TWI519675B - 金屬被覆鋼帶 - Google Patents

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Description

金屬被覆鋼帶 發明領域
本發明係有關於具有含鋁、鋅、及矽之合金的抗蝕性金屬合金被覆層的金屬帶，典型上為鋼帶，且根據本基礎，該合金右下文稱為“Al-Zn-Si合金”。
本發明係特定地但非絕對地有關於含有鋁、鋅、矽、及鎂作為合金被覆層中之主要元素的抗蝕性金屬合金且根據本基礎，其在下文稱為“Al-Zn-Si合金”。該合金被覆層可含有以刻意合金添加物或不可避免的雜質存在之其它元素。
本發明係特定地但非絕對地有關於經上述Al-Zn-Si-Mg合金被覆的鋼條且其可經冷形成(例如藉軋壓延成形)最後用途產物，諸如屋面產物。
典型上，本發明該Al-Zn-Si-Mg合金包含以下以重量%表示之範圍的元素Al、Zn、Si、及Mg：
Al：40至60%
Zn：30至60%
Si：0.3至3%
Mg：0.3至10%。
更典型而言，本發明該Al-Zn-Si-Mg合金包含以下以重量%表示之範圍的元素Al、Zn、Si、及Mg：
Al：45至60%
Zn：35至50%
Si：1.2至2.5%
Mg：1.0至3.0%。
根據該最後用途，可例如使用聚合物漆塗在該金屬被覆帶的一或兩表面上。關於這一點，該金屬被覆帶可以以本身為最後產物販售或可具有一已塗敷至一或兩表面的漆且以已上漆的最後產物販售。
本發明係特定地但非絕對地有關於經上述Al-Zn-Si-Mg合金被覆且可選擇性經漆被覆的鋼條，且其後該鋼條可經冷形成(例如藉軋壓延成形)最後用途的產物，諸如建築產物(例如壓型壁及屋面薄板)。
本發明係特定地但非絕對地有關於含經上述Al-Zn-Si-Mg合金被覆且可選擇性經漆被覆的鋼條之冷形成(例如軋壓延成形)最後用途產物(例如壓型壁及屋面薄板)。
 發明背景
典型上，抗蝕性金屬合金被覆層係藉熱浸塗法而在鋼條上形成。
在該習知熱浸金屬被覆法中，通常使鋼條通過一或多個熱處置爐且其後進入並通過保持在一被覆鍋內的熔態金屬合金浴。
通常藉使用加熱感應器而使該金屬合金在被覆鍋內維持熔態。該鋼帶通常經由呈浸泡在該浴內之細長爐出口斜槽或尖端(snout)形式之出口末端部件離開該熱處置爐。在該浴內，該鋼帶可通過一或多個沈浸輥輪且自該浴向上取出並在其通過該浴時經金屬合金被覆。
離開該被覆浴後，使該金屬合金被覆帶通過一被覆厚度控制站，諸如氣刀(gas knife)或拭氣站，於其中使其被覆表面接受拭氣噴流以控制該被覆層的厚度。
然後使該金屬合金被覆帶通過一冷卻部件且進行強制冷卻。
其後該冷卻金屬合金被覆帶可選擇性經調節，其係藉使該被覆帶連續通過一表面調質(skin pass)軋壓延部件(亦稱為調質軋壓延部件(skin pass)軋壓延部件(亦稱為調質軋壓延部件(temper rolling section))及一張力平整部件。於捲曲站將該經調質鋼帶捲曲。
提供鋁及鋅在鋼帶上之Al-Zn-Si合金被覆層內以獲得抗蝕性。
提供鋁、鋅、及鎂在鋼帶上之Al-Zn-Si合金被覆層內以獲得抗蝕性。
提供矽在這兩種合金類型內以防止該熱浸被覆法中一鋼帶與該熔態被覆層間的過度合金化。在固化作用期間，一部份該矽參與四元合金層形成過程，但大部份該矽係呈似針狀物的純矽顆粒形式沈澱。這些似針狀物的矽顆粒亦存在於該被覆層的樹枝狀間區域內。
多年來業經廣泛地使用在澳洲及其它地方作為建築產物的一種抗蝕性金屬被覆組成物為含55% Al的Al-Zn-Si合金組成物。該等壓型薄板通常係藉冷成形漆的金屬合金被覆帶而製成。典型上，該等壓型薄板係藉軋壓延該已上漆的鋼帶而製成。
多年來在本專利文獻裡已提議添加Mg至含有55% Al-Zn-Si之被覆組成物的本已知組成物，見，例如以Nippon Steel Corporation的名義之美國專利6,635,359。然而，澳洲並未販賣鋼帶載Al-Zn-Si-Mg合金被覆者。
在澳洲或其它地方上述說明文不應被視為一眾所週知的常識。
 發明概要
本申請人已發現鎂及釩可增強55% Al-Zn-Si合金金屬被覆鋼帶的特殊抗蝕性方面。
更詳細地，本申請人已發現當55% Al-Zn-Si被覆組成物包含Mg時，其可對產物性能帶來某些有利影響，諸如藉改變在海水及酸雨環境中所形成的腐蝕產物之性質而改良切邊保護作用。本抗蝕性能之改良業經本申請人所進行的研究工作而證實，其中該研究工作包括範圍廣泛的加速腐蝕測試及戶外暴露測試。就鎂添加而言，在海水環境中，具有漆被覆層的金屬被覆鋼之邊緣底切(edge undercutting)位準的改良明顯於該金屬被覆物之裸表面腐蝕性的改良。
亦業經本申請人發現當Al-Zn-Si合金被覆組成物包含V時，該V可對產物性能帶來某些有利影響。本申請人已發現與一系列環境比較，以戶外暴露所進行測試的裸(未上漆)金屬被覆鋼帶表面之質量損失位準減少平均33%。與鎂不同，裸(未上漆)表面的被覆層損失的改善比具有漆被覆層之金屬被覆鋼帶之邊緣底切的位準之改善大很多。
本發明為具有Al-Zn-Si合金被覆層的金屬(典型上為鋼)帶，該被覆層含有0.3-10重量% Mg及0.005-0.2重量% V，因此可利用該被覆層之抗蝕性能的上述互補方面。
更特定地，該Mg及V之添加可兼改良該鋼帶的裸質量損失及已上漆之金屬被覆帶的邊緣底切，且其改良程度大於藉各單獨元素之較大量各別添加所獲得的改良程度。
該被覆合金可以是一包含以下以重量%表示之範圍的元素Al、Zn、Si、及Mg之Al-Zn-Si-Mg合金：
Al：40至60%
Zn：30至60%
Si：0.3至3%
Mg：0.3至10%。
該被覆合金可以是一包含以下以重量%表示之範圍的元素Al、Zn、Si、及Mg之Al-Zn-Si-Mg合金：
Al：45至60%
Zn：35至50%
Si：1.2至2.5%
Mg：1.0至3.0%。
該被覆合金可含有小於0.15重量% V。
該被覆合金可含有小於0.1重量% V。
該被覆合金可含有至少0.01重量% V。
該被覆合金可含有小於0.03重量% V。
該被覆合金可含有其它元素。
該等其它元素可以呈不可避免的雜質及/或刻意的合金添加物存在。
以實例說明，該被覆合金可含有Fe、Cr、Mn、Sr、及Ca中之任一或多種。
該被覆層可以是不同於多層的單層。
該被覆層可以是不包括非平衡相的被覆層。
該被覆層可以是不包括非相形相的被覆層。
該被覆金屬帶的合金被覆層之一外表面上可具有漆被覆者。
本發明亦為含經上述被合金被覆且選擇上經漆被覆的鋼帶之冷成形(例如軋壓延成形)最後用途產物。
圖式簡單說明
進一步參考附圖藉實例而描述本發明，其中：第1圖為根據本發明方法之用於製造經Al-Zn-Si-Mg合金被覆的鋼帶之連續生產線之一實施例的示意圖；而第2圖為表示被覆合金(其包括根據本發明之合金被覆層的一實施例)之比較的陽極塔弗極化作圖法(Anodic Tafel plot)。
 較佳實施例之詳細說明
參考第1圖，被使用時，冷軋壓延鋼帶捲料係在解捲站(uncoiling station)1經解捲且鋼帶之連續解捲長度藉焊接機2而端聯焊接並形成鋼帶的連續長度。
然後使該鋼帶連續通過累積器3、金屬帶清洗部件4及爐組合5。該爐組合5包括一預熱器、一預熱還原爐、及一還原爐。
藉小心地控制製程變數而在爐組合5內熱處置該鋼帶，該等程序變數包括：(i)該等爐內之溫度輪廓、(ii)該等爐內之還原氣體氣濃度、(iii)通過該等爐之氣體流率、及(iv)鋼帶在該等爐內之滯留時間(亦即生產線速度)。
控制爐組合5內之該等變數，因此可自該鋼帶之表面移除氧化鐵殘留物並自該鋼帶移除殘餘油及鐵細粉。
然後經出口尖端而使該熱處置鋼帶向下進入並通過維持在被覆鍋6內之含Al-Zn-Si-Mg合金的熔態浴且經Al-Zn-Si-Mg合金被覆。藉使用加熱感應器(圖中並顯示)而使該Al-Zn-Si-Mg合金在被覆鍋內維持熔態。在該浴內，該鋼帶係通過一沈浸輥輪並自該浴朝上取出。當鋼帶通過該浴時，其兩表面可經該Al-Zn-Si-Mg合金被覆。
離開被覆浴6之後，使該鋼帶垂直通過一拭氣站(圖中未顯示出)，於其中使其被覆表面接受拭氣噴流以控制該被覆層的厚度。
然後使該被覆帶通過一冷卻站7並進行強制冷卻。
接著使該冷卻之被覆鋼帶通過一軋壓延站8，其可改善該被覆鋼帶的表面。
其後在一捲曲站10使該被覆鋼帶捲曲。
如上述，本發明係基於本申請人對鋼帶上已知55%Al-Zn-Si合金被覆物所進行的研究工作，該研究已發現鎂及釩可增強該被覆鋼帶之具體抗蝕性能方面。
該研究工作包括在酸性及海水環境中進行長時間的加速腐蝕測試及戶外暴露測試。
第2圖中之該陽極塔弗極化作圖係闡明該研究工作之一部份的結果。該圖表示3種合金組成物之電流強度(“J”、以安培/厘米2(A/cm2)表示)對電極電位(以伏特(Volt)表示)的對數。該圖表示對以下之被覆層的研究工作之結果：(a)該已知55% Al-Zn-Si-Mg合金(“AZ”)、(b)一含Ca之Al-Zn-Si-Mg合金(“AM(Ca)”)、及(c)一根據本發明之實施例之含V的Al-Zn-Si-Mg合金(“AM(V)”)。
第2圖之該圖係比較等合金被覆層(a)、(b)、及(c)之抗蝕性能。該圖及藉本申請人而獲得的其它結果表示：(a)於特定腐蝕電位下，本發明該AM(V)合金被覆層之腐蝕電流低於其它合金被覆層(AM(V)比AM(Ca)改良1.5-2倍)；(b)與AM(Ca)比較，本發明該AM(V)合金被覆層具有更貴的腐蝕電位(分別為+0.03V及+0.11V)；(c)與AM(Ca)比較，本發明該AM(V)合金被覆層具有更貴的孔蝕電位(分別為+0.04V及+0.18V)；(d)與AM(Ca)之氧化電流(-0.25V)比較，在陽極極化作用下，本發明該AM(V)合金被覆層具有顯著較低的氧化電流，其比AM(Ca)之氧化電流低約20000倍。
就該合金層之陽極解離而言，該電阻之這些改良意指本發明該合金被覆層一旦接觸腐蝕物(鹽、酸、及溶氧)時，該治金相會以緩慢速率腐蝕且腐蝕模式會具普遍化且較不易引起定域化及孔蝕腐蝕模式。這些性質可以使最後用途產物得到較長壽命，因為其較不可能產生紅銹漬、金屬被覆物起泡及基板穿孔。
只要不違背本發明之精神及範圍，可對如上述之本發明進行許多修飾。
1．．．解捲站
2．．．焊接機
3．．．累積器
4．．．金屬帶清洗部件
5．．．爐組合
6．．．被覆鍋(被覆浴)
7．．．冷卻部件
8．．．軋壓延部件
10．．．捲曲站
第1圖為根據本發明方法之用於製造經Al-Zn-Si-Mg合金被覆的鋼帶之連續生產線之一實施例的示意圖；而
第2圖為表示被覆合金(其包括根據本發明之合金被覆層的一實施例)之比較的陽極塔弗極化作圖法(Anodic Tafel plot)。
1．．．解捲站
2．．．焊接機
3．．．累積器
4．．．金屬帶清洗部件
5．．．爐組合
6．．．被覆鍋(被覆浴)
7．．．冷卻部件
8．．．軋壓延部件
10．．．捲曲站

Claims (8)

  1. 一鋼帶，其具有含以下以重量%表示之範圍的元素Al、Zn、Si、Mg及0.01-0.2重量% V之Al-Zn-Si-Mg合金被覆層：Al：40至60% Zn：30至60% Si：0.3至3% Mg：0.3至10%。
  2. 如申請專利範圍第1項之鋼帶，其中該被覆合金為一包含以下以重量%表示之範圍的元素Al、Zn、Si及Mg之Al-Zn-Si-Mg合金：Al：45至60% Zn：35至50% Si：1.2至2.5% Mg：1.0至3.0%。
  3. 如申請專利範圍第1項之鋼帶，其中該合金被覆層含有小於0.15重量% V。
  4. 如申請專利範圍第1項之鋼帶，其中該合金被覆層含有小於0.1重量% V。
  5. 如申請專利範圍第1項之鋼帶，其中該合金被覆層含有至少0.03重量% V。
  6. 如申請專利範圍第1項之鋼帶，其中該合金被覆層含有呈不可避免之雜質及/或呈刻意的合金添加物存在的其它元素。
  7. 如申請專利範圍第1項之鋼帶，其中該合金被覆層為一單層。
  8. 一種冷卻的最後用途(end-use)產物，其包含如申請專利範圍第1至7項中任一項之鋼帶。
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