SK272011A3

SK272011A3 - Spôsob výroby žiarovo pozinkovaných plochých oceľových výrobkov so zlepšenou koróznou odolnosťou

Info

Publication number: SK272011A3
Application number: SK27-2011A
Authority: SK
Inventors: Jozef Filipovsky; Peter Zimovcak; Juraj Graban; Frantisek Holly; Maria Kollarova; Viera Kohutekova; Peter Sivec
Original assignee: U.S. Steel Kosice, S.R.O.
Priority date: 2011-04-13
Filing date: 2011-04-13
Publication date: 2012-11-05

Abstract

Žiarovo pozinkovaný plochý oceľový výrobok so zlepšenou koróznou odolnosťou na kontinuálnej linke na žiarové pozinkovanie ponorom v zinkovo-horčíkovo-hliníkovej zliatine spočíva v tom, že zinkovo-horčíkovo-hliníkový kúpeľ obsahuje hliník a horčík s obsahom od 0,1 do 1,00 % hmotn. hliníka a od 0,1 do 1,00 % hmotn. horčíka, ako aj jeden alebo viac prídavných prvkov v celkovom množstve pod 0,2 % hmotn. a nevyhnutné nečistoty, pričom zvyšok je zinok. Vyžíhaný plochý oceľový výrobok je pred vstupom do zinkovo-horčíkovo-hliníkového kúpeľa ochladzovaný na teplotu 400 °C - 520 °C. Zinkovo-horčíkovo-hliníkový kúpeľ, v ktorom je plochý oceľový výrobok ponorom žiarovo pozinkovaný, má teplotu 380 - 500 °C. Vytvorený zinkovo-horčíkovo-hliníkový povlak na plochom oceľovom výrobku má hmotnosť 30- 150 g/m2 jednostranne.

Description

Oblasť technikv

Vynález sa týka spôsobu výroby žiarovo pozinkovaných plochých oceľových výrobkov so zlepšenou koróznou odolnosťou ponorom v roztavenej zliatine zinku, kde plochý oceľový výrobok, ako je napríklad plech alebo pás prechádza zinkovo-horčíkovo-hliníkovým kúpeľom.

Doterajší stav technikv

Ocele zostávajú vďaka svojej schopnosti spĺňať špecifické požiadavky užívateľov stále neprekonaným materiálom. Vývoj nových druhov ocelí s unikátnymi pevnostnoplastickými vlastnosťami dokazuje ich nenahraditeľnosť i v súčasnosti. Zvyšovanie koróznej odolnosti a teda predĺženie životnosti oceľových materiálov je preto stále aktuálne. Zatiaľ čo v Ázii a Amerike sa na protikoróznu ochranu ocelí používajú skôr zliatiny na báze zinku, t.j. zinok obohatený o ďalšie prvky, napr. Fe, Al, Mg, Cr, Ni, Co, Mn, európski spotrebitelia pozinkovaných plechov uprednostňujú skôr tradičné čisté zinkové povlaky. Najstarším a stále najrozšírenejším spôsobom povlakovania oceľových pásov je pozinkovanie oceľových produktov procesom žiarového pozinkovania. Pri procese kontinuálneho žiarového pozinkovania sa za studená valcovaný pás najprv kontinuálne žíha pri teplote nad 650°C. Pred vstupom do zinkovej taveniny sa pás ochladzuje na teplotu približne 470-490°C. Tavenina, do ktorej pás vchádza, má obvykle teplotu okolo 465°C a okrem zinku obsahuje i malé množstvo hliníka. Pri výrobe žiarových zinkových povlakov (galvanized) je štandardom používať Al v zinkovom kúpeli v množstve 0,15 až 0,19% Al, znížené množstvo Al v rozmedzí od 0,12 do 0,14% v zinkovej tavenine sa používa pri výrobe Zn-Fe povlakov (galvanneal). Po výstupe z taveniny sa prebytočný tekutý zinok stiera vzduchovými nožmi a vracia sa späť do taveniny, pričom tekutý zinok na oceľovom páse pri jeho ochladení na teplotu tavenia zinku (419°C) tuhne. Pre rozšírené využívanie procesu kontinuálneho žiarového pozinkovania bolo rozhodujúce pochopenie úlohy Al pri procese pozinkovania. Ako sa ukázalo, Al má totiž vyššiu afinitu k oceli ako k Zn a pri vstupe oceľového pásu do taveniny okamžite vytvára stabilnú intermetalickú Al-Fe (FeaAls) vrstvu. Táto vrstva, známa tiež ako inhibítorová -vrstva, je extrémne tenká a j ej hlavnou funkciou je spomalenie rýchlosti difúzie medzi oceľovým pásom a zinkovým povlakom a dosiahnutie tenších a Vážnejších povlakov. I keď prítomnosť A1 v tavenine má rozhodujúci vplyv na tvárnosť (formability) povlaku, na ďalšie vlastnosti povlaku, napríklad na zlepšenie jeho koróznej odolnosti nemá vplyv. Naopak, prítomnosť A1 v povlaku môže negatívne ovplyvniť zvárateľnosť (weldability), spájkovateľnosť (soldering) a dokonca výskyt bielej hrdze. Tieto nevýhody zinkového povlaku je možné eliminovať prídavkom Mg a súčasne zvýšením obsahu A1 v zinkovej tavenine.

Cieľom riešenia známeho vynálezu opísaného v EP 0594520 pod názvom „Žiarovo pozinkovaný oceľový výrobok a spôsob jeho výroby (Galvanized Steel products and method of making)“ je postup výroby žiarovo pozinkovaného oceľového výrobku, pri ktorom sa povlakovanie vykonáva v zinkovej tavenine, obsahujúcej 1 až 3,5 % horčíka; 0,5 až 1,5 % hliníka a 0,0010 až 0,0060 % kremíka. Tento európsky patent popísal objav vplyvu prídavku Si v tavenine na zlepšenie zmáčavosti oceľového plechu taveninou, eliminovanie vzniku nepovlakovaných miest, zrovnomemenie hrúbky povlakov a zvýšenie ich kvality. V uvedenom patente sa spomína pozitívny vplyv prídavku Si v množstve Si=0,0060 % do taveniny pri obsahu Mg=2,55% a Al=0,93%, pričom zvyšok je zinok a nečistoty. Ako sa uvádza v patente, rýchla spotreba Si v zinkovej tavenine si však vyžaduje pravidelnú kontrolu obsahu Si v tavenine s odporúčaným pridávaním zliatiny Al-Si s 10%Si.

Podstata vynálezu

Uvedené nedostatky do značnej miery odstraňuje spôsob výroby žiarovo pozinkovaných plochých oceľových výrobkov so zlepšenou koróznou odolnosťou, ponorom v roztavenej zliatine zinku, podľa vynálezu, ktorého podstata spočíva vtom, že zinkovo-horčíkovohliníkový kúpeľ obsahuje hliník a horčík s obsahom od 0,1 do 1,00 % hmotn. hliníka a od 0,1 do 1,00 % hmotn. horčíka, ako aj jeden alebo viac prídavných prvkov v celkovom množstve pod 0,2 % hmotn. ako napríklad Sb, Ni, Cr, Mn, Ti a nevyhnutné nečistoty, pričom zvyšok je zinok. Vyžíhaný oceľový plech alebo pás, pred vstupom do zinkovo-horčíkovo-hliníkového kúpeľa, je ochladzovaný na teplotu 400°C - 520°C. Zinkovo-horčíkovo-hliníkový kúpeľ, v ktorom je plochý oceľový výrobok, napríklad plech alebo pás ponorom žiarovo pozinkovaný, má teplotu 380- 500°C. Takto vytvorený zinkovo-horčíkovo-hliníkový povlak na plochom oceľovom výrobku má hmotnosť 30 - 150 g/m² jednostranne. Požadované zloženie zinkovej taveniny sa dosahuje použitím predlegovaných ingotov.

Prínos technického riešenia podľa vynálezu spočíva v podstatnom zlepšení koróznej odolnosti zinkových povlakov prídavkom Mg a A1 do zinkovej taveniny a zároveň v zjednodušení procesu žiarového pozinkovania bez nutnej potreby kontroly množstva Si v zinkovej tavenine pri použití legujúcich prvkov v tavenine s obsahom 0,1-1,00 % hmotn. Al; 0,1-1,00 % hmotn. Mg, celkovo <0,2 % hmotn. jedného alebo viacerých prvkov ako napr. Sb, Ni, Cr, Mn, Ti a ostatných nečistôt. Prídavok uvedených prvkov nemení podstatne vlastnosti taveniny ani povlaku, používajú sa predovšetkým kvôli prevencii vzniku trosky. Prídavok Sb zlepšuje zmáčateľnosť oceľového substrátu a ovplyvňuje vznik zinkového kvetu (spangles). Prídavok Mg do zinkovej taveniny zvyšuje tekutosť zinku a znižuje teplotu tavenia povlaku, takže povlaky sa vyrábajú pri nižšej teplote zinkovej taveniny, čo umožňuje zníženie energetickej náročnosti v procese žiarového pozinkovania. Uvedené riešenie podľa vynálezu nevyžaduje podstatné zmeny technológie výroby oproti výrobe tradičných zinkových povlakov (galvanized). Vyrobené povlaky disponujú lepším vzhľadom a výrazne zlepšenou koróznou odolnosťou. Zlepšenie koróznej odolnosti voči klasickým (galvanized) povlakom možno využiť dvojakým spôsobom. Prvá možnosť je výrazné zlepšenie koróznej odolnosti pri použití rovnako hrubých povlakov, čo zaručuje dlhšiu životnosť finálnych produktov a šetrenie životného prostredia. Druhou možnosťou je zníženie hrúbky povlakov pri zachovám požadovanej koróznej odolnosti, čo umožňuje zlepšenie zvariteľnosti. Navyše, prítomnosť Mg v povlaku zvyšuje odolnosť povlakov voči poškrabaniu a oteru.

Riešenie spôsob výroby žiarovo pozinkovaných plochých oceľových výrobkov so zlepšenou koróznou odolnosťou podľa vynálezu, opisuje spôsob kontinuálnej výroby žiarovo pozinkovaného plochého oceľového výrobku so zlepšenou koróznou odolnosťou, pričom za studená valcovaný plochý oceľový výrobok je kontinuálne žíhaný v žiarovo pozinkovacej linke za účelom rekryštalizácie štruktúry a dosiahnutia požadovaných hodnôt mechanických vlastností. Po vyžíhaní je plochý oceľový výrobok ochladený na teplotu 400 - 520°C a následne je privedený do pozinkovacej vane pod hladinu zinkovo-horčíkovo-hliníkovej taveniny. Konečná hrúbka zinkového povlaku je dosahovaná stieraním prebytočného množstva zinku vzduchom alebo dusíkom z povrchu pásu pneumatickou štrbinovou tryskou nad hladinou taveniny. Počas zinkovania je teplota taveniny zliatiny zinku regulovaná v rozmedzí 380 - 500°C.

Príklad uskutočnenia vynálezu

Pri spôsobe výroby žiarovo pozinkovaných plochých oceľových výrobkov so zlepšenou koróznou odolnosťou na kontinuálnej linke pre žiarové pozinkovanie ponorom v zinkovo-horčíkovo-hliníkovej zliatine je za studená valcovaný plochý oceľový výrobok kontinuálne žíhaný nažiarovo pozinkovacej linke za účelom rekryštalizácie štruktúry a dosiahnutia požadovaných hodnôt mechanických vlastností. Po vyžíhaní je plochý oceľový výrobok ochladený na teplotu 400 - 520°C a následne vstupuje do roztavenej zinkovohorčíkovo-hliníkovej zliatiny. Konečná hrúbka zinkového povlaku je dosahovaná stieraním prebytočného množstva zinku vzduchom alebo dusíkom z povrchu pásu pomocou pneumatickej štrbinovej trysky nad hladinou zinkovo-horčíkovo-hliníkovej taveniny. Počas žiarového pozinkovania je teplota zinkovo-horčíkovo-hliníkovej taveniny regulovaná v rozmedzí 380 - 500°C. Zinkovo-horčíkovo-hliníkový povlak vytvorený na plochom

A oceľovom výrobku má hmotnosť 30-150 g/m jednostranne.

Pre testovanie koróznej odolnosti vyrobených plochých oceľových výrobkov so zlepšenou koróznou odolnosťou bol zvolený korózny test v neutrálnej soľnej hmle. Hlavným kritériom koróznej odolnosti zinkovo-horčíkovo-hliníkového povlaku je jeho prvé prekorodovanie do základného materiálu (oceľového plechu). Na povrchu sa sleduje prvý vznik tzv. červenej hrdze. Referenčným povlakom bol tradičný žiarovo pozinkovaný plech (galvanized).

V tabuľke sú pre porovnanie uvedené príklady zloženia zinkovo-horčíkovo-hliníkovej taveniny (ZnMgAl) a tradičnej taveniny (Zn), hmotnosti povlakov a orientačné časy do prekorodovania povlakov.

tavenina	povlak	korózia
Al [%]	Mg [%]	typ	ry hmotnosť [g/m ]	orientačný čas do prekorodovania povlaku [hod.]
0,20	0	Zn (galvanized)	50	25
0,20	0	70	40
0,20	0	100	50
0,20	0	150	80
0,50	0,10	Zn-Mg-Al	80	75
0,40	0,60	50	150
0,75	0,65	50	200
0,95	0,65	70	250
0,75	0,65	120	350

Výhodou uvedeného spôsobu výroby žiarovo pozinkovaných plochých oceľových výrobkov so zlepšenou koróznou odolnosťou podľa vynálezu na kontinuálnej linke pre žiarové pozinkovanie je ich lepšia korózna odolnosť dosiahnutá obohatením zinkového povlaku horčíkom a hliníkom. U týchto zinkovo-horčíkovo-hliníkových povlakov bolo dosiahnuté niekoľkonásobné zlepšenie koróznej odolnosti voči tradičným zinkovým povlakom (galvanized). Vyrobené povlaky disponujú zlepšeným vzhľadom a navyše, prítomnosť Mg v povlaku zvyšuje odolnosť povlakov voči poškrabaniu aoteru. Ďalšia výhoda technického riešenia spôsob výroby žiarovo pozinkovaných plochých oceľových výrobkov so zlepšenou koróznou odolnosťou podľa vynálezu spočíva v zjednodušení procesu žiarového pozinkovania bez potreby kontroly množstva Si v zinkovej tavenine. Uvedené riešenie si nevyžaduje podstatné zmeny technológie výroby oproti výrobe tradičných zinkových povlakov (galvanized). Prídavok Mg do zinkovej taveniny zvyšuje tekutosť zinku a znižuje teplotu tavenia povlaku, pričom povlaky sa vyrábajú pri nižšej teplote taveniny, čím sa umožňuje zníženie energetickej náročnosti v procese žiarového pozinkovania.

Priemyselná využiteľnosť

Využitie tohto spôsobu výroby žiarovo pozinkovaných plochých oceľových výrobkov so zlepšenou koróznou odolnosťou je možné v rozličných priemyselných odvetviach, akými sú napríklad stavebný, automobilový, spotrebný, elektrotechnický priemysel, výroba bielej techniky a iné. Využiteľnosť týchto materiálov sa ďalej rozširuje aplikáciou organických a anorganických náterov.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Spôsob výroby žiarovo pozinkovaných plochých oceľových výrobkov so zlepšenou koróznou odolnosťou ponorom v roztavenej zliatine zinku, kde plochý oceľový plech alebo pás prechádza zinkovou taveninou s obsahom 0,5 až 1,5 % hmotn. hliníka, 1,0 až

3,5 % hmotn. horčíka a 0,0010 až 0,0060% kremíka, vyznačujúci sa tým, že zinkovo-horčíkovo-hliníkový kúpeľ obsahuje hliník a horčík s obsahom od 0,1 do 1,00 % hmotn. hliníka a od 0,1 do 1,00 % hmotn. horčíka, ako aj jeden alebo viac prídavných prvkov v celkovom množstve pod 0,2 % hmotn. a nevyhnutné nečistoty, pričom zvyšok je zinok.
2. Spôsob podľa nároku 1,vyznačujúci sa tým, že vyžíhaný plochý oceľový výrobok je pred vstupom do zinkovo-horčíkovo-hliníkového kúpeľa ochladzovaný na teplotu 400°C - 520°C.
3. Spôsob podľa nároku la 2, vyznačujúci sa tým, že zinkovo-horčíkovohliníkový kúpeľ, v ktorom je plochý oceľový výrobok ponorom žiarovo pozinkovaný, má teplotu 380- 500°C.
4. Spôsob podľa nároku 1, 2a3vyznačujúci sa tým, že vytvorený zinkovohorčíkovo-hliníkový povlak na plochom oceľovom výrobku má hmotnosť 30 - 150 g/m²jednostranne.