TWI586834B - Method of Hot - dip Galvanizing for Si - Mn High Strength Steel - Google Patents

Method of Hot - dip Galvanizing for Si - Mn High Strength Steel Download PDF

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Description

矽錳高強度鋼熱浸鍍鋅之方法
本發明係關於一種鋼材鍍鋅之方法，特別係關於一種矽錳高強度鋼熱浸鍍鋅之方法。
為因應未來石油供給匱乏與地球暖化的危機，減輕車體重量以降低油耗已成為所有汽車廠共同努力的目標。然而，為了同時兼顧安全性、加工性及耐蝕性，使用先進高強度鋼(如雙相鋼或相變誘發塑性鋼)已經是汽車生產的必然趨勢。
習知相變誘發塑性鋼的基本成份為鐵-0.2%碳-2%錳-1.5%矽，利用碳及錳提供的高硬化能，在兩相區退火後保留一定比例的沃斯田鐵，再利用變韌鐵變態進一步提高沃斯田鐵硬化能，使其在室溫仍為介穩相，並可在塑性變形時受力變態為麻田散鐵，將相變態的應變轉化為塑性變形所需之應變，進而提高材料塑性，此一特性稱為相變誘發塑性。而添加矽的目的是阻止碳化物在變韌鐵變態時析出，導致延展性惡化及降低疊差能與提供固溶強化。
然而，習知相變誘發塑性鋼因添加矽、錳、鉻、鈦等與氧有較佳親和力之合金元素，因此，即使在還原性氣氛的保護之下，高溫退火時仍然會在鋼材表面氧化，而所生成之表面氧化物會在熱浸鍍鋅時阻礙鐵鋁阻障層的生成，以致鋅液缺乏足夠的潤濕性，而造成鍍鋅性不佳或形成未鍍點缺陷。
因此，有必要提供一創新且具進步性之矽錳高強度鋼熱浸鍍鋅 之方法，以解決上述問題。
本發明提供一種矽錳高強度鋼熱浸鍍鋅之方法，包括以下步驟：(a)提供一含矽錳之鋼材；(b)在露點溫度下，對該鋼材進行一退火處理步驟，以使該鋼材表面形成三元矽錳氧化物；(c)將退火後之鋼材浸入一含鋁之鋅浴中進行鍍鋅，並使該鋼材表面之三元矽錳氧化物被鋁還原而生成一鐵鋁層，且該鐵鋁層的覆蓋率大於70%；及(d)取出鍍鋅後之鋼材，並移除鋼材上之多餘鋅液。
本發明在露點溫度下進行退火，有助於鋼材表面形成三元矽錳氧化物，而在含鋁之鋅浴中進行熱浸鍍鋅，則有助於三元矽錳氧化物還原生成高覆蓋率之鐵鋁層，該鐵鋁層可增加鋼材與鋅液間的潤濕性，進而可提升鋼材之鍍鋅性及減少未鍍點缺陷之產生。
為了能夠更清楚瞭解本發明的技術手段，而可依照說明書的內容予以實施，並且為了讓本發明所述目的、特徵和優點能夠更明顯易懂，以下特舉較佳實施例，並配合附圖，詳細說明如下。
S11~S14‧‧‧步驟
圖1顯示本發明矽錳高強度鋼熱浸鍍鋅之方法流程圖；圖2顯示本發明矽錳高強度鋼熱浸鍍鋅之製程升降溫曲線圖；圖3顯示比較例1矽錳重量百分比為1.33之鋼材鍍鋅後之鍍鋅層外觀顯微照片；圖4顯示發明例1矽錳重量百分比為1.0之鋼材鍍鋅後之鍍鋅層外觀顯微照片；及圖5顯示發明例2矽錳重量百分比為0.5之鋼材鍍鋅後之鍍鋅層外觀顯微照片。
圖1顯示本發明矽錳高強度鋼熱浸鍍鋅之方法流程圖。參閱圖1之步驟S11，提供一含矽錳之鋼材。在本實施例中，該鋼材之矽錳重量百分比(wt%)不大於1.0。或者，在另一實施例中，該鋼材之矽錳重量百分比(wt%)係可為1.0至1.5。此外，該鋼材係可選自如下的其中一種：相變誘發塑性鋼及雙相鋼。
圖2顯示本發明矽錳高強度鋼熱浸鍍鋅之製程升降溫曲線圖。配合參閱圖1之步驟S12及圖2，在露點溫度下，對該鋼材進行一退火處理步驟，以使該鋼材表面形成三元矽錳氧化物。當該鋼材之矽錳重量百分比不大於1.0時，較佳之露點溫度為-30℃至0℃。而當該鋼材之矽錳重量百分比為1.0至1.5時，較佳之露點溫度為不低於0℃。
該退火處理步驟包括先以每秒5℃之升溫速率將該鋼材加熱至800℃並恆溫退火60秒，再以每秒15℃之降溫速率將該鋼材降溫至460℃並持溫60秒。此外，在此步驟中，該三元矽錳氧化物的化學式組成為xMnO．SiO2，而x為0.5至2。
配合參閱圖1之步驟S13及圖2，將退火後之鋼材浸入一含鋁之鋅浴中進行鍍鋅，並使該鋼材表面之三元矽錳氧化物被鋁還原而生成一鐵鋁層，且該鐵鋁層的覆蓋率大於70%。在此步驟中，該鋅浴之溫度為460℃。
當該鋼材之矽錳重量百分比不大於1.0及露點溫度為-30℃至0℃時，該鋅浴之較佳鋁含量為0.14至0.20重量百分比，且較佳之鍍鋅時間為1至10秒。當該鋼材之矽錳重量百分比為1.0至1.5及露點溫度為不低於0℃時，該鋅浴之較佳鋁含量為不小於0.20重量百分比，且較佳之鍍鋅時間為不小於3秒。
參閱圖1之步驟S14，取出鍍鋅後之鋼材，並移除鋼材上之多餘 鋅液。在此步驟中，係以高壓氮氣將鋼材上之多餘鋅液吹除，以將鍍鋅層之厚度控制在約10微米。
茲以下列實例予以詳細說明本發明，唯並不意謂本發明僅侷限於此等實例所揭示之內容。
[比較例1]
參閱圖3，其係顯示比較例1矽錳重量百分比為1.33之鋼材鍍鋅後之鍍鋅層外觀顯微照片。圖3(a)顯示鋼材在露點0℃下退火，且浸鍍鋁含量為0.16重量百分比之鋅浴1秒的結果，可觀察到浸鍍1秒之鍍鋅層的鍍鋅性不佳(未鍍點多)。圖3(b)顯示鋼材在露點0℃下退火，且浸鍍鋁含量為0.16重量百分比之鋅浴10秒的結果，可觀察到即使浸鍍時間延長至10秒，仍無法有效改善其鍍鋅性。因此，對矽錳重量百分比為1.33之鋼材而言，在露點0℃下退火，其鋅浴之鋁含量必須不小於0.20重量百分比，才能獲得良好的鍍鋅性。
[發明例1]
參閱圖4，其係顯示發明例1矽錳重量百分比為1.0之鋼材鍍鋅後之鍍鋅層外觀顯微照片。圖4顯示鋼材之矽錳重量百分比降至1.0，且在露點-30℃下退火及浸鍍鋁含量為0.14重量百分比之鋅浴10秒的結果，可觀察到當矽錳重量百分比降至1.0及露點降至-30℃時，需使用較長鍍鋅時間，才能獲得良好的鍍鋅性。
[發明例2]
參閱圖5，其係顯示發明例2矽錳重量百分比為0.5之鋼材鍍鋅後之鍍鋅層外觀顯微照片。圖5顯示鋼材之矽錳重量百分比降至0.5，且在露點-30℃下退火及浸鍍鋁含量為0.14重量百分比之鋅浴1秒的結果，可觀察到當矽錳重量百分比降至0.5時，只需浸鍍1秒，即可獲得 良好的鍍鋅性。
上述實例清楚說明鋼材之矽錳重量百分比降低、露點上升、鋅浴鋁含量增加及延長鍍鋅時間皆能改善鋼材之鍍鋅性。
表1歸納出比較例1、發明例1及發明例2三種不同矽錳重量百分比之鋼材在不同露點溫度及鋅浴鋁含量下之鍍鋅性分析結果。表1之結果顯示適當控制鋼材之矽錳重量百分比、露點溫度及鋅浴鋁含量，可獲得表面品質良好之鍍鋅層。此外，從表1之結果亦可發現鐵鋁層的覆蓋率高低是決定鍍鋅性優劣的關鍵。當鐵鋁層的覆蓋率大於70%時，就可以使鋅液完全潤濕於鋼材，並獲得完全潤濕且無未鍍點的鍍鋅層。
而鐵鋁層的生成則取決於鋼材退火時表面生成之氧化物種類。在低矽錳重量百分比及高露點氣氛下，容易生成結晶質之三元矽錳氧化物xMnO．SiO2，而此氧化物容易被鋅浴內的鋁還原，進而提供大量鐵鋁相的成核位置，故容易生成連續的鐵鋁層。相反地，隨著矽錳重量百分比增加及露點溫度的降低，則會導致表面SiO2氧化物含量增加，甚至形成連續薄膜以致阻礙鐵鋁相的成核成長。因此，鋼材之矽錳重量百分比應盡可能控制在1以下，而露點溫度應盡可能高於-30℃，鋅浴之鋁含量應至少高於0.14重量百分比(wt%)，才能獲得覆蓋率大於70%之鐵鋁層，進而獲得良好之鍍鋅性。
本發明在露點溫度下進行退火，有助於鋼材表面形成三元矽錳氧化物，而在含鋁之鋅浴中進行熱浸鍍鋅，則有助於三元矽錳氧化物還原生成高覆蓋率之鐵鋁層，該鐵鋁層可增加鋼材與鋅液間的潤濕性，進而可提升鋼材之鍍鋅性及減少未鍍點缺陷之產生。
上述實施例僅為說明本發明之原理及其功效，並非限制本發明，因此習於此技術之人士對上述實施例進行修改及變化仍不脫本發明之精神。本發明之權利範圍應如後述之申請專利範圍所列。
S11~S14‧‧‧步驟

Claims (12)

  1. 一種矽錳高強度鋼熱浸鍍鋅之方法，包括以下步驟：(a)提供一含矽錳之鋼材；(b)在露點溫度下，對該鋼材進行一退火處理步驟，以使該鋼材表面形成三元矽錳氧化物；(c)將退火後之鋼材浸入一含鋁之鋅浴中進行鍍鋅，並使該鋼材表面之三元矽錳氧化物被鋁還原而生成一鐵鋁層，且該鐵鋁層的覆蓋率大於70%；及(d)取出鍍鋅後之鋼材，並以高壓氮氣將鋼材上之多餘鋅液吹除。
  2. 如請求項1之方法，其中步驟(a)之鋼材之矽錳重量百分比不大於1.0。
  3. 如請求項2之方法，其中步驟(b)之露點溫度為-30℃至0℃。
  4. 如請求項2之方法，其中步驟(c)之鋅浴的鋁含量為0.14至0.20重量百分比。
  5. 如請求項2之方法，其中步驟(c)之鍍鋅時間為1至10秒。
  6. 如請求項1之方法，其中步驟(a)之鋼材之矽錳重量百分比為1.0至1.5。
  7. 如請求項6之方法，其中步驟(b)之露點溫度不低於0℃。
  8. 如請求項6之方法，其中步驟(c)之鋅浴的鋁含量不小於0.20重量百分比。
  9. 如請求項6之方法， 其中步驟(c)之鍍鋅時間不小於3秒。
  10. 如請求項1之方法，其中步驟(b)之該退火處理步驟包括先以每秒5℃之升溫速率將該鋼材加熱至800℃並恆溫退火60秒，再以每秒15℃之降溫速率將該鋼材降溫至460℃並持溫60秒。
  11. 如請求項1之方法，其中步驟(b)之三元矽錳氧化物的化學式組成為xMnO．SiO2，而x為0.5至2。
  12. 如請求項1之方法，其中步驟(d)包括將鍍鋅層之厚度控制在約10微米。
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