.04质量％至0.60质量％；镀覆步骤，其中将钢丝浸入所述镀覆浴组合物中，从而在钢丝上形成包含锌、铝和锰的镀层和包含锌、铝和锰的中间层，所述中间层夹在所述钢丝和所述镀层之间。
在该生产方法中，镀覆浴组合物中预定比例的锰的存在降低了镀覆浴组合物的流动性。因此，该生产方法能够显著提高钢丝上镀层和中间层的总沉积量。
在上述方法中，优选将钢丝表面的每单位面积上的镀层和中间层的总沉积量设定为700g/m2至1000g/m2。
在该生产方法中，使锰位于镀覆浴组合物的上层是理想的。在该生产方法中，通过使锰位于镀覆浴组合物的上层，降低了镀覆浴组合物上层的流动性。因此，该生产方法能够显著提高钢丝上中间层和镀层的总沉积量。
在该耐腐蚀并且具有高加工性的钢丝的生产方法中，将钢丝浸入到包含锌、铝和锰的镀覆浴组合物中，并在钢丝上形成包含锌、铝和锰的镀层，使包含锌、铝和锰的中间层夹在钢丝和镀层之间。可以将该镀覆浴组合物中的锰含量调节为待生产的镀层钢丝的镀层和中间层中锰含量的2倍至5倍。
通常，在镀覆浴组合物中，用于形成镀层的的一部分金属添加剂可能会形成偏析物或顶部浮渣而被除去。因此，降低了将要浸入钢丝的镀覆浴中所包含的镀覆浴组合物中的金属添加剂的含量。在根据本发明的生产方法中，因形成上述顶部浮渣等而降低的锰的比例获得了补偿，这是因为，将锰(金属添加剂)的含量调整为如上所述的待生产的镀层钢丝的镀层和中间层的锰含量的2倍至5倍。因此，使用该生产方法，可以稳定生产具有包含上述预定比例的锰的中间层和镀层的耐腐蚀并且具有高加工性的镀层钢丝。
在本发明的另一方面中，提供了一种钢丝网制品，它由上述耐腐蚀并且具有高加工性的镀层钢丝形成。由于使用了展现出优异的可加工性和耐腐蚀性的镀层钢丝，因此，与由传统镀层钢丝制成的钢丝网制品相比，可以很容易地生产具有高耐腐蚀性的钢丝网制品。在将用于生产该钢丝网制品的耐腐蚀并且具有高加工性的镀层钢丝中，增大了镀层和中间层的总沉积量，因此与如上所述的传统镀层钢丝相比，该镀层钢丝展现出优异的耐磨性。因此，本发明的钢丝网制品展现出了优异的耐磨性。
在本发明的另一方面中，提供了由钢丝网制成的笼状物，在该笼状物中至少其顶面由上述耐腐蚀并且具有高加工性的镀层钢丝形成。
由于使用了展现出优异的可加工性和耐腐蚀性的镀层钢丝，因此，与由传统镀层钢丝制成的钢丝笼状物相比，可以很容易地生产具有高耐腐蚀性的钢丝网笼状物。由于钢丝网笼状物的顶面由耐腐蚀并且具有高加工性的钢丝形成，因此顶面展现出了优异的耐磨性。钢丝网笼状物可以例如用作护坡用钢丝围栅容器、金属筐、圆金属筐和港口筑堤用金属网等。
附图说明
通过参考附图详细说明本发明的说明性的、非限定性的实施方案，本发明的各个方面、其它优点和其它特征将变得更加明显。
图1是根据本发明的实施方案的镀层钢丝的部分截面图；
图2是用于生产图1所示的镀层钢丝的生产设备的示意图；
图3A和3B是根据本发明的实施方案的钢丝网笼状物的透视图；
图4A是实施例4中通过水冷获得的镀层钢丝的截面的显微照片；
图4B是实施例4中通过风冷获得的镀层钢丝的截面的显微照片；
图5A是实施例5中通过水冷获得的镀层钢丝的截面的显微照片；
图5B是实施例5中通过风冷获得的镀层钢丝的截面的显微照片；
图6A是比较例7中通过水冷获得的镀层钢丝的截面的显微照片；
图6B是比较例7中通过风冷获得的镀层钢丝的截面的显微照片；
图7显示了当金属添加剂是锰时，实施例4的镀层钢丝中的金属浓度分布图；
图8显示了当金属添加剂是锡时，比较例1的镀层钢丝中的金属浓度分布图；
图9显示了当金属添加剂是镁时，比较例2的镀层钢丝中的金属浓度分布图；
图10显示了当金属添加剂是硅时，比较例5的镀层钢丝中的金属浓度分布图；
图11显示了对于通过风冷或水冷获得的镀层和中间层，镀覆浴组合物中的锰(Mn)含量(质量％)与维氏硬度(Hv)之间的关系图；
图12显示了对于通过风冷或水冷获得的镀层和中间层，镀覆浴组合物中的镁(Mg)含量(质量％)与维氏硬度(Hv)之间的关系图；
图13显示了对于通过风冷或水冷获得的镀层和中间层，镀覆浴组合物中的硅(Si)含量(质量％)与维氏硬度(Hv)之间的关系图；
图14A是含锰镀覆浴组合物的流动性评价试验所使用的测试设备的构成说明图。
图14B是构成图14A所示的测试设备的一个部件的螺线槽的俯视图。
具体实施方式
下面将参照附图详述根据本发明的实施方案的耐腐蚀并且具有高加工性的镀层钢丝(下文将经常简称为“镀层钢丝”)、镀层钢丝的生产方法和由镀层钢丝形成的钢丝网(钢丝网制品)制成的笼状物。
(镀层钢丝)
参照图1，镀层钢丝1由钢丝(基底金属)2、钢丝2上的包含锌、铝和锰的中间层3以及中间层3上的包含锌、铝和锰的镀层4构成。
对于钢丝2，可以使用传统钢丝，即软钢丝或硬钢丝。钢丝2的直径可以约为3.2mm至10.0mm。另外，钢丝2可以是经过1次镀覆(例如镀锌)的钢丝。
中间层3由包含来源于下文所述的镀覆浴组合物的锌、铝和锰的锌-铝-锰合金形成。中间层3还包含从钢丝2中扩散出来的例如磷和硫等不可避免的成分。在该实施方案中，中间层3的维氏硬度为50至70。
镀层4由以锌、铝和锰构成的锌-铝-锰合金形成，其通过固化下文所述的镀覆浴组合物中所包含的金属成分而获得。镀层4还包括作为不可避免成分的铅、铁和镉等，它们曾经作为锌中的杂质而存在。如图1所示，在镀层4中，锌、铝和锰的共析体5a以块状分散在基体5b中。在该实施方案中，镀层4的维氏硬度为45至65。
以钢丝2表面的每单位面积上的中间层3和镀层4的总沉积量计，将中间层3和镀层4的总沉积量设定为700g/m2至1000g/m2。整个中间层3和镀层4中的锰浓度是均匀的，并且锰均匀地分布在中间层3和镀层4中。
以平均质量百分比计，中间层3和镀层4的锰含量为0.02％至0.30％。以平均质量百分比计，中间层3和镀层4的铝含量为7.00％至24.00％，并且以平均质量百分比计，锌和不可避免成分为75.40％至92.96％。当锰含量低于上述范围的下限时，可能会无法充分提高所获得的镀层钢丝1的耐腐蚀性。当锰含量高于上述上限时，可能会无法充分提高如下文所述的通过风冷获得的镀层钢丝1的耐腐蚀性，而如下文所述的通过水冷获得的镀层钢丝1的可加工性可能会很差。
由于镀层钢丝1的中间层3和镀层4都包含上述预定比例的锰、铝和锌，因此，与传统的锌-铝合金镀层钢丝，即具有仅包括锌-铝合金的镀层的镀层钢丝(具有由不含添加剂的锌-铝合金构成的镀层的镀层钢丝)相比，镀层钢丝1具有优异的耐腐蚀性。由于镀层钢丝1的中间层3和镀层4的硬度等于传统的仅由锌-铝合金构成的镀层的硬度，所以与传统的锌-铝-镁合金镀层钢丝相比，镀层钢丝1具有优异的可加工性。总之，与传统镀层钢丝相比，根据本实施方案的镀层钢丝1的耐腐蚀性和可加工性都非常优异。
另外，在该镀层钢丝1中，通常容易腐蚀的共析体5a的块分散在基体5b中，使得各个共析体5a的块均被基体5b所包围。此外，在镀层钢丝1中，被基体5b隔开的各个共析体5a的块间的间距比当共析体5a的微粒均匀分布在基体5b中时的间距更大。结果，使得腐蚀难以扩散，所以镀层钢丝1具有优异的耐腐蚀性。
另外，在该镀层钢丝1中，将钢丝2上的中间层3和镀层4的总沉积量设定为700g/m2至1000g/m2。因此，与传统的锌-铝合金镀层钢丝(其中中间层3和镀层4的总沉积量小于700g/m2)相比，镀层钢丝1具有优异的耐腐蚀性。
由于在该镀层钢丝1中，将钢丝2上的中间层3和镀层4的总沉积量设定为700g/m2至1000g/m2，所以中间层3和镀层4的总厚度约为100μm至140μm。因此，与传统的镀层钢丝相比，镀层钢丝1展现出改善的耐磨性。另外，在镀层钢丝1的表面上，通过形变加工(例如辊加工)可以容易地形成凸凹。具有表面凸凹的镀层钢丝1适合于作为护坡用钢丝围栅容器，这是因为该钢丝围栅容器的顶面需要具有防滑性。
(生产镀层钢丝的方法)
下面将详细说明本发明的镀覆浴组合物以及生产本实施方案的镀层钢丝1的方法。
生产镀层钢丝1的方法包括：镀覆浴组合物制备步骤，其中制备包含锌、铝和锰的镀覆浴组合物，使得锰含量为0.04质量％至0.60质量％；和镀覆步骤，其中上述钢丝2浸入所述镀覆浴组合物中，从而在钢丝2上形成包含锌、铝和锰的镀层4和包含锌、铝和锰的中间层3，所述中间层夹在钢丝2和镀层4之间。
镀覆浴组合物包括0.04质量％至0.60质量％的锰、7.00质量％至24.00质量％的铝和75.40质量％至92.96质量％的锌和不可避免的成分。不可避免成分的实例包括在锌中作为杂质存在的金属，如铅、铁和镉。当各金属(锰、铝和锌)的比例高于上述范围的各个上限时，顶部浮渣金属的量将会增加，顶部浮渣金属应该频繁从镀覆浴中除去。这种频繁除去操作将导致镀层钢丝生产效率的降低和金属损失量的升高，进而导致镀层钢丝生产成本的升高。当各金属的比例低于各个下限时，可能无法获得具有包含上述预定量的金属的中间层3和镀层4的镀层钢丝1。
在该实施方案中，将镀覆浴组合物中的锰含量调整为待生产的镀层钢丝1的中间层3和镀层4中锰含量的2倍至5倍。
下面将简要说明本实施方案的镀覆工艺中所使用的用于生产镀层钢丝的设备。参照图2，镀层钢丝生产设备6具有用于供应待镀覆的钢丝2的钢丝辊6a；用于缠绕已进行镀覆的镀层钢丝1的镀层钢丝辊6b；装有镀覆浴组合物6c的镀覆槽6d；和用于在镀覆槽6d中引导钢丝2的导辊6e。镀层钢丝生产设备6还具有用于冷却从镀覆槽6d中拉出的镀层钢丝1的冷却设备(图中未示出)。该冷却设备的结构可以是传统的结构，可以是风冷或水冷。
在该镀层钢丝生产设备6中，将由钢丝辊6a供给的钢丝2浸入到镀覆槽6d中的镀覆浴组合物6a中，再由镀层钢丝辊6b卷起镀层钢丝1。当将镀层钢丝2从镀覆槽6d中拉出后，用冷却设备(图中未示出)冷却附着在钢丝2的镀覆浴组合物6c。结果，在钢丝2上形成了中间层3和镀层4(参见图1)。根据钢丝2上中间层3和镀层4的总沉积量，可以适当设定钢丝2从镀覆槽6d中的拉出速度。镀覆槽6d中镀覆浴组合物6c的温度可以大约为440℃至460℃。
在该生产镀层钢丝1的方法中，可以对用镀覆浴组合物6c处理并从镀覆槽6d中拉出的钢丝2(即镀层钢丝1)进行风冷或水冷。使用风冷或水冷可以获得具有共析体5a的块分散在基体5b中的镀层4的镀层钢丝1。应当注意的是，如果将水冷应用于生产镀层钢丝的传统方法，则无法在基体5b中获得共析体5a的块。
如上所述，在该生产镀层钢丝1的方法中，可以对从镀覆槽6d中拉出的钢丝2(镀层钢丝1)进行风冷或水冷。然而，使用水冷是理想的，因为这时钢丝2上的镀覆浴组合物6c的冷却速度更快。
在上述生产镀层钢丝1的方法中，镀覆浴组合物6c包含上述预定比例的锰。因此，与传统的不含锰的锌-铝型镀覆浴组合物相比，该镀覆浴组合物6c的流动性更低。结果，在该生产镀层钢丝1的方法中，增加了沉积在钢丝2上的镀覆浴组合物6c的量。换句话说，在该生产镀层钢丝1的方法中，可以增加钢丝2上的中间层和镀层的总沉积量。在传统锌-铝合金镀层钢丝中，钢丝表面的每单位面积上中间层和镀层的总沉积量不超过700g/m2。相比之下，在使用上述镀覆浴组合物6c获得的镀层钢丝1中，中间层3和镀层4的总沉积量可以达到大约1000g/m2。
另外，在此生产镀层钢丝1的方法中，将镀覆浴组合物6c中的锰含量调整为待生产的镀层钢丝1的中间层3和镀层4中锰含量的2倍至5倍。因此，在此生产方法中，锰位于镀覆浴组合物6c的上层中。因此，镀覆浴组合物6c的上层的流动性降低，结果，该生产方法能够显著提高中间层3和镀层4在钢丝2表面上的总沉积量。
此外，在该生产镀层钢丝1的方法中，如上所述，将镀覆浴组合物6c中的锰含量调整为待生产的镀层钢丝1的中间层3和镀层4中锰含量的2倍至5倍。由于在此方法中将镀覆浴组合物6c中的锰含量调整为2至5倍，所以在镀覆浴组合物6c中因顶部浮渣的形成或发生偏析而导致的锰比例的降低获得了补偿。因此，使用该生产方法，可以稳定地生产具有包含上述预定比例的锰的中间层3和镀层4的镀层钢丝1。
在该生产方法中，通过选择水冷，可以提高沉积在钢丝2上的镀覆浴组合物6c的冷却速度。因此，可以缩短槽表面到镀层钢丝辊6b的距离，所述镀层钢丝辊6b用于缠绕从镀覆浴组合物6c中拉出的镀层钢丝1。换句话说，可以将所谓的顶辊的高度位置设置的较低，从而减小镀层钢丝生产设备6的尺寸。结果，在镀层钢丝生产设备6中，将钢丝2(镀层钢丝1)设置在钢丝2(镀层钢丝1)的线路上，即设置钢丝的可操作性变得更加简单。
(钢丝网笼状物)
下面将介绍由钢丝网制成的笼状物，该钢丝网被用作由本实施方案的镀层钢丝1形成的钢丝网制品。
如图3A所示，根据本实施方案的笼状物7是由钢丝网制成的箱状体，仅由钢丝网构成的顶面13a是由镀层钢丝1制成的。由于钢丝网笼状物7的顶面13a由镀层钢丝1制成，所以该笼状物在顶面13a上具有优异的耐磨性。
可选地，如图3B所示，笼状物7的所有钢丝网面(包括前面13b、左侧面13c、右侧面13d、背面13e、顶面13a和底面13f)都可以由镀层钢丝1制成。
如上所述，用于这些钢丝网笼状物7的镀层钢丝1具有优异的可加工性和耐腐蚀性。因此，与利用传统的镀层钢丝制成的钢丝网笼状物相比，可以很容易地由镀层钢丝1制成具有更高耐腐蚀性的钢丝网笼状物7。
以上介绍了本发明的实施方案。然而，本发明并不仅限于上述实施方案，当然可以对上述实施方案进行适当的修改。
在上述实施方案中，钢丝网笼状物是箱形的，但是对于本发明的笼状物的形状是没有限制的。其实例包括通常用于护坡的装满石头的钢丝围栅容器，例如石笼、金属筐、圆金属筐和港口筑堤用金属网。对于这些钢丝网笼状物，部分笼状物或者整个笼状物都可以由镀层钢丝1制成。
接下来将参考实施例，更加详细地介绍根据本实施方案的镀层钢丝及其生产方法。
(实施例1至实施例5)
在实施例1至实施例5的每个实施例中，通过将预定量的锰加入到铝含量为11.8质量％的锌-铝熔融组合物中制备镀覆浴组合物，使得镀覆浴组合物含有如下表1中所示比例的锰(在表1中由“Mn”表示)。
将沉积有作为基本镀覆物的锌的铁丝用作钢丝(直径：4mm)。将该钢丝浸入预先制备的镀覆浴组合物中8秒钟(浴温：450℃)，然后从镀覆浴中拉出。分别使用水冷和风冷对沉积在钢丝(镀层钢丝)上的镀覆浴组合物进行冷却。
图4A是实施例4中通过水冷获得的镀层钢丝的截面的显微照片。图4B是实施例4中通过风冷获得的镀层钢丝的截面的显微照片。图5A是实施例5中通过水冷获得的镀层钢丝的截面的显微照片。图5B是实施例5中通过风冷获得的镀层钢丝的截面的显微照片。这些镀层钢丝的镀层中都观察到了分散的共析体块。对于所获镀层钢丝中的镀层进行了成分分析。
对于成分分析，使用了ICP(high frequency inductively-coupledplasma spectrometer，高频电感耦合等离子体光谱仪)。所得镀层钢丝中的镀层和中间层的成分分析结果如表1所示。在表1中，所检测的金属分别由原子符号表示，而锌(Zn)的比例仅显示为“其余”，这意味着锌含量为除所列出的其它金属含量以外的主要剩余物的含量。
(比较例1至比较例8)
在比较例1至比较例6的每个比较例中，通过将如表1所示的预定量的金属加入到铝含量为11.8质量％的锌-铝熔融组合物中制备镀覆浴组合物，使得镀覆浴组合物含有如下表1中所示比例的金属添加剂。在比较例7中，制备了不含锰的镀覆浴组合物(即上述的11.8％的铝-锌熔融组合物)。在比较例8中，制备了不含锰或铝的镀覆浴组合物(即99.9％的熔融的锌)。
除了使用这些镀覆浴组合物来代替实施例1至实施例5中的组合物外，重复基本与实施例1至实施例5相同的程序来生产镀层钢丝。
图6A是比较例7中通过水冷获得的镀层钢丝的截面的显微照片；图6B是比较例7中通过风冷获得的镀层钢丝的截面的显微照片；通过风冷获得镀层钢丝时，观察到了分散在镀层中的共析体块，而在通过水冷获得镀层钢丝时，共析体微粒分散在镀层中。
以与实施例1至实施例5相同的方式对所得镀层钢丝的镀层进行成分分析。结果如表1中所示。
<耐腐蚀性测试>
向实施例1至实施例5和比较例1至比较例8中所获得的每种镀层钢丝上喷洒浓度为50±5g/L的氯化钠水溶液(盐水)500小时，在这段时期之后，测量每种镀层钢丝中镀层的腐蚀损失。结果在表1中用“盐水喷雾测试，(500H，镀覆物腐蚀损失)”表示。在表1中，用“g/m2”标示的列中的各个单元格显示了钢丝表面的每单位面积上的镀层的损失量。用“％”标示的列的各个单元格显示了镀层钢丝的镀层损失量的比例，其中假定当对比较例7(具有不含锰的铝-锌合金镀层的镀层钢丝)中通过水冷获得的镀层钢丝进行同样测试时的镀层损失量为100％。
表1
  镀覆浴组合物中金属添加剂的含量(质量％)   镀层和中间层的组分(质量％)   盐水喷雾测试(500H，镀覆物腐蚀损失)   金属添加剂
  水冷   风冷
  Sn   Mg   Mn   Si   Al   Zn   g/m2   ％   g/m2   ％
  实施例   1   Mn：0.04％   -   -   0.02   -   11.9   其余   45.1   80   39.0   69   Mn
  2   Mn：0.1％   -   -   0.03   -   12.0   其余   30.0   53   34.1   60
  3   Mn：0.3％   -   -   0.09   -   11.9   其余   33.2   59   37.3   66
  4   Mn：0.5％   -   -   0.21   -   12.1   其余   28.1   50   38.6   68
  5   Mn：0.65％   -   -   0.30   -   11.8   其余   36.2   64   40.1   70
  比较例   1   Sn：0.5％   0.48   -   -   -   11.8   其余   22.2   39   20.3   36   Sn
  2   Mg：0.5％   -   0.46   -   -   12.0   其余   10.6   19   10.2   18   Mg
  3   Mn：0.93％   -   -   0.46   -   12.0   其余   39.9   71   43.2   76   Mn
  4   Si：0.1％   -   -   -   0.07   12.2   其余   49.1   87   58.7   104   Si
  5   Si：0.3％   -   -   -   0.27   12.1   其余   46.3   82   60.2   107
  6   Si：0.5％   -   -   -   0.46   11.9   其余   56.5   100   46.7   82
  7   -   -   -   -   -   11.8   其余   56.5   100   41.3   73   未添加
  8   -   -   -   -   -   -   99.9   157   279   143   253   -
<可加工性测试>
对实施例1至实施例5和比较例1至比较例8中所获得的每种镀层钢丝进行可加工性测试。通过将镀层钢丝在同一镀层钢丝上缠绕8圈并观察缠绕的镀层钢丝的表面状况来进行可加工性测试。根据镀层钢丝表面上的裂纹状况将镀层钢丝分类(分类标准如下所示)。
微：用肉眼无法发现裂纹，但使用15倍的放大镜勉强能够发现裂纹
小：用肉眼勉强能够发现裂纹
中：用肉眼能够很容易发现裂纹
大：能够刮住指甲的裂纹
剥落：能够导致镀层剥落的裂纹
在该可加工性测试中，对实施例1至实施例5和比较例1至比较例8各自进行了10根镀层钢丝的测试。镀层钢丝按上述标准分类，每一类别的镀层钢丝的数量如表2所示。在表2中，具有归入“中”、“大”和“剥落”这些类别的裂纹的镀层钢丝被认为是有缺陷的，并且计算了每个实施例和比较例的缺陷百分比。结果作为“缺陷百分比”显示在表2中。
表2
  水冷   风冷   金属添加剂
  裂纹类型   裂纹类型
  微   小   中   大   剥落   缺陷百分比   微   小   中   大   剥落   缺陷百分比
  实施例   1   8   2   0   0   0   0   7   3   0   0   0   0   Mn
  2   8   2   0   0   0   0   6   4   0   0   0   0
  3   6   4   0   0   0   0   8   2   0   0   0   0
  4   6   4   0   0   0   0   7   3   0   0   0   0
  5   6   4   0   0   0   0   8   2   0   0   0   0
  比较例   1   3   4   1   1   1   30   2   3   2   2   1   50   Sn
  2   3   3   3   1   0   40   2   2   3   3   0   60   Mg
  3   0   9   1   0   0   10   5   5   0   0   0   0   Mn
  4   3   0   2   2   3   70   4   0   0   1   5   60   Si
  5   3   2   2   1   1   40   5   1   0   1   4   50
  6   0   3   1   3   3   70   0   0   2   3   5   100
  7   10   0   0   0   0   0   9   1   0   0   0   0   未添加
  8   10   0   0   0   0   0   9   1   0   0   0   0   -
<镀层钢丝的耐腐蚀性的评价>
由表1可以明显地看出，不考虑冷却方法(水冷或风冷)，与比较例7所获得的具有由11.8％的铝一锌合金(不含锰)构成的镀层的镀层钢丝相比，实施例1至实施例5中所获得的镀层钢丝显示出更小的腐蚀损失。简而言之，与传统镀层钢丝相比，本发明的镀层钢丝具有优异的耐腐蚀性。具有由锌构成的镀层的比较例8的镀层钢丝和具有包含硅(Si)作为金属添加剂的镀层的比较例4至比较例6的镀层钢丝，其耐腐蚀性与实施例1至实施例5(与本发明一致的实施方案)的镀层钢丝的耐腐蚀性相比较差。
在具有含锡(Sn)(比较例1)的镀层的镀层钢丝和具有含镁(Mg)(比较例2)的镀层的镀层钢丝的情况中，通过水冷而获得的镀层钢丝与通过风冷而获得的镀层钢丝相比显示出更差的耐腐蚀性。相反，实施例1至实施例5通过水冷而获得的镀层钢丝与那些通过风冷而获得的镀层钢丝相比显示出改善的耐腐蚀性。比较例1的镀层钢丝无论通过水冷还是风冷获得，都显示出了暗淡的、铅灰色的没有光泽的外观。
<镀层钢丝的可加工性的评价>
从图2中可以明显看出，实施例1至实施例5的镀层钢丝，无论是通过水冷获得还是通过风冷获得，其缺陷百分比都为0％，并且具有优异的可加工性。相反，在具有含锡(Sn)的镀层的镀层钢丝(比较例1)的情况中，通过水冷获得的镀层钢丝和通过风冷获得的镀层钢丝的缺陷百分比分别为30％和50％。在具有含镁(Mg)的镀层的镀层钢丝(比较例2)的情况中，通过水冷获得的镀层钢丝和通过风冷获得的镀层钢丝的缺陷百分比分别为40％和60％。在具有含硅(Si)的镀层的镀层钢丝(比较例4、比较例5和比较例6)的情况中，通过水冷获得的镀层钢丝和通过风冷获得的镀层钢丝的缺陷百分比分别大于或等于40％和大于或等于50％。具有锰(Mn)含量大于0.30％的镀层的镀层钢丝(比较例3)的缺陷百分比为10％。
<对镀层钢丝的耐腐蚀性和可加工性的讨论>
实施例1至实施例5的镀层钢丝，无论通过水冷获得还是通过风冷获得，都具有优异的耐腐蚀性和可加工性。因此，这些镀层钢丝适合作为钢丝网制品的材料，特别是作为用于户外的钢丝网制品的材料。
另外，即使通过水冷获得的实施例1至实施例5的镀层钢丝也具有优异的耐腐蚀性。换句话说，可以将水冷应用于镀层钢丝生产设备，并且如上所述，可以将顶辊的高度位置设置的更低，这使得可以减小镀层钢丝生产设备的尺寸。镀层钢丝生产设备尺寸的减小进而会有利于钢丝设置的作业性。
<镀层钢丝的镀层和中间层中的金属添加剂的浓度分布的评价>
接下来，对于实施例4中通过风冷获得的镀层钢丝[0.21％Mn-12.1％Al-87.69％(Zn和不可避免成分)镀层钢丝]、比较例1中通过水冷获得的镀层钢丝[0.48％Sn-11.8％Al-87.72％(Zn和不可避免成分)镀层钢丝]、比较例2中通过水冷获得的镀层钢丝[0.46％Mg-12.0％Al-87.54％(Zn和不可避免成分)镀层钢丝]和比较例5中通过风冷获得的镀层钢丝[0.27％Si-12.1％Al-87.63％(Zn和不可避免成分)镀层钢丝]中的每种镀层钢丝，测量其镀层和中间层中每种金属添加剂(实施例4：锰(Mn)；比较例1：锡(Sn)；比较例2：镁(Mg)；比较例5：硅(Si))的浓度分布。测量时使用了EPMA(X射线微量分析仪)。在该EPMA中，将加速电压设定为20kV；样品电流设定为30nA；束径设定为1μm。图7显示了当金属添加剂是锰时，实施例4的镀层钢丝中的金属浓度分布图。图8显示了当金属添加剂是锡时，比较例1的镀层钢丝中的金属浓度分布图。图9显示了当金属添加剂是镁时，比较例2的镀层钢丝中的金属浓度分布图。图10显示了当金属添加剂是硅时，比较例5的镀层钢丝中的金属浓度分布图。
如图7中所示，实施例4的镀层钢丝中的金属添加剂(锰)均匀分布在镀层和中间层中。相反，在比较例1、比较例2和比较例5的镀层钢丝的情况中，分别如图8、图9和图10所示，金属添加剂(分别为锡(Sn)、镁(Mg)和硅(Si))的浓度在镀层和中间层中是不均匀的。
由于实施例4的镀层钢丝中的金属添加剂(锰)的浓度在整个镀层和中间层中都是均匀的，因此如上所述，该镀层钢丝具有优异的可加工性。
(实施例6和比较例9；实施例7和比较例10)
在实施例6、比较例9、实施例7和比较例10中，各自制备了50组包含选自下述的表3所示的范围的各种比例的铝(Al)、锰(Mn)和锌(Zn)的镀覆浴组合物。
将镀有10％的铝和90％的锌的铁丝用作钢丝。将该钢丝浸入预先制备的镀覆浴组合物中8秒钟(浴温：450℃)，然后从镀覆浴中拉出。在实施例6和比较例9中将钢丝的拉出速度(镀覆线速度)设定为60m/min，在实施例7和比较例10中将钢丝的拉出速度(镀覆线速度)设定为55m/min。在每一个实施例和比较例中，对沉积有镀覆浴组合物的钢丝进行水冷，由此获得镀层钢丝。在实施例6和比较例9中，使用直径为4.0mm的钢丝，而在实施例7和比较例10中，使用直径为5.0mm的钢丝。
对各个所获得的镀层钢丝的镀层和中间层进行成分分析。成分分析时使用了ICP(高频电感耦合等离子体光谱仪)。所得镀层钢丝中的镀层和中间层的成分分析结果如表3所示。在表3中，锌(Zn)的比例仅显示为“其余”，这意味着锌含量为除所列出的其它金属含量以外的主要剩余物的含量。
表3
  线材直径(mm)   Mn的添加   镀层和中间层的组成(质量％)   镀覆浴组合物的成分(质量％)   镀覆线速度(m/min)   沉积量(g/m2)
  平均沉积量   最小沉积量   最大沉积量
  Al   Mn   Zn   Al   Mn   Zn
  实施例6   4.0   是   10.7-12.4   0.03-0.06   其余   9.0-10.8   0.07-0.18   其余   60   805   701   926
  比较例9   4.0   否   10.6-12.0   0   其余   9.2-10.2   0   其余   60   706   683   749
  实施例7   5.0   是   10.3-12.1   0.03-0.08   其余   9.1-10.2   0.11-0.20   其余   55   820   710   986
  比较例10   5.0   否   10.5-11.9   0   其余   9.0-9.9   0   其余   55   720   686   761
<镀层和中间层的沉积量的评价>
接下来，对于所获得的每种镀层钢丝，测量了镀层和中间层的总沉积量。结果如表3中所示。沉积量用钢丝表面的每单位面积上的镀层和中间层的总量显示，并根据JIS H0401进行测量。应该注意，在每个实施例和比较例中，表3中的最大沉积量是指所制备的50根钢丝中所获得的最大沉积量，而最小沉积量是指所制备的50根钢丝中所获得的最小沉积量。平均沉积量通过对50根镀层钢丝的沉积量(镀层和中间层的总沉积量)进行平均而获得。
从表3可以明显看出，与比较例9和比较例10的镀层钢丝相比，实施例6和实施例7的镀层钢丝上所沉积的镀层和中间层均高出了大约100g/m2。实施例7的镀层钢丝的最大沉积量为986g/m2。
<镀层钢丝上的沉积量的讨论>
与传统的不含锰的镀层钢丝(例如，参见比较例9和比较例10的镀层钢丝)相比，在实施例6和实施例7的镀层钢丝(具有含锰的镀层)中，镀层的总沉积量获得了显著的提高。由于沉积量的增加，实施例6和实施例7的镀层钢丝与传统镀层钢丝相比显示出了改善的耐腐蚀性。据推断，实施例6和实施例7的镀层钢丝的镀层沉积量增加的原因在于因镀覆浴组合物中锰的存在而降低了流动性。
(镀层和中间层硬度的测量)
接下来，对镀层钢丝的镀层和中间层的维氏硬度(Hv)进行测量。为了进行测量，将锰、镁或硅加入到包含11.8质量％铝的锌-铝熔融组合物中，使得以如下表4所示的预定比例包含所添加的金属，从而分别制备Mn、Mg和Si的镀覆浴组合物A1至A4、B1至B4和C1至C3。
表4
  镀覆浴组合物中金属添加剂的含量(质量％)   金属添加剂
  镀覆浴组合物   A1   Mn：0.04％   Mn
  A2   Mn：0.1％
  A3   Mn：0.3％
  A4   Mn：0.65％
  B1   Mg：0.1％   Mg
  B2   Mg：0.15％
  B3   Mg.0.3％
  B4   Mg：0.8％
  C1   Si：0.1％   Si
  C2   Si：0.3％
  C3   Si：0.5％
  D   -   未添加
将表面上沉积有作为基本镀覆物的锌的铁丝用作钢丝(直径：4.0mm)。将该钢丝浸入预先制备的镀覆浴组合物中8秒钟，然后从镀覆浴中拉出。接下来，通过风冷或水冷制备表面上沉积有镀覆浴组合物的两种不同类型的镀层钢丝。对于这些镀层钢丝的每个镀层和中间层，对维氏硬度(Hv)进行测量。结果如图11至图13所示。图11显示了对于通过风冷或水冷获得的镀层和中间层，镀覆浴组合物中的锰(Mn)含量(质量％)与维氏硬度(Hv)之间的关系图。图12显示了对于通过风冷或水冷获得的镀层和中间层，镀覆浴组合物中的镁(Mg)含量(质量％)与维氏硬度(Hv)之间的关系图。图13显示了对于通过风冷或水冷获得的镀层和中间层，镀覆浴组合物中的硅(Si)含量(质量％)与维氏硬度(Hv)之间的关系图。在图11至图13中，D轴表示使用不含金属添加剂(锰、镁和硅)的镀覆浴组合物所获得的镀层钢丝的镀层硬度和中间层硬度。
<镀层和中间层硬度的评价与讨论>
从图11可以明显看出，在使用包含锰的镀覆浴组合物通过风冷或水冷获得的镀层钢丝的情况中，镀层的维氏硬度为45至65；中间层的维氏硬度为50至70。换句话说，使用包含锰的镀覆浴组合物获得的镀层钢丝(本发明)具有维氏硬度彼此大致相近的镀层和中间层。例如，使用锰含量为0.3％的镀覆浴组合物(A3)时，镀层和中间层的硬度差小于10。
相反，从图12可以明显看出，在使用例如镁含量为0.3％的含镁镀覆浴组合物(B3)通过风冷或水冷获得的镀层钢丝的情况中，镀层和中间层的维氏硬度差约为80。
从图13可以明显看出，在使用例如硅含量为0.3％的含硅镀覆浴组合物(C2)通过风冷获得的镀层钢丝的情况中，镀层和中间层的维氏硬度差约为20。在使用例如硅含量为0.3％的含硅镀覆浴组合物(C2)通过水冷获得的镀层钢丝的情况中，镀层和中间层的维氏硬度差约为40。
简而言之，据推断，通过使用含锰镀覆浴组合物获得的镀层钢丝(与本发明一致的实施方案)展现出优异的可加工性的原因在于，镀层的维氏硬度与中间层的维氏硬度相近，同时它们的值较低。
接下来，对于含锰镀覆浴组合物，作为参考例进行流动性评价测试。
(参考例1至参考例3)
在参考例1至参考例3的每个参考例中，将预定比例的锰(Mn)加入到包含11.8质量％铝的锌-铝熔融组合物中，从而制备熔融金属(温度：450℃)，以作为以下表5中所示比例的含有铝(Al)和锰(Mn)并以锌作为其余部分(尽管表5中未显示)的镀覆浴组合物。对熔融金属进行流动性评价测试。
<流动性评价测试>
在此流动性评价测试中，使用了如图14A和14B所示的测试设备20。图14A是测试设备20的说明图。图14B是构成测试设备20的-个部件的螺线槽27的俯视图。
如图14A所示，测试设备20包括注入有上述熔融金属26的石墨坩埚21；用于加热石墨坩埚的电热炉22；位于石墨坩埚21下方的螺线槽27；和用于将螺线槽27加热到约200℃的电热器28。
在测试设备20中，将注入到石墨坩埚21中的熔融金属26通过用电热炉22加热，同时使用热电偶24监测温度，从而保持在450℃。拔掉阻塞石墨坩埚21的底部浇口21a的塞子23，熔融金属26开始从石墨坩埚21向下流入到螺线槽27中。
如图14B所示，螺线槽27包括用于接收从石墨坩埚21中流出的熔融金属26的熔融金属池27a；和从熔融金属池27a螺旋延伸的凹槽27b。
在该测试设备20中，当熔融金属池27a接收到温度约为450℃的熔融金属26时，熔融金属26将从熔融金属池27a进入凹槽27b。然后，凹槽27b中的熔融金属26开始沿着凹槽27b流动。由于将螺线槽27设定在约200℃，所以沿着凹槽27b流动的熔融金属26将逐渐凝固，直到彻底固化为止。熔融金属26的流动性越高，则熔融金属26从熔融金属池27a沿着凹槽27b流动得长度越大。对于该流动性评价测试，通过测量所流动的熔融金属26的长度(下面简称为“流动长度”)，对参考例1至参考例3中所制备的每种熔融金属26的流动性进行评价。对于参考例1至参考例3中的每种熔融金属26，将流动性评价测试重复10次，并计算平均流动长度。结果如表5所示。
表5
参考例   熔融金属的温度(℃)   金属添加剂的含量(质量％)   平均流动长度(mm)
  Al   Mn
  123 450   10.911.211.2   -0.0580.140   23.518.016.5
从表5中可以明显看出，熔融金属26的流动性随锰(Mn)含量的增加而降低。换句话说，据推断，在实施例6和实施例7中，锰的存在降低了镀覆浴组合物的流动性，结果，提高了钢丝上镀层和中间层的总沉积量。

Claims (14)

1.一种耐腐蚀并且具有高加工性的镀层钢丝，包括：
钢丝；
包含锌、铝和锰的镀层；和
包含锌、铝和锰的中间层，所述中间层夹在所述钢丝和所述镀层之间，
其中以平均质量百分比计，所述镀层和所述中间层中锰含量均为0.02％至0.30％，以平均质量百分比计，铝含量为8％至25％，以平均质量百分比计，锌和不可避免成分的含量为74.70％至91.98％。
2.如权利要求1所述的镀层钢丝，其中将所述钢丝表面的每单位面积上所述中间层和所述镀层的总沉积量设定为700g/m2至1000g/m2。
3.如权利要求1所述的镀层钢丝，其中整个所述镀层和所述中间层的锰浓度是均匀的；所述镀层的维氏硬度为45至65；所述中间层的维氏硬度为50至70。
4.如权利要求2所述的镀层钢丝，其中整个所述镀层和所述中间层的锰浓度是均匀的；所述镀层的维氏硬度为45至65；所述中间层的维氏硬度为50至70。
5.如权利要求1所述的镀层钢丝，其中镀层中的锰、铝和锌形成共析体块，所述共析体块分散在包含锌、铝和锰的镀层的基体中。
6.如权利要求2所述的镀层钢丝，其中镀层中的锰、铝和锌形成共析体块，所述共析体块分散在包含锌、铝和锰的镀层的基体中。
7.一种镀覆浴组合物，该镀覆浴组合物包含0.04质量％至0.60质量％的锰、7.00质量％至24.00质量％的铝和75.40质量％至92.96质量％的锌和不可避免的成分。
8.一种生产耐腐蚀并且具有高加工性的镀层钢丝的方法，该方法包括：
镀覆浴组合物制备步骤，其中制备包含锌、铝和锰的镀覆浴组合物，使得锰含量为0.04质量％至0.60质量％；和
镀覆步骤，其中将钢丝浸入所述镀覆浴组合物中，从而在钢丝上形成包含锌、铝和锰的镀层和包含锌、铝和锰的中间层，所述中间层夹在所述钢丝和所述镀层之间。
9.如权利要求8所述的方法，其中将所述钢丝表面的每单位面积上所述镀层和所述中间层的总沉积量设定为700g/m2至1000g/m2。
10.如权利要求8所述的方法，其中将所述镀覆浴组合物中的锰含量调整为待生产的镀层钢丝的镀层和中间层中的锰含量的2倍至5倍。
11.一种钢丝网制品，该钢丝网制品由权利要求1所述的耐腐蚀并且具有高加工性的镀层钢丝制成。
12.一种钢丝网制品，该钢丝网制品由权利要求2所述的耐腐蚀并且具有高加工性的镀层钢丝制成。
13.一种由钢丝网制成的笼状物，其中至少其顶面由权利要求1所述的耐腐蚀并且具有高加工性的镀层钢丝制成。
14.一种由钢丝网制成的笼状物，其中至少其顶面由权利要求2所述的耐腐蚀并且具有高加工性的镀层钢丝制成。
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