TWI519676B - 金屬被覆鋼帶 - Google Patents

Description

金屬被覆鋼帶

本發明係關具有防蝕性金屬合金被覆物之條帶，典型為鋼帶。

本發明特別係關一種含有鋁-鋅-矽-鎂作為合金主要元素之防蝕性金屬合金被覆物，因此於後文中基於此而稱作為「Al-Zn-Si-Mg合金」。該合金被覆物可含有存在作為蓄意合金化元素或作為無法避免之雜質的其它元素。

本發明特別但非排它地係關被覆以前述Al-Zn-Si-Mg合金之鋼帶。此等被覆物之一大應用為鋼帶表面上的薄層(亦即厚2至100微米，典型為3至30微米)被覆物來提供防蝕保護。本鋼帶可冷軋成形(例如藉軋製成形)為最終使用產品，諸如舖頂產品。

如後文所述，「Al-Zn-Si-Mg合金」一詞係指包含20-95%鋁、至多5%矽、至多10%鎂，及差額為鋅，帶有小量其它元素，典型地小於0.5%之其它元素之一種合金。

其它元素可包括Fe、Mn、Ni、Sn、Sr、V、Ca、及Sb中之任一者或多者。以鐵為例，典型地鐵含量為至多1.5%，且係於藉習知熱浸被覆法形成被覆物之情況下作為雜質存在。

須瞭解除非另行陳述，否則說明書中述及元素百分比皆為重量百分比。

典型地，Al-Zn-Si-Mg合金包含如所陳述範圍之下列元素作為主要元素：

Al：40至60%重量比

Zn：40至60%重量比

Si：0.3至3%重量比

Mg：0.3至10%重量比

典型地，防蝕性金屬合金被覆物係藉熱浸被覆法而形成於鋼帶上。

於習知熱浸金屬被覆法中，鋼帶通常係通過一個或多個熱處理爐及隨後進入及通過盛裝於被覆盆中之熔融金屬合金浴。該相鄰於被覆盆之熱處理爐具有向下延伸至接近浴上表面位置之出口吻部。

金屬合金通常係藉使用加熱電感器而於被覆盆內維持熔融。鋼帶通常係透過浸沒入浴槽內呈細長形的爐出口斜槽或吻部形狀的出口端段而送出熱處理爐。於該浴內，鋼帶環繞一個或多個浸沒輥通過，及向上帶出離開該浴且當該鋼帶通過該浴時被被覆以金屬合金。

於鋼帶離開被覆浴後，經金屬合金被覆之鋼帶通過被覆物厚度控制站，諸如氣刀或氣體擦拭站，於該站，經被覆的表面接受擦拭氣體之噴射而控制被覆物厚度。

然後經金屬合金被覆之鋼帶通過冷卻區段及接受強制冷卻。

已冷卻之經金屬合金被覆之鋼帶隨後通過表皮通過式軋製區段(又稱退火軋製區段)及張力均平區段，選擇性地經調理。已調理之鋼帶係於盤捲站盤捲。

依據終端應用而定，經金屬被覆之鋼帶於該鋼帶之一表面或二表面上可經塗漆，例如以聚合塗料塗漆。

澳洲及其它地方廣為人使用於建築產品，特別為有輪廓壁及舖頂瓦片之一種防蝕性金屬被覆組成物為亦含有矽之55%鋁-鋅被覆組成物。有輪廓之板材通常係藉冷軋成形已塗漆之經金屬合金被覆之鋼帶製造。典型地，有輪廓之板材係藉軋製成形已塗漆之鋼帶製造。

於硬化後，55%鋁-鋅合金被覆物通常係由α鋁相枝晶及於枝晶間區之β鋅相所組成。添加矽至被覆物合金組成物來防止冷熱浸被覆法中鋼基材與熔融被覆物間之過度合金化。部分矽參與第四級合金層的形成，但大半矽於硬化期間沈澱為針狀純矽粒子。此等針狀矽粒子也存在於枝晶間區。

申請人發現當鎂含括於55% Al-Zn-Si被覆組成物時，鎂經由改變所形成的腐蝕產物的本質獲得某些產物效能上的有利效果，諸如改良之切削刃保護。

但申請人也發現鎂與矽反應而形成Mg₂Si相，及Mg₂Si相的形成以多種方式有損前述有利效果。特定言之，Mg₂Si相比矽更為寬鬆，脆變，及具有銳利緣之「漢字」形態。全部此等因素皆可能有害被覆物之延展性等而促成被覆物於高應變製造之下碎裂。申請人發現對經預塗漆之產品而言較大碎裂為不合所需，特別當用於「酸雨」或「污染」環境時尤為如此，原因在於其抵消鎂給予塗料薄膜下方之該已被覆條帶之防蝕效能帶來的有利效果。如此，就延展性及如何影響防蝕效能而言，添加鎂至55% Al-Zn-Si被覆組成物有其缺點。

前文說明並非視為承認本發明為澳洲或其它地方之一般已知常識。

本發明提供一種具有Mg₂Si相粒子分散於被覆物之Al-Zn-Si-Mg合金被覆之條帶具有下列特徵中之一者或多者：

(a)≦2微米之粒徑，及

(b)比前述「漢字」粒子更為球體之形狀。

此外，本發明提供一種形成此種具有Mg₂Si相粒子分散於被覆物之Al-Zn-Si-Mg合金被覆之條帶之方法，包含：(a)加熱處理已硬化之被覆物來協助於該被覆物中之Mg₂Si相粒子形成小球體，及/或(b)改變該被覆浴化學而形成金屬間化合物相，其係作用Mg₂Si相粒子之孕核位置，結果當該被覆物硬化時形成小型Mg₂Si粒子。

圖式簡單說明

第1圖為根據本發明之方法用以製造經Al-Zn-Si-Mg合金被覆之鋼帶之連續製造生產線之示意圖。

較佳實施例之詳細說明

根據本發明提供一種形成經金屬被覆之條帶諸如鋼帶之方法，該方法包含：

(a)將該條帶通過含有Al、Zn、Si及Mg及選擇性的其它元素之熱浸被覆浴及於該條帶上形成熔融Al-Zn-Si-Mg合金被覆物；

(b)冷卻該已被覆之條帶來硬化於該條帶上之該熔融Al-Zn-Si-Mg合金及形成已硬化之被覆物，其具有包含α鋁相枝晶、於枝晶間區之富鋅相、及於枝晶間區之Mg₂Si相粒子之微結構；及

(c)於某個溫度及歷經某段時間加熱處理該已被覆之條帶而自該如所鑄造之α鋁相枝晶及富鋅枝晶間相之微結構形成Al-Zn相固溶體，及協助分散於該被覆物之Mg₂Si相粒子的形成小球體；及

(d)冷卻該經加熱處理之條帶。

加熱處理步驟(c)可於至少300℃之溫度。

加熱處理步驟(c)可於至少350℃之溫度。

加熱處理步驟(c)可於至少450℃之溫度。

加熱處理步驟(c)可於低於600℃之溫度。

加熱處理步驟(c)可歷時至少15分鐘。

加熱處理步驟(c)可歷時15至30分鐘。

加熱處理步驟(c)可歷時少於30分鐘。

冷卻步驟(b)可包含以夠高且足以至少部分碎裂Mg₂Si相粒子而形成細小粒子或於第一瞬間於該已硬化之被覆物中形成細小Mg₂Si相粒子之速率來冷卻該條帶。

細小Mg₂Si粒子之尺寸可小於≦2微米。

冷卻步驟(b)可包含以至少150℃/秒之速率冷卻該條帶。

冷卻速率可為至少200℃/秒。

冷卻速率可為至少400℃/秒。

冷卻速率可為至少600℃/秒。

冷卻步驟(b)可包含以水霧或冷凝氣體來冷卻該條帶。

冷卻步驟(d)可包含以可減低Mg₂Si相粒子之成長及至少實質上保有於該加熱處理步驟(c)所形成之小球體狀Mg₂Si相粒子之速率來冷卻該已加熱處理之條帶。

被覆物之厚度可為3至30微米。

被覆步驟(a)可包含對該熱浸被覆浴提供以可作為Mg₂Si粒子之孕核位置之元素或化合物。

該另一種元素可為銻。

該方法可包含於該已被覆之條帶上形成塗料之被覆物。

根據本發明也提供一種製成經金屬被覆之條帶諸如鋼帶之方法，包含：(a)將該條帶通過含有Al、Zn、Si及Mg、可作為Mg₂Si粒子之孕核位置之另一元素或多元素或一化合物或多化合物，及選擇性地，其它元素之熱浸被覆浴及於該條帶上形成熔融Al-Zn-Si-Mg合金被覆物，(b)冷卻該已被覆之條帶來硬化於該條帶上之該熔融Al-Zn-Si-Mg合金及形成已硬化之被覆物，其具有包含α鋁相枝晶、於枝晶間區之富鋅相、及於枝晶間區之Mg₂Si相粒子之被覆物微結構。

該另一種元素可為銻。

該等Mg₂Si粒子之尺寸可小於≦2微米。

該等Mg₂Si粒子可為更為球體之形狀及更少有銳利刃之「漢字」形態。

根據本發明也提供一種條帶，諸如鋼帶，其具有於該條帶上之Al-Zn-Si-Mg合金被覆物，該被覆物具有包含Al-Zn相之固溶體及Mg₂Si相粒子於該被覆物之分散體，而該Mg₂Si粒子具有：

(a)小於或等於2微米之粒徑，及

(b)小球體形狀。

該被覆物於該條帶之至少一側上具有5至30微米之厚度。

藉本發明所製造之經被覆之微結構就改良被覆物延展性及加強防蝕性而言為優異。

●　改良被覆物延展性。

如前文說明之細小而更為球體形狀之Mg₂Si粒子而非有銳利刃之「漢字」形態，可減輕於高應變製造中的應力集中，如此減少碎裂起始與傳播的可能。

●　加強被覆物防蝕性。

如前文說明之Mg₂Si相修改成為細小而更為球體形狀之粒子而非有銳利刃之「漢字」形態，可減少被覆物碎裂的可能。Mg₂Si相粒子大為分散於被覆物就促進腐蝕通道的一致「阻斷」與「活化」而言也有利。結果，被覆物具有增強的防蝕性。

將參考附圖進一步舉例說明本發明，該圖為根據本發明之方法用以製造經Al-Zn-Si-Mg合金被覆之鋼帶之連續製造生產線之示意圖。

參考附圖，於使用中，冷軋鋼帶卷於展開站(圖中未顯示)展開，及連續展開的鋼帶長度藉硬焊器(圖中未顯示)以端對端硬焊而形成鋼帶3之連續長度。

然後鋼帶3連續通過堆積器(圖中未顯示)、鋼帶清潔區段(圖中未顯示)及爐總成4。該爐總成4包括預熱器、預熱還原爐、及還原爐。

經由小心控制下列製程變數，鋼帶於爐總成4加熱處理，該等製程變數包括：(i)爐之熱側寫資料，(ii)爐之還原氣體濃度，(iii)氣體通過爐之流速，及(iv)鋼帶於爐之駐留時間(亦即鋼帶速度)。

爐總成4之製程變數係經控制使得鐵氧化物殘餘物自鋼帶表面移除，及殘油及鐵礦砂自鋼帶表面移除。

然後經加熱處理之鋼帶經由該向下延伸入且通過盛裝於被覆盆5之含Al-Zn-Si-Mg合金之熔融浴的出口吻部通過且被被覆以Al-Zn-Si-Mg合金。該浴可含有一個或多個元素或化合物，其係促進金屬間化合物相之形成而可作為Mg₂Si粒子之孕核位置，結果當被覆物硬化時形成小型Mg₂Si粒子。較佳係經由使用加熱電感器(圖中未顯示)來將被覆盆內之Al-Zn-Si-Mg合金維持熔融。於該浴槽內，鋼帶環繞浸沒輥通過，且自浴中向上取出。當鋼帶通過浴時，鋼帶之二表面上被覆以鋁-鋅-矽合金。

離開被覆浴5後，鋼帶垂直通過氣體擦拭站6，於該處其經被覆之表面接受擦拭氣體噴射來控制被覆物厚度。

然後經被覆之鋼帶通過冷卻區段7及接受強制冷卻。較佳，鋼帶係以夠高且足以至少部分碎裂Mg₂Si相粒子而形成細小粒子或於第一瞬間於該已硬化之被覆物中形成細小Mg₂Si相粒子之速率來冷卻之。典型地，如此表示以至少300℃/秒之速率冷卻鋼帶。

冷卻後之經被覆鋼帶然後通過軋製區段8，其調理經被覆鋼帶之表面。

最後，已調理妥之鋼帶通過熱處理爐9及於該爐加熱處理。特定言之，鋼帶係於320℃至500℃範圍之溫度加熱處理15至30分鐘來協助被覆物中的Mg₂Si相粒子形成小球體。然後已經加熱處理之鋼帶經冷卻，典型地係經以水冷卻，來將Mg₂Si相粒子維持儘可能地接近於加熱處理步驟結束時的尺寸及形狀。

可未悖離本發明之精髓及範圍對前文說明之本發明做出多項修改。

3．．．鋼帶

4．．．爐總成

5．．．被覆浴

6．．．氣體擦拭站

7．．．冷卻區段

8．．．軋製區段

9．．．熱處理爐

第1圖為根據本發明之方法用以製造經Al-Zn-Si-Mg合金被覆之鋼帶之連續製造生產線之示意圖。

3．．．鋼帶

4．．．爐總成

5．．．被覆盆、被覆浴

6．．．氣體擦拭站

7．．．冷卻區段

8．．．軋製區段

9．．．熱處理爐

Claims (14)

1. 一種形成經金屬被覆之鋼帶之方法，該方法包含：(a)將該鋼帶通過含有Al、Zn、Si及Mg之熱浸被覆浴，以及以包含20-95wt% Al，至多5%矽、至多10%鎂，及差額為鋅及其他元素且其他元素係各自小於0.5%之Al-Zn-Si-Mg合金，於該鋼帶上形成熔融Al-Zn-Si-Mg合金被覆物；(b)冷卻該已被覆之鋼帶來硬化於該鋼帶上之該熔融Al-Zn-Si-Mg合金及形成已硬化之被覆物，其具有包含α鋁相枝晶、於枝晶間區之富鋅相、及於枝晶間區之Mg₂Si相粒子之微結構；及(c)於至少300℃之溫度及歷經某段時間加熱處理該已被覆之鋼帶而自該如所鑄造之α鋁相枝晶及富鋅枝晶間相之微結構形成Al-Zn相固溶體，及協助分散於該被覆物之Mg₂Si相粒子的形成小球體；及(d)冷卻該經加熱處理之鋼帶。
2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該加熱處理步驟(c)係於低於600℃之溫度。
3. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該加熱處理步驟(c)係歷時至少15分鐘時間。
4. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該加熱處理步驟(c)係歷時少於30分鐘時間。
5. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該冷卻步驟(b)包含以夠高且足以至少部分碎裂Mg₂Si相粒子而形成細小粒 子或於第一瞬間於該已硬化之被覆物中形成細小Mg₂Si相粒子之速率來冷卻該鋼帶。
6. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該冷卻步驟(b)包含以至少150℃/秒之速率冷卻該鋼帶。
7. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該冷卻步驟(b)包含以至少600℃/秒之速率冷卻該鋼帶。
8. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該冷卻步驟(d)包含以可減低Mg₂Si相粒子之成長及至少實質上保有於該加熱處理步驟(c)所形成之小球狀Mg₂Si相粒子之速率來冷卻該已加熱處理之鋼帶。
9. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該被覆步驟(a)包含對該熱浸被覆浴提供以可作為Mg₂Si粒子之孕核位置之元素或化合物。
10. 一種製成經金屬被覆之條帶諸如鋼帶之方法，包含：(a)將該條帶通過含有Al、Zn、Si及Mg之熱浸被覆浴及以包含20-95wt% Al，至多5%矽、至多10%鎂，及差額為鋅及其他元素且其他元素係各自小於0.5%之Al-Zn-Si-Mg合金於該條帶上形成熔融Al-Zn-Si-Mg合金被覆物，(b)冷卻該已被覆之條帶來硬化於該條帶上之該熔融Al-Zn-Si-Mg合金及形成已硬化之被覆物，其具有包含α鋁相枝晶、於枝晶間區之富鋅相、及於枝晶間區之Mg₂Si相粒子之被覆物微結構。
11. 如申請專利範圍第10項之方法，其中該另一種元素為 銻。
12. 如申請專利範圍第10項之方法，其中該Mg₂Si粒子係小於或等於2微米。
13. 如申請專利範圍第10項之方法，其中該Mg₂Si粒子係為小球體形狀。
14. 一種鋼帶，其具有於該鋼帶上之Al-Zn-Si-Mg合金被覆物，該被覆物具有包含Al-Zn相之固溶體及Mg₂Si相粒子於該被覆物之分散體，而該Mg₂Si粒子具有：(a)小於或等於2微米之粒徑，及(b)小球體形狀。