CN115058675A - 一种改善热浸镀高强钢镀层质量的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种改善热浸镀高强钢镀层质量的方法，包含如下步骤：首先，按照目标成分制备钢胚，并将所述钢胚轧制成带钢；然后，在连续热镀锌生产线上，将所述带钢先加热至预热温度，所述预热温度为600～700℃，保温时间为10～30s，加热气氛为O2和N2混合气体，露点为0～10℃；再将钢带以10K/s的速度加热至退火温度，保温时间为180～300s，退火气氛为N2和H2混合气体，露点为‑30～‑10℃；最后将所述带钢冷却至入锌锅温度后，浸入镀液进行热浸镀。本发明采用控制退火过程升温阶段和保温阶段不同的气氛和露点温度产生不同的氧分压的方法，使退火钢板表面产生MnO·Femetall层，易于与Al反应以保证钢板表面良好的润湿性，获得优异的镀层质量。
Description
技术领域
本发明属于金属冶炼领域，涉及一种改善热浸镀高强钢镀层质量的方法，尤其涉及一种热浸镀先进高强中猛钢镀层钢板及其生产方法。
背景技术
近年来，实现汽车轻量化、高安全性是全球汽车行业的发展趋势，高强度钢(AHSS)越来越多的应用于汽车用钢领域。AHSS的概念是将Mn和其他不太贵重的元素(如Si)加入到钢中，通过表达出多相体组织和选择性诱导塑性，即TRIP或TWIP效应，实现所要求的力学性能。中锰钢作为第三代先进高强度钢(AHSS)之一，由于兼具强度高和塑性好的力学特质，受到了研究人员的广泛关注，但中锰钢裸板的耐腐蚀性能较差，直接用于汽车车身将会影响汽车的寿命、美观和行驶安全。通常，会对钢基板进行热浸镀锌处理，镀层中锌的腐蚀化学电势比铁低，可以提供有效的牺牲阳极保护作用。
然而，浸入锌液的钢带需要与锌液有很好的润湿性才可能形成均匀且与基体结合力较强的镀层，当钢板表面沾上油污或出现氧化物附着时，会降低钢带的表面张力导致其润湿性变差，从而容易产生漏镀。为了调整奥氏体的体积分数和保证优异的力学性能，中锰钢中常加入可观的Mn或Si等合金元素。在连续热镀锌生产线的退火过程中，炉内即使通入还原性的H2+N2气体，其中仍混合有微量的水蒸气和氧气，虽不足以氧化Fe元素，但与氧亲和力很大的合金元素例如Mn元素和Si元素会扩散偏聚到钢板表面，与退火气氛中的氧反应生成氧化物。随后，当钢带进入锌锅时，这些氧化物对锌和铁的扩散存在物理屏障作用，使得锌液对钢板表面的润湿性变差，产生漏镀。
热浸镀过程中反应润湿性是指钢表面与热镀锌液中铝的溶解反应，锌锅中通过加入一定量的Al形成Fe2Al5界面层，抑制脆性铁锌金属间化合物的形成。为了消除合金元素优先基体元素Fe发生氧化(选择性氧化)对高强钢表面浸润性的不利影响，目前公开的解决方法主要有退火前预镀金属、浸入镀液前酸洗、控制退火气氛等。
例如，专利号为：CN 100577843C，名称为：钢带镀层方法以及设有所述镀层的钢带的发明专利公开了一种通过退火前预镀铝层制备高Mn钢金属镀层的方法，所述钢的Mn质量百分比为6-30％，通过在最终退火之前将铝层(优选PVD法)施加于钢带上，在最终退火之后将镀层施加于所述铝层上的方法获得完全覆盖的金属镀层。该方法制备的镀层具有优异的耐腐蚀性和优良的焊接性，但该预镀方法效率非常低，很难满足工业化连续生产的要求，不仅如此，预镀设备的硬件投资也会非常高。
例如，专利号为CN 108929992A，名称为：一种热浸镀中锰钢及其制造方法的发明专利公开了一种通过镀前酸洗制备热浸镀中锰钢的方法，所述中锰钢的Mn、Si质量百分比分别为5～12％和0.1～2.0％，通过一次退火后酸洗，在进行二次退火后热浸镀锌的方式的表面质量优异、镀层附着性良好的热浸镀中锰钢。该方法的关键是在连续退火生产线上进行一次退火和酸洗，再在连续热镀锌生产线上进行二次退火和热浸镀，虽然避免了前期公开的镀前酸洗法在热镀锌机组增加酸洗段装备的复杂，但钢带在多个生产线上的卷曲、运输和重新开卷仍然大大增加生产的成本。
例如，专利号为：CN106854747B，名称为：一种低露点环境中在Fe基材料表面制备含锌Al2O3和SiO2薄膜的方法的发明专利公开了一种通过控制炉内气氛获得Fe基合金表面含Zn氧化物薄膜的制备方法，该方法的特征是通过在炉内加热Zn和ZnO的混合粉末，使密闭空间产生恒定的低氧压，从而在Fe基材料表面生成含金属Zn的氧化物薄膜。该方法获得的金属氧化物膜可以提高Fe基材料的抗腐蚀性能，但生产条件十分苛刻，不能满足工业生产的要求。
综上所述，上述的几种方法都存在投入成本高、生产工艺难度大的问题。因此，若能提供一种经济的获得表面质量优异、镀层粘附性优良的热浸镀中锰钢的制造方法，对促进中锰钢的产业化应用及汽车轻量化将具有重大的意义。
发明内容
针对上述现有技术的缺点和不足，本发明提供一种改善热浸镀高强钢镀层质量的方法，采用控制退火过程升温阶段和保温阶段不同的气氛和露点温度产生不同的氧分压的方法，使退火钢板表面产生MnO·Femetall层，易于与Al反应以保证钢板表面良好的润湿性，获得优异的镀层质量。该方法无需额外添加生产设备及工艺，操作难度低且成本低廉。
具体方案如下：
一种改善热浸镀高强钢镀层质量的方法，包含如下步骤：
S1、按照目标成分制备钢胚，并将所述钢胚轧制成带钢；
S2、在连续热镀锌生产线上，将所述带钢先加热至预热温度，所述预热温度为600～700℃，保温时间为10～30s，加热气氛为O2和N2混合气体，露点为0～10℃；再将所述钢带以10K/s的速度加热至退火温度，保温时间为180～300s，退火气氛为H2和N2混合气体，露点为-30～-10℃；
S3、将所述带钢冷却至入锌锅温度后，浸入镀液进行热浸镀。
进一步地，步骤S1中所述带钢的化学成分按质量百分含量计为0.1～0.3％C、0.5～3％Si、5～12％Mn，0～3％Al，<0.02％P，<0.02％S，<0.005％N，余量为Fe和不可避免杂质。
优选地，步骤S1中所述带钢的轧制方式为冷轧。优选地，步骤S2中加热气氛为O2和N2混合气体，O2的体积含量为0.5～1％，露点为5～10℃；所述退火气氛为H2和N2混合气体，H2的体积含量为5～20％，露点为-30～-10℃。
进一步地，步骤S3中所述镀液的成分按质量百分含量计为：0.5≤Al≤3％，余量为Zn及其它不可避免的杂质。
本发明的有益效果为：
①本发明采用控制退火过程升温阶段和保温阶段不同的气氛和露点温度产生不同的氧分压的方法，使退火钢板表面产生MnO·Femetall层，易于与Al反应以保证钢板表面良好的润湿性，获得优异的镀层质量。
②本发明方法相较于现有技术，能耗低、污染小且成本低廉。
③本发明方法无需额外添加生产设备及工艺，操作难度低且成品率高，对促进中锰钢的产业化应用及汽车轻量化将具有重大的意义。
附图说明
图1是采用对比例1所述方法热浸镀后高强钢表面形貌。
图2是采用实施例1所述方法热浸镀后高强钢表面形貌。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
除非特别指明，否则说明书使用的所有术语均具有本领域技术人员通常理解的含义。为简明和/或清楚起见，公知的功能或结构不再详细说明。
下述实施例中所述试验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
首先，采用冷轧工艺制备成分为(按质量百分比)：C：0.1～0.3％，Si：0.5～3％，Mn：5～12％，Al：0～3％，P<0.02％，S<0.02％，N<0.005％，余量为Fe和不可避免杂质的带钢。
然后，在热浸镀连续生产线上，将述所带钢先加热至预热温度600～700℃，保温时间为10～30s，加热气氛为O2和N2混合气体，O2的体积分数为0.5～1％，露点为0～10℃；再将钢带加热至退火温度，保温时间为180～300s，退火气氛为H2和N2混合气体，H2的体积分数为5～20％，露点为-30～-10℃。
接下来，将所述带钢冷却至入锌锅温度后，浸入0.5≤Al≤3％(按质量百分含量计)，余量为Zn及其它不可避免的杂质的镀液中进行热浸镀即可。
需要说明的是，上述方法仅对制备工艺中的核心参数进行了限定，该方法还包括铸胚、冷轧和热浸镀加工中的常规步骤，其工艺步骤按现有技术公开的方式进行，满足工艺要求即可。
下文将结合以下实施例和对比例来进一步阐述。
实施例1
(1)采用冷轧工艺制备成分为(按质量百分比)：C：0.1～0.3％，Si：0.5～3％，Mn：5～12％，Al：0～3％，P<0.02％，S<0.02％，N<0.005％，余量为Fe和不可避免杂质的带钢。
(2)在热浸镀连续生产线上，将所述带钢预加热至600℃，保温时间为20s，加热气氛为0.8％O2和N2混合气体，露点为10℃；再将钢带以10K/s的速度加热至退火温度，保温时间为220s，退火气氛为5％H2和N2混合气体，露点为-10℃。
(3)将所述带钢冷却至入锌锅温度后，浸入按质量百分含量计2％Al，余量为Zn及其它不可避免的杂质的镀液中进行热浸镀。
实施例2～3
实施例2～3与实施例1的方法基本相同，不同的是加热气氛中O2的体积分数分别为0.5％和1％。
实施例4～5
实施例4～5与实施例3的方法基本相同，不同的是预加热温度分别为650℃和700℃。
实施例6～7
实施例6～7与实施例3的方法基本相同，不同的是加热过程中露点温度分别为0℃和5℃；保温时间分别为10s和30s。
实施例8～9
实施例8～9与实施例3的方法基本相同，不同的是退火气氛中H2的体积分数分别为10％和20％，露点温度分别为-20℃和-30℃，保温时间分别为180s和300s。
对比例1
(1)采用冷轧工艺制备成分为(按质量百分比)：C：0.1～0.3％，Si：0.5～3％，Mn：5～12％，Al：0～3％，P<0.02％，S<0.02％，N<0.005％，余量为Fe和不可避免杂质的带钢。
(2)将钢带以10K/s的速度加热至退火温度，保温时间为220s，退火气氛为5％H2和N2混合气体，露点为-10℃。
(3)将所述带钢冷却至入锌锅温度后，浸入按质量百分含量计2％Al，余量为Zn及其它不可避免的杂质的镀液中进行热浸镀。
检验结果
对采用实施例以及对比例1方法制备的高强钢热浸镀后的表面形貌进行观察比对，结果如表(1)所示，可见本专利所提供的方法可有效保证钢板表面良好的润湿性，获得优异的镀层质量。
表1实施例以及对比例1方法制备的高强钢表面可镀性对照表
○表示可镀性的程度，○越多表示可镀性越好。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (5)
1.一种改善热浸镀高强钢镀层质量的方法，其特征在于，所述方法包含如下步骤：
S1、按照目标成分制备钢胚，并将所述钢胚轧制成带钢；
S2、在连续热镀锌生产线上，将所述带钢先加热至预热温度，所述预热温度为600～700℃，保温时间为10～30s，加热气氛为O2和N2混合气体，露点为0～10℃；再将所述钢带以10K/s的速度加热至退火温度，保温时间为180～300s，退火气氛为H2和N2混合气体，露点为-30～-10℃；
S3、将所述带钢冷却至入锌锅温度后，浸入镀液进行热浸镀。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1中所述带钢的化学成分按质量百分含量计为0.1～0.3％C、0.5～3％Si、5～12％Mn，0～3％Al，<0.02％P，<0.02％S，<0.005％N，余量为Fe和不可避免杂质。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1中所述带钢的轧制方式为冷轧。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S2中预热气氛为O2和N2混合气体，O2的体积含量为0.5～1％，露点为0～10℃；所述退火气氛为H2和N2混合气体，H2的体积含量为5～20％，露点为-30～-10℃。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S3中所述镀液的成分按质量百分含量计为：0.5≤Al≤3％，余量为Zn及其它不可避免的杂质。
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