CN111575626A

CN111575626A - 一种热镀锌热轧钢及其制备方法

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Publication number: CN111575626A
Application number: CN202010515646.9A
Authority: CN
Inventors: 蒋光锐; 王保勇; 李研; 滕华湘; 李润昌; 张环宇; 徐呈亮; 商婷
Original assignee: Shougang Group Co Ltd; Shougang Jingtang United Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Shougang Group Co Ltd; Shougang Jingtang United Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2020-06-08
Filing date: 2020-06-08
Publication date: 2020-08-25

Abstract

本发明具体涉及一种热镀锌热轧钢及其制备方法，属于涂镀技术领域，该热镀锌热轧钢，包括热轧钢基体和镀层，所述镀层由如下质量分数的化学成分组成：Mg：0.5‑4％，Al：3‑20％，新添元素≤1％，余量为锌；所述新添元素包括如下质量分数的至少一种：Ti：0.01‑0.1％，B：0.005‑0.02％，Ca：0.002‑0.02％，Si：0.01‑0.5％，Cu：0.02‑0.2％；本发明实施例提供的热镀锌热轧钢，钢基体厚度达到4mm，同时镀层表面缺陷率显著降低，镀层粘附性强，镀层耐蚀性强。

Description

一种热镀锌热轧钢及其制备方法

技术领域

本发明属于涂镀技术领域，具体涉及一种热镀锌热轧钢及其制备方法。

背景技术

热镀锌是使熔融的锌及其合金与钢基体反应，从而形成牢固的冶金结合镀层。热镀锌钢具有镀层结合力强、使用寿命长、制造工艺简单、产品价格低等优点，在许多各种不同的工业例如汽车工业、电器工业和建筑工业中的需求日益增加。

热镀锌钢板所用的钢基体通常可以分为热轧钢基体与冷轧钢板两类，其中冷轧钢板具有力学性能好、尺寸精度高、表面质量好、板型控制优良等特点，具有广泛的应用。但是热轧钢基体与冷轧钢板相比，也具有不可忽略的优势，包括热轧钢基体的厚度可以做到3mm以上，热轧钢基体的生产流程更短，效率更高，成本更低等，因而热镀锌热轧钢在许多对表面质量和尺寸精度要求不太高的领域，包括建筑、电力支架、通讯基站、汽车底盘等，也有广泛应用。

常用的热镀锌镀层种类为纯锌镀层以及锌-5％铝合金镀层和锌-55％铝合金镀层。这些镀层对钢基体具有良好的阳极保护作用，但是在大气中的本身耐蚀性以及加工性等方面各自具有若干方面的弱点，比如切口耐蚀性能较差、锌-5％铝合金镀层的脆性较大、锌-55％铝合金镀层中必须加入较多的硅元素成本较高等。

常见的热镀锌热轧钢为纯锌镀层，随着对热镀锌热轧钢耐蚀要求的提高，传统的纯锌镀层钢板已经无法满足耐蚀性要求。此外，热轧钢基体的厚度较厚，常规的纯锌镀层对钢板侧面的保护能力比较差，也难以满足使用的要求。然而，合金镀层中往往含有较多的合金元素，造成镀层脆性增加，使用中镀层容易出现开裂和剥离，并且使得制造过程中容易出现表面漏镀和夹杂等表面缺陷，严重恶化耐蚀性能。尤其是对于热轧钢基体，表面质量往往比冷轧钢板更差，造成合金镀层的均匀性比冷轧钢板差得多。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的热镀锌热轧钢及其制备方法。

本发明实施例提供一种热镀锌热轧钢，包括热轧钢基体和镀层，所述镀层由如下质量分数的化学成分组成：

Mg：0.5-4％，Al：3-20％，新添元素≤1％，余量为锌；

所述新添元素包括如下质量分数的至少一种：

Ti：0.01-0.1％，B：0.005-0.02％，Ca：0.002-0.02％，Si：0.01-0.5％，Cu：0.02-0.2％。

进一步地，所述镀层的单面镀锌液附着量为30-300g/m²。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供一种热镀锌热轧钢的制备方法，包括：

获得含有所述化学成分的镀锌液；

加热所述镀锌液，至镀锌液温度比镀锌液熔点高20-50℃，获得加热镀锌液；

获得热轧钢基体；

加热所述热轧钢基体；

将加热后的热轧钢基体浸入所述加热镀锌液中进行涂镀处理，获得热镀锌热轧钢。

进一步地，所述加热所述热轧钢基体，包括：

加热所述热轧钢基体至500-600℃，并保温30-120s，后控制热轧钢基体温度比所述加热镀锌液温度高10-50℃。

进一步地，所述涂镀处理的时间为0.1-3s。

进一步地，所述获得热轧钢基体，包括：

钢水经冶炼获得钢坯；

对所述钢坯进行加热、热轧、冷却和酸洗，获得热轧酸洗板；

将所述热轧酸洗板进行轧制，后进行表面脱脂清洗，获得热轧钢基体；所述轧制中，轧辊的表面粗糙度Ra为2.0-4.0，轧制总压下率为5-20％，轧制道次为2-4次，轧制单次压下率为2-10％。

进一步地，所述热轧钢基体的表面粗糙度Ra为1.0-2.0um。

进一步地，所述热轧钢基体表面氧化物的面积百分数不超过20％。

本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本发明实施例提供的热镀锌热轧钢，钢基体厚度达到4mm，同时镀层表面缺陷率显著降低，镀层粘附性强，镀层耐蚀性强。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

具体实施方式

下文将结合具体实施方式和实施例，具体阐述本发明，本发明的优点和各种效果将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解，这些具体实施方式和实施例是用于说明本发明，而非限制本发明。

在整个说明书中，除非另有特别说明，

本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。

除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。

本发明中用到的“第一”、“第二”等词，不表示顺序关系，可以理解为名词。

本申请实施例的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：

根据本发明一种典型的实施方式，提供一种热镀锌热轧钢，包括热轧钢基体和镀层，所述镀层由如下质量分数的化学成分组成：

Mg：0.5-4％，Al：3-20％，新添元素≤1％，余量为锌；

所述新添元素包括如下质量分数的至少一种：

传统热镀锌热轧钢板的镀层为纯锌镀层，但是纯锌镀层本身在大气中的耐蚀性较差，因为纯锌在大气中的腐蚀产物为疏松的氧化锌以及水锌矿。在纯锌镀层中加入一定量的铝和镁，能够将镀层的腐蚀产物转变为致密的氯水锌矿以及双层氢氧化物，显著提高了镀层本身的耐蚀性。同时形成的氯水锌矿还能够覆盖钢板侧面，提高了钢板侧面的耐蚀性，对厚度超过3mm的热轧钢板具有特别重要的益处。

为了达到以上目的，镀层中的铝含量不应小于3％，这是由于热轧钢板通常厚度都比较厚，最厚可以达到6mm，因此需要较多的铝含量才能对侧面形成足够的保护作用。但是，铝含量太高则会造成镀层脆性增强，使得镀层出现开裂和漏镀，同时在热镀过程中铝容易与基板反应形成锌渣等化合物，这些化合物裹在镀层中形成夹杂物缺陷，因此铝含量不能高于20％。此外，研究认为在镀层中应当加入一定的镁元素，镁元素能够在腐蚀过程中首先析出，形成氢氧化镁，抑制表面pH值快速升高，从而抑制形成疏松的氧化锌和水锌矿。镀层中加入的镁含量应当超过0.5％，才能够起到该效果。但是镁是一种活泼金属，在热镀时很容易与空气反应形成氧化镁，漂浮在锌液表面，会裹入镀层中形成锌渣等夹杂缺陷。因此镁含量不能太高，不应超过4％。

Ti能够起到细化铝晶粒的作用，提高镀层耐蚀性。加入Ti的含量不应小于0.01％，一般来说Ti的添加量是铝含量的千分之三到千分之五为合适，太多容易恶化镀层的韧性，降低镀层与基板粘附性，太低作用不明显。

B能够起到与Ti相似的作用，此外B与Ti在一起添加还有利于降低Ti-Al化合物的熔点温度，使得Ti不会与Al形成高熔点化合物。B的添加量通常为0.005％以上，但是太多则无更多益处，因而最高值限定为0.02％。

Ca元素是一种活泼金属元素，微量Ca元素在镀液中可以与微量氧反应形成球状氧化物并漂浮在表面，从而消除镀液中的残留氧，提高镀层的韧性。但是太多则在镀层中形成夹杂物，反而恶化镀层耐蚀性，出现漏镀缺陷。本申请中规定Ca的添加量范围是0.002％到0.02％。

Cu元素可以提高锌铝镁镀层的耐腐蚀性能，同时Cu元素与镁元素一起可以形成络合物，提高镀层与基板的结合力，避免镀层在使用中出现剥落和开裂。

Si元素是强烈的铝元素化合元素，能够抑制铝与铁基体的反应，避免形成太多的锌渣等缺陷。此外，Si与Al能够与基板形成致密的Si-Al-Fe化合物层，提高镀层耐蚀性。但是加入过多则抑制锌液与基板反应，造成镀层粘附性下降。

镀锌液中，Mg、Al、Ti、B、Ca、Si和Cu若添加过多，会造成镀层中出现大量析出物，恶化耐蚀性，降低镀层韧性。

作为一些优选的实施方式，所述镀层的单面镀锌液附着量为30-300g/m²。镀锌液附着量的范围是根据热镀锌工艺和镀层材料特性决定的。单面附着量太少，显然无法满足耐蚀性的要求。但是如果附着量太多，一方面难以做到厚度完全均匀，而耐蚀性是由厚度最薄位置决定的，另一方面太厚的镀层脆性较大，在成形中很容易开裂，反而会降低镀层耐蚀性。

根据本发明另一种典型的实施方式，提供一种热镀锌热轧钢的制备方法，包括：

获得含有所述化学成分的镀锌液；

获得热轧钢基体；

加热所述热轧钢基体至500-600℃，并保温30-120s，后控制热轧钢基体温度比所述加热镀锌液温度高10-50℃，获得加热热轧钢基体；

将所述加热热轧钢基体浸入所述加热镀锌液中进行涂镀处理，获得热镀锌热轧钢。

锌液温度比锌液熔点温度高，是为了保证锌液具有良好流动性，获得均匀的镀层厚度控制，但是太高则造成合金元素大量损失，同时形成漏镀危险，因而锌液温度比锌液熔点温度高20-50℃。

在镀锌前，需要首先将热轧钢板加热到500-600℃，保温30-120秒，这样能够消除热轧板轧制过程中产生的内部应力以及加工硬化效果，同时使得热轧板表面在加热过程中形成多孔海绵铁，有利于提高合金镀层与钢板之间的粘附性。加热温度太低，时间太短，无法起到消除加工硬化的作用。温度太高，时间太长，则容易造成表面孔洞过大，反而使得镀层不均匀，降低耐腐蚀性能。

热轧板镀锌前的温度控制到比锌液温度高10-50℃，这样能够促使热轧板与锌液发生冶金反应，形成致密的合金层，包括Fe-Al、Fe-Si等化合物，提高耐蚀性和镀层粘附性。温度太低反应太慢，使得粘附性和耐蚀性都降低，温度太高则容易使得Fe溶解到心也中形成夹杂缺陷，同时还会造成局部锌液中镁元素挥发损失。

作为一些优选的实施方式，所述涂镀处理的时间为0.1-3s。

热轧板镀锌的时间为0.1-3s。时间太长会造成基板与锌液之间形成过厚的化合物层，反而造成镀层脆性。如果时间太短，则无法形成致密的化合物层，使得镀层与基板之间粘附性下降。同时也会降低耐蚀性。

作为一些优选的实施方式，所述获得热轧钢基体，包括：

钢水经冶炼获得钢坯；

热轧钢基体的制造可以使用传统连铸方法得到的热轧板，也可以使用连铸连轧生产的热轧板。上述方法为采用传统连铸方法制备热轧钢基体。

由于热轧板表面存在较厚的氧化铁皮，虽然经过酸洗，但是依然难以完全去除。因此需要经过后续的轧制工艺，用以去掉氧化皮，否则会出现明显漏镀。同时，通过轧制可以在热轧板表面获得一定粗糙度。但是热轧板的轧制压下率不能太大，否则对力学性能有严重恶化作用。因此，总的压下率不超过20％，也不小于5％。轧制所用轧制辊表面粗糙度范围为2-4微米。轧制过程中为了尽量破碎氧化铁皮，应当使用多道次轧制，道此不少于2次，但是如果太多则不够经济，也会造成表层硬化，影响到镀锌表面质量，因此道次不超过4次。为了在每次轧制都起到破碎氧化铁皮效果，每道次的轧制延伸率不小于2％。而为了减少对力学性能恶化作用，每次轧制的压下率不应超过10％。

作为一些优选的实施方式，所述热轧钢基体的表面粗糙度Ra为1.0-2.0um。

为了提高镀层与热轧钢板之间粘合力，避免开裂，热轧钢板表面的粗糙度Ra不能太低，但是如果Ra太高，则在热镀时发生剧烈反应，粗糙度尖峰容易快速反应形成锌渣夹杂，因此在热轧钢板镀锌前的钢板表面粗糙度Ra范围是1.0-2.0um。

作为一些优选的实施方式，所述热轧钢基体表面氧化物的面积百分数不超过20％。

镀锌前热轧板表面氧化物的面积百分数不超过20％。这是因为如果表面氧化物太多，则镀锌时锌液无法与基板发生反应，铝和镁与氧化物反应，造成铝和镁局部贫乏，锌液与基板之间无法形成致密的化合物层，从而造成镀层漏镀缺陷。

下面将结合实施例、对照例及实验数据对本申请的热镀锌热轧钢及其制备方法进行详细说明。

实施例1-9和对比例1-12

使用厚度为4mm的传统热轧钢板为钢基体，钢板材质为CQ级别。表1列出了实施例1-9和对比例1-12中制备钢基体的工艺参数。所有镀层的厚度都是10微米。

表1

实验1

对按上述实施例1-9和对比例1-12中的工艺参数和按照本发明制备方法制备得到的热镀锌热轧钢基体进行表面缺陷评价，采用图像法自动识别表面的锌渣缺陷，计算单位面积的锌渣个数和漏镀点个数，单位为个/平方米。

对上述试样进行基板显微硬度试验，显微硬度试验压力为100g，测量位置是样片截面。

对上述试样进行镀层粘附性试验，试样方法为折弯试验，执行标准为GB/T 232，弯曲半径为8mm，弯曲角度为180°。弯曲后观察样品外缘表面形貌：

良好：没有出现裂纹

合格：距离边部3mm范围内存在裂纹，其他位置没有裂纹

不合格：在距离边部3mm范围之外出现裂纹。

对上述试样进行镀层耐蚀性实验，先将样品进行折弯试验，执行标准为GB/T 232，弯曲半径为4mm，弯曲角度为90°，然后采用中性盐雾试验评价480小时，观察折弯外缘和切口位置的腐蚀状况。

良好：没有出现红锈

合格：红锈面积不超过5％

不合格：红锈面积超过5％

实验评估结果见表2所示。

表2

实施例10-18和对比例13-24

使用厚度为4mm的连铸连轧热轧钢板为钢基体，钢板材质为CQ级别。表3列出了实施例10-18和对比例13-24中制备钢基体的工艺参数。镀层的厚度是10微米。

表3

实验2

对按上述实施例10-18和对比例13-24中的工艺参数和按照本发明制备方法制备得到的热镀锌热轧钢板进行表面缺陷评价，采用图像法自动识别表面的锌渣缺陷，计算单位面积的锌渣个数和漏镀点个数，单位为个/平方米。

良好：没有出现裂纹

合格：距离边部3mm范围内存在裂纹，其他位置没有裂纹

不合格：在距离边部3mm范围之外出现裂纹。

良好：没有出现红锈

合格：红锈面积不超过5％

不合格：红锈面积超过5％

实验评估结果见表4所示。

表4

试样	锌渣缺陷	漏镀缺陷	显微硬度	镀层粘附性	镀层耐蚀性
						实施例10	1	1	299	良好	良好
实施例11	1	2	267	合格	良好
						实施例12	0	0	290	良好	良好
实施例13	2	0	308	良好	合格
						实施例14	1	1	301	良好	合格
实施例15	1	0	298	良好	良好
						实施例16	1	2	278	合格	良好
实施例17	2	1	310	合格	良好
						实施例18	2	0	297	合格	良好
对比例13	1	20	267	不合格	不合格(折弯红锈)
						对比例14	10	12	246	不合格	不合格(折弯红锈)
对比例15	20	12	254	不合格	合格
						对比例16	23	1	400	不合格	合格
对比例17	3	19	400	不合格	不合格(折弯红锈)
						对比例18	34	20	299	不合格	良好
对比例19	39	8	290	合格	不合格(折弯红锈)
						对比例20	28	8	350	合格	不合格(折弯红锈)
对比例21	31	1	370	不合格	不合格(切口红锈)
						对比例22	43	10	279	不合格	合格
对比例23	40	9	289	不合格	合格
						对比例24	21	1	286	合格	不合格(切口红锈)

最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims

1.一种热镀锌热轧钢，其特征在于，包括热轧钢基体和镀层，所述镀层由如下质量分数的化学成分组成：

Mg：0.5-4％，AI：3-20％，新添元素≤1％，余量为锌；

所述新添元素包括如下质量分数的至少一种：

2.根据权利要求1所述的一种热镀锌热轧钢，其特征在于，所述镀层的单面镀锌液附着量为30-300g/m²。

3.一种如权利要求1或2所述的热镀锌热轧钢的制备方法，其特征在于，包括：

获得含有所述化学成分的镀锌液；

获得热轧钢基体；

加热所述热轧钢基体；

4.根据权利要求3所述的一种热镀锌热轧钢，其特征在于，所述加热所述热轧钢基体，包括：

5.根据权利要求3所述的一种热镀锌热轧钢，其特征在于，所述涂镀处理的时间为0.1-3s。

6.根据权利要求3所述的一种热镀锌热轧钢，其特征在于，所述获得热轧钢基体，包括：

钢水经冶炼获得钢坯；

将所述热轧酸洗板进行轧制，后进行表面脱脂清洗，获得热轧钢基体。

7.根据权利要求6所述的一种热镀锌热轧钢，其特征在于，所述轧制中，轧辊的表面粗糙度Ra为2.0-4.0，轧制总压下率为5-20％，轧制道次为2-4次，轧制单次压下率为2-10％。

8.根据权利要求3或6所述的一种热镀锌热轧钢，其特征在于，所述热轧钢基体的表面粗糙度Ra为1.0-2.0um。

9.根据权利要求3或6所述的一种热镀锌热轧钢，其特征在于，所述热轧钢基体表面氧化物的面积百分数不超过20％。