TWI452141B - And a method for producing a zinc-iron alloy steel material having a predetermined thickness of the Γ phase layer - Google Patents

Description

生產具有預定Γ相層體厚度之鋅鐵合金鋼材的方法

本發明是有關於一種生產鋅鐵合金鋼材的方法，特別是指一種生產具有預定Γ相層體厚度之鋅鐵合金鋼材的方法。

參閱圖1，現有鋅鐵合金鋼材22包括一主含量為鐵的底材221，以及一由鋅與鐵結合而成的鋅鐵合金層222。該鋅鐵合金層222主要是由ζ相層體223、δ相層體224、Γ相層體225三種組合而成，其中ζ相層體223最軟，Γ相層體225最脆、硬，而δ相層體224的硬度則界於ζ、Γ相層體223、225之間。根據研究，當合金化退火溫度較低或合金化退火時間較短時，較容易產製出具有較厚ζ相層體223的鋅鐵合金層222，而當ζ相層體223較厚時，衝壓加工時ζ相層體223容易隨著模具變形而擠出表面的潤滑油，導致表面摩擦係數上升，造成材料流動性不佳，嚴重時甚至會導致成型破裂。當合金化退火溫度較高或合金化退火時間較久時，該鋅鐵合金層222的Γ相層體225則會較厚，雖然有利於加工成型，但是該鋅鐵合金層222較容易產生粉化的現象，而不符出貨規格所允許。

參閱圖2，現有鋅鐵合金鋼材的製造方法包含一鍍鋅步驟11、一退火步驟12、一檢測步驟13，以及一調整步驟14。

參閱圖2與圖3，該鍍鋅步驟11是將冷軋鋼材21於鋅槽31中披覆主成分是鋅的鋅液後，再由氣刀32控制鋅液於該冷軋鋼材21表面形成預定厚度的鋅層，接著該退火步驟12是以合金化爐33熱處理披覆有預定厚度之鋅層的冷軋鋼材21，在合金化爐33之後再送入一保溫區34，使鋅層與冷軋鋼材21連接面產生突爆反應(Outburst)，進而使冷軋鋼材21中的鐵原子擴散至鋅層中而產製得到鋅鐵合金鋼材22。接著再以該檢測步驟13評估該鋅鐵合金鋼材22的脫粉性，如果脫粉情況較嚴重，再以該調整步驟14對該退火步驟12的合金化退火溫度或合金化退火時間進行調整，以改善該鋅鐵合金鋼材22的脫粉情形。

然而，在大量生產鋅鐵合金鋼材22時，並無法一一以微觀組織檢視該鋅鐵合金層222各組成相的厚度，因此，該檢測步驟13是以彎曲粉化試驗的方式評估該鋅鐵合金層222粉化特性-也就是先以膠帶黏貼彎曲成形後的鋅鐵合金鋼材22表面，膠帶會黏著該鋅鐵合金層222粉化脫落的粉末，接著再將膠帶貼於白紙上以確認其粉化程度。藉由比對膠帶上的脫粉數量以評估該鋅鐵合金鋼材22的脫粉性，如果脫粉性情況嚴重，再以該調整步驟14對該退火步驟12的合金化退火溫度或合金化退火時間進行調整，使該鋅鐵合金層222形成較薄的Γ相層體225，以改善脫粉的情形。

綜上所述，具有較厚ζ相層體223的鋅鐵合金鋼材22成形性較差，但是具有較厚Γ相層體225的鋅鐵合金鋼材22較易產生脫粉的情況，而且ζ相層體223與Γ相層體225的厚度是呈反比，因此當ζ相層體223越薄時，Γ相層體225就會越厚，因此要兼顧成形性與抗脫粉性相當困難。而該檢測步驟13的判斷方式容易因個人主觀意識的不同而有不同的判定結果，評估方式較不科學。而當在檢測步驟13發現鋅鐵合金鋼材22脫粉情形嚴重時，才以該調整步驟14進行合金化退火參數的調整，因此在參數被改善之前還會持續地製造出整批特性不佳的鋅鐵合金鋼材22而造成浪費。

所以，如何改善以上述製造方法所產製的鋅鐵合金鋼材22成形性不佳且易粉化的缺點，一直是本技術領域者持續努力的重要目標。

因此，本發明之目的，即在提供一種生產具有預定Γ相層體厚度且成形性與抗脫粉性佳之鋅鐵合金鋼材的方法。

於是，本發明生產具有預定Γ相層體厚度之鋅鐵合金鋼材的方法包含一參數建立步驟、一製程參數取得步驟，以及一生產步驟。

該參數建立步驟是用以紀錄碳含量小於0.0050%的極低碳鋼材先以熱浸鍍鋅再以合金化爐合金化退火產製鋅鐵合金鋼材時，該合金化爐在不同的每分鐘單位體積功率值下合金化退火所得到的鋅鐵合金鋼材的Γ相層體厚度，並藉此建立一組二次回歸式。

該製程參數取得步驟是以預產製之鋅鐵合金鋼材的Γ相層體厚度代入該參數建立步驟所建立的二次迴歸式，以計算出合金化爐在產製具有預定Γ相層體厚度的鋅鐵合金鋼材時的每分鐘單位體積功率值。

該生產步驟是以該製程參數取得步驟所計算得到的每分鐘單位體積功率值設定合金化爐後，將碳含量小於0.0050%的極低碳鋼材於鋅槽中浸浴鋅液，再將該熱浸鍍鋅後的極低碳鋼材送入已設定功率的合金化爐進行合金化退火，進而產製出具有預定Γ相層體厚度鋅鐵合金鋼材。

本發明的功效在於：先以該參數建立步驟建立關於產製過程中合金化爐的二次回歸式，再以該製程參數取得步驟計算出合金化爐在產製具有預定Γ相層體厚度的鋅鐵合金鋼材時的每分鐘單位體積功率值與預定加熱時間，接著該生產步驟就能產製出具有預定Γ相層體並具有良好成形性與抗脫粉性的鋅鐵合金鋼材。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之一個較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。

參閱圖4，本發明生產具有預定Γ相層體厚度之鋅鐵合金鋼材的方法的一較佳實施例包含一參數建立步驟4、一製程參數取得步驟5，以及一生產步驟6。特別說明的是，在本較佳實施例中所使用的製程設備與圖3相同，因此不再繪示說明。

該參數建立步驟4是用以紀錄碳含量小於0.0050%的極低碳鋼材以熱浸鍍鋅再以合金化爐合金化退火產製出鋅鐵合金鋼材時，該合金化爐在不同的每分鐘單位體積功率值下合金化退火所得到的鋅鐵合金鋼材的各種相層體的厚度，並將上述結果統計整理成如圖5的關係曲線圖，並進一步藉由圖5中資料的分佈計算取得二次回歸式y=13222x² -289x+1.93，其中，x是該合金化爐每分鐘單位體積功率值，y是鋅鐵合金鋼材的Γ相層體厚度。特別說明的是，該二次回歸式能夠配合不同的實驗參數作調整，不應以本較佳實施例所揭露的內容為限。

該製程參數取得步驟5是以預產製之鋅鐵合金鋼材的Γ相層體厚度代入該參數建立步驟4所建立的二次迴歸式，以計算出合金化爐在產製具有預定Γ相層體厚度的鋅鐵合金鋼材時的每分鐘單位體積功率值。

該生產步驟6是先以該製程參數取得步驟5所計算得到的每分鐘單位體積功率值設定合金化爐後，再將碳含量小於0.0050%的極低碳鋼材於鋅槽中進行熱浸鍍鋅，該鋅浴具有0.10%至0.16%的鋁、無法避免的雜質，以及平衡量的鋅。接著以氣刀控制鍍鋅量於該極低碳鋼材每面35g/m² 至55g/m² 。再將披覆有鋅層的極低碳鋼材送入已設定功率的合金化爐並以高於460℃的溫度進行合金化退火，退火時間至少為15秒，並在該合金化爐之後送入保溫區，以產製出具有預定Γ相層體厚度的鋅鐵合金鋼材。

值得一提的是，在本較佳實施例中所使用的極低碳鋼材當然還會含有有其它不可避免的雜質，然而鋼材內各種添加物、雜質的組成與含量皆屬本技術領域者所熟知，因此不多加贅述，且該極低碳鋼材為鋼帶的態樣，並是連續地被送入鋅浴、合金化爐、保溫區以產製出該鋅鐵合金鋼材，因此合金化退火時間至少15秒是指某一個區段經過該合金化退火的總時間(包含經過保溫區的時間)，而該合金化爐的長度約為0.5m，該保溫區的長度約為49.5m，然而該保溫區的設計為本技術領域者所熟知，所以不多加贅述。

特別說明的是，該參數建立步驟4是採用與該生產步驟6相同的極低碳鋼材、製程設備、基本製程參數，因此藉由該參數建立步驟4所建立的二次回歸式可以應用於該生產步驟6中，當然如果調整或改變製程參數與製程設備，二次回歸式中的各項數值也必須隨之調整，使其能夠達到原本的目的，因此不以此為限。

表1是對產生大量脫粉的鋅鐵合金鋼材進行Γ相層體厚度的測量，由測量結果可知，Γ相層體厚度大於1.03μm以上的鋅鐵合金鋼材會有大量脫粉的情形產生，因此判定Γ相層體厚度大於1.00μm於衝壓後會造成大量脫粉，所以將預定Γ相層體厚度上限定為1.00μm。將y=1.00帶入該二次迴歸式中計算取得x=0.018，也就是當每分鐘單位體積功率值小於0.018W/mm³ 時，就可以有效地減少大量脫粉的情形產生。

參閱圖5，鋅鐵合金鋼材的鍍層可分為具有ζ相層體與無ζ相層體兩種(如圖5所示，三角形▲為具有ζ相層體；菱形◆為無ζ相層體)，由於ζ相層體較軟，容易在成形時產生破裂，由圖5所示的實驗結果可知，當每分鐘單位體積功率值大於0.013W/mm³ ，就可以避免ζ相層體的形成，因此將0.013W/mm³ 為合金化爐每分鐘單位體積功率值的下限。

由以上所述可知，在進行合金化退火處理時，只要合金化爐每分鐘單位體積功率值介於0.013W/mm³ 至0.018W/mm³ 之間，就能夠產製出具有良好成形性與抗脫粉性的鋅鐵合金鋼材，甚至可以藉此進一步產製出具有預定Γ相層體的厚度的鋅鐵合金鋼材，因此該參數建立步驟4所建立的二次回歸式能以較科學的方式準確地進行估算，在該生產步驟6就能以計算取得的功率值設定合金化爐以進行合金化退火，並產製出具有預定Γ相層體且具有良好成形性與抗脫粉性的鋅鐵合金鋼材。

綜上所述，本發明生產具有預定Γ相層體厚度之鋅鐵合金鋼材的方法是在該參數建立步驟4中，將合金化爐的每分鐘單位體積功率值與在該功率下合金化退火所形成的鋅鐵合金鋼材的各相層體厚度整理成如圖5所示的關係曲線圖，再將所述資料進行計算以取得二次回歸式，並在該製程參數取得步驟5將預計取得的Γ相層體厚度代入上述的二次回歸式中，以計算取得合金化爐在產製預定Γ相層體厚度的鋅鐵合金鋼材時所需的每分鐘單位體積功率值。接著該生產步驟6就能以該功率值設定合金化爐以進行合金化退火，並產製出具有預定Γ相層體且具有良好成形性與抗脫粉性的鋅鐵合金鋼材，故確實能達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

4．．．參數建立步驟

5．．．製程參數取得步驟

6．．．生產步驟

圖1是一局部剖視圖，說明現有鋅鐵合金鋼材；

圖2是一流程圖，說明現有鋅鐵合金鋼材的製造方法；

圖3是一剖視示意圖，輔助說明圖2；

圖4是一流程圖，說明本發明生產具有預定Γ相層體厚度之鋅鐵合金鋼材的方法的較佳實施例；以及

圖5是一關係曲線圖，輔助說明該較佳實施例。

4．．．參數建立步驟

5．．．製程參數取得步驟

6．．．生產步驟

Claims (8)

1. 一種生產具有預定Γ相層體厚度之鋅鐵合金鋼材的方法，包含：一參數建立步驟，紀錄碳含量小於0.0050%的極低碳鋼材先以熱浸鍍鋅再以合金化爐合金化退火產製鋅鐵合金鋼材時，該合金化爐在不同的每分鐘單位體積功率值下合金化退火所得到的鋅鐵合金鋼材的Γ相層體厚度，並藉此建立一組二次回歸式；一製程參數取得步驟，以預產製之鋅鐵合金鋼材的Γ相層體厚度代入該參數建立步驟所建立的二次迴歸式，以計算出合金化爐在產製具有預定Γ相層體厚度的鋅鐵合金鋼材時的每分鐘單位體積功率值；以及一生產步驟，以該製程參數取得步驟所計算得到的每分鐘單位體積功率值設定合金化爐後，將碳含量小於0.0050%的極低碳鋼材於鋅槽中浸浴鋅液，再將該熱浸鍍鋅後的極低碳鋼材送入已設定功率的合金化爐進行合金化退火，進而產製出具有預定Γ相層體厚度鋅鐵合金鋼材。
2. 根據申請專利範圍第1項所述生產具有預定Γ相層體厚度之鋅鐵合金鋼材的方法，在該參數建立步驟中，該二次回歸式為：y=13222x² -289x+1.93其中，y是鋅鐵合金鋼材的Γ相層體厚度，x是該合金化爐每分鐘單位體積功率值。
3. 根據申請專利範圍第2項所述生產具有預定Γ相層體厚度之鋅鐵合金鋼材的方法，其中，該生產步驟中設定該合金化爐的每分鐘單位體積功率值不大於0.018W/mm³ 。
4. 根據申請專利範圍第2項所述生產具有預定Γ相層體厚度之鋅鐵合金鋼材的方法，其中，該生產步驟中設定該合金化爐的每分鐘單位體積功率值不小於0.013W/mm³ 。
5. 根據申請專利範圍第2項所述生產具有預定Γ相層體厚度之鋅鐵合金鋼材的方法，其中，該生產步驟是設定該合金化爐以高於460℃的溫度進行合金化退火。
6. 根據申請專利範圍第2項所述生產具有預定Γ相層體厚度之鋅鐵合金鋼材的方法，其中，該生產步驟中的合金化退火時間至少為15秒。
7. 根據申請專利範圍第2項所述生產具有預定Γ相層體厚度之鋅鐵合金鋼材的方法，其中，該生產步驟中控制鋅槽的鋅液具有0.10%至0.16%的鋁、無法避免的雜質，以及平衡量的鋅。
8. 根據申請專利範圍第1至7項中任一項所述生產具有預定Γ相層體厚度之鋅鐵合金鋼材的方法，其中，該生產步驟是以氣刀裝置控制鍍鋅量於每面35g/m² 至55g/m² 。