TWI652355B - 熱浸鍍鋅鋼材及其製造方法 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種熱浸鍍鋅鋼材的製造方法，其係在熱軋步驟及冷軋步驟之後，且在進行退火步驟之前，對具有特定錳、鋁及矽含量的鋼板表面沉積具有特定厚度的鎳鍍層，以使鋼板在熱浸鍍鋅後，可獲得具有高強度、高延伸率以及性質良好之熱浸鍍鋅層的熱浸鍍鋅鋼材。

Description

熱浸鍍鋅鋼材及其製造方法

本發明是關於一種熱浸鍍鋅鋼材的製造方法，特別是關於一種熱浸鍍鋅鋼材及其製造方法。

熱浸鍍鋅(hot dip galvanizing，HDG)係一種將鋼鐵工件置於熔融的鋅液中，而使工件獲得一層金屬保護層的防銹方法。當具有高強度與高延伸率的熱浸鍍鋅鋼材用於汽車車體的製造時，可有效降低車身重量並提升汽車燃油效率。一般而言，目前用於汽車車體製造的高強度熱浸鍍鋅鋼材主要係抗拉強度為約780MPa至約1180MPa且延伸率為約10%至約20%的雙相鋼，或者是抗拉強度為約780MPa且延伸率較佳可達約25%的相變誘發塑性鋼。

近年開始研發錳、矽及鋁的總含量超過5wt%的雙相鋼和相變誘發塑性鋼，其係具有大於20GPa%之強塑積(Product of Strength and Elongation)，甚至大於30GPa%之強塑積的高強度及高延伸率的鋼材。補充說明的是，強塑積係定義為抗拉強度及延伸率的乘積。然而，含有錳、矽及鋁的高強度雙相鋼和相變誘發塑性鋼的熱浸鍍鋅 性不佳。換言之，前述兼具高強度及高延伸率的鋼材之表面不利於形成熱浸鍍鋅層，其係由於鋼材中較高含量的錳、矽及鋁成分容易在鋼材表面形成氧化層，而使得鋼材在進行熱浸鍍鋅步驟時，鋅液在鋼材表面的潤濕性不佳，進而導致鋅層的附著性不佳，或即使鋅層勉強附著在鋼材表面，仍會產生大量未鍍點。

有鑑於此，亟須提供一種熱浸鍍鋅鋼材及其製造方法，以使具有錳、矽及鋁的高強度鋼材可具有良好的熱浸鍍鋅性。

本發明之一態樣是提供一種熱浸鍍鋅鋼材的製造方法，其係藉由對具有特定合金含量的鋼材在退火前預鍍鎳層，而使鋼材在後續進行熱浸鍍鋅步驟後，獲得具有表面均勻且附著性優異的熱浸鍍鋅鍍層。

本發明之另一態樣是提供一種熱浸鍍鋅鋼材，其係藉由上述態樣之方法所製得。

根據本發明之一態樣，提供一種熱浸鍍鋅鋼材的製造方法，其係先對鋼胚進行熱軋步驟及盤捲步驟，以獲得熱軋鋼板。基於此鋼胚為100wt%，鋼胚係包含0.05wt%至0.65wt%的碳、4.0wt%至8.0wt%的錳、0wt%至4.0wt%的鋁、0wt%至4.0wt%的矽且其餘量為鐵及不可避免的雜質，其中鋁及矽的含量總和為大於0wt%且小於或等於 4.0wt%。前述熱軋鋼板之顯微組織包含20%以上的沃斯田鐵相，且其餘為肥粒鐵相。

接著，對熱軋鋼板進行酸洗步驟及冷軋步驟，以獲得冷軋鋼板。然後，對冷軋鋼板進行沉積步驟，以獲得具有鎳鍍層的預鍍鋼板，其中鎳鍍層之厚度為大於200nm。接著，對預鍍鋼板進行連續退火步驟，以獲得退火鋼板。然後，對退火鋼板進行熱浸鍍鋅步驟，以獲得熱浸鍍鋅鋼材。熱浸鍍鋅步驟係將退火鋼板浸鍍於鋅浴中，其中鋅浴之鋁含量為0.1wt%至0.3wt%。

根據本發明之一實施例，上述鋼胚之錳、鋁及矽之含量總和為5.0wt%至12wt%。

根據本發明之一實施例，上述鋼胚更包含分別小於或等於0.1wt%的鈦、釩、鈮、磷及銅，其中鈦、釩、鈮、磷及銅之總含量係小於或等於0.3wt%。

根據本發明之一實施例，上述鋼胚更包含鎳，其中鋼胚之鎳及錳之含量總和為5.0wt%至8.0wt%。

根據本發明之一實施例，上述沃斯田鐵相及肥粒鐵相之平均粒徑為小於1μm。

根據本發明之一實施例，上述冷軋步驟之裁減率為20%至70%。

根據本發明之一實施例，上述連續退火步驟之氣氛的露點為-50℃至-10℃。

根據本發明之一實施例，上述連續退火步驟係在平均溫度為600℃至750℃下，進行20秒至300秒。

根據本發明之一實施例，上述熱浸鍍鋅步驟係進行2至10秒。

根據本發明之一實施例，上述熱浸鍍鋅鋼材的製造方法更包含，在熱浸鍍鋅步驟之前，對退火鋼板進行降溫步驟，以使退火鋼板之溫度為400℃至550℃。

根據本發明之另一態樣，提供一種熱浸鍍鋅鋼材，其係藉由上述態樣之方法所製得。

應用本發明之熱浸鍍鋅鋼材的製造方法，其係在熱軋步驟及冷軋步驟之後，且在進行退火步驟之前，對具有特定錳、鋁及矽含量的鋼板表面沉積具有特定厚度的鎳鍍層，因此，鋼板在熱浸鍍鋅步驟後，可獲得具有高強度、高延伸率以及性質良好之熱浸鍍鋅層的熱浸鍍鋅鋼材。

100‧‧‧方法

110‧‧‧提供鋼胚

120‧‧‧對鋼胚進行熱軋步驟及盤捲步驟，以獲得熱軋鋼板

130‧‧‧對熱軋鋼板進行酸洗步驟及冷軋步驟，以獲得冷軋鋼板

140‧‧‧對冷軋鋼板進行沉積步驟，以獲得預鍍鋼板

150‧‧‧對預鍍鋼板進行連續退火步驟，以獲得退火鋼板

160‧‧‧對退火鋼板進行熱浸鍍鋅步驟，以獲得熱浸鍍鋅鋼材

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之詳細說明如下：[圖1]係繪示根據本發明一實施例之熱浸鍍鋅鋼材的製造方法的流程圖。

[圖2A]至[圖2C]係分別繪示實施例1及比較例1至2之退火鋼板之X射線光電子能譜(X-ray photoelectron spectroscopy，XPS)的元素縱深分析結果。

承上所述，本發明提供一種熱浸鍍鋅鋼材及其製造方法。此方法係藉由對具有特定合金含量的鋼材在退火前預鍍鎳層，而使鋼材在後續進行熱浸鍍鋅步驟後，可獲得具有表面均勻且附著性優異之熱浸鍍鋅鍍層的熱浸鍍鋅鋼材。

請參閱圖1，其係繪示根據本發明一實施例之熱浸鍍鋅鋼材的製造方法100的流程圖。首先，進行方法100的步驟110，提供鋼胚。基於此鋼胚為100wt%，鋼胚係包含0.05wt%至0.65wt%的碳、4.0wt%至8.0wt%的錳、0wt%至4.0wt%的鋁、0wt%至4.0wt%的矽且其餘量為鐵及不可避免的雜質。在一實施例中，鋁及矽的含量總和為大於0wt%且小於或等於4.0wt%。在一實施例中，錳、鋁及矽之含量總和為5.0wt%至12wt%，較佳為8.0wt%至12wt%。錳、鋁及矽之含量總和在5.0wt%至12wt%之間可使鋼材兼具較佳的機械性質，以及後續形成之熱浸鍍鋅層的性質良好。

鋼胚中的鋁及矽可抑制碳化物析出，且可用以調控鋼材的疊差能。補充說明的是，疊差能係由於晶格結構的缺陷(例如差排)所產生，而疊差能會影響材料的機械性質。在一實施例中，鋁的含量較佳為1.0wt%至4.0wt%。在另一實施例中，矽的含量較佳為0.1wt%至2.0wt%。鋼胚中矽及鋁的含量若太多，例如大於4.0wt%，則在後續製程中會使鋼材表面產生太多氧化層，進而影響後續形成之熱浸鍍鋅層的性質。

在一實施例中，錳的含量較佳為5.0wt%至7.0wt%，更佳為6.0wt%。鋼胚中錳的含量若太多，例如大於8.0wt%，則所製得之鋼材的性質不佳，且同樣會有太多氧化層生成，而影響熱浸鍍鋅層性質的缺點；然而，若錳含量太少，例如小於4.0wt%，則無法製得具有高強度及高延伸率的鋼材。

在一實施例中，鋼胚可選擇性地包含鎳，其中鎳及錳的含量總和為5.0wt%至8.0wt%，故鎳的含量係取決於錳的含量。鎳可做為沃斯田鐵的穩定元素，且有助於提升鋼材的延伸率。在另一實施例中，鋼胚可選擇性地包含鈦、釩、鈮、磷及/或銅，前述元素的含量係分別為小於或等於0.1wt%，且其總含量係小於或等於0.3wt%。添加鈦、釩、鈮、磷及/或銅係可作為固溶及析出強化的元素。

接著，進行步驟120，對鋼胚進行熱軋步驟及盤捲步驟，以獲得熱軋鋼板。在一實施例中，步驟120的出爐溫度為1050℃至1300℃，完軋溫度為850℃至950℃，而盤捲溫度為小於或等於700℃。熱軋鋼板之顯微組織包含20%以上的沃斯田鐵相，較佳為20%至30%的沃斯田鐵相，且其餘為肥粒鐵相。當鋼材之顯微組織包含20%以上的沃斯田鐵相時，可使鋼材具有較好的延伸性。在一實施例中，沃斯田鐵相及肥粒鐵相之平均粒徑為小於1μm。較小的粒徑有助於鋼材後續進行退火步驟後，對組織形態的控制。

然後，進行步驟130，對熱軋鋼板進行酸洗步驟及冷軋步驟，以獲得冷軋鋼板。酸洗步驟主要是用以去除 熱軋鋼板之表面生成的氧化鐵。在一實施例中，冷軋步驟之裁減率為20%至70%，較佳為50%至70%，其係根據最終鋼板之厚度需求而調整。若冷軋步驟的裁減率太小，例如小於20%，則由於應變量太小，影響退火後鋼板的顯微組織，進而使鋼板的機械性質無法達到要求。

接著，進行步驟140，對冷軋鋼板進行沉積步驟，以獲得具有鎳鍍層的預鍍鋼板。在一實施例中，沉積步驟係利用電鍍法(electroplating)、無電鍍法(electroless plating)或物理氣相沉積法(physical vapor deposition，PVD)。由於鎳鍍層不易氧化，故可做為鋼板的保護層，以避免鋼板中的錳、鋁及矽等元素在後續退火升溫過程中偏析至表面氧化，而產生氧化層，進而影響後續的熱浸鍍鋅步驟。在一實施例中，鎳鍍層之厚度為大於200nm，較佳為500nm至1000nm。若鎳鍍層的厚度太小，例如200nm以下，則做為保護層的效果不顯著。

然後，進行步驟150，對預鍍鋼板進行連續退火步驟，以獲得退火鋼板。在一實施例中，連續退火步驟係在平均溫度為600℃至750℃下，進行20秒至300秒。連續退火步驟包含加熱區段及持溫區段，在一實施例中，加熱區段及持溫區段中的氣氛露點(Dew point)皆為-50℃至-10℃，較佳為-40℃至-30℃。在一實施例中，連續退火步驟的氣氛包含大於5%的氫氣、少量之水氣與90%以上的氮氣，較佳為包含大於10%的氫氣、少量之水氣，且其餘為氮 氣。在一實施例中，退火鋼板表面的氧化層(例如：氧化錳)厚度低於50nm。

接著，可選擇性地對退火鋼板進行降溫步驟，以使退火鋼板之溫度降至400℃至550℃。在一實施例中，降溫步驟的冷卻速率為約30℃至50℃。

然後，進行步驟160，對退火鋼板進行熱浸鍍鋅步驟，以獲得熱浸鍍鋅鋼材。在一實施例中，熱浸鍍鋅步驟係將退火鋼板浸鍍於鋅浴中2秒至10秒。在一實施例中，鋅浴之鋁含量為0.1wt%至0.3wt%。若鋅浴中的鋁含量太高(例如大於0.3wt%)或太低(例如小於0.1wt%)，則在鋼板上形成的熱浸鍍鋅層的附著性皆不佳。

由於具有鎳鍍層的退火鋼板在表面生成的氧化層厚度小，故鋼板可在鋅液中具有良好的潤濕性，進而可形成表面均勻，未鍍點密度低，且附著性優異的熱浸鍍鋅層。在一實施例中，在熱浸鍍鋅鋼材表面上，平均尺寸大於0.5mm的未鍍點之密度係低於1點/100mm²。再者，藉由起始鋼胚中各元素的含量控制，以製得具有高強度及高延伸性的熱浸鍍鋅鋼材。在一實施例中，熱浸鍍鋅鋼材的抗拉強度係大於1000MPa，延伸率係大於20%。在一實施例中，熱浸鍍鋅鋼材的強塑積係大於25GPa%。

以下利用數個實施例以說明本發明之應用，然其並非用以限定本發明，本發明技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。

實施例1及比較例1至2

實施例1及比較例1至2的鋼胚皆包含5.9wt%的錳、2.8wt%的鋁、0.16wt%的碳，且其餘量為鐵及不可避免的雜質。實施例1及比較例1至2的鋼胚經過相同的熱軋步驟、盤捲步驟、酸洗步驟及冷軋步驟後，對實施例1及比較例1的鋼板進行沉積步驟，以在鋼板表面形成鎳鍍層，其中實施例1的鎳鍍層厚度為1000nm，而比較例1的鎳鍍層厚度為200nm，但不對比較例2的鋼板進行沉積步驟，即比較例2的鋼板表面不具有鎳鍍層。接著，對實施例1及比較例1至2鋼板在溫度700℃下進行退火步驟60秒，且退火步驟使用的氣氛露點為-30℃，以獲得實施例1及比較例1至2的退火鋼板。然後，將實施例1及比較例1至2的退火鋼板置於鋁含量為0.2wt%的鋅浴中，進行熱浸鍍鋅步驟。

在進行熱浸鍍鋅步驟之前，對實施例1及比較例1至2的退火鋼板進行X射線光電子能譜(X-ray photoelectron spectroscopy，XPS)的元素縱深分析。請參閱圖2A至圖2C，其係分別繪示實施例1及比較例1至2之退火鋼板之X射線光電子能譜的元素縱深分析結果。於圖2A至2C中，折線符號「■」代表鐵原子(Fe)之原子百分比隨鋼板深度的變化；折線符號「●」代表氧原子(O)之原子百分比隨鋼板深度的變化；折線符號「◆」代表錳原子(Mn)之原子百分比隨鋼板深度的變化；折線符號「▲」代表鋁原子(Al)之原子百分比隨鋼板深度的變化；折線符號「▼」代 表鎳原子(Ni)之原子百分比隨鋼板深度的變化。由圖2A至圖2C可看出，實施例1之退火鋼板表面僅具有極少量的氧元素，且幾乎沒有錳及鋁元素，故可知實施例1之退火鋼板表面不具有連續的氧化層。然而，比較例1之退火鋼板表面具有大量的氧及錳，以及少量的鋁，但在厚度約70nm，僅剩少量的錳，故可推測退火鋼板表面之氧化錳的平均厚度約為70nm，然而，70nm以下仍有氧及鋁，故退火鋼板表面之氧化錳下方仍有鋁的氧化層。類似於比較例1，比較例2之退火鋼板表面之氧化錳的平均厚度約為100nm，氧化錳下方同樣還有鋁的氧化層，且相較於比較例1，比較例2之退火鋼板具有更大厚度的氧化層。

由上述結果可知，具有鎳鍍層的鋼板確實可以減少在鋼板表面形成的氧化層厚度，鎳鍍層的厚度必須大於200nm始可減少鋼板表面氧化層厚度至約50nm以下，而厚度1000nm的鎳鍍層已足夠使鋼板表面幾乎不具有氧化層。

將實施例1及比較例1至2之退火鋼板置於鋁含量為0.2wt%的鋅浴中進行熱浸鍍鋅。根據實施例1及比較例1至2的表面形貌可知，實施例1的熱浸鍍鋅鋼材表面幾乎沒有未鍍點，比較例1的熱浸鍍鋅鋼材表面則有少量尺寸為約0.1mm至約1mm的未鍍點，而比較例2的熱浸鍍鋅鋼材表面更是充滿未鍍點。換言之，具有鎳鍍層的退火鋼板在經過熱浸鍍鋅後，由於表面沒有氧化層，潤濕性大幅改善，故未鍍點減少，熱浸鍍鋅層的附著性較佳。特別是具有足夠厚 度之鎳鍍層的鋼板已幾乎不具有未鍍點，且具有良好的熱浸鍍鋅層。

另外，實施例1的熱浸鍍鋅鋼材之機械性質的測試結果是抗拉強度為1155MPa，延伸率為24%，故其強塑積係高於27GPa%。因此，實施例1的熱浸鍍鋅鋼材不僅具有高強度及高延伸率，且具有表面均勻、未鍍點密度低以及附著性優異的熱浸鍍鋅層。

根據上述實施例，本發明提供之熱浸鍍鋅鋼材的製造方法，其係在熱軋步驟及冷軋步驟之後，且在進行退火步驟之前，對具有特定錳、鋁及矽含量的鋼板表面沉積一層具有特定厚度的鎳鍍層，以使鋼板在進行退火步驟後不會在表面形成太厚的氧化層，故可獲得具有高強度、高延伸率以及性質良好之熱浸鍍鋅層的熱浸鍍鋅鋼材。

雖然本發明已以數個實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，在本發明所屬技術領域中任何具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims (11)

1. 一種熱浸鍍鋅鋼材的製造方法，包含：提供一鋼胚，其中基於該鋼胚為100wt%，該鋼胚包含：0.05wt%至0.65wt%的碳；4.0wt%至8.0wt%的錳；0wt%至4.0wt%的鋁；0wt%至4.0wt%的矽；以及其餘量為鐵及不可避免的雜質，其中該鋼胚之該鋁及該矽之一含量總和為大於0wt%且小於或等於4.0wt%；對該鋼胚進行一熱軋步驟及一盤捲步驟，以獲得一熱軋鋼板，其中該熱軋鋼板之一顯微組織包含20%以上的沃斯田鐵相，且其餘為肥粒鐵相；對該熱軋鋼板進行一酸洗步驟及一冷軋步驟，以獲得一冷軋鋼板；對該冷軋鋼板進行一沉積步驟，以獲得一預鍍鋼板，其中該預鍍鋼板具有一鎳鍍層，且該鎳鍍層之一厚度為大於200nm；對該預鍍鋼板進行一連續退火步驟，以獲得一退火鋼板；以及對該退火鋼板進行一熱浸鍍鋅步驟，以獲得該熱浸鍍鋅鋼材，其中該熱浸鍍鋅步驟係將該退火鋼板浸鍍於一鋅浴中，且該鋅浴之鋁含量為0.1wt%至0.3wt%。
2. 如申請專利範圍第1項所述之熱浸鍍鋅鋼材的製造方法，其中該鋼胚之該錳、該鋁及該矽之一含量總和為5.0wt%至12wt%。
3. 如申請專利範圍第1項所述之熱浸鍍鋅鋼材的製造方法，其中該鋼胚更包含分別小於或等於0.1wt%的鈦、釩、鈮、磷及銅，且鈦、釩、鈮、磷及銅之一總含量小於或等於0.3wt%。
4. 如申請專利範圍第1項所述之熱浸鍍鋅鋼材的製造方法，其中該鋼胚更包含鎳，且該鋼胚之該鎳及該錳之一含量總和為5.0wt%至8.0wt%。
5. 如申請專利範圍第1項所述之熱浸鍍鋅鋼材的製造方法，其中該沃斯田鐵相及該肥粒鐵相之一平均粒徑為小於1μm。
6. 如申請專利範圍第1項所述之熱浸鍍鋅鋼材的製造方法，其中該冷軋步驟之一裁減率為20%至70%。
7. 如申請專利範圍第1項所述之熱浸鍍鋅鋼材的製造方法，其中該連續退火步驟之一氣氛的一露點為-50℃至-10℃。
8. 如申請專利範圍第1項所述之熱浸鍍鋅鋼材的製造方法，其中該連續退火步驟係在一平均溫度為600℃至750℃下，進行20秒至300秒。
9. 如申請專利範圍第1項所述之熱浸鍍鋅鋼材的製造方法，其中該熱浸鍍鋅步驟係進行2至10秒。
10. 如申請專利範圍第1項所述之熱浸鍍鋅鋼材的製造方法，在該熱浸鍍鋅步驟之前，該製造方法更包含：對該退火鋼板進行一降溫步驟，以使該退火鋼板之一溫度為400℃至550℃。
11. 一種熱浸鍍鋅鋼材，其係利用申請專利範圍第1項至第10項任一項所述之方法製得。