TWI682041B - 鍍鋅鋼片及其製造方法 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種鍍鋅鋼片及其製造方法。在此方法中，鋼片係被置於鋅浴中進行熱浸鍍步驟，且此鋅浴含有特定含量的鋁及鎂，以獲得鍍鋅鋼片，其鍍層包含特定的晶相及其特定的面積比，具有高耐蝕性。因此，此鍍鋅鋼片可應用於家電及建材。
Description
本發明是關於一種鍍鋅鋼片及其製造方法，特別是關於一種具高耐蝕性的鍍層之鍍鋅鋼片及其製造方法。
為提升鋼片的耐蝕性，目前利用熱浸鍍處理在鋼片表面批覆一層鋅金屬鍍層。依照熱浸鍍處理過程的不同，所形成的鍍層可分為熱浸鍍鋅(galvanizing，GI)鍍層及熱浸鍍鋅合金化(galvannealed，GA)鍍層。
GI鍍層因表面平滑，導致熱浸鍍處理後的鋼片不易上漆。因此，有習知技術在熱浸鍍處理後，將鋼片進行合金化退火處理，而得到GA鍍層。GA鍍層由Fe-Zn介金屬相組成，鍍層整體平均含鐵量為10wt%至14wt%。雖GA鍍層的表面較粗糙且上漆性提升，然而，GA鍍層硬度過硬，因而不具良好的成形性，且耐蝕性不佳。
為避免上述硬脆的Fe-Zn合金化層而導致的不良成形性，有習知技術將0.12wt%至0.20wt%的鋁加入熱浸鍍處理的鋅浴內，產生具有GI鍍層的鋼片。鋁可減緩鐵/鋅交互擴散，抑制Fe-Zn合金化層的成長，而由厚度較薄的
Fe2(Al,Zn)5層(亦稱阻障層)存在於鍍層中。Fe2(Al,Zn)5層具有較佳之延展性，使具有鍍鋅層的鋼片能進行複雜形狀產品的加工。然而，鋁在鍍鋅層中主要聚集於合金化層，僅少部分的鋁存在鍍鋅層的表面，因此，對於耐蝕性並不會有顯著的影響。因GI鍍層有較高的鋁含量，因此相較於GA鍍層，GI鍍層具有較佳的耐蝕性。然而，GI鍍層耐蝕性仍無法達到家電及建材業之耐蝕要求。
有鑑於此，亟須提供一種鍍鋅鋼片及其製造方法，以解決上述問題。
因此，本發明之一態樣是提供一種鍍鋅鋼片之製造方法，藉由將鋼片置於鋅浴中進行熱浸鍍步驟，且此鋅浴含有特定含量的鋁及鎂，以獲具有高耐蝕性之鍍層的鍍鋅鋼片。
本發明之另一態樣是提供一種鍍鋅鋼片，其由上述方法所製得，所得的鍍鋅鋼片之鍍層包含特定的晶相及其特定的面積比，具有高耐蝕性，可應用於家電及建材。
根據本發明之上述態樣，提供一種鍍鋅鋼片之製造方法。首先，提供鋼片，其中鋼片包含：0.05重量百分比(wt%)至0.5wt%的碳、0.1wt%至3.0wt%的錳、0.01wt%至1.2wt%的鉻、0.1wt%至1.2wt%的矽、0.0005wt%至0.01wt%的硼以及其餘量為鐵及不可避免的雜質。接著，對鋼片進行退火步驟，以獲得退火鋼片。然後，將退
火鋼片浸於鋅浴中進行熱浸鍍步驟，以獲得熱浸鍍鋼片，其中鋅浴包含3.0wt%至8.5wt%的鋁、0.5wt%至4.5wt%的鎂及其餘量為鋅及不可避免的雜質。接下來，對熱浸鍍鋼片進行冷卻步驟，以獲得鍍鋅鋼片，其中鍍鋅鋼片具有鋅鋁鎂鍍層。
依據本發明之一實施例，上述之鋼片為熱軋鋼片或冷軋鋼片。
依據本發明之一實施例，上述之鋼片更包含小於0.22wt%的鈦、小於0.12wt%的鋁、小於0.12wt%的磷及小於0.06wt%的硫。
依據本發明之一實施例，上述之退火步驟係在500℃至900℃之退火溫度進行20秒至300秒。
依據本發明之一實施例，上述之鋅浴包含3.2wt%至7.0wt%的鋁、0.6wt%至3.8wt%的鎂及其餘量為鋅及不可避免的雜質。
依據本發明之一實施例，上述之鋅浴的溫度為400℃至550℃。
根據本發明之另一態樣，提出一種鍍鋅鋼片，其係利用上述之鍍鋅鋼片的製造方法所製得，其中鋅鋁鎂鍍層之表面包含面積比大於50%之Zn-Al-MgZn2層狀共晶組織相、面積比大於1.5%之富鋁相及其餘量為初晶鋅相。
依據本發明之一實施例，上述之鋅鋁鎂鍍層包含3.0wt%至8.5wt%的鋁及0.5wt%至4.5wt%的鎂。
依據本發明之一實施例，上述之鋅鋁鎂鍍層包
含3.6wt%至6.7wt%的鋁及0.8wt%至3.4wt%的鎂。
應用本發明之鍍鋅鋼片，其係將鋼片置於鋅浴中進行熱浸鍍步驟，且此鋅浴含有特定含量的鋁及鎂，以獲具有高耐蝕性之鍍層的鍍鋅鋼片。因此，使用時可減薄鍍層厚度，亦可減少後端塗覆及烤漆等二次防蝕的要求，降低鋼廠及客戶的後端表面處理成本並提高生產率，可應用於家電及建材。
100‧‧‧方法
110‧‧‧提供鋼片
120‧‧‧對鋼片進行退火步驟，以獲得退火鋼片
130‧‧‧對退火鋼片進行熱浸鍍步驟，以獲得熱浸鍍鋼片
140‧‧‧對熱浸鍍鋼片進行冷卻步驟
150‧‧‧獲得鍍鋅鋼片
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鍍鋅鋼片的製造方法之流程圖。
承上所述，本發明提供一種鍍鋅鋼片及其製造方法。其係將鋼片置於鋅浴中進行熱浸鍍步驟，且此鋅浴含有特定比例的鋁及鎂，以獲得鍍鋅鋼片，其鍍層包含特定的晶相及其特定的面積比，具有高耐蝕性，可應用於家電及建材。
請參閱圖1，其係繪示根據本發明一實施例之鍍鋅鋼片的製造方法100之流程圖。首先，如方法100之步驟110所示，提供一鋼片。此處的鋼片可選擇為熱軋鋼片或冷軋鋼片。鋼片係包含0.05重量百分比(wt%)至0.5wt%的
碳、0.1wt%至3.0wt%的錳、0.01wt%至1.2wt%的鉻、0.1wt%至1.2wt%的矽、0.0005wt%至0.01wt%的硼，以及其餘量為鐵及不可避免的雜質。
在上述實施例中，鋼片的碳含量為0.05wt%至0.5wt%。碳可調整鋼片的強度、硬度、耐磨性、韌性及延展性。當碳的含量大於0.5wt%時，則降低鋼片的韌性及延展性，使鋼片不易於加工。當碳的含量小於0.05wt%時，則鋼片的硬度及耐磨性過低，影響鋼片的強度。
在上述實施例中，鋼片的錳含量以0.1wt%至3.0wt%為宜。一般而言，錳能增加鋼片的硬化能，並能降低淬火溫度。且可使鋼片之變態速度減緩。然而，若鋼片中錳的含量大於3.0wt%，則所形成的氧化層較多，影響後續熱浸鍍步驟時的鍍層附著性。反之，若鋼片中錳的含量小於0.1wt%，則無法有效去除氧化硫等雜質，亦無法製得具有高強度及高伸長率的鋼片。
在上述實施例中，鋼片的鉻含為0.01wt%至1.2wt%。鉻可調整鋼片的耐酸性質、耐熱性質、硬度及耐磨性，且可提高鋼片的淬透性，使鋼片在後續的淬火製程及回火製程中可具有較好的力學性能。若鋼片的鉻含量大於1.2wt%時，鋼片硬化能較大、韌性較弱且熱處理後產生硬化現象。若鋼片的鉻含量小於0.01wt%時，則鋼片的延展性不佳。
在上述實施例中，鋼片的矽含量以0.1wt%至1.2wt%為宜。矽有利於提高鋼片的彈性限度，且矽具脫酸
去氧之功能，防止氣孔的產生而提高鋼片的強度。惟當鋼片中的矽含量大於1.2wt%時，會提高鋼片的回火脆性和敏感性，而降低塑性。另外，當鋼片中的矽含量小於0.1wt%時，則鋼片的彈性及導磁性不足。
在上述實施例中，鋼片的硼含量為0.0005wt%至0.01wt%。在鋼片中加入硼，可使鋼片的淬透性提高，進而提升鋼片的綜合機械性能。當硼含量大於0.01wt%時，則因硼的成本較高，導致製造成本過高。當硼含量小於0.0005wt%時，則無法有效提升鋼片的強度。
在一實施例中，鋼片可選擇包含小於0.22wt%的鈦。鈦具有脫酸去氧之功能，可增加鋼片強度。在一實施例中，鋼片可選擇包含小於0.12wt%的鋁。鋁為強力脫氧劑，少量的鋁可促進鋼片石墨化，增加鋼片強度。在一實施例中，鋼片可選擇包含小於0.12wt%的磷。磷可改善鋼的切削性，少量的磷增加鋼的耐蝕性。在一實施例中，鋼片可選擇包含小於0.06wt%的硫。硫可改善鋼的切削性，少量的硫可增加切削時潤滑效果。
接著，如方法100之步驟120所示，對鋼片進行退火步驟，以獲得退火鋼片。退火步驟可提高鋼片的加工性。在一實施例中，退火步驟係將鋼片加熱至500℃至900℃之退火溫度，維持20秒至300秒。
然後，如方法100之步驟130所示，對退火鋼片進行熱浸鍍步驟，以獲得熱浸鍍鋼片。在熱浸鍍步驟中，退火鋼片係被置於含有融熔鋅液的鋅浴中，藉此在退火鋼片表
面鍍上鍍層。其中，鋅浴的成分影響後續形成之鍍層的鍍層性質(如鍍層的耐蝕性)。
在此實施例中，鋅浴包含3.0wt%至8.5wt%的鋁、0.5wt%至4.5wt%的鎂及其餘量為鋅及不可避免的雜質，較佳為鋅浴包含3.2wt%至7.0wt%的鋁、0.6wt%至3.8wt%的鎂，藉此調整後續形成鍍層的晶相及其面積比，以使鍍層的耐蝕性達到最佳。前述的晶相可例如Zn-Al-MgZn2層狀共晶組織相、富鋁相及初晶鋅相。當鋅浴中的鋁濃度或鎂濃度高於前述範圍時，除了造成前述鍍層性質不佳外，亦增加熔融鋅液的溫度，導致不利於製造現場的操作。當鋅浴中的鋁濃度或鎂濃度低於前述範圍時，則無法形成特定晶相及其面積比的Zn-Al-MgZn2層狀共晶組織相、富鋁相及初晶鋅相組織。在一實施例中，鋅浴之溫度為400℃至550℃。
之後，如方法100之步驟140所示，對熱浸鍍鋼片進行冷卻步驟。此處冷卻步驟的冷卻速率並無特別限制，可視應用需求調整。
接下來，如方法100之步驟150所示，獲得鍍鋅鋼片。藉由上述製造方法100所獲得的鍍鋅鋼片具有鋅鋁鎂鍍層。
在一實施例中，前述製造方法所獲得的鍍鋅鋼片，其鍍層之表面包含特定的晶相及其特定的面積比。此處所指特定的晶相可例如Zn-Al-MgZn2層狀共晶組織相、富鋁相、初晶鋅相或上述之任意組合。此處所指特定的面積比
可例如特定成分對應於鍍層表面的面積比。在此實施例中，前述製造方法所獲得的鍍鋅鋼片，其鋅鋁鎂鍍層之表面包含面積比大於50%之Zn-Al-MgZn2層狀共晶組織相、面積比大於1.5%之富鋁相及其餘量為初晶鋅相。Zn-Al-MgZn2層狀共晶組織相及富鋁相可提升鍍層的耐蝕性。
在上述實施例中，如特定的晶相(Zn-Al-MgZn2層狀共晶組織相、富鋁相及初晶鋅相)及其鍍層表面的面積比落在上述範圍之外，則鍍層的耐蝕性不足，無法達到家電業及建材業對於耐蝕性的要求。
在一實施例中，鍍鋅鋼片的鋅鋁鎂鍍層包含3.0wt%至8.5wt%的鋁及0.5wt%至4.5wt%的鎂，較佳的鋅鋁鎂鍍層為包含3.6wt%至6.7wt%的鋁及0.8wt%至3.4wt%的鎂。
在一實施例中，上述所得的鍍鋅鋼片之鍍層具有高耐蝕性，因此使用時可減薄鍍層厚度，亦可減少後端塗覆及烤漆等二次防蝕的要求，降低鋼廠及客戶的後端表面處理成本並提高生產率，可應用於家電及建材。
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至6
首先，提供冷軋鋼片，此冷軋鋼片包含0.05wt%至0.5wt%的碳、0.1wt%至3wt%的錳及0.01wt%至1.2wt%的鉻、0.1wt%至1.2wt%的矽、0.0005wt%至0.01wt%的硼、小於0.22wt%的鈦、小於0.12wt%的鋁、小於0.12wt%的磷、小於0.06wt%的硫及其餘量為鐵與不可避免的雜質。接著，以平均500℃至900℃之退火溫度，對此冷軋鋼片進行20秒至300秒的連續退火步驟，以獲得退火鋼片。然後，對此退火鋼片以400℃至550℃的鋅浴進行熱浸鍍步驟，以獲得熱浸鍍鋼片。如表1所示，此鋅浴包含3.2wt%至7.0wt%的鋁、0.6wt%至3.8wt%的鎂及其餘量為鋅及不可避免的雜質。之後，對此熱浸鍍鋼片進行冷卻步驟，而獲得具有鋅鋁鎂鍍層的鍍鋅鋼片。
上述之鍍鋅鋼片之鍍層厚度為7.8微米(μm)至12.3μm。
比較例1至3
比較例1至3係與實施例1至6相同的製造方法製備鍍鋅鋼片，不同之處在於熱浸鍍步驟的鋅浴中包含鋁、鋅及不可避免的雜質，但不包含鎂(如表1所示)。比較例1至3之鍍鋅鋼片的鍍層厚度為7.6μm至12.1μm。
鍍層的晶相及參數
表1顯示實施例1至6的鍍層中包含3.6wt%至6.7wt%的鋁、0.8wt%至3.4wt%的鎂，而比較例1至3的鍍層中，包含0.12wt%至0.19wt%的鋁，且均不包含鎂。
此外，實施例1至6之鍍鋅鋼片的鋅鋁鎂鍍層之顯微組織包含62.5%至93.7%的Zn-Al-MgZn2層狀共晶組織相、2.8%至15.6%的富鋁相及其餘量為初晶鋅相。而比較例1至3之鍍鋅鋼片的鍍層顯微組織中，並不含Zn-Al-MgZn2層狀共晶組織相及富鋁相組織。
耐蝕能力試驗
利用美國材料測試學會的標準編號B117「鹽霧測試設備操作標準」〔Standard Practice for Operating Salt Spray(Fog)Apparatus〕及經濟部標準檢驗局之中華民國國家標準(Chinese National Standards，CNS)的標準總號CN S8886「鹽水噴霧試驗法」中第6.2.1節之中性鹽水噴霧試驗方法，對鍍鋅鋼片進行耐蝕能力試驗。其係以pH值為6.5至7.2且5%的鹽水溶液以細霧連續噴灑在鍍鋅鋼片上，記錄鍍層表面全面生成白鏽及開始生成紅鏽的時間。另將鍍鋅鋼片切邊裸露出鋼片底材，記錄開始生成紅鏽的時間。以造成鍍鋅鋼片的生鏽時間判斷鍍鋅鋼片的鍍層耐蝕能力，造成鍍鋅鋼片的生鏽時間越長，代表耐蝕能力越佳。在此實施例中，依據前述兩標準對於落霧量所規範共同
的範圍，將落霧量定為1.0mL/80cm2/hr至1.5mL/80cm2/hr。
請再參閱表1，實施例1至6的白鏽生成時間相較於比較例1至3延長25.75倍至40倍，實施例1至6的紅鏽生成時間相較於比較例1至3延長12.06倍至15倍，實施例1至6的切邊紅鏽生成時間相較於比較例1至3延長7倍至7.5倍。
相較於比較例1至3，實施例1至6的具有鋅鋁鎂鍍層之鍍鋅鋼片，其耐蝕能力明顯提升。
由上述實施例可知，本發明之鍍鋅鋼片及其製造方法，鋼片係於含有特定含量的鋁及鎂之鋅浴中進行熱浸鍍步驟，所得鍍鋅鋼片之鍍層包含特定的晶相及其特定的面積比，具有高耐蝕性。因此，使用時可減薄鍍層厚度，亦可減少後端塗覆及烤漆等二次防蝕的要求，降低鋼廠及客戶的後端表面處理成本並提高生產率，可應用於家電及建材。
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。
100‧‧‧方法
110‧‧‧提供鋼片
120‧‧‧對鋼片進行退火步驟，以獲得退火鋼片
130‧‧‧對退火鋼片進行熱浸鍍步驟，以獲得熱浸鍍鋼片
140‧‧‧對熱浸鍍鋼片進行冷卻步驟
150‧‧‧獲得鍍鋅鋼片
Claims (7)
- 一種鍍鋅鋼片之製造方法，包含：提供一鋼片，其中該鋼片包含；0.05重量百分比(wt%)至0.5wt%的碳；0.1wt%至3.0wt%的錳；0.01wt%至1.2wt%的鉻；0.1wt%至1.2wt%的矽；0.0005wt%至0.01wt%的硼；以及其餘量為鐵及不可避免的雜質；對該鋼片進行一退火步驟，以獲得一退火鋼片，其中該退火步驟係在500℃至900℃之一退火溫度進行20秒至300秒；將該退火鋼片浸於鋅浴中進行一熱浸鍍步驟，以獲得一熱浸鍍鋼片，其中該鋅浴包含3.0wt%至8.5wt%的鋁、0.5wt%至4.5wt%的鎂及其餘量為鋅及不可避免的雜質，該鋅浴之一溫度為400℃至550℃；以及對該熱浸鍍鋼片進行一冷卻步驟，以獲得該鍍鋅鋼片，其中該鍍鋅鋼片具有鋅鋁鎂鍍層。
- 如申請專利範圍第1項所述之鍍鋅鋼片之製造方法，其中該鋼片為一熱軋鋼片或一冷軋鋼片。
- 如申請專利範圍第1項所述之鍍鋅鋼片之製造方法，其中該鋼片更包含小於0.22wt%的鈦、小於0.12wt%的鋁、小於0.12wt%的磷及小於0.06wt%的硫。
- 如申請專利範圍第1項所述之鍍鋅鋼片之製造方法，其中該鋅浴包含3.2wt%至7.0wt%的鋁、0.6wt% 至3.8wt%的鎂及其餘量為鋅及不可避免的雜質。
- 一種鍍鋅鋼片，其係利用申請專利範圍第1項至第4項任一項所述之鍍鋅鋼片之製造方法所製得，其中該鋅鋁鎂鍍層之一表面包含面積比大於50%之Zn-Al-MgZn2層狀共晶組織相、面積比大於1.5%之富鋁相及其餘量為初晶鋅相。
- 如申請專利範圍第5項所述之鍍鋅鋼片，其中該鋅鋁鎂鍍層包含3.0wt%至8.5wt%的鋁及0.5wt%至4.5wt%的鎂。
- 如申請專利範圍第5項所述之鍍鋅鋼片，其中該鋅鋁鎂鍍層包含3.6wt%至6.7wt%的鋁及0.8wt%至3.4wt%的鎂。
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