TWI691615B

TWI691615B - 鍍鋅鋼片及其製造方法

Info

Publication number: TWI691615B
Application number: TW108112553A
Authority: TW
Inventors: 鄭維仁; 楊國政; 蔣龍仁; 涂睿帆
Original assignee: 中國鋼鐵股份有限公司
Priority date: 2019-04-10
Filing date: 2019-04-10
Publication date: 2020-04-21
Also published as: TW202037736A

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規格，具有高硬度與高耐蝕能力。因此，此鍍鋅鋼片可應用於家電、建材及汽車。

Description

鍍鋅鋼片及其製造方法

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硬度與高耐蝕能力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。此外，由於GI鍍層硬度過軟，導致在衝壓加工過程中，鍍層易大面積脫離鋼片底材而形成脫鋅。脫鋅缺陷會增加衝壓模具的清理頻率，而降低生產效率，且會損壞模具而造成衝壓工件表面刮傷缺陷。另外，過軟的鍍層將導致鍍鋅鋼片在衝壓過程中，與衝壓模具產生較高的摩擦力，使得鍍鋅鋼片表面容易生成拉毛缺陷。

為改善GI鍍層不易上漆的缺點，一般會在熱浸鍍處理後，將鋼片進行合金化退火處理，而得到GA鍍層。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，導致在衝壓加工過程中，鍍層易局部均勻的粉碎剝落，亦會形成脫鋅。

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，以獲具有高硬度與高耐蝕能力之鍍層的鍍鋅鋼片。

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規格，具有高硬度與高耐蝕能力，可應用於家電、建材及汽車。

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1.0wt%至4.0wt%的鋁、0.5wt%至4.0wt%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，上述之鋅浴的溫度為400℃至550℃。

依據本發明之一實施例，上述之冷卻步驟的冷卻速率為2℃/s至50℃/s。

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之製造方法所製得，其中鋅鋁鎂鍍層之表面包含面積比大於60%之Zn-Al-MgZn₂層狀共晶組織相、面積比大於0.2%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Zn-Al-MgZn₂層狀共晶組織相的層間間距為小於1000nm。

依據本發明之一實施例，上述之初晶鋅相的晶粒尺寸為小於3500nm。

依據本發明之一實施例，上述之鋅鋁鎂鍍層包含1.0wt%至4.5wt%的鋁及0.5wt%至4.5wt%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，以獲得鍍鋅鋼片，其鍍層包含特定的晶相及其特定的規格，具有高硬度與高耐蝕能力，可應用於家電、建材及汽車。

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規格，具有高硬度與高耐蝕能力，可應用於家電、建材及汽車。

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，導致後續熱浸鍍步驟時，影響鍍層的附著性。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上鍍上鍍層。其中，鋅浴的成分影響後續形成之鍍層的鍍層性質(如鍍層的硬度及耐蝕能力)。

在此實施例中，鋅浴包含1.0wt%至4.0wt%的鋁、0.5wt%至4.0wt%的鎂及其餘量為鋅及不可避免的雜質，藉此調整後續形成之鍍層的規格，以使鍍層的硬度及耐蝕能力達到最佳。前述的鍍層組織可例如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，則無法形成特定規格的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。一般而言，冷卻步驟的冷卻速率影響鍍層的硬度，當冷卻速率越快，所形成的鍍層組織晶相便越細，因此鍍層的硬度越高。在一實施例中，冷卻步驟之冷卻速率為2℃/s至50℃/s。

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規格。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。此處所指特定的規格可例如特定成分對應於鍍層表面的面積比、層間間距、晶粒尺寸。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60%之Zn-Al-MgZn₂層狀共晶組織相、面積比大於0.2%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硬度及耐蝕能力。在一實施例中，Zn-Al-MgZn₂層狀共晶組織相之層間間距為小於1000nm，較佳為350nm至1000nm。在一實施例中，初晶鋅相之晶粒尺寸為小於3500nm。

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)及其特定的規格(鍍層表面的面積比、層間間距及晶粒尺寸)落在上述範圍之外，則鍍層的硬度將過硬或過軟，導致後續衝壓加工過程容易產生脫鋅缺陷，且鍍層的耐蝕能力將不足。

在一實施例中，鍍鋅鋼片的鋅鋁鎂鍍層包含1.0wt%至4.5wt%的鋁及0.5wt%至4.5wt%的鎂。

在一實施例中，上述所得的鍍鋅鋼片之鍍層具有高硬度與高耐蝕能力，可應用於家電、建材及汽車。

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%的硫及其餘量為鐵及不可避免的雜質。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1.0wt%至4.0wt%的鋁、0.5wt%至4.0wt%的鎂及其餘量為鋅及不可避免的雜質。之後，對此熱浸鍍鋼片以2℃/s至50℃/s之冷卻速率進行冷卻步驟，形成熱浸鍍鋅(GI)鍍層，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13.2μm。

比較例1至2

比較例1至2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2之鍍鋅鋼片的鍍層厚度為7.8μm至12.6μm。

比較例3

比較例3係與比較例1至2相同的製造方法製備鍍鋅鋼片，不同之處在於在熱浸鍍步驟後且在冷卻步驟前，進行合金化退火處理步驟，以形成熱浸鍍鋅合金化(GA)鍍層。透過合金化退火處理步驟可使熱浸鍍鋼片的鐵原子擴散至鍍層形成鋅鐵相。比較例3之鍍鋅鋼片的鍍層厚度與比較例1至2相同。

鍍層的晶相及參數

表1顯示實施例1至6的鍍層中包含1.7wt%至3.4wt%的鋁、0.7wt%至3.1wt%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68.7%至82.7%的Zn-Al-MgZn₂層狀共晶組織相、0.2%至0.6%的富鋁相及其餘量為初晶鋅相。且Zn-Al-MgZn₂層狀共晶組織相的層間間距為580nm至700nm，而初晶鋅相的晶粒尺寸為1680nm至2200nm。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。

硬度量測

利用美國材料測試學會(American Society for Testing and Materials，ASTM)的標準編號E384「材料顯微壓痕硬度之標準試驗方法」(Standard Test Method for Microindentation Hardness of Materials)中的維氏硬度(Vicker hardness)微小硬度測試方法，對鍍鋅鋼片的表面進行硬度量測。其係將對面角為136°之正四稜錐形的壓痕器壓入熱浸鍍鋼片表面，保持荷重一定時間後，卸除荷重，測量材料表面的方形壓痕之對角線長度。在本實施例中，其中量測荷重為15克至25克，壓痕時間為10秒，取隨機的5點量測值之平均，換算熱浸鍍鋼片鍍層的維氏硬度數(Vickers Hardness Number，HV)。

結果顯示，實施例1為HV 95；實施例2為HV 104；實施例3為HV 117；實施例4為HV 122；實施例5為HV 135；實施例6為HV 138；比較例1為HV 58；比較例2為HV 55；比較例3為HV 242。

由上述之結果可知，實施例1至6的鍍鋅鋼片之鍍層硬度適中，在衝壓加工過程中可避免脫鋅缺陷及拉毛問題。比較例1至2的鍍鋅鋼片之鍍層硬度過軟，導致在衝壓加工過程中，形成脫鋅缺陷及拉毛問題。而比較例3的鍍鋅鋼片之鍍層硬度過硬，亦會在衝壓加工過程中，產生脫鋅缺陷。

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24.5倍至36.7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13.3倍至11.3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6.4倍至6.8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規格，具有高硬度與高耐蝕能力，可應用於家電、建材及汽車。

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。