专利名称：：热镀锌钢板的生产方法
技术领域：
：本发明属于热镀锌钢板制造领域，具体涉及一种镀层附着性良好的热镀锌钢板生产方法
背景技术：
热镀锌钢板由于其良好的耐腐蚀性能、优良的涂镀性能和洁净的外观在家用电器、汽车车身用板等制造业中得到了广泛的应用。对热镀锌钢板镀层的要求是镀层与基板的附着力强，冲压变形时不脱落，另外要有良好的焊接性能、耐腐蚀性能和磷化性能，以确保漆膜的附着力和涂漆后的耐腐蚀性。然而，热镀锌钢板在实际应用的冲压加工过程中存在镀层的粉化和剥离等问题，造成了镀层的破坏，进一步影响到镀层的耐腐蚀性和涂着性。镀锌钢板镀层的附着性除了受基体钢板的成分、工艺条件的影响外，还主要受到镀层的成分和组织结构的影响。粉化和剥离与镀层的化学成分及相结构有关，镀层粉化量随镀层中的铁含量升高而增多。镀层的粉化为r相两侧的界面形成微裂纹，扩展后贯穿整个镀层形成。r相厚度超过i.oum时，粉化量随r相的厚度增加而增加，将镀层中的铁含量控制在11%左右，就可以阻碍厚的r相形成，因此抗粉化性能的主要影响因素是s相(细晶结构)和；相(柱状结构)。s相硬而脆，对成形性不利，；相硬度与基体钢板相当，在形变时利于释放镀层中的残余应力，但其韧性高，易粘在模具上造成镀层表面缺陷或者发生剥离。因此只有当镀层中的；相和s相具有适当比例时，镀层才具有好的成形性。镀层表面S相消失而不均匀的致密s相未出现时的镀层组织是最佳镀层组织。本发明热镀锌钢板生产方法中热镀锌钢板的钢基与锌层之间的Fe-Al中间过渡层中的铝含量是衡量镀层粘附强度的一个重要标准。但是，Fe-Al中间过渡层中含有较高的铝量，仅是获得良好镀层粘附力的必要条件，而不是充分条件。因为只有当锌在Fe-Al中间过渡层中的不饱和溶解和形成贫锌固溶体时，此层才能起到粘附作用和阻止Fe-Zn扩散的作用，并形成薄的Fe-Zn合金层，此时，镀层附着性较好。若Zn在Fe-Al中间过渡层中的溶解度达到过饱和并生成了富锌固溶体时，这时中间层中的A1绝对含量虽然没有减少，但是A1的百分含量却显著下降，同时因为锌的过饱和而破坏了Fe-Al中间过渡层的均质性，由此便使中间层丧失了粘附作用和阻止扩散作用，并且形成较厚的Fe-Zn合金层，使锌层的附着力同时变坏。现有技术中通过改变钢板的成分或通过控制热镀锌钢板的表面粗糙度使表面形成被膜技术来改善镀层与钢基的附着性，但是未取得较好的效果，目前还未出现通过控制镀层的成分和组织结构来改善镀层与钢基的附着性的方法。
发明内容本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种热镀锌钢板的生产方法，通过热镀锌工艺中的钢板入锌锅温度控制Fe-Al中间过渡层中的A1/Zn比例，减少Fe-Zn合金层的形成，调整镀层的最优晶粒取向，提高镀层的附着性。本发明的热镀锌钢板生产方法，具体为钢板经酸洗、退火后进行热镀锌操作；热镀锌操作过程中，钢板本身入镀浴温度为475485。C，锌锅中镀浴温度为45046(TC，镀浴中Fe含量〈0.03%，镀浴中Al含量O.160.18%，机组速度100110m/min，钢板冷却速率为O%，高跨温度235245°C，优选为24(TC。所述钢板以重量百分比计，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%，其余为Fe。所述钢板厚度为O.8mm，镀锌后锌层重量为180195g/m2，锌层表面经过Si02钝化处理本发明的有益效果是(1)本发明的热镀锌工艺条件使钢板基材与锌镀层之间的Fe-Al中间过渡层可以阻止Fe、Zn之间的相互扩散，减少Fe-Zn合金层的形成，镀层中不会形成r相，S相较薄，^相很少，镀层大部分由n相组成，提高了热镀锌钢板镀层的附着性，镀层锌粉脱落、剥离等现象减少；(2)本发明的热镀锌工艺条件使热镀锌钢板的镀层晶粒取向优化，镀层的抗划性、耐磨性及附着性能明显提高；(3)本发明的热镀锌生产工艺简单，成本较低。图l是实验例l的镀层剖面电子探针(EPMA1600型)波谱面扫描分析谱图。图2是光学金相显微镜(OLYMPUSBX51型)倍数为100X的金相照片，(a)是实验例l，(b)是比较例6。图3是实验例1和比较例6、ll镀层Fe-Al中间过渡层Al和Zn元素原子百分比变化示意图。图4是实验例15和比较例615镀层Fe-Al中间过渡层中(图1所示)24位置处A1、Zn元素平均原子百分比变化示意图。图5是实验例1和比较例6、ll镀层中从钢基到锌层表面各位置处(图l所示)的Fe、Zn和Al元素的质量百分比变化及镀层中的金相组织，(a)实验例l;(b)比较例6;(c)比较例ll。图6是实验例1及比较例6、ll典型的XRD衍射图谱(a)实验例l、(b)比较例6、(c)比较例ll。图7是U形弯曲试样形状示意图1弯曲试验机夹具、2弯曲试样。图8是实验例15试样和比较例610、1115试样锌粉脱落量均值及方差。图9是实验例1与比较例6和11镀层划痕中间位置处典型的轮廓测量图l为比较例ll，2为实验例l，3为比较例6。具体实施方式以下结合实施例对本发明作进一步的阐述。实施例仅用于说明本发明，而不是以任何方式来限制本发明。实施例1热镀锌钢板实验例15和比较例615的制备将厚度为O.8mm，成分为C:0.030.07%，Mn:0.010.03%，Si:0.190.30%，P:0.0060.019%，S:0.0090.020%，Al:0.020.07%，其余为Fe及不可避免杂质的DX51D冷轧钢板经酸洗、退火后，在表l所列出的各个热镀锌工艺条件下进行热镀锌操作，锌锅中镀浴初始温度为45(TC，镀浴Fe含量〈0.03X，Al含量O.18%，机组速度100m/min，高跨温度24(TC，冷却速率0%，将钢板入镀浴温度调整为475485'C进行热镀锌操作得到15号实施例试样；钢板入镀浴温度分别调整为455465。C和44045(TC进行热镀锌操作得到610号和1115号比较例试样。锌层重量控制到180195g/m2，锌层表面经过Si02钝化处理。表l热镀锌工艺条件<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>实施例2热镀锌钢板实验例15和比较例615的性能测定(1)镀层Fe-Al中间过渡层及组织结构由于Fe-Al中间过渡层厚度在几十至几百纳米之间，常规的金相制样手段很难将这一中间层显示出来。本发明金相制样采用斜镶样，镶样材料为电木粉，在热镶样机上将3块热镀锌钢板试样用502强力胶粘在一起，磨制和抛光后并排放置在与水平面的倾斜角度呈30。的斜垫块上，钢板整个断面的可视范围大约增大了l倍，各镀层和钢基界面之间的Fe-Al中间层过渡层均明显显示出来。镀层Fe-Al中间过渡层中各主要元素原子及质量百分比通过电子探针(EPMA1600型)波谱面扫描和点成分分析进行测定。EPMA所用试样全部采用斜镶样的未浸蚀的金相试样。从EPMA面扫描结果看，所有实验例和比较例均具有如图l所示的暗色黑带fl出e-Al中间过渡层，两边分别为钢基和锌层。对实验例和比较例各镀层剖面从钢基开始到锌层表面按等距离进行波谱点成分分析，具体位置如图l所示，其中O为钢基位置，15为Fe-Al中间层位置，612为锌层位置。图3是实验例1、实验例6和比较例l1的金相试样用EPMA测量所得的EPMA线扫描分析谱图，Al元素在中间层中含量最高，Zn元素从钢基开始到镀层表面逐渐增加，Fe元素逐渐减少。金相试样经磨制和抛光，用2%硝酸酒精浸蚀液进行浸蚀后，在高性能光学金相显微镜(OLYMPUSBX51型)下进行金相摄影，物镜放大倍数为100础X。图2为实验例和比较例的金相照片。图2(a)可看到镀层中有Fe-Al中间过渡层，较薄的S相，少量分散的^相，镀层大部分由纯锌层n相组成。经镀层的附着性能检测，此实验例(1)镀层具有良好的附着性。若Zn在Fe-Al中间过渡层中的溶解度达到过饱和并生成了富锌固溶体时，这时中间层中的A1绝对含量虽然没有减少，但是A1的百分含量却显著下降，同时因为锌的过饱和而破坏了Fe-Al中间过渡层的均质性，由此便使中间层丧失了粘附作用和阻止扩散作用，并且形成较厚的Fe-Zn合金层，S相和^相增多，使锌层的附着力同时变坏。如图2(b)示出的比较例(6)的金相照片，虽然也形成了Fe-Al中间过渡层，但A1的百分含量却下降，使Fe-Zn合金层增多，形成了较厚的S相和^相，纯锌层n相较薄，镀层的附着性相对于实验例l明显变坏。图4为实验例l和比较例6和ll镀层Fe-Al中间过渡层中24位置处Al、Zn元素平均原子百分比。表2列出了实施例和比较例各镀层Fe-Al中间过渡层中Al和Zn的原子浓度及Al/Zn比值。从以上结果可见，实验例Fe-Al中间过渡层中Al元素原子百分含量均大于比较例，Zn元素原子百分含量与比较例相差不大，但实验例A1/Zn比值均大于0.9，而比较例A1/Zn比值在0.3580.553之间。镀层组织中各相元素质量百分比通过EPMA波谱点成分分析进行测定。根据镀层各相Fe、Zn元素的质量百分比，以及对照镀层组织的金相照片，可以判断镀层中存在的S、；和n相。图5示出了实验例1(图5a)、和比较例6(图5b)和比较例ll(图5c)镀层中钢基开始到锌层表面各位置处的Fe、Zn和Al元素的质量百分比变化及镀层中的金相组织。表2根据锌层712六个位置处测量的相组织类别列出了实验例和比较例各镀层的相组织。可见，实验例镀层中S相和^相均较少，纯锌层n相较多；而比较例镀层中均具有较厚的S相和^相，纯锌层n相较薄。对于附着性良好的热镀锌钢板，钢基与镀层之间要形成含有较高Al含量的Fe-Al中间过渡层，而且，只有锌在Fe-Al中间过渡层中不饱和溶解和形成贫锌固溶体时，此层才能起到粘附作用和阻止Fe-Zn扩散的作用，并形成薄的Fe-Zn合金层，S相和^相减少，此时，镀层附着性较好。7表2热镀锌钢板性倉l试验样品Fe-Al中间过渡层相组织锌层晶粒取向Alm。l%Znmol%Al/Zn比Zn(002)峰强度/cts实验例12.4362.7040.90115、U、4ti35207实验例22.5782.8030.92015、lg、4113咖1实验例32.6522.7630.96015、2g、31134729实验例42.4492.6760.91515、lg、41134672实验例52.7352.8710.95315、2g、31135201比较例61.咖2.6840.55335、3乞14679比较例71.4212.7850.51025、3^、11115629々CO1.3822.7390.50535、21、11115372比较例91.5732.9420.53535、2g、11116382比较例101.3922.5760.54025、3g、11115890比较例111.1762.8180.41725、3g、11116895比较例121.0832.7310.39725、m14903比较例130.9322.6030.，35、15763比较例141.1172.9020.38535、21、11115394比较例151.0242.8370.36125、3g、11116390(2)镀层晶粒取向镀层表面未作任何处理，在x射线衍射仪(XRD)上分别进行镀层小角衍射(掠射角5。)，测定镀层的衍射峰强度。实验例1及比较例6和11镀层表面在5。掠射角时的典型衍射图谱见图6。表2列出了各试样Zn(002)峰的衍射强度。可见，钢板入镀浴温度提高到475485。C后，实验例试样l5镀层晶粒呈现出Zn(002)方向的择优取向，Zn(002)峰的衍射强度显著增强，均大于34000cts。而钢板入镀浴温度《465。C的比较例615中，Zn(002)峰的衍射强度在1400017000cts之间。(3)镀层抗脱落性能通过"U"形弯曲试验来检验镀层的抗脱落性能。弯曲试验按照国标GB/T232—1999(金属材料弯曲试验方法)进行，试样制备参考GB/T2975—1998(钢及钢产品力学性能试验取样位置及试样制备)。图7示出了弯曲试样的最终形状。试样用线切割机加工，试验前用乙醇擦拭试样表面，然后在所有试样弯曲部位内外表面粘贴相同大小的透明胶带，试样连同胶带在弯曲试验机上进行弯曲加工，通过胶带收集弯曲部位剥落的锌粉，对各镀层的锌粉脱落量用ICP法进行测量。图8示出了实验例和比较例试样锌粉脱落量的均值及方差，实验例的锌粉脱落量均明显小于比较例。表3根据下述标准对实施例和比较例各试样的镀层抗脱落性能进行评价特别良好(锌粉脱落量《0.0100mg);〇良好(锌粉脱落量在O.01000.0300mg之间)；A稍微不良(锌粉脱落量在0.03000.0360mg之间)；X不良(锌粉脱落量2;0.0440mg)。(4)镀层抗划性能镀层抗划性能试验在美国CETRUMT-2型多功能摩擦磨损试验机上完成，抗划性能试验应用划痕试验装置部分，划痕试验的压头为铲形金刚石，头部曲率半径为800m。划痕试验采用线性增加的加载方式，选用加载载荷从O.5N增加至2N。试验后应用AmbiosXP2型轮廓仪测量各镀层试验后的划痕轮廓形貌。图9示出了实验例1与比较例6和11中镀层划痕中间位置处典型的轮廓测量结果。可见，实验例1中的镀层划痕深度均明显小于比较例6和11。表3根据下述标准对实验例和比较例各试样的镀层抗划性能进行评价〇良好(划痕深度《7.00ym);A稍微不良(划痕深度在7.008.00ym之间)；X不良(划痕深度》8.00ym)。(4)镀层耐磨性能镀层耐磨性能试验在美国CETRUMT-2型多功能摩擦磨损试验机往复滑动摩擦试验平台上完成。上试样(对磨试样)为直径10mm的不锈钢圆球，下试样为热镀锌钢板。往复滑动摩擦磨损试验参数为法向载荷Ff2N，往复位移幅值0=2mm，相对运动速度V二2mm/s，运行时间1=1000s，循环次数^500。试验后应用AmbiosXP2型轮廓仪测量各镀层试验后的磨痕轮廓形貌。表3列出了实施例和比较例各试样100次摩擦循环后的平均摩擦系数，并根据下述标准对磨痕轮廓进行评价〇良好(磨痕深度《8.00ym);A稍微不良(磨痕深度在8.0010.00ym之间)；X不良(磨痕深度SIO.OOym)。(5)镀层附着性能综合评价表3根据下述标准对实施例和比较例各试样的镀层附着性能进行综合评价〇良好(良好0计数在2个以上，稍微不良A最多只有1个)；A稍微不良(良好O计数有l个，稍微不良A计数有2个)；X不良(不良X计数在2个以上或稍微不良A计数有2个，不良X计数有l个)。<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>由表3的评价结果可知，本发明将热镀锌工艺过程中钢板的入锌锅温度提高到475485°C，其他工艺不变的条件下得到的热镀锌钢板(实验例15)与以往钢板(比较例615)相比，镀层Fe-Al中间过渡层中的Al/Zn比值均大于0.9，镀层中S相和^相均减少，纯锌层n相增多；而且实验例(试样15)镀层晶粒呈现出Zn(002)方向的择优取向，Zn(002)峰的衍射强度显著增强，均大于34000cts。镀层的抗脱落性能、抗划性能和耐磨性能显著提高，镀层与基材的附着性能明显改善。上述实验例和比较例中，通过测量Fe-Al中间过渡层中Al和Zn的原子浓度比值，以及镀层中存在的各个相组织，镀层的晶粒择优取向，并且对照各镀层的附着性能评价，可以判断:当A1/Zn比值大于0.9，并且镀层中主要为n相，镀层的Zn(002)峰的衍射强度大于34000cts时，镀层的附着性较好。权利要求1.热镀锌钢板生产方法，钢板经酸洗、退火后进行热镀锌操作，其特征在于热镀锌操作过程中，钢板入镀浴温度为475～485℃，锌锅中镀浴温度为450～460℃，镀浴中Fe含量＜0.03％，镀浴中Al含量0.16～0.18％，机组速度100～110m/min，钢板冷却速率为0％，高跨温度235～245℃。2.根据权利要求l所述的热镀锌钢板生产方法，其特征在于所述钢板以重量百分比计，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%，其余为Fe。3.根据权利要求l所述的热镀锌钢板生产方法，其特征在于所述钢板的厚度为O.8mm。4.根据权利要求l所述的热镀锌钢板生产方法，其特征在于镀锌后锌层重量为1S0195g/r^，锌层表面经过Si&钝化处理。全文摘要本发明属于热镀锌钢板制造领域，所解决的技术问题是提供一种热镀锌钢板的生产方法，具体为钢板经酸洗、退火后进行热镀锌操作；热镀锌操作过程中，钢板本身入镀浴温度为475～485℃，锌锅中镀浴温度为450～460℃，镀浴中Fe含量＜0.03％，镀浴中Al含量0.16～0.18％，机组速度100～110m/min，钢板冷却速率为0％，高跨温度235～245℃。上述工艺条件使钢板基材与锌镀层之间的Fe-Al中间过渡层中Al和Zn的原子浓度Al/Zn比值大于0.9，镀层中不会形成Γ相，δ相较薄，ξ相很少，镀层大部分由η相组成，并形成取向优化的Zn(002)晶粒，使镀层的附着性、抗划性、耐磨性明显提高。文档编号C23C2/40GK101323942SQ20081030325公开日2008年12月17日申请日期2008年7月31日优先权日2008年7月31日发明者丹于,周一林,权徐,炜李,杨学高,冰田,程兴德,郑之旺,郭太雄申请人:攀钢集团研究院有限公司;攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司;攀枝花新钢钒股份有限公司