RO127103A2 - Procedeu de zincare termică a benzilor subţiri de oţel în băi de zinc complex microaliate cu staniu - bismut - cadmiu - nichel - Google Patents

Abstract

Invenţia se referă la un procedeu de acoperire prin zincare termică a benzilor foarte subţiri, din oţel laminate la rece, cu un conţinut de 0,025...0,055% C, benzile fiind acoperite cu un material de tip compozit, cu matrice de zinc obţinut prin microaliere cu staniu, bismut, cadmiu şi nichel, în vederea creşterii rezistenţei la coroziune. Procedeul conform invrnţiei constă în microalierea unei băi de zincare, prin introducerea în baie a unui prealiaj de Zn-Ni sub formă de alice cu diametrul de maximum 1 mm, la o temperatură de 600°C, şi omogenizat timp de 30 min, cu agitare de 10 min, urmată de adăugarea, pe suprafaţa băii de zincare, a unor cantităţi predeterminate de Sn, Bi şi Cd mărunţite, cu omogenizarea băii timp de 15 min, la o temperatură de 460 ± 5°C, baia conţinând în final o compoziţie chimică având 2,5...3% Sn, 0,5...0,75% Bi, 0,25...0,3% Cd şi 0,14...0,16% Ni, după care benzile de tablă, preîncălzite la 140...150° C, se introduc în baie şi se realizează zincarea propriu-zisă, cu o viteză de zincare de 38...40 m/min, grosimea stratului depus se reglează şi se uniformizează prin insuflare cu aer la presiune ridicată, răcirea benzilor are loc controlat, într-un agregat de răcire cu aer, stratul compozit depus este cu 50% mai rezistent la coroziune faţă de acoperirea cu Zn, este mai strălucitor, nu are defecte de suprafaţă, iar grosimea noului strat este cu 78,6% mai subţire decât stratul de Zn.

Description

Invenția se refera la un procedeu performant de acoperire prin zincare termica a benzilor foarte subțiri de otel laminate la rece, cu un material de tip compozit cu matrice de zinc, obtinut prin microaliere cu staniu, bismut, cadmiu, nichel, in vederea creșterii rezistentei la coroziune.

Avantajele procedeului propus in comparație cu cele cunoscute pana in prezent sunt:

• Obținerea unei structuri de tip compozit in situ constând intr-o matrice de zinc in care sunt dispersate uniform particule globulare de compuși intermetalici formați intre Ni si celelalte elemente de microaliere, care determina creșterea capacitatii de deformare a stratului, o rezistenta la uzura crescută, continuitate si compactitate a stratului de protecție;

• Rezistenta crescută la coroziune asociata cu aspect deosebit;

• Obținerea unui strat de compuși intermetalici Fe-Zn foarte fin care asigura o aderenta ridicata;

• Creșterea fluidității topiturii care permite reglarea grosimii de strat.

Pe plan internațional, exista preocupări deosebite in domeniul acoperirilor termice cu materiale rezistente la coroziune in baza zinc sau in alte baze, in scopul reducerii straturilor intermetalice din acoperire si a creșterii rezistentei la coroziune a pieselor protejate, prin crearea unor bariere cinetice cat si a unei stabilitati termodinamice. Atat in U.E. cat si in S.U.A. exista întreprinderi si institute specializate care lucrează pentru creșterea eficientei economice a protecțiilor anticorozive din bai topite. In acest moment pe plan național nu este cunoscuta o tehnologie de zincare specifica pentru obținerea unor straturi de protecție cu compoziție complexa. De asemenea, in tara nu exista experiența in domeniul obținerii pe cale termica a acoperirilor metalice compozite, iar problema microalierii complexe a zincului nu a fost pusa pana in prezent.

Se cunosc procedee de obținere a acoperirilor cu zinc aliat sau microaliat cu diverse elemente in diverse scopuri, care nu revendicaj rea unor structuri de tip compozit si nici utilizarea cadmiului in scopul c ei la coroziune.

6\-2 Ο 1 ο - Ο 0 4 6 2 - 2 8 -05- 2010

Majoritatea cercetărilor in care sunt prezente in baia de zincare elementele Ni,Bi,Sn ,sunt făcute in scopul eliminării efectului Sandelin ( reducerea reactivitatii otelurilor ce conțin siliciu cu baia de zincare) si nu in scopul creșterii rezistentei la coroziune .

Pentru evitarea efectelor negative determinate de prezenta siliciului asupra creșterii compușilor intermetalici Zn-Fe, s-au aplicat următoarele soluții:

a) utilizarea adaosurilor de aluminiu care duc la suprimarea formarii de straturi de aliaj Fe-Zn, mai ales la timpi scurti de imersie [13]. Aplicarea la scara industriala a acestei soluții este limitata din cauza pregătirii dificile a suprafeței înainte de imersie in baia de zincare.

b) creșterea temperaturii de zincare, ceea ce duce la eliminarea fazei ζ la temperaturi de peste 530°C[16], Utilizarea acestei soluții este limitata de creșterea cantitatii produsilor de coroziune si formarea excesiva a zgurii.

c) utilizarea unui aliaj Zn-Ni [17-21].

d) Utilizarea unor aliaje polinare complexe de Zn-AI-Pb-Sn-Mg ce conțin aproximativ 0,04% Al cunoscute sub numele de Polygalva, dar care s-au dovedit greu de controlat iar procesul solicita o tehnica de pre-tratament pentru a evita zonele de neaderenta si petele negre.

Ulterior au fost dezvoltate si alte combinații de aliaje ale zincului cu elemente precum Ni, Bi, Al, Sn cunoscute sub denumirea comerciala Galveco, BritePlus, a căror suma de elemente Sn,Bi,AI se situează in jurul valorii de 1%.Utilizarea acestora a creat probleme in special din cauza reactivitatii mari a aluminiului la procente mai mari de 0,01% cu soluția de fluxare utilizata.

In cele ce urmeaza, se face o prezentare detaliată a invenției. In figurile 1 2,3,4,5,6,7, se prezintă: figurai reprezintă linia tehnologica de zincare termica in bai complex microaliate de zinc cu staniu-bismut-cadmiu-nichel, figurile 2,3 si 4 ilustrează diferentele microstructurale dintre stratul de zinc pur si cel microaliat cu Sn-Bi-Cd-Ni in scopul punerii in evidenta a structurii compozite, figura 5 infatiseaza morfologia suprafeței stratului compozit iar figurile 6 si 7 ilustrează diferentele dintre potențialele de coroziune in cazul testelor privind rezistenta la coroziune a stratului

£<-2 0 1 0 - 0 0 4 6 2 -2 8 -05- 2010

Procedeul de zincare termică a benzilor din oțel laminate la rece cu un conținut de carbon variind intre 0,025-0,055%, conform prezentei invenții, se desfasoară în bai de zinc microaliate cu staniu-bismut-cadmiu-nichel, la temperaturi de 460±5C .

Microalierea băii de zinc are la baza următoarele etape :

• microalierea cu nichel pana la un conținut de 0,14-0,16% s-a realizat folosind un prealiaj zinc-nichel sub forma de alice ( de diametru max 1 mm) preancălzit la o temperatura de 200°C, care a fost introdus în baia de zincare la 600°C. Omogenizarea topiturii se face prin menținere 30 minute la temperatura de prealiere și agitare mecanica timp de 10 minute;

• coborârea temperatura băii de zinc la cea de lucru si adaugarea simultana sub forma maruntita si distribuire uniforma pe suprafața băii de zinc a metalelor staniu, bismut si cadmiu, preancalzite la 150°C, cu omogenizarea băii prin menținere timp de 15 minute la temperature de de 460±5C;

• prelevarea probelor pentru analize chimice si structurale;

• Stabilirea compoziției optime a băii complex microaliate, respectiv: Sn 2,5-3%, Bi 0,5-0,75%, Cd 0,25-0,3%, Ni 0,14-0,16%

Zincarea benzilor s-a realizat pe o instalație in flux continuu cu o pregătire clasica a suprafeței benzilor de otel fiind supusa operațiilor succesive de degresare, spălare, fluxare, preîncălzire și zincare. In figura 1 este prezentata linia tehnologica pe care s-a implementat invenția descrisa. Soluția de fluxare de pe banda a fost uscata prin deplasarea benzii intr-un cuptor de uscare (10) si preincalzire(11) la temperatura de 140-150°C. Viteza liniei de zincare a fost cuprinsa in intervalul 38-40 m/min. Tracțiunea in banda a fost reglata automat cu ajutorul unui grup de role “S”(14). Reglarea grosimii de strat s-a realizat cu ajutorul dispozitivelor de uniformizare prin insuflare de aer avind debit si presiune mare, sub forma a doua jeturi lamelare in vederea înlăturării excesului de topitura de pe banda (15). Racirea si solidificarea s-au realizat in interiorul unui agregat de răcire controlata alimentat cu aer avand debit mare (12,13).

Analizele metalografice a acoperirilor cu zinc microaliat (fig 3.) arata comparativ cu acoperirea cu zinc pur (fig.2 ) formarea unui strat de compuși intermetalici Fe-Zn foarte fin(cu 78,6%) si o matrice de zinc conținând compuși intermetalici Zn-Ni, Bi-Ni, Ita in urma reacțiilor

Zn-Ni-Sn, uniform dispersați. Aceasta structura tip cqjrfpo^Ito care au loc atat in faza de microaliere(fig. 3) cat si i re a benzilor.

CV-2 0 1 Ο - ο 04 62 - 2 8 -05- 2010

Morfologia suprafeței, rezultata fara ștergere si la răcire libera (fig5) arata formarea unor cristale fine cu aspect dendritic, strălucitoare fara defecte.

Rezistenta la coroziune s-a apreciat prin teste electrochimice utilizând un Potentiostat PGP 201. Mediul corosiv utilizat a fost soluție de NaCI 3% in apa distilata. S-au analizat comparativ probe acoperite cu zinc si probe acoperite cu zinc complex microaliat Zn-Sn-Bi-Ni-Cd. Prelucrarea datelor din reprezentările grafice din fig.6 si fig.7 a permis calculul mărimilor caracteristice coroziunii: intensitatea de curent de coroziune l_cor, potențialul de coroziune E_COr, densitatea de curent de coroziune i_COr, viteza de coroziune v_cor și indicele de penetrație p. Asa cum reiese din tabelul 1, probele acoperite cu zinc microaliat cu staniu.bismut,cadmiu,nichel sunt cu 50% mai rezistente la coroziune fata de acoperirea cu zinc obtinuta pe aceeași instalație si aceeași parametri de lucru.

Tabel 1.Mărimile caracteristice procesului de coroziune

Aliaj proba	^οογ[Α/ΠΊ ]	vcor[g/m2h]	Indice de penetrație p [mm/an]
Zinc pur	13.8614	0,0381	0,0019
Zn- Ni-Bi-Sn-Cd	8.6230	0,0253	0,0012

Α“ 2010-00462-2 8 -05- 2010

PROCEDEU DE ZINCARE TERMICĂ A BENZILOR SUBȚIRI DE OTEL IN BAI DE ZINC COMPLEX MICROALIATE CU STANIU-BISMUT-CADMIU-NICHEL

Claims (1)

1. Revendicări

   1. Procedeu de obținere prin zincare termica a acoperirilor cu zinc microaliat pe benzi subțiri din otel laminate la rece avand un conținut de carbon ce variaza intre 0,025-0,055%,caracterizate prin compoziția chimica Sn 2,5-3%, Bi 0,5-0,75%, Cd 0,25-0,3%, Ni 0,14-0,16% si structura tip compozit a stratului de zincare, constând in compuși intermetalici globulari Zn-Ni, Ni-Bi,Ni-Sn,CdNi, Zn-Ni-Sn, fin dispersați in matricea de zinc, care determina:

   a) creșterea cu 50% a rezistentei la coroziune comparativ cu acoperirea cu zinc;

   b) reducerea cu 78,6% a stratului de compuși intermetalici Fe-Zn cu influenta favorabila asupra plasticitatii stratului depus;

   c) obținerea unor suprafețe strălucitoare fara defecte si cu cristale fine