TWI780824B - 熱鍍鋅鋼板的製造方法、鋼板及車用構件 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種熱鍍鋅鋼板的製造方法，包括對高Si、Mn含量的鋼板進行熱處理步驟、熱浸鍍步驟和合金化處理步驟，熱處理步驟包括第一加熱階段和均熱階段，第一加熱階段的第一加熱氣氛含有0.01-0.5%體積分率的O2 ，餘量為N2 和不可避免的雜質，均熱階段的均熱氣氛含有0.5%以上體積分率的H2 ，餘量為N2 和不可避免的雜質，控制第一加熱氣氛和均熱氣氛的露點 (Dew Point)≥-20℃。本發明還提供一種熱鍍鋅鋼板和車用構件。本發明通過對熱處理氣氛進行控制，抑制了Si、Mn合金元素在鋼板表面及氧化鐵與基體鋼板的介面、還原鐵與基體鋼板的介面富集，使得熱鍍鋅鋼板選用高Si、Mn含量的鋼板作為母材時，經歷合金化處理步驟後，可以兼得足夠的鍍層Fe含量和高斷裂伸長率。

Description

熱鍍鋅鋼板的製造方法、鋼板及車用構件
近年來，熱鍍鋅鋼板在汽車、家電、建材等領域的需求大大增加，其製造方法為依次對鋼板進行還原退火、熱浸鍍、合金化處理。在還原退火階段，還原鋼板的個別氧化點，且使鋼板在高溫時形成沃斯田鐵 (austenite)結構並在退火結束後保留部分沃斯田鐵（即殘餘沃斯田鐵）以提高鋼板的斷裂伸長率，在熱浸鍍階段鋼板上形成純鋅鍍層，在合金化處理階段，鍍層的Zn和鋼板的Fe相互擴散，使鍍層獲得足夠的Fe含量，形成鋅鐵合金鍍層。熱鍍鋅鋼板經過合金化處理後，以不易脫落的鍍層獲得可靠優異的防銹性，從而獲得廣泛且大量的應用。
目前，為提高熱鍍鋅鋼板的抗拉強度（tensile strength），提出使用高Si、Mn含量的鋼板作為熱鍍鋅鋼板的母材，但Si、Mn合金元素在還原退火加工過程中會以連續氧化物的形式在鋼板表面富集，阻礙鋅鐵擴散，從而影響合金化速度。如合金化溫度、時間不變，則使得合金化後的鋼板鍍層Fe含量不足。如為保證鍍層Fe含量提高合金化溫度或者延長合金化時間，則會破壞殘餘沃斯田鐵的穩定性，使得熱鍍鋅鋼板組織中的殘餘沃斯田鐵相比例降低，熱鍍鋅鋼板的斷裂伸長率降低。
專利文獻CN101809182B提供了一種製備熱浸鋅鍍層退火的鋼片材的方法，該方法包括如下步驟：-氧化鋼片材以便在鋼片材的表面上形成鐵氧化物層，以及形成選自下組中至少一種氧化物的內部氧化物：Si氧化物、Mn氧化物、Al氧化物、包含Si和Mn的複合氧化物、包含Si和Al的複合氧化物、包含Al和Mn的複合氧化物以及包含Si、Mn和Al的複合氧化物；還原該氧化的鋼片材，以便還原鐵氧化物層；-對該還原的鋼片材進行熱浸鍍鋅以形成鋅基塗覆的鋼片材；和使該鋅基塗覆的鋼片材經受合金化處理從而形成鋅鍍層退火的鋼片材。其鋼片材的鍍層Fe含量不足或鋼片材的斷裂伸長率過低。
綜上所述，現有技術中存在熱鍍鋅鋼板選用高Si、Mn含量的鋼板作為母材時，經過合金化處理後，難以兼得足夠的鍍層Fe含量和高斷裂伸長率的問題。
發明人發現，現有的方法形成的鐵氧化物層對抑制Si、Mn合金元素在鋼板表面富集有一定作用，但這種方法帶來了一個新的問題，鐵氧化物層和還原鐵層分別與基體鋼板形成介面，Si、Mn合金元素形成的內部氧化物會在鐵氧化物層與基體鋼板的介面處以及還原鐵層與基體鋼板的介面處富集，而在合金化過程中，鋅鐵擴散的範圍既包括鋼板表面又包括還原鐵層與基體鋼板的介面，從而影響了合金化速度，使得鋼片材的鍍層Fe含量不足或鋼片材的斷裂伸長率過低。
鑒於上述問題，本發明的目的在於提供一種熱鍍鋅鋼板的製造方法，不僅可以抑制Si、Mn合金元素在鋼板表面的富集，還可以抑制Si、Mn合金元素在氧化鐵與基體鋼板的介面處以及還原鐵與基體鋼板的介面處富集，使得熱鍍鋅鋼板選用高Si、Mn含量的鋼板作為母材時，在經歷合金化處理步驟後，可以兼得足夠的鍍層Fe含量和高斷裂伸長率。
發明人為了解決上述問題，反復進行研究，在該過程中發現，露點的高低可以影響Si、Mn合金元素在氧化鐵與基體鋼板的介面處以及還原鐵與基體鋼板的介面處的富集程度，提高露點可以抑制該富集。因此，發明人提出，在對鋼板先通氧氣氧化再通氫氣還原的過程中，同時控制露點≥-20℃，不僅可以有效抑制鋼板表面的富集還可有效抑制氧化鐵與基體鋼板的介面處以及還原鐵與基體鋼板的介面處的富集，從而完成了本發明。
本發明提供了一種熱鍍鋅鋼板的製造方法，包括對以質量計含有0.5%以上的Si和0.5%以上的Mn的母材鋼板進行熱處理步驟、熱浸鍍步驟和合金化處理步驟，熱處理步驟包括第一加熱階段和均熱階段，其中，第一加熱階段的第一加熱氣氛含有0.01-0.5%體積分率的O2 ，餘量為N2 和不可避免的雜質，均熱階段的均熱氣氛含有0.5%以上體積分率的H2 ，餘量為N2 和不可避免的雜質，以及控制第一加熱氣氛和均熱氣氛的露點≥-20℃。
可選地，熱處理步驟還包括第二加熱階段，第二加熱階段的第二加熱氣氛含有0.5%以上體積分率的H2 ，餘量為N2 和不可避免的雜質，以及控制第二加熱氣氛的露點≥-20℃。
可選地，母材鋼板以質量計含有0.1-0.3%的C、0.5-3.0%的Si、0.5-4.0%的Mn，餘量為Fe和不可避免的雜質。在一些實施方案中，母材鋼板以質量計含有0.1-0.3%的C、0.5-1.8%的Si、2.0-4.0%的Mn，餘量為Fe和不可避免的雜質。
可選地，熱浸鍍步驟中，入鋅鍋時鋼板溫度為450-520℃，鍍液溫度為450-500℃，鍍液中以質量計含有0.10-0.15%的Al，餘量為Zn及不可避免的雜質，完成熱浸鍍步驟的鋼板每單面鍍鋅附著量為30-90g/m2 。在一些實施方案中，熱浸鍍步驟中，入鋅鍋時鋼板溫度為450-500℃。
可選地，控制合金化處理步驟的鋼板溫度≤500℃，合金化處理時間≤25秒。
可選地，控制合金化處理步驟的鋼板溫度≥460℃，合金化處理時間≥5秒。
在一些實施方案中，合金化處理步驟的鋼板溫度為460-500℃，合金化處理時間為5-25秒。
可選地，控制第一加熱階段的出口溫度為570-750℃。
可選地，控制均熱階段的鋼板溫度為750-930℃，均熱時間為30-300秒。
可選地，第一加熱氣氛的O2 體積分率為0.03-0.3%。
可選地，第二加熱氣氛、均熱氣氛的H2 體積分率≤10%。
可選地，控制第一加熱氣氛、第二加熱氣氛、均熱氣氛的露點≤30℃。
可選地，控制第一加熱氣氛、第二加熱氣氛、均熱氣氛的露點≥-10℃。
可選地，控制第一加熱氣氛、第二加熱氣氛、均熱氣氛的露點≥0℃。
本發明的第二個目的在於提供一種熱鍍鋅鋼板，使得以高Si、Mn含量的鋼板作為母材的熱鍍鋅鋼板在經歷合金化處理步驟後，可以兼得足夠的鍍層Fe含量和高斷裂伸長率。
為了實現上述目的，本發明還提供了一種由上述製造方法製備的熱鍍鋅鋼板。
可選地，鋼板由外向內包括鋅鐵合金鍍層、內氧化層，鋅鐵合金鍍層以質量計含有7-13%的Fe，組織中殘餘沃斯田鐵相比例≥5%，鋼板的抗拉強度≥980MPa，斷裂伸長率≥20%。
本發明的第三個目的在於提供一種車用構件，滿足車用構件的性能需求。
為了實現上述目的，本發明還提供了一種車用構件，由上述熱鍍鋅鋼板製成。
本發明提供的一種熱鍍鋅鋼板的製造方法，通過對熱處理氣氛進行控制，既抑制了Si、Mn合金元素在鋼板表面的富集，又抑制了Si、Mn合金元素在氧化鐵與基體鋼板的介面處以及還原鐵與基體鋼板的介面處富集，使得熱鍍鋅鋼板選用高Si、Mn含量的鋼板作為母材時，在合金化處理步驟可以選擇合適的鋼板溫度、時間，從而利於獲得足夠的鍍層Fe含量和高斷裂伸長率。
以下由特定的具體實施例說明本發明的實施方式，發明所屬技術領域中具有通常知識者可由本說明書所揭示的內容輕易地瞭解本發明的其他優點及功效。雖然本發明的描述將結合較佳實施例一起介紹，但這並不代表此發明的特徵僅限於該實施方式。恰恰相反，結合實施方式作發明介紹的目的是為了覆蓋基於本發明的請求項而有可能延伸出的其它選擇或改造。為了提供對本發明的深度瞭解，以下描述中將包含許多具體的細節。本發明也可以不使用這些細節實施。此外，為了避免混亂或模糊本發明的重點，有些具體細節將在描述中被省略。
本發明提供了一種熱鍍鋅鋼板的製造方法，包括對以質量計含有0.5%以上的Si和0.5%以上的Mn的母材鋼板進行熱處理步驟、熱浸鍍步驟和合金化處理步驟。熱處理是指材料在固態下，通過加熱、保溫和冷卻的手段，以獲得預期組織和性能的一種金屬熱加工製程。熱浸鍍是把被鍍件浸入到熔融的金屬液體中使其表面形成金屬鍍層的一種製程方法，在本技術方案中特指，鋼板浸入到鋅液中使其表面形成純鋅鍍層。本技術方案的合金化處理是指，將鋼板在某一溫度下保溫，該溫度即合金化處理步驟的鋼板溫度，保溫時間即合金化處理步驟的時間，通過鋼板中的鐵元素和純鋅鍍層中的鋅元素相互擴散，使純鋅鍍層成為鋅鐵合金鍍層。熱處理步驟包括第一加熱階段和均熱階段，第一加熱階段為將鋼板從環境溫度加熱到某一溫度的階段，該溫度即第一加熱階段的出口溫度，稱第一加熱階段的加熱氣氛為第一加熱氣氛，均熱階段為將鋼板在某一溫度下保溫的階段，該溫度即均熱階段的鋼板溫度，保溫時間即均熱階段的時間。其中，第一加熱階段的第一加熱氣氛含有0.01-0.5%體積分率的O2 ，餘量為N2 和不可避免的雜質，均熱階段的均熱氣氛含有0.5%以上體積分率的H2 ，餘量為N2 和不可避免的雜質，以及控制第一加熱氣氛和均熱氣氛的露點≥-20℃。
露點為，在氣氛中水汽含量不變，保持氣壓一定的情況下，使空氣冷卻達到飽和時的溫度，即水蒸氣與水達到平衡狀態的溫度。
經過第一加熱階段後，由於第一加熱氣氛的O2 會氧化母材鋼板在其表面形成一層氧化鐵，使得Si、Mn合金元素形成的內氧化層基本上只出現在氧化鐵下方，從而抑制了Si、Mn合金元素在第一加熱階段及均熱階段的鋼板表面富集。同時，高露點使得Si、Mn合金元素形成的內氧化層基本上只出現在氧化鐵下方的基體鋼板中，而不是氧化鐵與基體鋼板的介面上，從而抑制Si、Mn合金元素在第一加熱階段於氧化鐵與基體鋼板的介面處富集，且高露點對抑制鋼板表面富集也有一定促進作用。
經過均熱階段後，氧化鐵被均熱氣氛的H2 還原為還原鐵。在均熱階段的過程中，Si、Mn合金元素形成的內氧化層基本上只出現在還未被還原的氧化鐵和由氧化鐵被還原得來的還原鐵的下方，從而抑制了Si、Mn合金元素在均熱階段的鋼板表面富集，維持了第一加熱階段中抑制鋼板表面富集的效果，並為後續熱浸鍍做準備。同時，高露點使得基體鋼板中的內氧化層厚度向基體鋼板內部的方向增加，而不是向介面（此處介面包括氧化鐵與基體鋼板的介面和還原鐵與基體鋼板的介面）方向增加，即抑制了於該介面處的富集，維持了第一加熱階段中抑制氧化鐵與基體鋼板的介面富集的效果，且高露點對抑制鋼板表面富集也有一定促進作用。
當O2 的體積分率＜0.01%時，母材鋼板的氧化程度太低，起不到充分的抑制鋼板表面富集的作用；當O2 的體積分率＞0.5%時，母材鋼板的氧化程度太高，不利於後續還原以及鍍層附著性。因此限定第一加熱氣氛的O2 體積分率為0.01-0.5%。
當H2 的體積分率＜0.5%時，還原效果不足，不利於後續熱浸鍍。因此限定均熱氣氛的H2 體積分率≥0.5%，當H2 體積分率≥2%時，還原效果更佳，因此均熱氣氛的H2 體積分率最佳為≥2%。
氣氛露點＜-20℃時，其在第一加熱階段及均熱階段幾乎起不到抑制氧化鐵與基體鋼板及還原鐵與基體鋼板介面處富集的作用，因此限定第一加熱氣氛及均熱氣氛的露點≥-20℃。
可選地，如圖1所示，熱處理步驟還包括第二加熱階段，第二加熱階段為將鋼板從第一加熱階段的出口溫度加熱到均熱階段的鋼板溫度的階段，稱第二加熱階段的加熱氣氛為第二加熱氣氛，第二加熱階段的第二加熱氣氛含有0.5%以上體積分率的H2 ，餘量為N2 和不可避免的雜質，以及控制第二加熱氣氛的露點≥-20℃。
熱鍍鋅鋼板的製造方法還包括第一冷卻階段和第二冷卻階段，第一冷卻階段為將鋼板從均熱階段的鋼板溫度冷卻到入鋅鍋時的鋼板溫度，第二冷卻階段為將鋼板從合金化處理步驟的鋼板溫度冷卻到環境溫度。
如圖2所示，經過第一加熱階段後，鋼板剖面由圖2（a）所示變為圖2（b）所示，由於第一加熱氣氛的O2 會氧化母材鋼板1在其表面形成一層氧化鐵3，使得Si、Mn合金元素形成的內氧化層2基本上只出現在氧化鐵3下方，從而抑制了Si、Mn合金元素在第一加熱階段、第二加熱階段及均熱階段的鋼板表面富集。同時，高露點使得Si、Mn合金元素形成的內氧化層2基本上只出現在氧化鐵3下方的基體鋼板1’中，而不是氧化鐵3與基體鋼板1’的介面上，從而抑制了Si、Mn合金元素在第一加熱階段的於氧化鐵3與基體鋼板1’的介面處的富集，且高露點對抑制鋼板表面富集也有一定促進作用。
經過第二加熱階段及均熱階段後，鋼板剖面由圖2（b）所示變為圖2（c）所示，氧化鐵3被第二加熱氣氛及均熱氣氛的H2 還原為還原鐵4。在第二加熱階段及均熱階段的過程中，Si、Mn合金元素形成的內氧化層2基本上只出現在還未被還原的氧化鐵3和由氧化鐵3被還原得來的還原鐵4的下方，從而抑制了Si、Mn合金元素在第二加熱階段及均熱階段的鋼板表面富集，維持了第一加熱階段中抑制鋼板表面富集的效果，並為後續熱浸鍍做準備。同時，高露點使得基體鋼板1’中的內氧化層2厚度向基體鋼板1’內部的方向增加，而不是向介面（此處介面包括氧化鐵3與基體鋼板1’的介面和還原鐵4與基體鋼板1’的介面）方向增加，即抑制了於該介面處的富集，維持了第一加熱階段中抑制氧化鐵3與基體鋼板1’的介面富集的效果，且高露點對抑制鋼板表面富集也有一定促進作用。
當O2 的體積分率＜0.01%時，母材鋼板1的氧化程度太低，起不到充分的抑制鋼板表面富集的作用；當O2 的體積分率＞0.5%時，母材鋼板1的氧化程度太高，不利於後續還原以及鍍層附著性。因此限定第一加熱氣氛的O2 體積分率為0.01-0.5%。
當H2 的體積分率＜0.5%時，還原效果不足，不利於後續熱浸鍍。因此限定第二加熱氣氛及均熱氣氛的H2 體積分率≥0.5%，當H2 體積分率≥2%時，還原效果更佳，因此第二加熱氣氛及均熱氣氛的H2 體積分率最佳為≥2%。
氣氛露點＜-20℃時，其在第一加熱階段、第二加熱階段及均熱階段幾乎起不到抑制氧化鐵3與基體鋼板1’及還原鐵4與基體鋼板1’介面處富集的作用，因此限定第一加熱氣氛、第二加熱氣氛及均熱氣氛的露點≥-20℃。
可選地，母材鋼板1以質量計含有0.1-0.3%的C、0.5-3.0%的Si、0.5-4.0%的Mn，餘量為Fe和不可避免的雜質。
當母材鋼板1的C質量分率＜0.1%時，鋼板的抗拉強度不足，當母材鋼板1的C質量分率＞0.3%時，鋼板的焊接性能惡化，因此限定C的質量分率為0.1-0.3%。當母材鋼板1的Si質量分率＜0.5%時，鋼板的抗拉強度及斷裂伸長率不足，當母材鋼板1的Si質量分率＞3.0%時，鋼板的高溫塑性不足，增加加工時的缺陷發生率，因此限定Si的質量分率為0.5-3.0%。在一些實施方案中，母材鋼板中Si的質量分率為0.5-1.8％。當母材鋼板1的Mn質量分率＜0.5%時，鋼板的抗拉強度及斷裂伸長率不足，當母材鋼板1的Mn質量分率＞4.0%時，鋼板的硬化能過高，不利於組織的精細控制，因此限定Mn的質量分率為0.5-4.0%。在一些實施方案中，母材鋼板中Mn的質量分率為2.0-4.0％。
可選地，熱浸鍍步驟中，入鋅鍋時鋼板溫度為450-520℃，鍍液溫度為450-500℃，鍍液中以質量計含有0.10-0.15%的Al，餘量為Zn及不可避免的雜質，完成熱浸鍍步驟的鋼板每單面鍍鋅附著量為30-90g/m2 。
經過熱浸鍍後，鋼板剖面由圖2（c）所示變為圖2（d）所示，鋼板上形成純鋅鍍層5。因入鋅鍋時的鋼板溫度和鍍液溫度影響鋼板和鍍液之間的反應，入鋅鍋時的鋼板溫度和鍍液溫度過低時，反應速度慢，降低效率，入鋅鍋時的鋼板溫度和鍍液溫度過高時，反應速度太快，會形成“爆發組織”，不利於後續合金化過程中的鍍層Fe含量控制。故限定熱浸鍍的入鋅鍋時鋼板溫度為450-520℃，鍍液溫度為450-500℃，當入鋅鍋時的鋼板溫度為470-500℃，鍍液溫度為460-480℃時，反應速度適中，因此最佳為入鋅鍋時鋼板溫度為470-500℃，鍍液溫度為460-480℃。鍍液中以質量計含有0.10-0.15%Al，最佳為0.10-0.12%Al。因完成熱浸鍍步驟的鋼板每單面鍍鋅附著量＜30g/m2 時，耐蝕性較差，每單面鍍鋅附著量為＞90g/m2 時，鋅鐵合金鍍層6的成形性較差，易粉化脫落，且影響合金化進程，不利於鋼板兼得足夠的鍍層Fe含量和高斷裂伸長率，故限定完成熱浸鍍步驟的鋼板每單面鍍鋅附著量為30-90g/m2 。
可選地，控制合金化處理步驟的鋼板溫度≤500℃，時間≤25秒。
經過合金化處理後，鋼板剖面由圖2（d）所示變為圖2（e）所示，合金化處理過程中，純鋅鍍層5的Zn和基體鋼板1’的Fe相互擴散，鋼板上形成鋅鐵合金鍍層6。因合金化處理步驟的鋼板溫度、時間都會影響殘餘沃斯田鐵的穩定性和鍍層Fe含量，鋼板溫度＞500℃或者時間＞25秒時，鋼板中殘餘沃斯田鐵的穩定性下降，殘餘沃斯田鐵相比例減少，從而降低鋼板的斷裂伸長率，而且也會導致鋅鐵擴散程度過高，惡化鋅鐵合金鍍層6的抗粉化性能，故限定合金化處理步驟的鋼板溫度≤500℃，時間≤25秒，因鋼板溫度≤480℃，時間≤20秒時，鋼板中的殘餘沃斯田鐵相比例更高，鋼板的斷裂伸長率更高，因此合金化處理步驟的鋼板溫度最佳為≤480℃，時間最佳為≤20秒。
可選地，控制合金化處理步驟的鋼板溫度≥460℃，時間≥5秒。
合金化處理步驟的鋼板溫度、時間都會影響鍍層Fe含量，溫度＜460℃或者時間＜5秒時，會導致鋅鐵擴散不充分，鍍層Fe含量不足，故限定合金化處理步驟的鋼板溫度≥460℃，時間≥5秒。
可選地，控制第一加熱階段的出口溫度為570-750℃。
出口溫度影響母材鋼板1的氧化程度，當該溫度＜570℃時，母材鋼板1的氧化程度太低，起不到充分的抑制鋼板表面富集的作用，當該溫度＞750℃時，母材鋼板1的氧化程度太高，不利於後續還原以及鍍層附著性，故限定第一加熱階段的出口溫度為570-750℃，當出口溫度為600-720℃時，氧化程度適中，因此第一加熱階段的出口溫度最佳為600-720℃。
可選地，控制均熱階段的鋼板溫度為750-930℃，時間為30-300秒。
均熱階段的鋼板溫度影響沃斯田鐵的形成，當鋼板溫度＜750℃時，鋼板的沃斯田鐵化不充分，當鋼板溫度＞930℃時，鋼板會形成粗大沃斯田鐵晶粒，對鋼板性能不利，故限定均熱階段的鋼板溫度為750-930℃。因，均熱階段的時間＜30秒時，鋼板的沃斯田鐵化不充分，均熱階段的時間＞300秒時，影響生產效率，故限定均熱階段的時間為30-300秒。
可選地，第一加熱氣氛的O2 體積分率為0.03-0.3%。
當第一加熱氣氛的O2 體積分率為0.03-0.3%時，母材鋼板1的氧化程度更加適中，因此第一加熱氣氛的O2 體積分率最佳為0.03-0.3%。
可選地，第二加熱氣氛、均熱氣氛的H2 體積分率≤10%。
第二加熱氣氛、均熱氣氛的H2 體積分率＞10%後，對氧化鐵3的還原作用不再增加，從經濟角度考慮，故限定第二加熱氣氛、均熱氣氛的H2 體積分率≤10%。
在一些實施方案中，限定第二加熱氣氛及均熱氣氛的H2 體積分率為0.5-10%，最佳為2-10％。
可選地，控制第一加熱氣氛、第二加熱氣氛、均熱氣氛的露點≤30℃。
露點＞30℃後，對氧化鐵3與基體鋼板1’介面處、還原鐵4與基體鋼板1’介面處富集的抑制作用不再增加，故限定第一加熱氣氛、第二加熱氣氛、均熱氣氛的露點≤30℃。
可選地，控制第一加熱氣氛、第二加熱氣氛、均熱氣氛的露點≥-10℃。
當氣氛露點≥-10℃時，抑制氧化鐵3與基體鋼板1’及還原鐵4與基體鋼板1’介面富集的作用明顯，因此第一加熱氣氛、第二加熱氣氛、均熱氣氛的露點最佳為≥-10℃。
可選地，控制第一加熱氣氛、第二加熱氣氛、均熱氣氛的露點≥0℃。
當氣氛露點≥0℃時，抑制氧化鐵3與基體鋼板1’及還原鐵4與基體鋼板1’介面富集的作用更加明顯，因此第一加熱氣氛、第二加熱氣氛、均熱氣氛的露點更最佳為≥0℃。
在一些實施方案中，第一加熱氣氛、第二加熱氣氛及均熱氣氛的露點為-20℃到30℃。在一些實施方案中，第一加熱氣氛、第二加熱氣氛及均熱氣氛的露點為-10℃到30℃。在一些實施方案中，第一加熱氣氛、第二加熱氣氛及均熱氣氛的露點為0℃到30℃。
本發明還提供了一種由上述製造方法製備的熱鍍鋅鋼板。
可選地，鋼板由外向內包括鋅鐵合金鍍層6、內氧化層2，鋅鐵合金鍍層6以質量計含有7-13%的Fe，組織中殘餘沃斯田鐵相比例≥5%，鋼板的抗拉強度≥980MPa，斷裂伸長率≥20%。
本發明還提供了一種車用構件，由上述熱鍍鋅鋼板製成。
實施例
實施例1-11和對比例1-6
選擇成分如表1所示的母材鋼板，通過下述製造方法，製造實施例1-11和對比例1-6的熱鍍鋅鋼板。 （1）     第一加熱階段：將母材鋼板從環境溫度加熱到出口溫度，氣氛為O2 氣氛，餘量為N2 和不可避免的雜質，並對露點加以控制。 （2）     第二加熱階段：將鋼板從出口溫度加熱到均熱階段的鋼板溫度，氣氛為H2 氣氛，餘量為N2 和不可避免的雜質，並對露點加以控制。 （3）     均熱階段：將鋼板進行保溫，氣氛為H2 氣氛，餘量為N2 和不可避免的雜質，並對露點加以控制。 （4）     第一冷卻階段：將鋼板從均熱階段的鋼板溫度冷卻到入鋅鍋時的鋼板溫度，冷卻速度≥10℃/s。 （5）     熱浸鍍：將鋼板浸入鍍液，鍍液維持在鍍液溫度，且含有Al以及餘量為Zn和不可避免的雜質，完成熱浸鍍的鋼板每單面鍍鋅附著量為30-90g/m2 。 （6）     合金化處理：將熱浸鍍後的鋼板控制在合金化處理步驟的鋼板溫度進行保溫，形成鋅鐵合金鍍層。 （7）     第二冷卻階段：將鋼板從合金化處理步驟的鋼板溫度冷卻到環境溫度。
對比例7
選擇成分如表1所示的母材鋼板，通過下述製造方法，製造對比例7的熱鍍鋅鋼板。
（1）第一加熱階段及第二加熱階段：將母材鋼板從環境溫度加熱到均熱階段的鋼板溫度，氣氛為H2 氣氛，餘量為N2 和不可避免的雜質，並對露點加以控制。
（2）-（6）與實施例1-11和對比例1-6的製造方法的（3）-（7）相同。
性能測試方法：
按照下述測試方法中的記載，對熱鍍鋅鋼板進行性能測試，各項測試結果示於表1： （1）     抗拉強度（MPa） 使用萬能拉伸試驗機，依GB/T 228.1-2010所述方法測試。 （2）  斷裂伸長率（%） 使用萬能拉伸試驗機，依GB/T 228.1-2010所述方法測試。 （3）  鍍層Fe含量（%） 選用鋼板沖製成的直徑為50mm的晶圓為待測樣品，使用添加六亞甲基四胺緩蝕劑的以體積計10%的鹽酸溶液將鍍層溶解，採用ICP-AES法測定Fe含量。 （4）  沃斯田鐵相比例（%） 製備剖面金相後，採用背向散射電子繞射 (Electron backscatter diffraction; EBSD)對各相進行鑑定和定量分析，計算殘餘沃斯田鐵的相比例。
金相照片拍攝方法：
按照下述拍攝方法中的記載，對熱鍍鋅鋼板進行金相拍攝，照片示於附圖3、4。
製備剖面金相後，採用金相顯微鏡拍攝。
表1：熱鍍鋅鋼板的母材成分、製造方法、性能熱鍍鋅鋼板的母材成分、製造方法、性能
編號 母材鋼板成分 第一加熱階段 第二加熱階段 均熱 熱浸鍍 合金化 性能
C/% Si/% Mn/% O2 含量/% H2 含量/% 露點/℃ 出口溫度/℃ H2 含量/% 露點/℃ H2 含量/% 露點/℃ 鋼板溫度/℃ 時間/s 入鋅鍋時鋼板溫度/℃ 鍍液溫度/℃ 鍍液Al含量/% 鋼板溫度/℃ 時間/s 抗拉強度/Mpa 斷裂伸長率/% 鍍層Fe含量/%
實施例1 0.2 1.8 2.0 0.1 0 10 700 5 0 5 0 840 120 465 460 0.11 490 15 1089 22.9 7.8
實施例2 0.2 1.8 2.0 0.1 0 -10 700 2.5 10 2.5 10 840 120 470 450 0.11 470 10 1054 24.3 7.4
實施例3 0.2 1.8 2.0 0.03 0 30 750 10 -5 10 -5 850 300 460 460 0.11 460 20 1049 23.2 9.5
實施例4 0.2 1.8 2.0 0.1 0 -20 740 10 -5 10 -10 850 200 460 460 0.11 495 25 1077 22 8.7
實施例5 0.2 1.8 2.0 0.01 0 0 700 0.5 -10 0.5 -15 830 60 460 460 0.10 490 25 1058 21.7 7.5
實施例6 0.1 0.5 4.0 0.06 0 20 600 5 0 5 0 930 120 520 480 0.13 500 20 1021 20.3 9.9
實施例7 0.1 1.8 3.0 0.11 0 15 700 2 30 2 30 820 120 461 465 0.12 490 25 1099 22.4 12.7
實施例8 0.3 0.5 2.0 0.02 0 0 570 2 10 2 10 840 60 450 460 0.15 500 5 998 21.6 9.8
實施例9 0.25 1.0 2.5 0.5 0 25 720 2 5 2 5 834 180 500 500 0.13 500 25 1078 20.2 8.6
實施例10 0.2 1.8 2.0 0.2 0 5 700 5 -20 5 -20 850 120 470 465 0.14 498 20 1066 20.5 7.3
實施例11 0.12 1.0 2.0 0.3 0 0 680 5 0 5 0 750 30 465 460 0.13 480 15 1052 27 11.8
對比例1 0.2 1.8 2.0 0.005 0 10 700 2 10 2 10 850 120 460 460 0.12 550 30 1096 17 8.4
對比例2 0.2 1.8 2.0 0.1 0 -30 640 2 -10 2 -10 850 120 460 460 0.12 530 15 1061 14.7 3.7
對比例3 0.2 1.8 2.0 0.12 0 -10 550 2 0 2 0 850 120 470 465 0.11 500 25 1073 21.1 5.2
對比例4 0.2 1.8 2.0 0.6 0 0 650 5 0 5 0 830 120 460 360 0.11 510 20 1079 18.8 2.5
對比例5 0.2 1.8 2.0 0.05 0 -10 700 2 -25 2 -15 850 120 470 465 0.11 500 25 1070 20.1 3.4
對比例6 0.2 1.8 2.0 0.05 0 -10 700 2 -20 2 -25 850 120 470 465 0.11 500 25 1038 21.2 2.8
對比例7 0.2 1.8 2.0 0 2 -20 / 2 -20 2 -20 850 120 460 460 0.12 550 20 1082 16 2.3
注：母材鋼板的化學成分均為質量分率，且餘量為Fe和不可避免的雜質；氣體含量均為體積分率；鍍液Al含量為質量分率；鍍層Fe含量為質量分率。
結果如表1所示。由實施例1-11可知，本發明的製造方法得到的熱鍍鋅鋼板抗拉強度≥980Mpa，鍍層Fe含量以質量計在7-13%的範圍內，斷裂伸長率≥20%。在使用高Si、Mn含量的鋼板作為母材得到高抗拉強度的同時，兼得了足夠的鍍層Fe含量和高斷裂伸長率。圖3為實施例1得到的熱鍍鋅鋼板的剖面金相照片，可以看出，鋅鐵合金鍍層合金化充分，且Si、Mn合金元素形成的內氧化層較厚，說明鋼板表面及氧化鐵與基體鋼板的介面、還原鐵與基體鋼板的介面富集程度較輕。
關於對比例1，其在第一加熱階段中O2 含量不足，導致母材鋼板的氧化程度不足，氧化鐵對Si、Mn合金元素在鋼板表面富集的抑制作用差，Si、Mn合金元素在鋼板表面形成連續的氧化物，影響合金化速度，故提高合金化溫度至550℃，延長合金化時間至30s，使得沃斯田鐵含量降低，鋼板斷裂伸長率僅為17%。
關於對比例2，第一加熱階段的露點過低，為-30℃，導致露點對Si、Mn合金元素富集的抑制作用變差，尤其是對於氧化鐵與基體鋼板的介面富集抑制作用變差，Si、Mn合金元素在該介面形成連續的氧化物，影響合金化速度，故提高合金化溫度至530℃，使得沃斯田鐵含量降低，鋼板斷裂伸長率僅為14.7%，且鍍層鐵含量仍僅為3.7%。
關於對比例3，第一加熱階段的出口溫度過低，僅為550℃，導致母材鋼板的氧化程度不足，氧化鐵對Si、Mn合金元素在鋼板表面富集的抑制作用差，Si、Mn合金元素在鋼板表面形成連續的氧化物，影響合金化速度，鍍層鐵含量僅為5.2%。
關於對比例4，其在第一加熱階段中O2 含量過高，導致母材鋼板的氧化程度過高，後續還原不徹底，鍍層附著性差，而熱浸鍍步驟的鍍液溫度過低，僅為360℃，使得鍍液和鋼板的反應不佳，且合金化溫度提高至510℃，使得沃斯田鐵含量降低，鋼板斷裂伸長率僅為18.8%，鍍層鐵含量仍僅為2.5%。
關於對比例5，第二加熱階段的露點過低，為-25℃，導致露點對Si、Mn合金元素富集的抑制作用變差，尤其是對於介面（此處介面包括氧化鐵與基體鋼板的介面和還原鐵與基體鋼板的介面）富集的抑制作用變差，Si、Mn合金元素在該介面形成連續的氧化物，影響合金化速度，故鍍層鐵含量僅為3.4%。
關於對比例6，均熱階段的露點過低，為-25℃，導致露點對Si、Mn合金元素富集的抑制作用變差，尤其是對於介面（此處介面包括氧化鐵與基體鋼板的介面和還原鐵與基體鋼板的介面）富集的抑制作用變差，Si、Mn合金元素在該介面形成連續的氧化物，影響合金化速度，故鍍層鐵含量僅為2.8%。
關於對比例7，第一加熱階段為H2 氣氛而不是O2 氣氛，故未形成鐵的氧化層，更不存在基體鋼板與氧化鐵或還原鐵的介面，因此，Si、Mn合金元素的富集不受抑制，影響合金化速度，故提高合金化溫度至550℃，使得沃斯田鐵含量降低，鋼板斷裂伸長率僅為16%，且鍍層鐵含量仍僅為2.3%。圖4為對比例7得到的熱鍍鋅鋼板的剖面金相照片，可以看出，鋅鐵合金鍍層合金化不充分，Si、Mn合金元素形成的內氧化層較薄，說明鋼板表面富集程度較重。
綜上所述，本發明提供的一種熱鍍鋅鋼板的製造方法，通過加熱和均熱階段的氣氛控制，既抑制了Si、Mn合金元素在熱鍍鋅鋼板表面的富集，又抑制了Si、Mn合金元素在氧化鐵與基體鋼板的介面處以及還原鐵與基體鋼板的介面處富集，使得熱鍍鋅鋼板選用高Si、Mn含量的鋼板作為母材時，在合金化處理步驟可以選擇合適的鋼板溫度、時間，從而利於獲得足夠的鍍層Fe含量和高斷裂伸長率，適用於車用構件。
上述實施例僅例示性說明本發明的原理及其功效，而非用於限制本發明。任何熟悉此技術的人士皆可在不違背本發明的精神及範疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術領域中具有通常知識者在未脫離本發明所揭示的精神與技術思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應由本發明的請求項所涵蓋。
(a):未進行任何步驟 (b):第一加熱階段後 (c):第二加熱階段及均熱階段後 (d):熱浸鍍步驟後 (e):合金化處理步驟後 1:母材鋼板 1’:基體鋼板 2:內氧化層 3:氧化鐵 4:還原鐵 5:純鋅鍍層 6:鋅鐵合金鍍層
圖1為本發明提供的製造方法的溫度控制曲線示意圖。 圖2為本發明提供的製造方法的各步驟後的鋼板剖面示意圖。 圖3為實施例1得到的熱鍍鋅鋼板的剖面金相照片。 圖4為對比例7得到的熱鍍鋅鋼板的剖面金相照片。

Claims (13)

  1. 一種熱鍍鋅鋼板的製造方法，包括對以質量計含有0.5%以上的Si和0.5%以上的Mn的母材鋼板依次進行熱處理步驟、熱浸鍍步驟和合金化處理步驟，其特徵在於，所述熱處理步驟包括第一加熱階段和均熱階段，其中，所述第一加熱階段的第一加熱氣氛含有0.01-0.5%體積分率的O2，餘量為N2和不可避免的雜質，所述均熱階段的均熱氣氛含有0.5%以上體積分率的H2，餘量為N2和不可避免的雜質，以及控制所述第一加熱氣氛和所述均熱氣氛的露點
    Figure 110126541-A0305-02-0020-5
    -20℃，控制所述第一加熱階段的出口溫度為570-750℃，控制所述合金化處理步驟的鋼板溫度為460~500℃，合金化處理時間5~25秒，所述鋼板由外向內包括鋅鐵合金鍍層、內氧化層，所述鋅鐵合金鍍層以質量計含有7-13%的Fe，組織中殘餘沃斯田鐵相比例
    Figure 110126541-A0305-02-0020-2
    5%，所述鋼板的抗拉強度
    Figure 110126541-A0305-02-0020-3
    980MPa，斷裂伸長率
    Figure 110126541-A0305-02-0020-4
    20%。
  2. 根據請求項1所述的製造方法，其特徵在於，所述第一加熱階段的第一加熱氣氛含有0.03-0.3%體積分率的O2。
  3. 根據請求項1所述的製造方法，其特徵在於，所述熱處理步驟還包括第二加熱階段，所述第二加熱階段的第二加熱氣氛含有0.5%以上體積分率的H2，餘量為N2和不可避免的雜質，以及控制所述第二加熱氣氛的露點
    Figure 110126541-A0305-02-0020-1
    -20℃。
  4. 根據請求項1所述的製造方法，其特徵在於，所述母材鋼板以質量計含有0.1-0.3%的C、0.5-3.0%的Si、0.5-4.0%的Mn，餘量為Fe和不可避免的雜質。
  5. 根據請求項1-4中任一項所述的製造方法，其特徵在於，所述熱浸鍍步驟中，入鋅鍋時鋼板溫度為450-520℃，鍍液溫度為450-500℃，鍍液中以質量計含有0.10-0.15%的Al，餘量為Zn及不可避免的雜質，完成所述熱浸鍍步驟的鋼板每單面鍍鋅附著量為30-90g/m2。
  6. 根據請求項1-4中任一項所述的製造方法，其特徵在於，控制所述均熱階段的鋼板溫度為750-930℃，時間為30-300秒。
  7. 根據請求項3所述的製造方法，其特徵在於，所述第二加熱氣氛、所述均熱氣氛的H2體積分率
    Figure 110126541-A0305-02-0021-6
    10%。
  8. 根據請求項3所述的製造方法，其特徵在於，控制所述第一加熱氣氛、所述第二加熱氣氛、所述均熱氣氛的露點
    Figure 110126541-A0305-02-0021-7
    30℃。
  9. 根據請求項3所述的製造方法，其特徵在於，控制所述第一加熱氣氛、所述第二加熱氣氛、所述均熱氣氛的露點
    Figure 110126541-A0305-02-0021-8
    -10℃。
  10. 根據請求項3所述的製造方法，其特徵在於，控制所述第一加熱氣氛、所述第二加熱氣氛、所述均熱氣氛的露點
    Figure 110126541-A0305-02-0021-9
    0℃。
  11. 一種熱鍍鋅鋼板，由請求項1-10中任一項所述的製造方法製備。
  12. 根據請求項11所述的熱鍍鋅鋼板，其特徵在於，所述鋼板由外向內包括鋅鐵合金鍍層、內氧化層，所述鋅鐵合金鍍層以質量計含有7-13%的Fe，組織中殘餘沃斯田鐵相比例
    Figure 110126541-A0305-02-0021-10
    5%，所述鋼板的抗拉強度
    Figure 110126541-A0305-02-0021-11
    980MPa，斷裂伸長率
    Figure 110126541-A0305-02-0021-12
    20%。
  13. 一種車用構件，由請求項11-12中任一項所述的熱鍍鋅鋼板製成。
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