專利名稱：：熱鍍鋅鋼板的鍍鋅方法熱鍍鋅鋼板的鍍鋅方法
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明屬于熱鍍鋅鋼板制造領(lǐng)域，具體涉及一種鍍層附著性良好的熱鍍鋅鋼板的鍍鋅方法。
背景技術(shù)：
：熱鍍鋅鋼板由于其良好的耐腐蝕性能、優(yōu)良的涂鍍性能和潔凈的外觀在家用電器、汽車車身用板等制造業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。對熱鍍鋅鋼板鍍層的要求是鍍層與基板的附著力強(qiáng)，沖壓變形時(shí)不脫落，另外要有良好的焊接性能、耐腐蝕性能和磷化性能，以確保漆膜的附著力和涂漆后的耐腐蝕性。然而，熱鍍鋅鋼板在實(shí)際應(yīng)用的沖壓加工過程中存在鍍層的粉化和剝離等問題，造成了鍍層的破壞，進(jìn)一步影響到鍍層的耐腐蝕性和涂著性。鍍鋅鋼板鍍層的附著性除了受基體鋼板的成分、工藝條件的影響外，還主要受到鍍層的成分和組織結(jié)構(gòu)的影響。粉化和剝離與鍍層的化學(xué)成分及相結(jié)構(gòu)有關(guān)，鍍層粉化量隨鍍層中的鐵含量升高而增多。鍍層的粉化為r相兩側(cè)的界面形成微裂紋，擴(kuò)展后貫穿整個(gè)鍍層形成。r相厚度超過i.oum時(shí)，粉化量隨r相的厚度增加而增加，將鍍層中的鐵含量控制在11%左右，就可以阻礙厚的r相形成，因此抗粉化性能的主要影響因素是s相(細(xì)晶結(jié)構(gòu))和；相(柱狀結(jié)構(gòu))。s相硬而脆，對成形性不利，；相硬度與基體鋼板相當(dāng)，在形變時(shí)利于釋放鍍層中的殘余應(yīng)力，但其韌性高，易粘在模具上造成鍍層表面缺陷或者發(fā)生剝離。因此只有當(dāng)鍍層中的；相和s相具有適當(dāng)比例時(shí)，鍍層才具有好的成形性。鍍層表面S相消失而不均勻的致密s相未出現(xiàn)時(shí)的鍍層組織是最佳鍍層組織。另外，國外還研究了熱鍍鋅鋼板Fe-Al中間層的結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)中間層由Fe2Al5和FeAl3組成，并且該層可以延遲Fe-Zn合金層的形成。Zn在Fe-Al中間層晶粒邊界的溶解對于中間層的形成起著重要的作用，它直接影響著Fe-Al中間層的形成。熱鍍鋅鋼板的鋼基與鋅層之間的Fe-Al中間過渡層中的鋁含量是衡量鍍層粘附強(qiáng)度的一個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)。但是，F(xiàn)e-Al中間過渡層中含有較高的鋁量，僅是獲得良好鍍層粘附力的必要條件，而不是充分條件。因?yàn)橹挥挟?dāng)鋅在Fe-Al中間過渡層中的不飽和溶解和形成貧鋅固溶體時(shí)，此層才能起到粘附作用和阻止Fe-Zn擴(kuò)散的作用，并形成薄的Fe-Zn合金層，此時(shí)，鍍層附著性較好。若Zn在Fe-Al中間過渡層中的溶解度達(dá)到過飽和并生成了富鋅固溶體時(shí)，這時(shí)中間層中的A1絕對含量雖然沒有減少，但是A1的百分含量卻顯著下降，同時(shí)因?yàn)殇\的過飽和而破壞了Fe-Al中間過渡層的均質(zhì)性，由此便使中間層喪失了粘附作用和阻止擴(kuò)散作用，并且形成較厚的Fe-Zn合金層，使鋅層的附著力同時(shí)變壞?，F(xiàn)有技術(shù)中通過改變鋼板的成分或通過控制熱鍍鋅鋼板的表面粗糙度使表面形成被膜技術(shù)來改善鍍層與鋼基的附著性，但是未取得較好的效果，目前還未出現(xiàn)通過控制鍍層的成分和組織結(jié)構(gòu)來改善鍍層與鋼基的附著性的方法。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種熱鍍鋅鋼板的鍍鋅方法，通過控制熱鍍鋅工藝鍍浴中的鋁含量來控制Fe-Al中間過渡層中的Al/Zn比例，減少Fe-Zn合金層的形成，調(diào)整鍍層的最優(yōu)晶粒取向，提高鍍層的附著性。本發(fā)明的熱鍍鋅鋼板的鍍鋅方法，具體為鋼板經(jīng)酸洗、退火后進(jìn)行熱鍍鋅操作；熱鍍鋅操作過程中，入鍍浴時(shí)鋼板溫度為455465。C，鋅鍋中鍍浴溫度為45046(TC，鍍浴中Fe含量〈0.03%，鍍浴中Al含量O.210.25%，機(jī)組速度100110m/min，高跨溫度235245°C，鋼板冷卻速率為0%。其中，所述鋼板冷卻速率為0%是指于空氣中自然冷卻。所述鋼板以重量百分比計(jì)，含有C:0.030.07%，Mn:0.010.03%，Si:0.190.30%，P:0.0060.019%，S:0.0090.020%，Al:0.020.07%，其余為Fe。所述鋼板厚度為O.8mm，鍍鋅后鋅層重量為180195g/m2，鋅層表面經(jīng)過Si02鈍化處理本發(fā)明的有益效果是(1)本發(fā)明的熱鍍鋅工藝條件使鋼板基材與鋅鍍層之間的Fe-Al中間過渡層可以阻止Fe、Zn之間的相互擴(kuò)散，減少Fe-Zn合金層的形成，鍍層中不會形成r相，S相較薄，^相很少，鍍層大部分由n相組成，提高了熱鍍鋅鋼板鍍層的附著性，鍍層鋅粉脫落、剝離等現(xiàn)象減少；(2)本發(fā)明的熱鍍鋅工藝條件使熱鍍鋅鋼板的鍍層晶粒取向優(yōu)化，鍍層的抗劃性、耐磨性及附著性能明顯提高；(3)本發(fā)明的熱鍍鋅生產(chǎn)工藝簡單，成本較低。圖l是實(shí)驗(yàn)例l典型的鍍層剖面電子探針(EPMA1600型)波譜面掃描分析譜圖。圖2是實(shí)驗(yàn)例l和比較例6鍍層中Fe-Al中間過渡層的Al、Zn元素原子百分比變化。圖3是實(shí)驗(yàn)例l5和比較例610鍍層中Fe-Al中間過渡層的Al、Zn元素平均原子百分比圖4是實(shí)驗(yàn)例l及比較例6鍍層中Fe、Zn和Al元素的質(zhì)量百分比變化及金相組織，(a)實(shí)驗(yàn)例l，(b)比較例6。圖5是實(shí)驗(yàn)例1及比較例6典型的XRD衍射圖譜(a)實(shí)驗(yàn)例l、(b)比較例6。圖6是U形彎曲試樣形狀示意圖1彎曲試驗(yàn)機(jī)夾具、2彎曲試樣。圖7是實(shí)驗(yàn)例15和比較例610鋅粉脫落量均值及方差。圖8是實(shí)驗(yàn)例1與比較例6鍍層劃痕中間位置處輪廓測量結(jié)果，l比較例6、2實(shí)驗(yàn)例l。具體實(shí)施方式以下結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的闡述。實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明，而不是以任何方式來限制本發(fā)明。實(shí)施例1熱鍍鋅鋼板實(shí)驗(yàn)例15和比較例610的制備DXl冷軋鋼板厚度為O.8mm，成分為C0.030.07%，Mn0.010.03%，Si0.190.30%，P0.0060.019%，S0.0090.020%，Al0.020.07%，其余為Fe及不可避免雜質(zhì)，DX1冷軋鋼板經(jīng)酸洗、退火后，在表l列出的熱鍍鋅工藝條件下進(jìn)行熱鍍鋅操作，其中鋅鍋中鍍浴初始溫度為45(TC，鍍浴中Fe含量〈0.03X，鋼板入鍍浴溫度460°C，機(jī)組速度100m/min，高跨溫度240°C，冷卻速率為0%，將鍍浴中的Al含量調(diào)整為O.160.18%進(jìn)行熱鍍鋅操作得到610比較例，將鍍浴中的Al含量調(diào)整為O.210.25%進(jìn)行熱鍍鋅操作得到15號實(shí)驗(yàn)例。對鋅層重量控制到180195g/i/左右，鋅層表面經(jīng)過Si02鈍化處理。表l熱鍍鋅工藝條件<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>實(shí)施例2熱鍍鋅鋼板實(shí)驗(yàn)例15和比較例610的性能測定通過以下方法對鍍層的Fe-Al中間過渡層和鍍層組織以及鍍層抗脫落性能、抗劃性、耐磨性等鍍層附著性能進(jìn)行評價(jià)。(1)鍍層Fe-Al中間過渡層及組織結(jié)構(gòu)由于Fe-Al中間過渡層厚度在幾十至幾百納米之間，常規(guī)的金相制樣手段很難將這一中間層顯示出來。本發(fā)明金相制樣采用斜鑲樣，鑲樣材料為電木粉，在熱鑲樣機(jī)上將3塊熱鍍鋅鋼板試樣用502強(qiáng)力膠粘在一起，磨制和拋光后并排放置在與水平面的傾斜角度呈30。的斜墊塊上，鋼板整個(gè)斷面的可視范圍大約增大了l倍，各鍍層和鋼基界面之間的Fe-Al中間層過渡層均明顯顯示出來。鍍層Fe-Al中間過渡層中各主要元素原子及質(zhì)量百分比通過電子探針(EPMA1600型)波譜面掃描和點(diǎn)成分分析進(jìn)行測定。EPMA所用試樣全部采用斜鑲樣的未浸蝕的金相試樣。從EPMA面掃描結(jié)果看，所有實(shí)驗(yàn)例和比較例均具有如圖l所示的Fe-Al中間過渡層，兩邊分別為鋼基和鋅層。圖2示出了典型的實(shí)驗(yàn)例試樣l和比較例試樣6鍍層Fe-Al中間過渡層中Al和Zn元素原子百分比變化。圖3示出了實(shí)驗(yàn)例試樣l6和比較例試樣610鍍層Fe-Al中間過渡層中24位置處Al和Zn元素平均原子百分比。表2列出了實(shí)驗(yàn)例和比較例各鍍層Fe-Al中間過渡層中Al和Zn的原子濃度及Al/Zn比值。從以上結(jié)果可見，實(shí)驗(yàn)例Fe-Al中間過渡層中Al元素原子百分含量顯著大于比較例，Zn元素原子百分含量與比較例相比有所增加，但實(shí)驗(yàn)例A1/Zn比值在O.9401.125之間，而比較例A1/Zn比值在0.4210.499之間，實(shí)驗(yàn)例A1/Zn比值顯著大于比較例。圖4示出了實(shí)驗(yàn)例l和比較例6鍍層中Fe、Zn和Al元素的質(zhì)量百分比變化及鍍層中的金相組織。表2列出了實(shí)驗(yàn)例和比較例各鍍層的相組織?？梢姡瑢?shí)驗(yàn)例鍍層中S相和^相均較少，純鋅層n相較多；而比較例鍍層中均具有較厚的s相和^相，純鋅層n相較薄。表2熱鍍鋅鋼板性倉l試驗(yàn)樣品Fe-Al中間過渡層相組織鋅層晶粒取向<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>(2)鍍層晶粒取向鍍層表面未作任何處理，在x射線衍射儀(XRD)上分別進(jìn)行鍍層小角衍射(掠射角5。)，測定鍍層的衍射峰強(qiáng)度。實(shí)驗(yàn)例1及比較例6鍍層表面在5。掠射角時(shí)的典型衍射圖譜見圖5。表2列出了各試樣Zn(002)峰的衍射強(qiáng)度。可見，熱鍍鋅工藝鍍浴中的A1含量控制在0.210.25%后，實(shí)驗(yàn)例試樣l5鍍層晶粒呈現(xiàn)出Zn(002)方向的擇優(yōu)取向，Zn(002)峰的衍射強(qiáng)度顯著增強(qiáng)，均大于24000cts。而鍍浴中的Al含量控制在O.160.18%的比較例610中，Zn(002)峰的衍射強(qiáng)度在15000cts以下。(3)鍍層抗脫落性能通過"U"形彎曲試驗(yàn)來檢驗(yàn)鍍層的抗脫落性能。彎曲試驗(yàn)按照國標(biāo)GB/T232—1999(金屬材料彎曲試驗(yàn)方法)進(jìn)行，試樣制備參考GB/T2975—1998(鋼及鋼產(chǎn)品力學(xué)性能試驗(yàn)取樣位置及試樣制備)。圖6示出了彎曲試樣的最終形狀。試樣用線切割機(jī)加工，試驗(yàn)前用乙醇擦拭試樣表面，然后在所有試樣彎曲部位內(nèi)外表面粘貼相同大小的透明膠帶，試樣連同膠帶在彎曲試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行彎曲加工，通過膠帶收集彎曲部位剝落的鋅粉，對各鍍層的鋅粉脫落量用ICP法進(jìn)行測量。圖7示出了實(shí)驗(yàn)例15和比較例610鋅粉脫落量的均值及方差?？梢?，鍍浴中的Al含量在O.210.25%之間時(shí)，實(shí)驗(yàn)例15的鋅粉脫落量均明顯小于比較例610。表3根據(jù)下述標(biāo)準(zhǔn)對實(shí)施例和比較例各試樣的鍍層抗脫落性能進(jìn)行評價(jià)特別良好(鋅粉脫落量《O.OlOOmg);〇良好(鋅粉脫落量在0.01000.0300mg之間)；A稍微不良(鋅粉脫落量在0.03000.0360mg之間)；X不良(鋅粉脫落量SO.0440mg)。(4)鍍層抗劃性能鍍層抗劃性能試驗(yàn)在美國CETRUMT-2型多功能摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)上完成，抗劃性能試驗(yàn)應(yīng)用劃痕試驗(yàn)裝置部分，劃痕試驗(yàn)的壓頭為鏟形金剛石，頭部曲率半徑為800um。劃痕試驗(yàn)采用線性增加的加載方式，選用加載載荷從O.5N增加至2N。試驗(yàn)后應(yīng)用AmbiosXP2型輪廓儀測量各鍍層試驗(yàn)后的劃痕輪廓形貌。圖8示出了實(shí)驗(yàn)例1與比較例6鍍層劃痕中間位置處輪廓測量結(jié)果?？梢?，鍍浴中的Al含量在0.210.25。/。之間時(shí)，實(shí)驗(yàn)例中的鍍層劃痕深度明顯小于比較例。表3根據(jù)下述標(biāo)準(zhǔn)對實(shí)施例和比較例各試樣的鍍層抗劃性能進(jìn)行評價(jià)〇良好(劃痕深度《7.00ym)A稍微不良(劃痕深度在7.008.OOym之間)X不良(劃痕深度》8.00ym)(5)鍍層耐磨性能鍍層耐磨性能試驗(yàn)在美國CETRUMT-2型多功能摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)往復(fù)滑動(dòng)摩擦試驗(yàn)平臺上完成。上試樣(對磨試樣)為直徑10mm的不銹鋼圓球，下試樣為熱鍍鋅鋼板。往復(fù)滑動(dòng)摩擦磨損試驗(yàn)參數(shù)為法向載荷Ff2N，往復(fù)位移幅值0=2mm，相對運(yùn)動(dòng)速度V二2mm/s，運(yùn)行時(shí)間1=1000s，循環(huán)次數(shù)^500。試驗(yàn)后應(yīng)用AmbiosXP2型輪廓儀測量各鍍層試驗(yàn)后的磨痕輪廓形貌。表3列出了實(shí)施例和比較例各試樣100次摩擦循環(huán)后的平均摩擦系數(shù)，并根據(jù)下述標(biāo)準(zhǔn)對磨痕輪廓進(jìn)行評價(jià)〇良好(磨痕深度《8.00ym)A稍微不良(磨痕深度在8.0010.00ym之間)X不良(磨痕深度》10.00ym)(6)鍍層附著性能綜合評價(jià)表3根據(jù)下述標(biāo)準(zhǔn)對實(shí)施例和比較例各試樣的鍍層附著性能進(jìn)行綜合評價(jià)〇良好(良好0計(jì)數(shù)在2個(gè)以上，稍微不良A最多只有1個(gè))；A稍微不良(良好O計(jì)數(shù)有l(wèi)個(gè)，稍微不良A計(jì)數(shù)有2個(gè))；X不良(不良X計(jì)數(shù)在2個(gè)以上或稍微不良A計(jì)數(shù)有2個(gè)，不良X計(jì)數(shù)有l(wèi)個(gè))。表3熱鍍鋅鋼板性能評價(jià)<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>由表3的評價(jià)結(jié)果可知，本發(fā)明熱鍍鋅工藝過程中使鍍浴中的Al含量控制在O.210.25%之間，其他工藝不變的條件下得到的熱鍍鋅鋼板(實(shí)驗(yàn)例)與以往鋼板(比較例)相比，鍍層Fe-Al中間過波層中的Al/Zn比值在0.9401.125之間，鍍層中S相和^相均減少，純鋅層n相增多，并形成取向優(yōu)化的Zn(002)晶粒，鍍層的抗脫落性能、抗劃性能和耐磨性能顯著提高，鍍層與基材的附著性能明顯改善。權(quán)利要求1.熱鍍鋅鋼板的鍍鋅方法，鋼板經(jīng)酸洗、退火后進(jìn)行熱鍍鋅操作，其特征在于熱鍍鋅操作過程中，入鍍浴時(shí)鋼板溫度為455～465℃，鋅鍋中鍍浴溫度為450～460℃，鍍浴中Fe含量＜0.03％，鍍浴中Al含量0.21～0.25％，機(jī)組速度100～110m/min，鋼板冷卻速率為0％，高跨溫度235～245℃。2.根據(jù)權(quán)利要求l所述的熱鍍鋅鋼板的鍍鋅方法，其特征在于所述鋼板以重量百分比計(jì)，含有C:0.030.07%，Mn:0.010.03%，Si:0.190.30%，P:0.0060.019%，S:0.0090.020%，Al:0.020.07%，其余為Fe。3.根據(jù)權(quán)利要求l所述的熱鍍鋅鋼板的鍍鋅方法，其特征在于所述鋼板厚度為O.8mm。4.根據(jù)權(quán)利要求l所述的熱鍍鋅鋼板的鍍鋅方法，其特征在于鍍鋅后鋅層重量為1S0195g/r^，鋅層表面經(jīng)過Si&鈍化處理。全文摘要本發(fā)明屬于熱鍍鋅鋼板制造領(lǐng)域，所解決的技術(shù)問題是提供了一種熱鍍鋅鋼板的鍍鋅方法，該方法具體為鋼板經(jīng)酸洗、退火后進(jìn)行熱鍍鋅操作；熱鍍鋅操作過程中，入鍍浴時(shí)鋼板溫度為455～465℃，鋅鍋中鍍浴溫度為450～460℃，鍍浴中Fe含量＜0.03％，鍍浴中Al含量0.21～0.25％，機(jī)組速度100～110m/min，鋼板冷卻速率為0％，高跨溫度235～245℃。上述工藝條件使鋼板與鋅鍍層之間的Fe-Al中間過渡層中Al和Zn的原子濃度Al/Zn比值＞0.9，鍍層中不會形成Γ相，δ相較薄，ξ相很少，鍍層大部分由η相組成，并形成取向優(yōu)化的Zn(002)晶粒，使鍍層的附著性、抗劃性、耐磨性明顯提高。文檔編號C22C38/06GK101323941SQ20081030327公開日2008年12月17日申請日期2008年7月31日優(yōu)先權(quán)日2008年7月31日發(fā)明者丹于,周一林,權(quán)徐,煒李,楊學(xué)高,冰田,程興德,鄭之旺,郭太雄申請人:攀鋼集團(tuán)研究院有限公司;攀鋼集團(tuán)攀枝花鋼鐵研究院有限公司;攀枝花新鋼釩股份有限公司